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亲水性种植体和疏水性种植体的区别:种植体表面的早期骨沉积
东莞固德口腔种植    时间:2021-05-24 10:14    在线预约/咨询专家    进入专家咨询区
 

亲水性种植体和疏水性种植体的区别:种植体表面的早期骨沉积





种植体的使用已经成为现代牙科的一个重要组成部分。

由粗糙表面的钛制成的种植体显示出可预测的骨整合,成功率高(Junker等人,2009)。

骨整合带来种植体表面和骨之间的结构和功能接触(Schenk&Buser1998)。

生物模式遵循下述过程:最初的血凝块由机化的肉芽组织代替,随后是不成熟的松质骨(Berglundh等人,2003年),成熟的皮质骨增加,最后取代松质骨。

植入时的初期稳定性是这种长期生物稳定性的先决条件。

因此,种植体和骨组织之间的紧密联系是骨整合的主要组织学指标(Albrektsson1983)。
 

 

从种植牙诞生伊始,人们就关注种植体表面形貌的设计,以期改善骨整合(Cochranetal.2002;Wen-nerberg&Albrektsson2009)。

微粗糙表面支持从机械稳定性到生物稳定性的转变,有助于将早期并发症的风险降至最低(Raghavendraetal.2005)。

种植体骨内表面的粗糙度为当前的治疗方案提供了基础,例如,种植体的即时和早期负重(Weber等人,2009)。

最近,越来越多的人关注亲水性种植体表面进一步改善骨整合的潜力(Schwarzetal.2009;Tuguluetal.2010)。

迄今为止,已有两种不同的技术被用于制备亲水性种植体,并在商业上应用:(i)在氮气保护下,在蚀刻工艺后冲洗钛表面,然后在等渗盐水中储存(Buser等人,2004),(ii)用氢氧化钠水溶液对种植体进行椅旁处理(Tugulu等人,2010年)。

基于这两种技术的亲水表面种植体的体外和体内研究目前都是可用的。
 

 

在体外,种植体亲水表面支持单核细胞粘附、血小板活化和血凝块形成,这是骨整合的早期过程(Milleretetal.2011;Hongetal.2013)。

亲水性表面有利于间充质干细胞的成骨分化,并且证明了它们的抗炎特性(Walletal.2009;Hamletetal.2012)。

微阵列分析显示亲骨和亲血管生成对亲水表面基因表达的影响(Donos等人,2011)。

在小型猪模型中,与相应的对照组相比,亲水性植体在愈合2周和4周后增加了骨-种植体的接触(BICs)(Buser等人,2004)。

在一个类似的动物模型中,亲水性植体带来了BIC增大的趋势(Stadlinger等人,2009)。

另外的研究报告在狗身上进行的关于亲水性植体的骨整合的研究得到有利结果,是涉及颊侧裂开的骨愈合(Schwarz等人,2007a,b)。

临床上,亲水性植体在4周后取出时显示出组织形态定量学参数的积极变化(Bosshardtetal.2011;Donosetal.2011)。

然而,亲水性植体如何影响骨整合的最初步骤是非常有趣的。
 

 

这项体内研究的主要目的是研究具有亲水性表面的种植体与具有相同宏观外形和微粗糙表面粗糙度的传统疏水性表面种植体相比的早期骨整合,从而研究只有一个变量的影响:亲水性。

本研究的第二个目的是评估具有不同的种植体宏观外形、表面粗糙度和亲水处理技术的两种亲水性种植体,其表面的早期骨附着。

植体被植入于小型猪的下颌骨和上颌骨,新形成的BIC作为观察止点。

这项体内研究旨在获得体内实验中亲水性微粗糙表面对植体周围早期骨愈合影响的信息。
 

 





动物

使用9头雌性(年龄20-22个月,平均体重35kg)Gottingen小型猪(EllegaardGottingen小型猪A/S,丹麦达尔莫斯)。

西班牙科迪纳基金会伦理委员会批准了研究方案(AE-LU-001/01)/INV.MED公司.02/出口(04)/14-10)。

所有动物都接受了手术,并被安置在西班牙卢戈科迪纳兽医教学医院的动物实验服务设施中。

术前清洁口腔。

实验干预后,这些动物接受了软性饮食,并可以自由饮用水。
 

 

种植体

研究了3种不同表面的钛种植体。

其中2种植体是自攻的和喷砂-热酸蚀处理的微粗糙表面(SPIElement,3.5×8mm,ThommenMedicalAG,瓦尔登堡,瑞士);一组使用该表面,作为对照;第二组使用高度稀释的氢氧化钠溶液处理表面(INICELL,ThommenMedicalAG,瓦尔登堡,瑞士)。

第三组(SLActive)植体带有非自攻螺纹和喷砂-酸蚀表面,在氮气保护下冲洗,并储存在等渗氯化钠溶液中(Straumann)。

(骨水平植体SLActive,3.3x8mm,StraumannAG,巴塞尔,瑞士)。
 

 

手术过程

所有手术均采用异丙酚诱导的全身麻醉(2–4mg/kg/i.v.Propovet,Ab-bottLaboratories,Kent,UK)进行,并使用2%异氟醚(Isobavet,先灵葆雅,马德里,西班牙)进行。

这些动物在兽医监督下预先服用氯胺酮(10mg/kg/i.m.,Imalgene1000,法国图卢兹梅里亚尔),咪达唑仑(0.5mg/kg/i.m.,咪达唑仑1mg/ml,西班牙巴塞罗那B.BraunMedical),吗啡(0.5mg/kg/i.m.,MorfinaBraun2%,西班牙巴塞罗那B.BraunMedical),美洛昔康(0.2mg/kg/i.m.,Metacam,德国莱茵BoehringerIngelheim),和头孢唑林(22毫克/千克/静脉注射,库尔干,诺蒙,马德里,西班牙)。

术后疼痛和炎症用吗啡(0.5mg/kg/i.m.)控制24小时,然后美洛昔康(0.1mg/kg/i.m.)控制5天。

在术后第一周,使用阿莫西林(20mg/kg/s.i.d./s.c.,阿莫克斯油缓释剂,Syva,Leon,西班牙)进行抗生素预防性服用。
 

 

手术前拔除上下颌的前磨牙,特别注意牙槽突结构的保存。

12周后,将种植体植入四个象限。

翻开黏骨膜瓣确定入路,在水冷条件下用手术钻去除尖锐的骨缘。

这些动物每象限接受3个植体,即总共12个种植体。

每组每个象限按随机交替顺序植入一个植体。

所有植入物都严格按照制造商指导的手术方案进行。

植体植入深度位置在骨水平,距离至少为3mm。

最后放置愈合帽,复位黏骨膜瓣并用可吸收线(Vicryl4-0,Ethicon,Inc.,Johnson&JohnsonMedical,Norder-stedt,Germany)缝合,以保证深层愈合。

三位外科医生进行了手术(B.D.T.U.和V.C.)。
 

 

解剖和标本制备

在术后第5、10和15天后,将动物分成3组,每组3只,用过量的戊巴比妥(40–60mg/kg,Dolethal,VetoquinolS.A.Lure,Cedex,France),在麻醉下安乐死。

取出含种植体的组织块并转移到4%中性缓冲福尔马林溶液中。

组织块被进一步切除,制备成15毫米厚的骨片,植体位于中间。

这些标本在梯度酒精下进行脱水,用光固化树脂(Technovit7200,Kulzer&Co.Wehrheim,Germany)渗透,嵌入相同的树脂中。

使用Donath&Breuner(1982)的切割-研磨技术,制备约30厘米厚的未钙化、薄的研磨切片,并用LevaiLaczko染料染色。

使用这种染色技术,手术前出现的旧骨呈现浅粉色,很容易与新骨(在组织再生过程中形成)区分,新骨呈紫色或呈现较深的粉色(图2和图3)。

对于每个种植体,准备一个颊舌方向的磨片,使用OlympusdotSlide2.4数字虚拟显微镜系统(日本东京,Olympus)扫描切片,产生了分辨率为每像素0.32μm的图像。
 

 

组织形态定量学分析

感兴趣区(ROI)定义为平行于种植体外轮廓的200μm宽的区域,从种植体颈部以下2mm开始,到结束5mm(图1)。

从分析中排除表面的未处理部分,使用DefiniensDeveloperXD2软件(版本2.0.0;德国慕尼黑),从压缩的数字图像(像素大小1.29μm)中半自动地对不同的组织类型进行分类。

首先,使用Definiens规则集对第二次手术前出现的旧骨、新形成的骨和软组织区域进行自动分类。

随后,使用AdobePhotoshop软件(Adobe,SanJose,CA,USA)对这些自动化分类进行视觉控制和手动校正。

这些校正后的分类被用来测量旧骨和新骨的面积以及空隙面积,后者由软组织和类骨组织组成。

根据这些结果,计算出感兴趣区域内新骨形成百分比(newBV/TV)、旧骨形成百分比(oldBV/TV)和新旧骨结合百分比(BV/TV)。

此外,沿种植体周长测量与周围组织类型(旧骨、新骨、软组织)的接触长度。

这些数值用于确定种植体表面与新形成骨接触的百分比(新骨与种植体接触面,newBIC)、种植体表面与旧骨接触的百分比(旧骨与种植体接触面,oldBIC)以及种植体表面与新旧骨共同接触的百分比(BIC)。
 

 





 

统计分析

混合模型包括种植体类型和种植体植入日期作为固定效应,研究动物作为随机效应。

残差的可视化回归诊断表明,为了获得近似正态分布,所有结果变量的转换使用自然对数法是必要的。

回归诊断证实了对数转换数据模型的拟合。

基于该模型,使用一般t检验(Littelletal.2006)评估线性假设,以检测疏水性和亲水性(INICELL)植入物类型之间的差异,以及在所有愈合期两种亲水性(SLActive/INICELL)植入物类型之间的差异。

此外,我们还测试了单个植入物在第5天和10天之间以及10天和15天之间的差异。

Westfall的程序用于调整多样性(Westfall1997;Hothorn等人2008)。

计算和绘图用R统计语言实现(RCoreTeam2012)。
 

方框图用于数据说明。

此外,表中提供了平均值、中位数、标准差、最小值和最大值。

所有的描述性统计都是从独立单位(植入物)计算出来的。

具有统计意义的差异用星号(*)表示。
 

 

结果

种植体植入后5天,所有种植体均痊愈,无临床炎症迹象。

然而,10天后,8个种植体出现种植体周围炎,其中3个种植体出现松动。

植体植入后临床表现为炎症的有8例,其中植体植入后第15天出现炎症的有6例。

种植体周围炎与愈合帽外露有关。

所有植体均进行组织学检查,显示分别在第10天和第15天,11个和12个种植体周围有炎症组织,这些植体被排除在进一步分析之外(表1)。

在23个被排除的植体中,7个位于感兴趣区域的植体周围炎症是由于开放的窦腔引起的并发症。

尽管如此,已有足够多的样本(79%)可用于组织病理学分析和结果的统计评估(表2)。
 

 









 

组织学分析

总体而言,描述性、定性组织学分析显示,3组之间在骨形成、骨吸收、骨再生模式,植入位置、骨接触和分离成骨或组织成熟方面无差异。

骨形成在第5天到第10天之间开始,此时疏水表面或两个亲水表面的植体周围骨体积急剧增加(图2和图3)。
 

 

特别是植入后前5天,几乎看不到新的骨组织,但在宿主骨的植入侧发现严重的破骨细胞吸收和豪希普氏吸收腔隙。

通常情况下,宿主骨和种植体表面之间的间隙部分被备洞时的碎屑填充,大颗粒染色部分也显示破骨细胞吸收。

仅在植体表面的少数区域,可检测到松质骨形成的初始阶段,特别是发生在离宿主骨很近的部位(即有一个很小的“跳跃距离”)。
 

 









 

在第10天,观察到的主要特征是覆盖在植体表面的类似墙纸的松质骨层。

骨沉积也出现在面向种植体一侧的骨结构。

大多数骨碎屑被吸收,破骨细胞吸收减少。

在靠近松质骨结构的地方,可以看到成骨细胞的初始状态。

在新构建的骨网络和种植体周围空间内,形成了血管结构。
 

 

愈合第15天的组织切片显示骨继续形成,但特征从松质骨变为板层骨。

几乎所有的松质骨表面都覆盖着一层成骨细胞,形成平行的纤维骨,从而使骨小梁的大小和尺寸增加。

此外,种植体周围未见破骨细胞吸收或碎屑。
 

 

组织形态定量学分析

具有相同宏观外形和表面粗糙度的亲水表面与疏水表面

在第5天,在疏水组和亲水组中,几乎检测不到与植体(新BIC)接触的新形成的骨(对照组0.25±0.7%,INICELL0.4±1.4%)。

新形成的骨细胞体积为3.0%。

两组之间未观察到统计学上的显著差异(图4;表2)。
 

 

比较从第5天到第10天新BIC的变化,亲水性组和疏水性组的变化具有统计学意义,几乎一半的种植体表面覆盖着新形成的骨(新BIC;对照组49.4±27.9%,P<0.001;INICELL49.3±20.4%,P<0.001)。

新BV/TV也增加,但与新BIC相比,变化不明显(新BV/TV;对照组为15.4±11.2%,P=0.01;INICELL14.8±9.1%,P=0.01)。

两组之间没有观察到显著差异(图4;表2)。
 

 

第15天,亲水表面(INICELL:55.8±14.4%)的平均新骨-种植体接触面(newBIC)略大于传统疏水表面(40.6±20.2%)。

新BV/TV与对照体(14.38%)和亲水表面(INICELL:16.0±6.2%)相似。

另外,亲水表面的总BIC和总BV/TV达到稍大的值,与对照组(52.4%、16.2%、38.4%、7.5%)比较,差异无统计学意义(69.7%、12.8%、48.9%、8.4%)。

(图4;表2)。
 

 

具有不同宏观外形、表面粗糙度和工艺的亲水表面(INICELL、SLActive)种植体,在第5天,相比其他亲水表面(oldBIC;INICELL8.6±5.5%;oldBV/TV;INI-CELL31.1±8.4%),SLActive显示出更多的旧BIC(20.4±17.6%)和旧BV/TV(47±17.7%),而SLActive患者的总BIC和BV/TV值明显高于INICELL患者(BIC,P=0.002;BV/TV,P=0.02)(图4;表2)。

因此,总BIC和总BV/TV主要是旧骨存在的结果。
 

 

从第5天到第10天,两种亲水表面的新BIC和新BV/TV都发生了统计学上显著的变化(新BIC;INICELL49.3±20.4%,P<0.001;SLActive50.4±27%,P<0.001;新BV/TV;INICELL14.8±9.1%,P=0.01;SLActive15.3±9%,P=0.03)。

但两个组之间没有观察到显著差异(图4;表2)。
 

 

在第15天,SLAc-active表面的平均新BIC(25.5±12.2%)显著低于INICELL表面的新BIC(55.8±14.4%;P=0.02),但是,由于有更大的旧BIC值(SLActive;31.9±20.6%;INI-CELL;13.0±11.7%)进行补偿,因此两种亲水表面的总BIC值相似(INICELL;69.7±12.8%;SLActive;57.4±14.5%),无统计学意义。

(图4;表2)。
 

 





 





本研究的主要目的首先是分析亲水性表面对种植体周围骨形成的影响,其次是对两种具有不同宏观外形、粗糙度和亲水处理技术的亲水性种植体表面的早期骨沉积进行评估。

上述结果产生了四个主要发现。

第一,在第5天到第10天之间,骨形成量开始增加,亲水性和疏水性表面的新BIC显著增加。

第二,10天后BIC值大于50%,亲水性和亲水性表面都表明在愈合的早期阶段有良好的骨整合(Lang等人,2011)。

第三,与疏水性表面对照相比,亲水性植体表面(INICELL)在15天后的新生细胞值稍大。

第四,直接比较具有不同宏观外形的两种亲水性植体表面的关联性有限,特别是对于最初15天骨整合的短暂观察期。
 

 

本研究的数据显示,与疏水性表面相比,INICELL亲水性植体表面在植入15天后有微弱的新生倾向,证实了早期的研究发现。

在骨整合的初始阶段(第5天和第10天),亲水性和疏水性表面在评估的组织形态计量值之间没有显著差异。

在一个类似的动物模型中,于第14天观察到,与匹配的对照植体相比,INICELL植体表面稍有优势(Stadlinger等人,2009)。

在小型猪的上颌骨中,亲水性植体在14天后与相应的对照植体相比显示出更大的BIC(Buser等人,2004)。

此外,据报道狗的相关实验研究对亲水表面得出了有利的结果(Schwarz等人,2007a,b)。

然而,由于感兴趣的区域和植体的宏观外形不同,无法直接将这些数据与本研究进行比较。

所有这些研究,包括本研究,都显示亲水性对于种植体的早期骨整合有好处。

目前的研究集中在相关动物模型的早期骨整合阶段。
 

 

与第10天相比,第15天SLActive的新BIC较低,这是出乎意料的。

尽管在愈合2周后,SLActive的新BIC相似(28%)(Born-stein等人,2005年)。

在第15天,SLActive的新BIC显著低于INICELL,而旧BIC明显高于INICELL。

与植体表面紧密接触的旧骨必须在新骨附着发生之前被再吸收(Lang等人,2011年)。

因此,较大的旧BIC很可能是种植体表面形态导致的。

与其他亲水性植体表面形态(INICELL)相比,减少的螺距和螺纹深度导致了更大的旧BIC值,从而减少了植体周围间隙区域的新骨形成(Orsinietal.2009、2012;Abuhus-seinetal.2010)。

在第10天和第15天之间,SLActive的新BIC减少可能是一个随机现象。

因此,研究数据表明,直接比较两种不同宏观外形的亲水种植体表面具有有限的意义。

为了充分评估具有不同表面粗糙度的两个亲水表面和实现亲水性的技术,植体应具有相同的宏观外形。

因为植体的宏观设计已被证明会影响骨整合(Abuhusseinetal.2010;Gottlowetal.2012)。

因此,在使用目前的实验设计时,仅一个因素(如亲水性)的影响无法被分离和比较。

本研究的目的是在临床环境中使用时,比较两种不同宏观外形设计的亲水性植体表面(Gottlowetal.2012)。

然而,10天后BIC值大于50%时,两种亲水性植体在愈合的早期都显示出良好的骨整合程度(Lang等人,2011)。
 

 

21%的植体发生了ROI内的炎症,必须从分析中排除。

根据组织学分析,ROI内存在炎症组织是由暴露的愈合帽或上颌窦穿孔引起的。

因此,炎症明显是由手术并发症引起的,与植体类型无关。

INICELL植体排除率较高的原因可能是这一组中随机出现更多的上颌窦穿孔,因为这3个组对暴露的愈合帽引起的炎症具有相似的易感性。

此外,排除的植体是从第10天和第15天开始的,这个阶段属于没有抗生素预防的愈合期。

在一项类似的研究中,Stadlingeretal.(2009)也观察到了愈合期内暴露的愈合帽,然而种植体周围的炎症仅限于牙槽骨嵴。

另外,施瓦辛格等人在2009年的研究中也解释了手术并发症的部分原因。
 

 

目前研究结果的临床相关性必须谨慎解释。

组织形态定量学分析提供的“表面参数”不能直接转化为临床成功率,尽管亲水表面显示出更好的植体稳定性(Oatesetal.2007;Nicolauetal.2013)。

未来的研究也可能包括伤口愈合受损(如糖尿病或骨质疏松症或放疗后)和临床原位种植的患者,如即刻植入或植入联合引导骨再生(Calvo-Guirado等人,2010年;Schwarz等人,2010年;Schlegel等人,2013年)。

有必要以“硬终点”,如种植体存活率,以提供科学证据证明亲水表面在种植方面是一个有利的工具。

若有后续其他研究,我们的临床前数据将为这些研究抛砖引玉。
 

 





在第5天和第10天之间发生大量的骨沉积。

数据表明,亲水性表面对小型猪骨沉积的增速在15天后有轻微促进趋势。

直接比较两种不同宏观外形种植体的亲水性表面,其统计学相关性是有限的,特别是在这么短暂的观察期内。

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