上颌窦提升术同期充填或不充填合成骨材料后植入SLA®和SLAvtive®种植体的比较——羊模型动物实验

　　Comparison of SLA® or SLActive® implants placed inthe maxillary sinus with or without synthetic bone graftmaterials – an animal study in sheep

　　姒蜜思 翻译；王刃 审校

　　关键词：骨、牙种植体、组织学、临床前研究、上颌窦提升

　　摘要

　　目的：研究活性表面种植体和人工合成骨材料在上颌窦提升术中配合使用对种植体-骨接触率(BIC)的影响，并与传统表面种植体进行比较。

　　材料与方法：取16只羊作为模型动物，使用人工合成骨材料进行上颌窦提升手术，手术方法参考Haas等的研究。取另外16只羊作为对照组，不使用任何骨材料植入上颌窦腔内。同一只羊的双侧上颌窦进行配对设计，一侧植入传统表面种植体，另一侧植入活性表面种植体。在术后12周和26周分别处死每组8只实验动物，通过组织学切片分析测量BIC。设统计学检验水平为P<0.05。

　　结果：12周时，传统种植体和活性表面种植体配合植骨或不植骨时的BIC结果基本相似，均值分别为14.8%、 16.5%、 21.5%和20.1%(P>0.05)。到26周时，不植骨的上颌窦内传统种植体(12.1%)和活性表面种植体的BIC(15.8%)均无显著增加(P>0.05)。植骨的上颌窦内传统种植体(28.7%，P=0.014)与活性表面种植体的BIC(34.1%，P=0.015)均有显著上升。但只有活性表面种植体配合植骨时的BIC与不植骨时相比有统计学显著性差异(P=0.038)。

　　结论：上颌窦提升术中是否植骨、使用哪种表面的种植体对12周时的BIC影响不大。活性表面种植体与传统种植体相比，BIC并不增加。使用人工合成骨材料进行上颌窦提升能够促进26周时的种植体BIC。

　　牙科种植治疗成功率高、临床效果可靠。但种植体的长期成功稳定仍然依赖于足够的骨质和骨量(Lekholm et al. 1986)。特别是在上颌后牙区，常因不理想的拔牙后骨吸收、上颌窦气化和剩余牙槽嵴骨质不佳等原因使种植治疗复杂化(Fugazzotto2002, 2003; Fugazzotto&De 2002)。当临床上碰到上颌窦下方骨量不足的情况时，一般使用上颌窦提升术辅助种植体植入。上颌窦提升术或骨增量手术有许多不同的手术方式。当上颌窦下方剩余骨量小于6mm时，需进行上颌窦外侧壁开窗手术进行骨增量辅助种植体植入(Boyne & James 1980; Tatum1986; Jensen et al. 1998)。另一种简单微创的骨增量手术方式是上颌窦内提升术(Summers 1994)。该方法与外侧壁开窗手术相比，通过直径递增的骨凿使上颌窦底剩余的牙槽骨折断并提升上颌窦底，创伤较小。总而言之，两种手术方式的目的均是通过抬升上颌窦粘膜来增加骨量以便容纳理想直径的种植体。

　　种植体表面特征对上颌窦区域种植体的稳定性起到重要作用。粗糙表面(比如喷砂酸蚀表面SLA®，InstitutStraumannAG, Basel, Switzerland)能在早期阶段促进种植体骨结合(Cochran 1999; Khang et al. 2001)。所谓的SLActive®表面是通过对SLA®表面进行化学活化，以进一步促进早期种植体与骨的接触。体外实验结果显示SLActive®表面细胞早期反应是SLA®表面的15倍(Rupp et al.2006; Rausch-Fan et al. 2008)。临床前实验结果显示种植体植入后2周，SLActive®表面周围成骨较前最高增加60% (Buser et al. 2004)，且旋出扭力增加(Ferguson et al. 2008)，与SLA®表面相比显示出更快更成熟的成骨能力(Schwarz et al. 2008, 2009)。另有研究观察到新生骨自SLActive®表面向人造骨缺损处生长(Schwarzet al. 2007)。临床数据也表明，种植体植入后2 ～ 4周，SLActive®表面种植体与SLA®表面种植体相比骨结合率更高(Langet al. 2011)。一项多中心研究的中期报告也显示SLActive®表面对成骨有积极作用 ：虽然研究中使用了较激进的治疗方法，种植体植入后5个月骨水平稳定，且在有些病例中能观察到新骨生成(Zollner et al. 2008)。

　　但是改性后的种植体表面与“自体骨”接触后是否能够对上颌窦内成骨起到积极作用还未有定论。有研究发现，一种改良的更加微创的上颌窦内提升术省略骨粉或膜的使用，在以种植体为支撑的上颌窦粘膜下有新骨生成(Schmidlinet al. 2008)。但这还不足以解答在上颌窦提升术中不植骨是否比植骨更好。

　　本研究旨在评估上颌窦提升手术时是否植骨、使用不同表面的种植体(SLA®和SLActive®)对新骨生成和种植体-骨接触率的影响。研究假设是：无论是否植骨，SLAcative®表面周围骨新生和种植体-骨接触率(BIC)均应大于SLA®表面 ；即使在不植骨的情况下，SLActive®表面也能诱导产生足够多的新骨。

　　材料和方法

　　种植体与植骨材料

　　本研究中所有种植体均使用商业化纯钛(InstitutStraumann AG, Basel, Switzerland)生产。种植体外型为圆柱状，外缘直径为4.1mm，长度为8mm。种植体经过喷砂酸蚀处理，制备出SLA®表面。在氮气保护下进行酸蚀喷砂，并保存在等渗氯化钠溶液中，形成SLActive®表面。上颌窦提升术中使用的植骨材料为人工合成骨替代物(Straumann Bone Ceramic，颗粒尺寸500~1000 μm)。该产品为双相磷酸钙，由60%羟基磷灰石(HA)和40% β-三磷酸钙(β-TCP)组成。上颌窦外侧壁窗口处使用可吸收胶原生物膜覆盖(Bio-Gide,Geistlich, Wolhusen, Switzerland)。

　　实验设计和分组

　　本实验共使用成年雌性新西兰杂交绵羊(Romney-cross sheep)32只，体重在69-88公斤之间。所有实验步骤经过新西兰Otago大学动物伦理委员会审核(AEC#52-09)，符合欧盟理事会指南86/609/EEC。

　　实验分组使用随机表法进行。植骨组和不植骨组各分配到16只实验动物。每只实验动物的双侧上颌窦分别植入活性表面种植体或传统种植体。

　　图1.　实验步骤和分组

　　动物实验和手术步骤

　　实验动物手术前24小时予以禁食。术中行气管插管，并使用氟烷进行全身麻醉，配合笑气/氧气复合吸入。实验动物面部手术区域备皮，并使用聚维酮碘消毒。手术局部使用含1:100000肾上腺素的盐酸甲哌卡因(Septodont, Ivoclar Vivadent Ltd., Auckland, New Zealand)，进行局部浸润麻醉以控制术区出血。术后创口缝合后使用盐酸布比卡因(Marcaine 0.5%, Astra Zeneca,Amtech Medical Ltd., Wanganui, New Zealand)进行长效疼痛控制。

　　手术步骤按照Haas等(1998, 2002)的研究进行改良(图2)。三名医生参与手术(包括共同第一作者们和最后作者)。手术方式、部位和实验动物随机分配。所有医生都在手术前进行尸头上模拟训练和校验。简而言之，手术中进行旁正中矢状皮肤切口(切口长度6 cm)，暴露面部上颌窦外侧骨壁。使用Piezotome超声手术系统(Satalec, Acteon, France)连接SL2型金刚砂骨切割工作头，在无菌生理盐水冲洗下，在上颌窦外侧壁预备一个10mm直径的圆形骨窗。使用SL3工作头初步抬升上颌窦粘膜后，再使用手用器械(Sinus Kit, OsstemImplants, Korea)进一步向颅底方向剥离窦腔粘膜，使其完全脱离骨面。然后根据产品说明和配套器械在骨窗的近中或远中位置进行种植窝的预备(Straumann®Dental Implant System)。植骨组动物在种植体植入前向窦腔内填入骨材料。无论是SLA®还是SLActive®种植体均保证全长的1~3mm(最少1mm)埋入原有骨壁内，另外5~7mm突入上颌窦腔。放置愈合帽，并使用可吸收胶原膜(Bio-Gide®, Geistlich Biomaterials)覆盖上颌窦外侧壁骨窗。使用可吸收缝线(Vicryl®3/0, Ethicon;Vicryl (Ethicon), Johnson & Johnson, Oraltec NZ Limited, Auckland, New Zealand)缝合筋膜和皮下组织。使用不可吸收缝线(Maxon 2/0, Syneture; Maxon (Covidien),Tyco Healthcare Ltd., Auckland, New Zealand)缝合皮肤。

　　手术过程详见图2。

　　图2.　切开皮肤暴露术区(a)，在持续的水冷却下使用超声设备进行骨窗预备(b)。小心暴露上颌窦粘膜(c)，进行上颌窦提升。在保护粘膜的前提下，进行种植窝预备(d)。在植骨组进行骨移植材料的填入(e)，然后植入种植体(f)。上颌窦外侧壁窗口处覆盖胶原膜(g)，缝合骨膜和软组织(h)

　　术后治疗和处死

　　术后给予抗炎和止痛药物卡洛芬4 mg/kg皮下注射3天(Carprofen, Norbrook®; New Zealand Ltd, Auckland,New Zealand)，另给予每只实验动物含250000 IU/ml普鲁卡因青霉素、 250 mg/ml二双氢链霉素的组合抗生素5 ml(Stockguard Laboratories Ltd, NZ)，共3天。术后密切观察实验动物情况，不需给予特殊饮食。

　　种植术后12周处死16只实验动物。术后26周处死另16只实验动物。按前述方法对实验动物进行全身麻醉，立即行颈动脉插管快速灌注10%冰冻福尔马林(参考An & Friedman, 1999. Handbook of Histology Methodsfor Bone and Cartilage. Page 149)。实验动物处死后取头骨外侧面进行组织学切片制备。

　　组织学切片制备

　　根据组织学切片制备标准步骤，头骨标本使用梯度浓度酒精进行脱水，未脱钙直接包埋在甲基丙烯酸甲酯中(Schenk et al. 1983)。在种植体中轴线位置进行冠状位切片(厚度200 μm)，然后磨片抛光至60~80 μm的统一厚度。切片使用甲苯胺蓝进行染色(Schenk et al. 1983)。

　　测量指标

　　本研究结果指标的测量方法见图3和图4。两个主要结果指标是 ：种植体-骨接触率和线性新生骨长度(mm)。

　　图3.　组织测量学分析种植体-骨接触率(BIC)

　　图4.　种植体周围测量指标示意图：(A)种植体突入窦腔的长度；(B)种植体顶端到最根方种植体-骨接触点的距离；(C)种植体-骨接触长度

　　仅测量种植体突出窦腔部分的种植体-骨接触率。不对种植体与上颌窦外侧骨壁接触的部分进行测量。在种植体突出窦腔的部分和埋入外侧骨壁的部分之间绘制分界线。由两个独立的实验员进行检测(AP和PS)，若互相有异议则讨论达成共识。并测量分界线以上突入窦腔内的种植体长度(图3)。

　　观察分界线以上种植体周围的骨新生。测量种植体-骨直接接触长度，并计算其占突入窦腔的种植体总长度的比例。分别测算每组的种植体-骨接触率(BIC)。

　　次要结果指标是种植体顶点到最根方种植体-骨接触点的距离，代表无骨结合的种植体长度。所有测量都通过软件ImageJ (NIH, USA,http://rsbweb.nih.gov/ij/)进行。

　　统计学分析

　　使用Microsoft® Excel®进行数据记录(Microsoft®Corporation, Redmond, WA, USA)，然后使用SPSS 19.0(IBM®; SPSS Inc., Chicago, IL, USA; SPSS® Statistics;SPSS Inc.)进 行 统 计。 使 用Kolmogorov–Smirnov和Shapiro–Wilk检验数据正态性。计算BIC、突入窦底种植体长度及无骨结合的种植体长度的均值、标准差、最大值、最小值和中位数。以上数据在活性表面种植体和传统种植体之间的差异使用非正态分布的配对Wilcoxon检验。植骨与不植骨组之间的差异使用Mann-Whitney检验。检验效能使用nQuery Advisor 6.0(StatisticalSolutions)软件测算。设P<0.05为有统计学显著性。未进行多组间比较，所以我们预期可能会有比显著性5%稍高的假阳性结果。

　　结果

　　种植体植入后创口愈合情况良好。实验中无组织裂开和可见的感染。所有种植位点均可进行组织学切片制备。肉眼观察所有种植体均被上颌窦粘膜完整覆盖。

　　种植体突入窦腔内长度在植骨组和不植骨组之间、不同表面的种植体之间、不同愈合时间点之间均无显著性差异(P>0.05，见表1)。最大值(7.1±0.1mm，不植骨+SLA组)和最小值(5.9±1.1mm，植骨+SLActive组)均出现在12周。故不同实验动物和位点间上颌窦提升骨增量治疗过程可比。

　　表1.　种植体突入窦腔长度(mm)代表上颌窦骨增量的空间大小 ：均值±标准差， (括号中提供最小值、中位数、最大值)

　　如上所述，所有种植体与周围组织结合良好。但是术后12周无骨结合的种植体长度，即种植体顶点到最根方种植体-骨接触的距离范围从3.0±1.4mm (不植骨+SLA组)到2.1±1.6mm (植骨+SLActive组)(P>0.05)。26周时，无骨结合的种植体长度较12周时显著下降。不植骨+SLA组 为2.1±1.6mm，植 骨+SLActive组 为0.9±0.9mm。差异有统计学显著性(P=0.033)。

　　术后12周时，不同组间BIC无显著性差异，范围从14.8%±8.8%(不植骨+SLA组)到21.5%±16.1%(植 骨+SLActive组)。植骨+SLActive组的BIC数据从12周到26周显著增加(P=0.038)，增加量为14%，其余各组在两个时间点间无显著差异。 26周时，上颌窦提升术中配合植骨疗效显著，两种种植体的BIC分别增加16%(SLA，P=0.014)和18%(SLActive，P=0.015)。 相反的，无论植骨或是不植骨，种植体表面特征对BIC结果似乎无影响。

　　实验后进行研究效能检验，实验假设为在12周和26周时SLActive表面种植体BIC大于SLA表面。没有植骨的情况下，SLA和SLActive种植体BIC组间在12周和26周时比较的标准差为10.33mm。当每组样本量为16，检验效能为95%时(配对t检验双侧显著性水平0.05)，能够观察到平均10mm的差异(比如：SLActive组均值为10mm，而SLA组均值为0mm)。因此，本实验中动物/位点样本量足以对研究假设进行检验。

　　表2.　种植体顶端到最靠近顶端的根方种植体-骨接触点的距离(mm)代表无骨结合的种植体长度 ：均值±标准差。 (括号中提供最小值、中位数、最大值)

　　表3.　种植体-骨接触率(BIC)，以百分数表示：均值±标准差， (括号中提供最小值、中位数、最大值)。 Bonferroni法修正检验水平为0.05/12=0.0041，以修正后的检验水平为标准的情况下，表3中所有比较结果无显著性差异

　　讨论

　　本研究旨在评估上颌窦提升术配合植骨是否影响种植体周围骨新生，并进一步分析在上颌窦提升术中使用SLActive活性表面种植体是否促进种植体-骨结合。在本动物研究中，两个不同的愈合时间点成为影响效果的重要因素。愈合12周时，植骨或不植骨、使用哪种类型的种植体对BIC结果影响不大。无论是否植骨，活性表面种植体和传统表面种植体周围BIC结果相似。但在愈合26周时，植骨似乎能够显著促进BIC的上升。且仅在植骨组观察到活性表面种植体的促成骨作用。

　　我们参考以往研究使用了羊作为实验动物(Haaset al. 1998, 2002)。羊的皮质骨厚度和上颌窦粘膜特征与人相似(Estaca et al. 2008)。但无法从口内进行上颌窦提升手术，只能从口外入路。有综述总结了在动物模型上颌窦提升术中使用各种不同植骨材料的效果(Browaeys et al. 2007)，其中有五篇文献使用了羊作为模型动物，动物数量5 ～ 9只/组不等，观察时长12 ～ 32周(Haas等的研究观察时长为26周)。本研究的实验动物和观察时长参考了这些文献。

　　据Haas等(1998)的报道，猪的皮质骨较厚，手术难度大，不适宜作为上颌窦提升术的动物模型。而犬类动物因缺少上颌窦粘膜、且无明显气化的上颌窦，也不适于作为动物模型。上颌窦提升动物模型实验的设计多样，不同研究组可能采用不同的手术方式、种植体类型、植骨材料和观察时间(Browaeys et al. 2007)。有些研究还选择了不同的种植时机。 Browaeys等总结了上颌窦提升术中使用的植骨材料，包括 ：自体骨、非矿化冻干骨(DFDB，人或羊)、矿化小牛骨和多孔羟磷灰石。有时也会使用不同的生长因子对这些骨材料进行生物活化处理。在本研究中我们选用了人工合成的羟磷灰石和β-磷酸三钙混合物做为骨移植材料。已有研究表明，与矿化小牛骨相比较，在上颌窦提升手术中使用该材料能够有效成骨，适于进行上颌窦骨增量并为种植体提供支持(Froumet al. 2008; Frenken et al. 2010)。

　　使用羊作为模型动物进行不植骨上颌窦提升术的研究仅见于Haas等的报道(1998, 2002)。其研究结果显示，在术后12周和26周时，种植体突入上颌窦腔部分的BIC均值分别为6.4%和7.9%，均低于本研究结果(包括传统种植体周围BIC)。与本研究不同的是，在Hass等的研究中使用的是钛浆喷涂表面的无螺纹被动就位圆柱状种植体。这可能是造成结果差异的原因。此外，在Hass的两项研究中，使用植骨材料(羟磷灰石)时BIC结果明显增高，12周到达16.4%~22.9%，26周时达到27.4%~34.6% (Haas et al. 1998, 2002)。本研究得到的结果与此相同，随着种植体-骨接触时间的增加，植骨组平均种植体-骨接触率逐渐上升。

　　本研究中组织学测量只由一名观察者独立进行。观察者对分组不知情，且无法从切片上判断实验中使用了哪种表面的种植体。但观察者能够从切片上观察到骨移植材料，可能由此获知植骨分组信息。

　　由于动物实验的限制，无法对种植体进行负载，故本实验结果不能解答上颌窦提升是否可以不植骨的临床问题。但本研究发现了上颌窦提升术后有一定量的BIC以及种植体-组织相结合，我们的研究进一步发现，传统种植体突出窦腔部分在靠近种植体顶点的部分观察不到骨结合，且这部分长度在植骨或不植骨组是相似的。该结果也支持了以往其他作者使用上颌窦内提升不植骨的研究结果(Lundgren et al. 2004; Cricchioet al. 2011)。也有其他研究认为，当剩余骨高度仅1~5mm时，施行上颌窦提升术时即使不植骨也可以形成足够的新骨，为种植修复提供支持(Esposito et al.

　　2010)。尽管该研究的结论令人鼓舞，但本研究的主要结论为，上颌窦提升术中植入合成骨材料并配合使用活性表面的种植体能够在术后26周时获得最多的种植体-骨接触。但截至到本研究的观察期，单纯比较两种种植体表面时，结果差异不大。

　　致谢 ：本研究获ITI研究基金643-2009资助。感谢HercusTaieri研究中心LesleySchofeld和Dave Matthews在动物实验中的技术协助。