使用Bio-Oss骨胶原或联合使用胶原膜对于慢性感染拔牙窝的牙槽嵴保留效果—一项狗的实验性研究

　　Ridge preservation of extraction sockets with chronicpathology using Bio-Oss Collagen with or without collagen membrane: an experimental study in dogs

　　李元 翻译；王刃 审校

　　关键词 ： Bio-Gide、 Bio-Oss、慢性感染、骨生成、拔牙窝植骨、牙槽窝

　　摘要

　　目的 ： 本研究旨在评估在慢性感染的拔牙窝内单独植入Bio-Oss骨胶原或联合使用Bio-Oss骨胶原和胶原膜后拔牙窝内新骨形成和牙槽嵴尺寸变化。

　　材料和方法 ： 将6条比格犬的双侧下颌第三和第四前磨牙半切并拔除远中根。利用黑丝线、胶原海绵、根管锉及牙龈卟啉单胞菌在所有近中根位点造成牙髓-牙周联合病变。基线期4月后，每只狗口内选择3颗牙随机分配于三个实验组：对照组(拔牙后只行清创术) ；实验组1(拔牙后单独使用Bio-Oss骨胶原植骨) ；实验组2(拔牙后联合使用Bio-Oss骨胶原和胶原膜)。基线期7月后，处死比格犬并对手术区进行组织形态定量分析和显微CT分析。

　　结果 ： 对照组中颊舌侧牙槽嵴垂直高度差(2.22±0.26 mm)与实验组2中(1.80±0.16 mm)显著不同。相比于实验组1 (18.49±2.11%)，实验组2 (27.04±5.25%)的牙槽窝内移植成骨量更多。

　　结论 ： 在愈合期，牙槽嵴保存术通过颊侧冠方的异体移植骨材料周围的接触成骨可以补偿慢性感染拔牙窝颊侧骨壁的吸收，此外，在拔牙窝表面铺盖一层胶原膜可以保护冠方的植骨材料。

　　了解拔牙窝愈合的动态过程和成功的牙槽嵴保存方法可以帮助医生在恰当的位点行种植手术并使种植牙获得更好的功能和美学性能。之前的研究报道了拔牙后牙槽嵴水平和垂直方向的变化(Cardaropoli etal. 2003; von Loewenich et al. 2003;Araujo & Lindhe 2005; Trombelli etal. 2008)。且有研究指出由于缺乏血供及愈合期束状骨的吸收，颊侧骨板的尺寸变化在拔牙后最为显著(Pietrokovski & Massler 1967; Araujo& Lindhe 2005)。

　　鉴于有研究报道的未感染拔牙位点定性和定量的变化，这些变化表明未感染环境对于拔牙窝良好愈合是有利条件，反之，若拔牙位点感染，则拔牙窝愈合不良。 Kim etal. 2014指出即使经过细致的清创术，拔牙窝内依然可能充满瘢痕组织而不是新生骨组织，此外，拔除有牙周病的患牙后，拔牙窝可能会延迟愈合(Marcaccini et al. 2003a,b)。Ahn和Shin证实在感染拔牙窝中骨增生比健康拔牙窝中更慢些，其研究数据显示，在感染牙槽窝内形成超过50%新骨需要16周，而健康拔牙窝在8周里可形成超过50%新骨(Ahn& Shin 2008)。

　　据报道，拔牙后应用Bio-Oss骨胶原的牙槽嵴保留术已取得成功，然而，这些研究仅纳入了健康拔牙窝，未研究伴有骨缺损和慢性炎症的拔牙窝。另外，胶原膜的有效性存在争议。本研究目的是通过组织形态学分析和影像检查评估单独使用Bio-Oss骨胶原或联合使用Bio-Oss骨胶原和胶原膜对于感染拔牙窝内新骨形成和牙槽嵴尺寸变化的影响。

　　材料与方法

　　动物

　　所有研究方法已得到韩国首尔大学动物护理和使用委员会批准，本实验的研究对象是六条1至2岁，重10kg的成年比格犬，所有实验操作均是根据首尔大学实验室动物资源使用指南进行，本实验概述如表1所示。本实验参照了ARRIVE指南(Kilkennyet al.2011)。6条比格犬分别饲养在宽900*长800*高800的室内隔间中，室温23±2℃、相对湿度为50±10%，空调每小时换气12-18次，昼夜周期为12/12。整个实验期间，都用一种标准球状狗粮喂养比格犬，且他们可以随意饮水。

　　手术步骤

　　手术期间，通过静脉注射舒泰(0.1 mg/kg; Virbac,Carros, France)、隆朋(2.3 mg/kg; BayerKorea, Ansan,Korea)、硫酸阿托品(0.05 mg/kg; Jeil, Daegu, Korea)麻醉比格犬，此外，在手术区注射利多卡因(20 mg/kg;Huons, Sungnam, Korea)局部麻醉。在基线期，在6条比格犬的双侧下颌前磨牙区行龈沟内切口，翻瓣，用裂钻将第3和第4前磨牙半切，用细挺和根钳将远中根取出，并避免损伤其他组织结构。用2号金刚砂球钻在近中根近中侧磨出一个凹槽，并用含有牙龈卟啉单胞菌(ATCC 33277, 1×109/ml)的胶原海绵(Teruplug;Olympus Terumo Biomaterials Corporation, Tokyo, Japan)填满凹槽。用长25 mm的K锉((#15, 20MANI, Inc.,Utsunomiya, Tochigi, Japan)去除近中根内的牙髓，将牙龈卟啉单胞菌注入近中根管内，并用中等强度的充填材料封闭开髓孔，最后用在牙龈卟啉单胞菌中浸泡过的丝线缝合，并在釉牙骨质界下方结扎(如图2a,b,c示)。大约4个月后，当牙周和根尖病变联合发展时，拔除4颗前磨牙的近中根，并从其中随机挑出3个拔牙窝用于以下三个实验组 ： 1.未治疗(对照组 ：C)2.单独使用Bio-Oss骨胶原植骨(Geistlich, Wolhusen,Switzerland)(实验1组 ： T1)3.联合使用Bio-Oss骨胶原和胶原膜(Bio-Gide; Geistlich)(实验2组 ： T2)。为了之后识别牙槽窝位点，在拔除前磨牙近中根和添加骨胶原植骨前，在牙槽窝近中侧3mm位点植入微型固定螺丝 (Ø1.6×9 3 mm; Neo Biotech, Guro, Seoul, Korea)(见图2e示)。在基线期和4个月时(拔除近中根之前)利用Radiovisiographs(KodakRVG 6100 Digital X-ray Sensor;EastmanKodak, Rochester, NY, USA)拍摄根尖片(见图3示)，并用一种计算机辅助的影像图片分析系统(PiViewSTARTM 5.0; Informer Technologies,Seoul, Korea)对 根尖片分析。

　　术后操作

　　为了诱导出牙周-牙髓联合病损，实验中不给予比格犬任何抗生素或非甾体类抗炎药，仅给予镇痛药来缓解其拔牙后疼痛。术后，用软食喂养比格犬以避免手术区创伤。从基线期(病损诱导开始)7个月后，颈动脉注射过量的氯化钾(Jeil)来处死比格犬并收集包含拔牙位点在内的病理组织块用来做显微CT和组织学分析。

　　显微CT分析

　　固定好组织块后，利用合适的仪器(SkyScan-1173,Kontich, Belgium)对每个拔牙位点组织样本进行显微CT检测(可捕获每个组织块1600个横截面)。另外，每个横截面图以像素2240×2240的二维图像保存为BMP文件，曝光条件如下 ： 240°旋转、铝过滤器、 92kV、120 mA，像素为2.7 μm。重建投影图像数据来制作3D图像，并用CTAn(CT Analyzer, Skyscan)分析投影图像数据。

　　颊舌侧牙槽嵴之间的垂直距离用如下方法测量(图4示) ：中央垂线位于拔牙窝中间，两条水平线分别位于颊舌侧牙槽嵴顶并垂直于中央垂线。两条水平线之间的距离即垂直距离。

　　实验中，通过图像分析，计算每个感兴趣体积(VOI)中的形态学计量参数，本研究中VOI是指近中根拔牙窝。所有参数标注单位名称均根据Parftt’s系统(Parfttetal. 1987) ：骨体积(BV)、 VOI总体积(TV)、骨体积密度(BV/TV)、骨表面(BS)、骨复杂性(BS/BV)、松质骨模式因数(TbPf)、结构模型指标(SMI)。

　　骨体积密度(BV/TV)是松质骨体积与VOI总体积之比(Fanuscu & Chang 2004)。骨复杂性(BS/BV)是骨表面积与实验区骨总体积之比(Moon et al. 2004)。 TbPf值与松质骨骨小梁连通性负相关(Sugisaki et al. 2009)，骨小梁间连通性越高，则TbPf值越低。 SMI是描述骨三维结构和板状骨小梁与柱状骨小梁比值的指标。

　　组织学处理

　　先将组织块放于含10%中性缓冲甲醛的固定剂中，脱水，包被于甲基丙烯酸树脂中。沿着近远中向且平行于拔牙位点长轴方向切片，切片厚度为3μm，并对切片苏木精和伊红染色，而组织块最中心的截面用于本研究的组织学分析。组织学分析是用一个白炽灯显微镜和成像系统进行的。一位口腔病理学家(K.K.R)根据初级、次级骨单位和平行纤维状骨来确定新旧骨之间 的 界 线(Araujo et al. 2008)。 Schroeder和Munzel-Pe-drazzoli提出的改良方法是通过测量矿化骨、骨髓和生物材料等不同组织来确定新旧骨的界线。以含有100个光电的格子重叠在拔牙区域，并对区域内每种组织的面积分别评估(Cardaropoli et al. 2003; Araujo et al.2008)。

　　数据分析

　　SPSS 22.版本软件(IBM Software, Armonk, NY,USA)用于数据分析。各参数的数值以平均数±标准差和中位数的形式呈现。大多数结果不符合正态分布假设(P<0.05)。利用Kruskal–Wallis和Wilcoxon–Mann–Whitney试验方法分别验证三个或三个以上组间均值差异和两组间均值差异。当结果在Kruskal–Wallis试验中有统计学差异时，利用Wilcoxon–Mann–Whitney试验在Bonferroni校正后的P值(约为0.017)下进行两组间检验。原始P值设定为0.05。两周后重复进行一次样本显微CT骨形态计量参数测定和组织切片中不同组织比例的分析，检查者内可信度分别高达0.967和0.974。

　　结果

　　临床表现

　　经过4个月病损诱导期后，近中根周围已表现出牙龈发红、肿胀和结石堆积等炎症迹象(如图2d示)。当翻开黏膜瓣后，我们发现颊舌侧牙槽嵴高度均吸收至1/2近中根的位置(图3示)，此外，在牙槽窝中心区也发现了炎性病损。在接下来3个月的愈合期里，所有拔牙窝均正常愈合，无炎症表现。

　　显微CT形态测定分析

　　通过显微CT分析各组间颊舌侧骨板间垂直距离和拔牙窝内骨形态学计量参数的差异(如表1示)。测量三组愈合后拔牙窝中间矢状截面中的垂直距离分别为 ：对照组(2.22±0.26 mm)，实验1组(2.02±0.11 mm)，实验2组(1.80±0.16 mm)。垂直距离在对照组和实验1组及实验1组和实验2组之间无显著差异。然而，在对照组和实验2组之间有显著差异。此外，从对照组到实验2组，颊舌侧骨嵴间垂直距离是逐渐减小的。 BV/TV(骨体积密度)值分别为59.44±8.59、50.55±12.57、45.52±16.01，三组间该参数无显著统计学差异。 BS/BV(骨复杂性)值分别为0.32±0.05、0.45±0.13/0.50±0.03，该参数在对照组和实验1组及实验1组和实验2组之间无显著差异，然而，在对照组和实验2组之间有显著差异。作为一项代表骨小梁间连通性的参数TbPf显示从对照组到实验2组逐渐增加，三组的TbPf值分别为-0.53±0.24、-0.44±0.11、-0.32±0.15，该参数无显著统计学差异。SMI值分别为-5.34±3.07、-2.94±2.38、-1.27±0.83，在对照组和实验1组及实验1组和实验2组之间无显著差异。然而，在对照组和实验2组之间有显著差异。

　　组织形态分析

　　因为在该试验中拔牙窝有感染，所以拔牙3个月后新骨不能完全成熟。所有样本中，拔牙窝大部分为编织骨，此外，对样本中不同组织比例进行了分析(如表2示)。在对照组中，拔牙窝内骨组织成分为矿化骨(68.08±6.51%)和骨髓(30.56±6.07%)，在高放大倍率下观察发现，骨组织由初级骨单位的编织骨和次级骨单位的板层骨构成。在实验1组中，拔牙窝内骨组织成分为矿化骨(55.90±4.70%)、骨髓(23.50±4.19%)及Bio-Oss颗粒(18.49±2.11%)。在Bio-Oss颗粒周围我们发现有新骨生成，显示为颗粒周围深染色的组织(如图6c.示)。

　　在实验2组中，拔牙窝内骨组织成分为矿化骨(61.38±6.9%)、 骨 髓(10.31±4.93%)、 和Bio-Oss颗 粒(27.04±5.25%)。我们可以发现和实验1组相比，实验2组中拔牙窝内植骨材料含量更多。对照组和实验1组间的矿化骨含量有显著差异，然而，在对照组和实验2组及实验1、 2组之间无显著差异。当在拔牙窝中植放入植骨材料后，矿化骨生成量似乎趋于减少。在骨髓和Bio-Oss颗粒含量方面，实验1、 2两组间存在显著差异，在组织切片(如图6a和7a示)和显微CT图像(见图8)中可以观察到两组的差异。

　　讨论

　　本研究目的是评估对已感染拔牙窝单独使用BioOss骨胶原或联合使用Bio-Oss骨胶原和胶原膜后的愈合进展。大量关于Bio-Oss骨胶原有效性的证据暗示了在牙槽嵴保留位点的牙槽骨尺寸变化明显减少，然而，牙槽嵴保留术中，在植骨材料表面铺盖一层胶原膜的做法存在争议，而且这一做法无明确指南参考。 Brkovic et al. (2012)提出，在牙槽嵴保留术中，使用屏障膜组和未使用屏障膜组新骨形成区域无显著差异。然而，有报道称植骨时联合使用去蛋白牛骨和胶原膜组比单独使用去蛋白牛骨组形成更多的新骨(Leeet al.2015)。本研究的目的和方法与之前的研究相似，不同点是本研究建立了和临床情况十分相似的慢性感染模型，这本身就很吸引人，因为目前对慢性感染拔牙位点的牙槽嵴保留术的研究很少。此外，在大部分病例中，拔除患牙的原因是慢性感染而不是急性创伤。在最近的一项关于拔牙原因的研究中指出，最主要的拔牙原因是牙周病(69.20%)，其次是牙髓炎(24.6%)和外伤(6.20%)(Lopez-Martinez et al. 2015)。因此，从临床角度来看，研究慢性感染的拔牙窝是更合适的。在我们之前的研究中，拔牙窝愈合不良的特点是即使在细致的清创术和至少12周的充足愈合时间后，拔牙窝内由结缔组织填充而不是新形成的骨组织。导致拔牙窝不良愈合的慢性疾病中，牙周病占72.2%，然而，牙周-牙髓联合病变和不明原因各自占11.3%、 14.4%，牙髓疾病仅占2.1%。因此，力求纳入并重现所有情况，本研究建立的牙周-牙髓联合病变的动物模型模拟了感染拔牙窝最严重、最具挑战性的情况。在经历了4个月的牙周-牙髓病变诱导期后，我们可以观察到两种病损的直接连通(如图3示)。然而，虽然模型本身很好地再现了真实临床情况，但该感染模型难以将病损大小标准图7. (a)实验2组：拔牙3个月后近远中向切片，原始放大倍率×12.5； (b)拔牙窝的冠部切片中可以观察到植骨材料颗粒(星号)和被包绕的矿化骨(箭头)，原始放大倍率×200 ； (c)拔牙窝根尖中部切片中可以观察到植骨材料周围形成的新骨(接触成骨，箭头)，原始放大倍率×200化，因为我们难以控制病损破坏范围和速率。在显微CT分析中，实验2组的颊舌侧牙槽嵴间垂直距离比仅做了清创术的对照组显著缩短，这与之前的一项利用Bio-Oss骨胶原行牙槽嵴保留术研究结果一致，该研究结果表明生物材料通过促进新骨生成来维持牙槽嵴外形，并弥补边缘嵴的吸收(Araujo et al.2008)。具体地讲，有研究称在颊侧骨壁附近的植骨材料周围新生成骨可能会弥补因束状骨萎缩造成的颊侧骨壁吸收(Araujo&Lindhe 2005)。 JE Davies在2003年报道称种植表面骨形成是接触成骨，种植体表面诱导成骨的性能是接触成骨的关键。此外，距离成骨的定义是在已存在骨表面形成新骨，例如在拔牙窝骨壁(Davies 1998, 2003)。基于这一理论，我们可以提出本研究中实验组里植骨材料具有与种植体相似的诱导成骨能力，促进接触成骨，在植骨材料周围形成新骨。对照组的结果是相反的，拔牙窝骨壁仅通过距离成骨不足以预防颊侧骨壁吸收。此外，实验2组中使用的胶原膜防止了植骨材料在拔牙窝初期愈合期脱落，这可能增加了颊侧骨壁冠方附近接触成骨的可能性。这一结果与之前的研究结果相似，该研究中联合使用骨粉和胶原膜组与仅使用去蛋白牛骨粉植骨组相比，更好地保留了颊舌侧骨壁的尺寸(Lee et al. 2015)。 Araujo et al在2008年报道称拔牙窝愈合后在其冠方形成了一个圆拱形结构，这在本研究中的到了验证(如图8.c示)。

　　之前有研究指出在牙槽嵴保留术中使用植骨材料后会出现延迟愈合(Hammerle et al. 1998; Araujo et al.2001; Hong et al. 2014; Lindhe et al.2014)。植骨材料周围新骨的形成比牙槽窝骨壁距离成骨慢很多，这是因为成骨细胞的迁移需要接触成骨的骨传导过程(如图6c和图7c示)。正是由于植骨材料自身的体积和延迟的接触成骨，对照组牙槽窝内矿化骨的形成量高于实验组(表2)。这一点在骨体积密度(BV/TV)值从实验2组到对照组的递增可以得到印证(表1)。骨体积密度值高说明在牙槽窝愈合期形成了更多的矿化骨，但这不一定会形成更高的骨强度。利用异种植骨材料植骨的牙槽窝愈合后骨质量需要利用如压力实验等定性分析方法来验证。本实验利用BS/BV、 TbPf和SMI值来验证植骨材料周围新骨生长状况。从实验2组到对照组， BS/BV(骨复杂性)值呈递减趋势。随着牙槽窝内骨重建的进行，新骨逐渐将植骨材料包围起来。正是因为新骨包绕植骨材料结构导致实验组中骨复杂性值比对照组高。 TbPf是一个与骨连通性和骨表面相对凹凸性呈负相关的指标(Hahn et al. 1992)。 SMI描述了3D结构中板状骨小梁和柱状骨小梁的相对分布，而且是表面凸度的指标(Hildebrand & Ruegsegger 1997)。而从对照组到实验2组的TbPf和SMI值的递增说明对照组到实验2组新骨的凹度和骨连通性是递减的。这一现象或许是因为新骨包绕植骨材料结构的出现破坏了新骨的凹度和骨连通性。这些分析参数有助于我们了解植骨材料周围新骨的物理机械性能。

　　本研究的局限性是我们仅观察研究了牙槽嵴保留术后3个月感染拔牙窝的情况。我们需要对牙槽嵴保留术后和感染拔牙窝的愈合进展进行长期研究，此外，我们应该通过定性分析来比较使用植骨材料和未使用植骨材料感染拔牙窝的骨质。

　　致谢 ：本研究由国家教育科技部支持，感谢本文共同作者YoonMi Choi在学术上的支持。