生物膜引导骨再生在上颌窦提升中的成骨效果

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.25.015

摘要/Abstract

摘要：

背景：利用生物膜引导骨再生技术在上颌窦提升中成骨是牙种植的研究热点。
目的：探讨引导骨再生技术在上颌窦提升中的成骨效果。
方法：9只比格犬进行双侧上颌窦底提升同期牙种植，实验侧行胶原膜覆盖颊侧创口，对照侧无胶原膜覆盖。术后4，12，24周分别处死实验犬，行大体标本、力学测试及组织学检查。
结果与结论：术后12，24周时对照侧骨移植材料有移位，骨质吸收明显，种植体顶部暴露，实验侧种植体顶部骨移植材料无移位现象，有较厚的骨质覆盖。随时间的增加，种植体牵出力增加，在24周时实验侧与对照侧差异有显著性意义(P < 0.05)。组织学检查可见双侧上颌窦底植入骨粉后均可见新生骨形成，随时间延长逐渐增多、成熟，骨粉颗粒逐渐减少，术后12，24周时实验组与对照组新生骨的面积比较差异有显著性意义 (P < 0.05)。结果显示生物膜引导再生技术可减少上颌窦提升后骨的吸收，促进新骨骨形成。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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关键词: 生物材料, 口腔生物材料, 上颌窦提升, 引导骨再生, 牙种植, 生物膜, 骨形成, 广东省自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: The use of bio-membrane guided bone regeneration in maxillary sinus augmentation is a research hotspot in implantology at present.
OBJECTIVE: To investigate the osteogenic effect of guided bone regeneration in maxillary sinus augmentation using collagen membranes.
METHODS: The first maxillary molars of nine adult female beagle dogs were extracted and full-thickness flap was reflected bilaterally, then the sinus floors were lifted with simultaneous implantation. Bio-Oss was placed into the new space under the sinus membrane. On the experimental side in each dog, the bio-membrane covered the osteotomy window. On the control side, the flap was sutured directly, and was not covered by bio-membrane. Two animals were sacrificed at 4, 12, and 24 weeks after surgery, respectively. Gross observation, biomechanical testing and histological examinations were performed.
RESULTS AND CONCLUSION: In gross view, new bone formation was observed in all maxillary sinuses. The pull-out force increased with time. At week 24, a significant difference in the pull-out force was noted between the two groups (P < 0.05). Histomorphbomatrical analysis showed much more new calluses at the experimental group than the control group at weeks 12 and 24 after surgery (P < 0.05). The bio-membrane guided bone regeneration has a better effect on new bone formation in the sinus augmentation.

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Key words: maxillary sinus, bone regeneration, dental implantation, biofilms

中图分类号:

R318

李祥，查国庆，朱双喜. 生物膜引导骨再生在上颌窦提升中的成骨效果[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(25): 4020-4025.

Li Xiang, Zha Guo-qing, Zhu Shuang-xi. Osteogenic effect of guided bone regeneration in maxillary sinus augmentation[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(25): 4020-4025.

图/表（结果） 3

2.1 实验动物数量分析实验过程中无脱落，9只比格犬均进入结果分析。

2.2 大体观察结果每只犬在处死前未发生伤口感染，各组均可见牙槽骨丰满，种植体稳固，颈部无明显骨吸收，黏膜完整，无炎症表现。

术后4周：实验组种植体顶部移植骨材料比较集中，无明显吸收或塌陷，移植骨颗粒明显；对照组骨移植材料颗粒明显，无吸收或移位(图2A，B)。

术后12周：已不见移植骨颗粒，新生骨与周边无明显区别，实验组新生骨仍比较集中于种植体顶部周边，顶部被新生骨包裹；对照组新生骨比较分散，顶部骨有吸收，顶部仅有薄层骨质覆盖(图2C，D)。

术后24周：新生骨与周边骨质已无法区分，实验组的新生骨仍集中于种植体的顶部周边，无移位，种植体顶部为较厚的新生骨覆盖，无种植体暴露；对照组种植体顶部明显暴露，已无骨质覆盖，且可见有明显的骨吸收陷窝(图2E，F)。

2.3 生物力学测定各组种植体均被牵出，随着时间的增加，牵出力亦逐渐增大，12，24周时牵出力与4周时比较

差异有显著性意义(P < 0.05)。在4，12周时实验组与对照组的牵出力无明显差别；24周时，实验组与对照组比较差异有显著性意义(P < 0.05)，见表1。

2.4 组织学检查

术后4周：实验组可见Bio-oss骨颗粒周边有新生骨形成，材料周边有较多的成骨细胞附着，新生血管丰富(图3A)；对照组有少量新生骨形成，有较多的纤维结缔组织，可见新生血管(图3B)。

术后12周：实验组可见材料部分吸收，新生骨骨小梁形成活跃，材料中心部分亦可见有新骨的形成，部分新生骨向板层骨转变(图3C)；对照组可见部分材料周边有部分新骨形成，材料吸收不明显(图3D)。

术后24周：实验组Bio-oss骨颗粒明显减少，大部分为成熟骨板，可见骨陷窝(图3E)；对照组仍有较多的材料颗粒，结缔组织较多(图3F)。

2.5 组织形态学分析随时间的增加，新生骨的面积逐渐增加；Bio-oss颗粒面积的比例减少。4周时新生骨面积实验组与对照组无明显差别(P > 0.05)，12，24周时差异有显著性意义(P < 0.05)。但在实验组内比较时可看到12，24周时新生骨面积并没有明显差异(表1)。

参考文献

引言

上颌后部牙缺失后由于骨吸收及腔窦的气化致牙槽嵴顶至上颌窦的高度不足，使得该部位的种植手术产生困难。在此部位进行牙种植时，种植体易穿透上颌窦而导致种植体失败。使用短的种植体(小于7-10 mm)的临床效果均不理想，失败率达35%以上^[1]，上颌窦提升术是解决此问题的有效手段^[2]。一般认为牙槽嵴顶至上颌窦底的距离不足10 mm时，有必要行上颌窦提升术以支持足够长度的种植体^[3]。自20世纪80年代Tatum^[4]首次将上颌窦提升用于临床报道以来，已有大量的临床及动物实验研究报道^[5-19]。目前有关上颌窦提升的研究以临床报道为主，着重于移植骨材料的选择、新生骨与种植体的整合等方面^[20-21]。带种植体的硬组织切片和影像学是检测骨-种植体整合常用而有效的手段^[22-23]，但二者均是定性检测方法，不能量化分析。生物力学(种植体的牵出力)是一种定量的方法，可以评价种植体与骨的整合。通过生物力学分析种植体在上颌窦提升中与骨的整合情况在国内的研究中少有报道。引导骨再生(guided bone regeneration，GBR)技术是根据各类不同组织细胞迁移速度不同，采用生物材料人工制成一种带微孔的生物膜，起屏障作用，以阻止软组织中成纤维细胞及上皮细胞长入骨缺损区，避免这些细胞与有骨生成能力的细胞产生竞争抑制，保护血块的稳定，维持血块充填的间隙，使有骨生成能力的细胞缓慢进入骨缺损区，修复骨缺损。引导骨再生技术已被广泛应用在牙槽外科、牙周病治疗和口腔种植领域^[24-26]。生物膜在引导骨再生技术中起着关键性的作用。引导骨再生技术在颌窦提升中的应用也取得了良好的效果。目前在上颌窦提升中使用的生物膜基本为可吸收膜，以Bio-Gide生物膜为主。该生物膜价格较贵，增加患者的负担。国产的HEAL-ALL(海奥)胶原膜是一种异种生物材料^[27]。本研究观察使用HEAL-ALL胶原膜的引导骨再生技术在上颌窦提升中成骨效果，使用生物力学方法分析种植体与新生骨的整合情况。

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材料方法

设计：胶原生物膜引导骨再生技术在上颌窦提升中成骨的动物观察实验。

时间及地点：实验于2012年3月至2013年6月在中山大学附属第一医院骨科研究所完成。

材料：

实验动物：选成年比格犬9只，1-1.5岁龄，体质量15-20 kg，由中山大学动物实验中心提供，适应性饲养1周后用于实验，健康良好。实验过程对动物的处置符合医学伦理学标准。

实验方法：

动物实验及种植体的植入：实验犬用戊巴比妥钠 (30 mg/kg)腹腔注射麻醉后，常规备皮、消毒、铺巾。拔除双侧第一磨牙(第一磨牙均无炎症，牙周状况良好)。在

种植体与新生骨整合实验用主要材料：
材料	来源
HEAL-ALL(海奥)胶原膜(15 mm×20 mm)	烟台正海生物技术有限公司
Bio-Oss骨粉	瑞士盖氏制药有限公司
纯钛螺纹圆柱状种植体(长度10 mm，直径4 mm)	华南理工大学材料研究所研制

拔牙创的近远中斜行切开黏骨膜，全层掀起黏骨膜瓣，充分暴露上颌骨颊侧骨面。在距牙槽嵴约1.5 cm处用小球钻磨除骨皮质，设计出一约2 cm×1 cm大小的长方形截骨区，暴露上颌窦，仔细剥离上颌窦底壁及近远侧壁黏膜，保证上颌窦黏膜的完整，无穿孔，提升上颌窦底，提升高度5.0-6.0 mm。修整牙槽骨至高度为4.0-5.0 mm，保证双侧剩余牙槽骨高度一致。逐级钻洞形成种植窝，植入纯钛种植体一颗，于上颌窦底及种植体周边植入Bio-Oss骨粉。右侧设计为对照组，开窗口无胶原膜覆盖；左侧为实验组，将HEAL-ALL胶原膜覆盖颊侧口处，黏骨膜瓣复位严密缝合(图1A，B)。术后圈养动物，予以半流饮食，并连续7 d给予肌注青霉素80×10⁴ U。分别于术后4，12，24周各处死3只动物，取得带种植体的上颌窦标本。

主要观察指标：

大体标本的观察：观察种植区牙槽嵴的外形，黏膜的完整性，剥离黏膜后观察种植体的动度及其顶部新骨形成情况。

生物力学实验：术后4，12，24周每组各取2个带种植体的组织块取出后放入体积分数为10%的中性甲醛溶液中固定24 h，修整组织块形成大小20 mm×30 mm的圆柱体，将覆盖螺钉紧密的拧入种植体的螺纹内。组织块垂直固定在测试机858型MTS材料实验机的底座，夹具夹住覆盖螺钉，使测力杆方向与拉伸长轴一致，然后用测力夹具夹住测力杆上端，保持牵出的方向与种植体的长轴一致。牵出力为0-1 000 N，速度为0.4 mm/min，记录各种植体被牵出的最大值，每组取平均值。

组织学检测：牵出种植体后的骨组织标本用体积分数为10%的甲醛溶液固定，14%硝酸脱钙两三天，以手术刀能切开为准。取出种植体，脱水，石蜡包埋，制成4 μm厚组织切片，苏木精-伊红染色，光镜观察。

组织形态学分析：每个标本取3张切片，每张切片在高倍镜(×200)下随机选3个视野用Leica scan2000专业图像分析系统作骨形态计量学分析。新生骨面积计量(新生骨面积/计量总面积×100%)：对每张切片的3个视野进行图像采集并计量新生骨面积，累计总和，每个标本取3张切片的平均值。移植骨颗粒的面积计量：同法计算Bio-oss骨粉颗粒的面积(骨粉颗粒面积/计量总面积×100%)。

统计学分析：对生物力学及组织学形态学的数据使用SPSS 10.0软件进行t 检验，所有数据均以x(_)±s表示，P < 0.05为差异有显著性意义。

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讨论

骨移植材料在上颌窦提升后新生骨高度的长期稳定性是种植体成功的关键因素^[28]，而种植体与新生骨的良好骨性整合是种植体成功的标准之一^[29]。力学实验是检测种植体-骨界面强度的一种有效及简便的方法。Haas等^[30]研究表明颌窦提升后种植体的牵出力随着时间的延长而增加，使用羟基磷灰石作为移植材料时，12，26周时分别达到325.1及521.8 N。本研究中实验组及对照组的种植体牵出力亦随着时间的延长而增加。这表明种植体与骨的结合强度随着时间的延长而增强。实验组在24周时即达到 547.2 N，大于Haas的结果。这可能与移植材料的种类及种植体的类型有一定关系。实验组与对照组在4，12周时牵出力无明显差异，而在24周时差异有显著性意义。这应该与Bio-oss骨粉成骨及吸收较慢有关；同时种植体顶部骨的吸收亦有一定的影响。

组织形态学的分析在一定程度上解释牵出力与时间的相关性。研究结果显示，实验组与对照组中新生骨的面积随着观察时间的延长而增加，并且成熟的束状骨也增多。这与种植体牵出力的变化具有一致性。但在Haas的研究中出现了组织形态学与力学测试相反的现象，即自体骨移植后组织学显示远好于对照及羟基磷灰石组，但种植体牵出力却小于后者。作者认为虽然新生骨比例的增加、成熟骨增多并不必然代表种植体与骨的结合强度更好，但至少是提供了二者良好结合的基础，有关其中的相关性有待于进一步的研究。

种植体在上颌窦提升后顶部的骨吸收一直是学者们关注的现象。Kahnberg等^[31]发现上颌窦外提升同期牙种植体的总体失败率高达39%，骨移植材料第1年的吸收率为21%，3年内为30%。在Miyajima的动物实验中，6个月时移植的自体骨块体积减少约50%^[32]。Choi等^[33]临床研究中发现无膜覆盖的上颌窦外提升患者，6个月后再开窗处仍可见大量的骨粉颗粒，并且骨粉颗粒有“逸出”上颌窦颊侧骨窗的现象，这说明有移植骨材料移位的现象。种植体顶部骨吸收的原因尚不清楚，Hatano等^[28]认为压力诱导的移植后上颌窦底黏膜的塌陷下降及骨吸收可导致骨垂直高度的降低。本研究中可以发现对照组种植体顶部有明显的骨吸收发生，导致种植体顶部暴露。而实验组则骨吸收不明显。其可能的原因是种植体的顶部接近上颌窦的黏膜远离周边的骨壁，无骨性的支持，基于重力、空气压力、头部的运动等因素移植骨材料的移位是可能发生的。本研究证实了骨移植材料的移位。因此骨移植材料的移位是种植体顶部骨吸收的原因之一。

在上颌窦提升中是否使用覆盖膜目前仍有争议。林野等^[34]对9例患者进行上颌窦提升植入自体骨与Bio-Oss的混合物，没有使用覆盖膜，仍取得了满意的效果。Fugazzotto^[35]对各类骨量不足使用引导骨再生技术，达到种植义齿的修复目的。但王宏青等^[36]的研究中在有钛膜覆盖的情况下的骨吸收量明显大于无膜覆盖的各组。

目前用于上颌窦外提升的覆盖膜主要有可吸收膜和不可吸收膜，也有使用局部组织瓣如颊脂垫瓣覆盖达到人工膜的目的^[37]。不可吸收膜的缺点是创口易开裂，膜早期暴露概率高，暴露后成骨的效果受影响大。另外由于膜不能在体内降解，需二次手术取出；目前临床已很少使用。可吸收膜的最大优点是无需二次手术取出；另外暴露后有一定的抗感染能力，所以即使暴露，感染的机会也较不可吸收膜少，对成骨效率的影响较小^[38-39]，因此在临床应用的范围越来越广泛^[40]。

目前国内使用的可吸收膜主要以Bio-Gide为主。该生物膜为进口产品，价格较贵，增加患者负担。 HEAL-ALL生物膜是国内生产的一种异种脱细胞真皮基质，采用特殊工艺将真皮内可能被宿主识别而引起排斥反应的各种细胞及其成分脱除，只保留真皮中含胶原网架的细胞外基质及真皮层与表皮层之间的基底膜。由于完全清除了细胞成分及Ⅰ、Ⅱ型细胞相容性抗原，所以其免疫活性很低，不会诱发排斥反应，表现出良好的生物相容性。该研究显示在上颌窦提升中，使用HEEAL-ALL生物膜的引导骨再生技术可以促进上颌窦提升后新生骨的形成、移植骨材料的改建、骨成熟的过程，同时可以减少新生骨的吸收；提高种植体与新生骨的结合强度。由于本研究观察时间较短，无法预测长期的骨改变情况，有待于更进一步的研究。

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