|>多孔中空柱状钛种植体复合牛骨形成蛋白的实验研究Ⅰ生物力学测试<| - [骨形成蛋白,种植体,生物力学,多孔中空柱状钛种植体] - [种植牙] - [口腔文章]

1.1实验动物
　　采用10只健康成年杂种狗，雌雄不限，体重10～13kg。
1.2实验材料
　　多孔中空柱状钛种植体由华西医科大学口腔重点实验室设计、研制。将纯钛棒加工成长10mm，直径4.0mm的中空柱状种植体，侧面有小孔30个，对称分布，底面1个小孔，相互贯通。小孔直径均为1.0mm，种植体上部3mm加工成螺纹状，为植入后露出骨面的部分，并有与之配套S的愈合帽，以保护螺纹。

时间（周）	A	B	C	P1	P2
2	0.582±0.02	2.235±0.12	1.042±0.09	＃	＊
4	1.291±0.07	8.483±0.10	4.375±0.12	＊	＊
8	82.369±0.09	11.793±0.09	6.857±0.14	＊	＊
16	163.169±0.13	12.537±0.08	9.211±0.14	＊	＊
24	243.825±0.06	13.131±0.13	11.051±0.25	＊	＃

注：P1为A/C间比较的概率，P2为B/C间比较的概率
＊为P<0.05，＃为P>0.05
　　bBMP参照杨连甲[1]方法提取、纯化，并证实其生物学活性。将bBMP加入多孔中空柱状钛种植体底面的小孔，形成实验组复合种植体（B组），对照组采用同等规格的实心柱状钛种植体(A组)，及不复合bBMP的多孔中空柱状钛种植体（C组）。
1.3实验方法
　　将实验动物随机分成5组，每组2只。采用3％戊巴比妥钠（30mg/kg）腹腔内注射全麻后，在无菌条件下手术。于一侧股骨内侧切开皮肤、皮下组织，沿肌间隙钝性分离达股骨，切开骨膜，暴露股骨皮质，用低速牙科钻在生理盐水持续冲洗冷却下，于外层骨皮质钻6个孔，孔间相隔10mm，孔径略大于种植体外径。钻孔完成后，用大量生理盐水冲洗，去除骨碎屑，随机植入A、B、C三种种植体，轻压使其就位，其长轴与骨长轴相垂直，且高出骨表面约3mm。3种种植体每组数量相同，位置随机分配。对侧股骨同法植入。术中给予静脉滴注青霉素，术后3天肌注青霉素及庆大霉素，预防感染。
　　分别于术后2、4、8、16、24周各处死一组动物，用金刚砂片将标本制成含种植体的小骨块，使两个切面相互平行。采用特制的夹具在四川联合大学力学测试中心万能力学试验机（AG－10TA型，电子式）上作拉出试验（push－outtest），记录瞬间最大载荷，然后测截面积。测面积方法：将种植体从测试后的标本中取出,沿标本长轴与种植体相垂直的方向剖开，于种植体－骨界面随机取4个位置，直接测量种植体－骨界面接触长度，求其平均值，代入公式：

P为剪切强度，F为拉出试验的最大载荷，d为种植体直径，h为平均接触长度。

　　对所得结果进行统计学分析，采用t检验(α=0.05)。在NJ－50B型扭转试验机上作扭转试验（torquetest），所得结果采用t检验进行统计学分析。

　　表1示不同种植体植入后在各时间点的剪切强度的比较结果。由表可见，三种种植体植入后其界面剪切强度均随植入时间延长而增大，在4周内增大明显，之后呈平缓上升趋势；在各时间点，B组的剪切强度都明显高于A组，除植入后24周，B、C两组的的剪切强度无明显差异外，其余时间点B组都明显高于C组；A、C两组在植入后16周才达到较高水平，而B组在植入后8周即接近其最大值；B组4周时的剪切强度与C组16周时接近。
　　图1为不同种植体剪切强度均数比较的直方图。由图可见，三种种植体植入后其界面剪切强度随植入时间增加，B组剪切强度高于A、C两组，对照组C最小；在2周与4周期间，B组剪切强度的增高最为明显。
　　表2示三种植体植入后在各时间点的扭矩值的比较结果。由表可见，三种种植体植入后其扭矩均随植入时间增加增大，植入4周后开始变大，在16周内有明显的上升。B组在早期（4、8周）上升最为明显，而在24周，B、C两组扭矩值差异无显著性。
　　图2示三种种植体在各时间点扭矩均数比较的直方图，可见扭矩值随时间增加增大，各时间点上，B组均大于A、C两组，C组大于A组，且B组4周时的扭矩值已近于C组16周时的扭矩值。

3讨论
　　衡量骨长入种植体表面孔隙中量的指标除直接观察测量外，还可通过种植体－骨界面的结合强度来判断。Yotitor认为种植体－骨界面的结合强度是客观而准确地估计种植体固定强度的重要方法[2]。Thomas等[3,4]人也证明不同表面形态明显影响其与骨的剪切强度其中力学测试是一种灵敏有效和有实际意义的检测手段。目前较多采用的是拉出试验，测得剪切强度值，反映种植体－骨界面的结合强度。但由于实际受力时侧向力产生的扭力对种植体影响很大，拉出力不能反映这个力的大小，故可同时采用扭转试验，测得最大扭矩值，可间接反映种植体受侧向力时的稳定性[5]。Richard等[6]通过活体扭转和拉出试验与组织学分析，发现扭转力与种植体－骨接触面积之间，拉出负荷与骨厚度之间显著相关。认为植入后4周可能是种植体稳定的关键时期。本实验结果与此相一致，从另一方面说明种植体植入后早期稳定的重要性。多孔中空种植体与骨结合后，其结合关系即是突入孔隙中的骨突与孔隙的锁合关系。从力学的观点看，用机械锁结解决界面结合的原理在于改变微界面的应力作用方式，在各种方向的载荷下，大界面上每个区域均有小界面的压应力存在，另外，孔隙增大了界面的连接面积，降低了界面的平均应力水平[7]。从本实验结果可以看出，B、C两组明显高于A组（除2周时A、C两组差异无显著性），可以认为：多孔表面与骨的摩擦力大于光滑表面，骨长入孔隙中后与骨的锁合力大于光滑表面与骨的结合力。C组植入初期主要固位力是与骨的摩擦力。与A组相同，而C组中后期主要是骨长入孔隙中固位，因此可解释C组在2周后其剪切强度高于A组，在B组，由于bBMP的作用，植入后即早期、快速成骨，骨组织长入表面孔隙中，故早期就表现出较高的结合强度，并随着时间延长，长入孔隙中的骨量逐渐增加，仅在后期（24周）B、C两组的结合强度无显著差异。可能因为后期两组的骨量及骨成熟度差别不大。上，B在本实验生物力学测试中，多孔种植体表面遗留密集的点状撕脱骨组织，提示bBMP既提高了种植体与新骨结合、嵌合水平，又说明多孔种植体与骨的生物化学结合（biointegration）与机械锁合(mechanicalinterlock)互存。证明骨形成蛋白(BMP)具有高度诱导骨生成能力，与种植体复合可提高其生物结合[8]的能力。

4结论

　　①中空多孔种植体与BMP形成以种植体为中心的BMP载体系统，具有缓慢释放BMP的作用，使之早期较持久地发挥作用，避免其快速溶解。②种植体设计为中空多孔，与骨之间产生了较高的机械锁结力，具有良好的固位作用；另一方面，增加了种植体的表面面积，即与骨的接触面积，也就降低了界面骨的平均应力，有利于种植体的稳固。当骨组织逐渐长入孔隙后，形成种植体—骨组织的复合体，可以改善种植体的力学性能。③BMP具有良好的诱导成骨作用，其作为一种高效骨诱导因子，已被国内外学者公认。植入后既快速成骨，骨修复启动早，修复速度快，骨成熟早，与中空多孔种植体复合，可提高材料的生物活性，缩短种植周期，有重要的临床应用价值。