上颌后牙区垂直骨量不足应对策略的生物力学评价*

李露露 卢海平 严洪海

上颌后牙区是口腔发挥咀嚼功能的重要区域，牙齿缺失后的种植修复是目前最合理的修复方式。然而由于上颌窦高度气化和骨质疏松，常造成剩余骨量不足，从而影响种植治疗［1］。临床上解决骨量不足常用的方法有上颌窦提升、倾斜种植、短种植体，穿颧骨种植和翼上颌种植等。但临床医生在种植方法选择上常常依赖于临床经验，却忽视了不同方法中种植体周围骨界面应力的变化对种植治疗的影响。因此本文就上颌后牙区垂直骨量不足不同应对策略的生物力学评价作一综述。

1.上颌窦提升

国内外学者最新研究表明，在特定的情况及条件下，作为上颌后区牙槽骨量不足修复中的一种方式，上颌窦提升已被认可，其提升后种植体骨界面生物力学一直受到众多学者的广泛关注。传统的上颌窦提升技术包括上颌窦底内提升术和上颌窦底外提升术，但目前的有限元研究均未对两种术式进行明确区分。近年来，上颌窦提升生物力学研究主要集中于上颌窦剩余骨高度不足、植骨及植骨材料的选择、种植体负载时机等几个方面。

1.1 剩余骨高度（residual bone height,RBH)Jensen等［2］早在1996年就把上颌窦区RBH分成4类：一类，RBH＞10mm骨量正常；二类，7mm≤RBH≤9mm 剩余骨高度轻度不足；三类，4mm≤RBH≤6mm剩余骨高度中度不足；四类，RBH＜4mm剩余骨高度严重不足。早期研究普遍认为上颌窦提升高度和垂直骨高度之和应达10mm，因此当骨高度为一类时，上颌窦区骨量充足可行常规种植修复。Cehreli等［3］测量了人新鲜尸体上剩余骨高度不少8mm的上颌后区种植体植入扭矩和植入稳定系数，发现在垂直加载力时，非植骨模型周围骨应力高于植骨模型，而斜向加载时，植骨模型应力却高于非植骨模型。Gabor等［4］建立的5.3mm三类骨高度和沈洪洲等［5］建立的3mm四类骨高度模型，经有限元研究发现上颌窦提升植骨比非植骨模型种植体周围骨的应力均显著减少。而另一有限元的研究［6］还发现当RBH＜4mm，随种植体伸入上颌窦腔内的长度增加，颈部皮质骨的应力与位移反而增大。结合一项临床研究结果［7］，RBH＞6mm种植体存活的概率为97.6%，RBH为4-6mm时，上颌窦提升术后10年种植体存活率为95.7%，最小骨高度（1-3mm）的种植，10年存活率降低至约80%。因此，笔者认为，上颌窦提升种植应选择合适长度的种植体，以避免应力集中。当7mm≤RBH≤9mm时，上颌窦提升可不植骨，但要注意避免种植体受到过大侧向力；4mm≤RBH≤6mm时，上颌窦提升时应当尽量进行骨移植术；当RBH＜4mm时，上颌窦提升必须进行植骨以增加骨高度。

1.2 上颌窦提升植骨 目前用于植骨的材料有自体骨、同种异体骨、异种骨和骨替代材料等，其中自体骨是目前上颌窦提升植骨的黄金标准。在一项以均质脱矿冻干羊骨或非均质脱矿冻干人骨作为移植材料生物力学承载能力的研究中，间隔12、16、26周进行推出试验，结果显示均质脱矿冻干羊骨组的平均推出力为365.2N，与自体骨（356.7N）的推出力相当，非均质脱矿冻干人骨值较低（278.1N)，与空白对照组的平均推出力（259.3N）一致，并且随时间推移，发现自体骨移植显示出最高的抗拉强度［8］。在另一项研究中［9］，冲击试验和共振频率力学性能的分析显示，自体间充质干细胞移植比自体骨移植的初始稳定性稍高，然而作者也提到在骨形成方面，对骨替代物的机械性能评价必须谨慎解释，因为双相磷酸钙颗粒可能仅仅通过使植入物聚集而不使其重塑为骨而阻碍植入物的运动，自体间充质干细胞移植活化的矿物质能否达到自体骨的成骨能力，还有待进一步研究。因此在骨生物学特性方面，当前上颌窦提升植骨的最佳选择是自体骨移植。

还有不少学者研究发现植骨的位置和量对种植体的稳定和周围骨应力有不同程度的影响。Schuller［10］建立的上颌窦提升块状骨移植模型，分别位于近种植体尖1/3，中1/3，和近窦底1/3，发现当植骨块位于近窦底1/3时，皮质骨的Von Mises应力最低，这也与移植物从窦底堆积的实际情况相符。杨慧等［11］人模拟植入羟基磷灰石不同高度时，皮质骨和松质骨应力都随植入的骨高度增加而降低，但同时发现伴随着植入物高度的增加，种植体微动也增加，植入大于4mm时种植体微动超过阈值100mm，不利于种植体骨结合。因此，如何在有限的上颌窦空间内，使植骨高度在骨应力减少的同时，保持种植体微动也在合理范围内显得尤为重要，综合考虑建议移植骨高度为4mm最为合理。

1.3 种植体负载时机选择 牙种植体实现骨结合的一个重要前提是种植体保持理想的初期稳定性。根据牙种植的负载时间，可分为同期负载和延期负载，但关于种植体植入时机的生物力学研究较少。在一项家兔股骨种植的研究中［12］，研究者分别于术后2、4、8周对植体进行推出试验和有限元分析发现，植入骨的质量和种植体周围的生物力学性能随着愈合时间的增加而优化。Barbera［13］等建立轻度牙槽嵴缺失（RBH≥7mm）上颌骨模型，在移植物从移植到成熟的各个阶段，比较移植物的应力分布，发现移植短期内，垂直负载的应力主要由皮质层和松质骨共同支撑，倾斜载荷主要由皮质骨承担，而移植物承受的应力较少。随血液聚集，移植区新生骨形成，皮质骨和松质骨的Von Mises应力值均下降，骨组织开始愈合阶段，应力下降速度减慢。然而以往的研究表明［14］，随剩余牙槽嵴高度和质量的降低，皮质骨最大应力也随之增加，当RBH＞4mm 时，最大应力显著增加。因此他们认为延期愈合可以优化种植体周围骨应力分布。但是目前尚无相关文献报道牙槽嵴严重缺失（RBH≤4mm）时，移植物及周围骨的应力。因此，当RBH≤4mm 时，应力应变的变化是否符合这一规律，还有待进一步研究。

2.倾斜种植

倾斜种植是相对于轴向种植的一种带有倾斜角度的种植方式。因其与上颌窦提升相比，避免了植骨，缩短了疗程而受到关注。研究表明倾斜种植的种植体周围骨应力与倾斜角度明显相关。Hamed等［15］通过有限元分析发现垂直种植皮质骨应力比倾斜25°种植体少66%，而两种种植体的最大应力水平均在皮质骨生理极限范围内，并在牛肋骨上进行耐折性实验验证，结果与有限元研究一致。另一项动态载荷下种植体折断的研究中［16］，种植体植入不同角度，对冠边缘重复施加载荷直到100000次，记录发生折断的种植体，结果显示，随植入角度增大，种植体发生折断时，加载次数随之减少，且在植入角度大于15°时，次数显著减少。但这项研究是基于实验室研究，而人体骨骼具有一定的缓冲作用，种植体应用于口内时，可能会略有不同。夏琳［17］等将倾斜种植应用于不同质量的颌骨中进行有限元分析，她认为颌骨骨质越致密，种植体可应用的倾斜角度越大，而上颌后区骨质疏松，多为Ⅲ或Ⅳ类骨，因此不建议上颌后区应用倾斜种植。董树君［18］等却认为在上颌后牙区骨量不足时可采用倾斜种植，但应适当增加种植体长度和直径且倾斜角度应小于15°。

临床上，上颌窦区的倾斜种植还常用于全牙弓的种植修复。对上颌all-on-four的远中种植体倾斜角度种植体周围骨应力的研究发现［19，20］，不管即刻或延迟加载力时，种植体周围骨的应力都随着远中种植体倾斜的角度增大而减小，在种植体倾斜45°时，骨应力最小。这一结果与单个倾斜种植研究结果相矛盾，这可能是由于all-on-four的远中种植体倾斜45°时，缩短了悬臂长度。

3.短种植体种植

当前，各学者对短种植体的定义尚不明确，多数文献定义长度≤8mm为短种植体。传统观点认为短种植体意味着低成功率，然而最近研究表明短种植体与标准种植体成功率上并无统计学差异［21，22］。Jomjunyong等［23］研究了短种植体的单冠和联冠模型的应力，发现短种植体联冠修复比单冠修复可以降低20%的应力，但不管单冠还是联冠，种植体的应力分布特点相似。而将短种植体（525mm）与上颌窦提升、倾斜种植等种植方法进行生物力学研究［24］，还发现上颌窦提升与短种植体应力不管垂直或斜向加载力均小于倾斜种植，而短种植体的种植在斜向加载力时，比上颌窦提升时表现为更少的应力集中，因此从生物力力学角度来说，在不能开展上颌窦提升技术时，可优先考虑短种植体。种植体直径也是影响短种植体周围应力的主要因素，Kang等［25］通过三维有限元分析短种植体不同直径对种植体周围应力的影响，发现种植体直径小于5.5mm时，随着直径的增加，种植体周围骨应力随之减少，避免了种植体周围骨应力集中。Demenko等［26］对上颌后区的短种植体承载力的研究，也证实这一结果，而且他认为种植体直径的增加对周围骨应力的影响比长度增加的影响更显著，因此，短粗种植体在上颌窦区应用时可以获得与常规种植体相似的效果。

4.上颌后区双皮质固位种植

上颌窦区双皮质固位指种植体植入上颌窦底骨皮质中，利用上颌窦底皮质骨和牙槽嵴顶皮质骨的双重固位。Verri等［27］在前牙区就观察到双皮质固位可以减轻种植体顶端的应力集中。Seker［28］将双皮质固位的短宽种植体修复与其他种植修复方式比较，发现双皮质固位的短宽种植体的应力和位移最小。近年来，也一直有学者推荐上颌窦区使用双皮质固位的方法。双皮质固位的生物力学研究主要是针对牙槽嵴顶皮质骨、窦底皮质骨等。

4.1 牙槽嵴顶皮质骨 Branemark［29］等的实验已经肯定了鼻腔和上颌窦植入物的双皮质固定可以减少种植体的失败率。Han［30］等人在一项种植体的体外研究中，双皮质种植显示出明显更高的移除扭矩。Oliveira［31］等的研究中，还发现双皮质固位种植体在种植过程中表现出了较高的植入扭矩和稳定系数。在最近一项有限元研究中［32］，对不同厚度牙槽嵴皮质骨的应力比较，发现厚度为1mm的皮质骨比厚度为2mm的皮质骨有更大的应力集中。Yan［33］等采用可变厚度的牙槽嵴顶的皮质骨和固定厚度的窦底皮质骨，施加129N力，也发现牙槽嵴顶皮质骨的最大的von Mises应力和位移均随着牙槽嵴顶皮质骨厚度的减小而增加。这些研究表明，牙槽嵴顶的皮质骨厚度对改善种植体周围骨应力有明显作用。

4.2 窦底皮质骨 研究表明［33］，即刻加载时，窦底皮质骨的应力变化比牙槽嵴顶的皮质骨应力变化更显著。Yan［14］等假定牙槽嵴顶1mm和窦底骨皮质0.5mm的厚度不变，两者之间的距离从8.5mm至0.5mm，结果发现，当距离小于2.5mm，即RBH＜4mm时，窦底皮质骨的应力迅速增加一倍，种植体的最大位移也显著增加。薛燕青［34］等还对种植体根尖部与上颌窦底皮质骨的关系进行了研究，未接触，接触，和穿过窦底皮质骨的即刻加载中，穿过窦底皮质骨时，颈部皮质骨应力降低，窦底皮质骨应力大于颈部皮质骨。这些研究似乎都表示窦底皮质骨对上颌窦的种植是有利的。然而，Oosterwyck［35］等人在有限元方法研究中评估了双皮质与单皮质固位在不同骨质下的效果，双皮质固位使整个种植体的应力均比单皮质情况降低，但是，在骨质量条件较好时，双皮质固位的应力下降并不明显，只有在骨质量较差的情况下应力变化才显著。部分学者还将双皮质固位应用于临床，发现种植体的双皮质固位并未增加其生存率，反而种植体折断比例增加［36］。可能的解释是骨质量较好时，双皮质固位使种植体的不利应力增加，导致种植体折断。一项系统回顾分析中［37］，报告了种植体宽度增加可以减少种植体折断，因此，建议在骨质疏松的上颌窦区可应用双皮质固位，同时适当增加种植体直径。

5.穿颧穿翼种植

上颌后牙区因各种原因导致上颌骨严重骨量不足，已不能采用常规种植技术，穿颧骨或翼上颌区的种植成为可选择的一种种植修复方式。

5.1 穿颧骨种植 传统穿颧骨种植包括上颌窦沟槽技术和经上颌窦外种植技术。颧种植体被植入牙槽嵴腭侧皮质骨、上颌窦底皮质骨和颧骨的2层皮质骨中［38］。Freedman等［39］的研究发现穿颧骨种植的最大压应力位于牙槽嵴顶和颧骨上颌缝区域的皮质骨处，上颌窦外种植技术的种植体最大应力小于上颌窦沟槽技术的最大应力，但受限于上颌窦外侧牙槽骨量，上颌窦外种植的应用并不普遍。有研究［40］认为颧骨种植体与皮质骨接触可以减少颧骨种植体的应力集中，对颧骨种植修复起着稳固的作用，将种植体植入不同上颌窦颊侧骨缺损中，种植体不经牙槽嵴或窦壁直接进入颧骨时种植体观察到的应力高于其他所有类型，且种植体与上颌窦皮质骨接触区域越大，应力越小。储顺礼等［41］分别模拟在不同位点植入颧骨种植体，发现颧骨种植义齿的应力与植入位点相关，第一磨牙植入位点的应力分布最为合理。

近年来，临床上出现了以血管化骨瓣结合颧骨种植体植入的修复方式。吴轶群等［42］研究认为单侧血管化腓骨瓣结合颧种植体修复可合理的传导和分散咀嚼应力。甄恩明［43］的研究进一步证明双侧植入颧种植体可使应力分布更加合理，而且能有效恢复患者的颧突支柱。因此，穿颧骨种植是一种可选择的临床治疗方案。

5.2 翼上颌种植 翼上颌种植是将种植体从上颌结节处倾斜植入，穿过腭骨椎突，最终到达蝶骨翼突的皮质骨。翼上颌区种植体位于上颌牙弓的最后方，受到非轴向力的作用并承受较高的咀嚼力，故而很少单独使用，常常与其他部位的种植体相结合。潘文辉等［44］建立上颌无牙颌的翼上颌种植，研究认为增加中间前牙区种植体数目有利于将应力传导至翼板，分散应力集中，但翼上颌区的种植体倾斜角度对应力影响不大。

翼上颌区由于结构复杂，神经血管较多，该技术仅由少部分经验丰富的临床医师所掌握，相关研究报道较少，而其生物力学研究更是少之又少，因此翼上颌区种植体长度、植入位置、设计方案等对生物力学的影响需要更深入系统的研究。

6.总结与展望

综上所述，从生物力学角度，选择种植方式时应充分考虑种植体及周围骨的应力，上颌窦提升是解决上颌后区骨量不足的首选方法，但实际临床应用时，常常需要考虑种植并发症、患者自身条件及经济因素等，故可在骨质量较差时考虑短粗种植体技术。将短粗种植体植入窦底皮质骨，一方面窦底可增加种植体稳定性，另一方面大直径种植体可减少种植体折断。但目前尚未有足够证据表明其中哪种植入方式在RBH＜4mm时具有明显生物力学优势。有限元分析方法在复杂口腔情况及上颌窦解剖结构存在一定的局限性，随着生物力学的发展，在有限元研究基础上加以临床实验验证，相信可以为临床应用提供更为可靠的依据。