种植体周围骨上软组织的应用及研究进展

陈京京,李舒雅,刘腾达,王淑红

Berglundh等[1]在1991年提出种植体周围存在类似于天然牙生物学宽度的软组织屏障,包括约2 mm的上皮附着和1 mm的结缔组织,而2017年的牙周共识性会议上用“嵴上软组织结合”代替了“生物学宽度”[2]。2020年Avila-Ortiz等[3]提出“骨上软组织高度”这一概念,指的是龈沟上皮、结合上皮和嵴顶上结缔组织这三种结构的垂直向距离,另外提出“嵴上软组织附着”的概念是指结合上皮和结缔组织在种植体表面的附着。

1 骨上软组织的形成及改建

种植体周围形成稳定的软组织结构需要6～12周。植入后2 h白细胞聚集在致密的纤维蛋白网格中,形成初始的黏膜封闭。1～2周时存在大量成纤维细胞和血管结构,开始形成上皮屏障。随后,上皮逐渐成熟,在12周时形成了致密的结缔组织[4]。与Berglundh等报道6～12周上皮完全愈合不同的是Sukekava等[4]的动物实验观察到愈合12周时仍存在少量炎症细胞,作者认为这可能与种植体颈部连接设计有关。

骨上软组织高度成熟后稳定在3.1～3.5 mm之间。术后1～2周STH高度开始增加,龈沟深度变浅,结合上皮变长,结缔组织附着变短,龈沟上皮和结合上皮在1.7～2.1 mm之间变化[5]。人体临床试验同样证实了骨上软组织高度的稳定性,包括了1.9 mm的屏障上皮和1.7 mm的结缔组织部分[6]。但植入新鲜拔牙窝中的种植体在8 周时的软组织尺寸约为 5 mm,包括3.0～3.5 mm的上皮和1.0～1.5 mm的结缔组织,该学者认为即刻种植的软组织愈合可能会导致上皮界面比延期种植更长[7]。

2 骨上软组织的附着

种植体周围骨上软组织在种植体穿龈处形成良好的封闭效果才能发挥隔绝外界刺激的作用。结合上皮与种植体表面主要通过半桥粒和基底层蛋白相黏附[1],与天然牙周围上皮附着于整个交界面不同的是种植体周围上皮细胞的半桥粒和基底层主要存在于种植体与上皮交界的根方[8],有学者认为这是一种不良的上皮黏附。结合上皮会持续表达细胞间黏附因子、趋化因子和其他细胞因子,起到维持结合上皮生理稳态的作用。当种植体周围遭受大量致病菌侵袭时,促进中性粒细胞和淋巴细胞通过这些因子的相互作用渗透到结合上皮中,发挥出先天免疫的作用[9]。

结缔组织富含大量胶原纤维,通过糖蛋白黏附在种植体表面上,通常呈平行于种植体表面或环绕种植体的状态,稳定且致密的胶原纤维有支撑结合上皮、保护下方骨组织的作用[10]。结缔组织中的主要细胞是成纤维细胞,主要通过细胞膜的跨膜转运蛋白与细胞外基质中的纤连蛋白相连形成黏着斑黏附于种植体表面。结缔组织的附着部分分为贴近种植体的内侧区和外面的外侧区,内侧区宽约40 μm,无血管、胶原纤维细小,但成纤维细胞丰富;外侧区富含血管,胶原纤维更多且粗大,但是细胞含量较少[11]。相比天然牙的Ⅲ型胶原,种植体的结缔组织中含有大量抗胶原蛋白葡萄糖酶的Ⅴ型胶原,类似于瘢痕组织,因此黏附力较小,抵御外力或生物入侵的能力比天然牙更弱[12]。

3 骨上软组织的相关临床应用

3.1 种植体的植入深度

大多学者认为STH并不受植入深度的影响,种植体平台位于骨下时,牙槽骨发生吸收改建来形成生物学封闭,植入越深,骨吸收越多,但软组织高度保持不变[13]。张楚南等[14]将骨水平种植体分别植入平齐牙槽嵴顶,颊侧牙槽嵴下2 mm,颊侧牙槽嵴下1 mm和颊侧牙槽嵴上方1 mm,结果发现:各组的颊舌侧均获得了相似的骨STH。Pontes等[15]研究负重时机对种植体不同的骨内植入深度形成的生物学宽度的影响及Valles等[16]研究种植体颈部机械加工和表面喷砂酸蚀两种处理方法对种植体不同植入深度时形成的结缔组织的影响,均证实不同的负重时机或处理方法对不同植入深度所形成的骨上软组织高度差异无统计学意义。

虽然大量研究证实STH与植入深度无关,但也有部分学者研究发现不同的植入深度会影响软组织尺寸及位置。当种植体在骨下2 mm时,形成的软组织附着更靠近牙冠[13]。Valles等[17]的另一项Meta分析表明骨下植入时有更长的结合上皮附着,且边缘骨吸收更少,牙槽嵴顶更靠近冠方,这与de Siqueira等[18]的临床研究结果相一致。Askar等[19]的Meta分析甚至得出结论认为骨上或骨下种植体的软组织垂直高度均大于平嵴顶水平。因此,关于种植体植入深度是否影响骨上软组织高度的问题,目前仍存在较大争议,寻找一个理想的种植深度使骨吸收和软组织附着达到一个最佳的状态是目前研究需要解决的问题。

3.2 平台转移连接方式的应用

两段式种植体的植体和基台之间的界面存在微间隙,在静止状态下该间隙约为10 μm,细菌定植在该间隙时容易引起种植体周围骨吸收。平台转移技术被证实当基台直径小于种植体直径时,牙颈部的骨吸收明显减少。学者们普遍认为平台转移技术使种植体-基台界面向中轴移动,微间隙中的细菌远离骨面,从而在生物学上降低了骨吸收,因此该技术在临床上被广泛应用。平台转移这种连接方式同样影响着STH。

国内学者研究不同的平台连接方式对STH的影响发现,平台转移的种植体具有更长的结缔组织量,结合上皮的根方位于种植体肩台上方并有骨组织在平台上生长的现象,而传统对接方式的结合上皮根方位于种植体-基台界面的根方。Rodríguez等[10]在人的组织学研究中也发现了同样的现象,并认为这使骨-种植体交界的水平位置处于合适的种植体平台上,从而减少种植体周围的骨吸收。研究学者认为平台转移的设计由于交界处直径的不同而多出了软组织在种植体上水平向附着的平台,使垂直向的STH部分转为水平向,增强了软组织的稳定性和隔绝外界刺激的功能。Farronato等[20]观察到平台转移设计的种植体上皮附着垂直向更短,而结缔组织长度不变,这可能因为部分上皮组织转为水平向而引起。虽然平台转移技术减少了颈部骨组织的吸收并增强软组织的附着,但种植体和基台接触位置的直径差仍未达成共识。

3.3 软组织增量的应用

通常STH能够维持在3～4 mm,而手术创伤、患者本身解剖等原因常使STH高度不足,继而影响种植体颈部骨吸收[21]。研究表明,当STH<2 mm时,种植体边缘的骨吸收量较STH>2 mm明显增加[22],Avila-Ortiz综合考虑前后牙解剖差异,认为STH<3 mm为短STH[3]。因此,保持STH>3 mm或通过辅助方法增加过短的STH有利于维持种植体长期稳定。

自体组织移植或使用异种组织等都可以增加STH。Papapetros等[23]在种植同期即在种植体平台上放置自身移植的游离腭侧结缔组织,虽然厚黏膜组无论是否结缔组织移植均未表现出明显的黏膜厚度减少,而在薄黏膜组,接受结缔组织移植的区域软组织厚度明显增加。为了解决自体结缔组织移植需要开辟第二术区的问题,异种移植物被开发用于软组织增量。用猪胶原基质膜对术区行垂直向软组织增量后的平均厚度可增加(1.8±0.13)mm,且移植物与宿主完全整合[24]。脱细胞真皮基质是通过去除真皮中的表皮细胞成分制备而成,含有基底膜复合物和细胞外基质,在牙周或种植牙的软组织增量手术中已被广泛应用,并可获得满意的美学效果,但是长期稳定效果仍有待提高[25]。在种植手术同期放置愈合帽,缝合时将其覆盖,利用“帐篷效应”也可以产生少量的软组织增量[26]。

STH的增加在重建生物学封闭时不仅能减少种植体周围的骨吸收[27],还可以有效提高红色美学评分,尤其是结缔组织移植可以使美学效果保持长期稳定[28-29]。不过STH过高导致的深龈沟容易发生清洁困难、致病菌附着、炎症不易消退等系列问题[30]。因此,在临床中我们要形成合适高度的软组织,既保证了边缘封闭,防止骨质过多吸收,又不至于造成种植体周围感染。

3.4 种植体表面改性促进软组织附着

种植体周围薄弱的软组织附着及只接受骨膜末端分支血液等原因造成了种植体比天然牙更易受到细菌和机械刺激。当种植体周围发生感染时,结合上皮产生炎细胞浸润区,组织被破坏而向根方移动,细菌随之入侵,结缔组织附着也同时降低,进而发生骨吸收[31]。

目前,通过改变种植体表面的粗糙度、化学成分,或涂覆生物活性材料、改变种植体材料等方法,以促进种植体周围软组织的附着,抑制致病菌斑的形成是当前研究的热点。

3.4.1 改变表面粗糙度

种植体表面粗糙度常用轮廓算数平均差(Ra)表示,Ra值越小,表面越光滑,Ra<1 μm表示光滑,Ra>1 μm表示粗糙,通常认为钛种植体粗糙多孔的表面有利于骨结合的发生,而光滑表面更利于软组织附着,但近年来发现微米或纳米级的粗糙度更有利于形成良好的软组织封闭。赖颖真等[32]用光蚀刻技术制作不同宽度的微沟槽形貌,发现随着沟槽宽度增加,黏着斑蛋白的表达增多。根据细胞大小设计的沟槽可以产生“接触诱导”效应,诱导人牙龈成纤维细胞沿着种植体长轴方向生长。Xu等[33]用阳极氧化用于微粗糙的钛基体,形成直径70～90 nm、深度200～250 nm的TiO2纳米管阵列,再通过电化学沉积将磷酸钙纳米颗粒嵌入纳米管中,上皮细胞和成纤维细胞在纳米管阵列中表现出更高的黏附和增殖效果,且与细胞附着有关基因的表达更明显。因此,创建适当的种植体表面微/纳米形貌可以成为影响细胞行为和增加钛表面种植体周围黏膜屏障稳定性的有效方法。

3.4.2 增加表面金属离子成分

Ta5+、Cu2+、Mg2+、Ag+等金属离子都可以调节细胞的生物学行为。Cu2+具有抗菌性和生物活性等优良性能,成纤维细胞在含有质量分数0.67% Cu的TiO2涂层上表现出较强的黏附和增殖能力。但金属离子的浓度范围仍需要把控,实验证实,在质量分数1.93% Cu2+作用下成纤维细胞的增殖大大被抑制[34]。Ta2O5涂层具有较高的亲水性,提高成骨效果作用显著,同时也可以促进成纤维细胞的黏附和增殖[35]。Ag+具有良好的细胞相容性、生物活性和抗菌特性,银纳米颗粒在种植体表面常用作抗菌涂层,可通过局部释放Ag+或直接接触来杀死细菌[36],TiO2/Ag-TiO2纳米杂化膜还可以促进上皮细胞的黏附。Mg2+掺杂的钛表面的成纤维细胞有更强的迁移、增殖、黏附能力,更能适用于早期种植的软组织封闭[37]。

3.4.3 使用生物大分子涂层

纳米管、钙磷涂层、壳聚糖等作为载体,将细胞外基质蛋白、多肽、生长因子、多糖和核苷酸等生物大分子物质固定在种植体表面可以刺激成纤维细胞的代谢活性,相比物理或者化学改性,生物改性有更高的仿生性,可有效改善愈合过程中的炎症反应。

层黏连蛋白5(laminin5,LN-5)是半桥粒形成的蛋白之一,通过聚消旋乳酸(poly(D,L-lactide),PDLLA)作为LN-5的稳定涂层构建的PDLLA-LN5复合涂层作用于钛片可增强角质形成细胞的增殖、黏附和迁移,促进半桥粒的形成[38]。Zhang等[39]在钛种植体表面使用层黏连蛋白332基因修饰的涂层可以改善早期角质形成细胞的黏附,促进层黏连蛋白α3在蛋白质和基因水平上的表达。还可以使形成的半桥粒变得明显,进而改善种植体和牙龈上皮之间的生物密封。Yang等[40]将多巴胺、羟基磷灰石和羧甲基壳聚糖的聚合物对种植体表面碱热处理后,种植体表面具有优良的抗菌活性,能促进牙龈成纤维细胞的黏附、扩散和增殖。血小板衍生生长因子(platelet derived growth factor, PDGF)由富血小板纤维蛋白释放,是细胞增殖和存活的重要生长因子。Wang等[41]将成纤维细胞接种在转基因蚕产生的人血小板衍生生长因子功能化的丝胶蛋白水凝胶上,结果显示PDGF有助于成纤维细胞的黏附和生长,且不具有免疫原性,不会引起显著的细胞毒性和炎症反应。

3.4.4 改变种植体材料种类

一些新型种植体材料如氧化锆、聚醚醚酮等正逐渐被研发应用。氧化锆种植体是否能取代钛植体现阶段仍存在较大争议,尤其是在骨结合方面。实验表明,虽然在相同种植体周围健康的条件下,氧化锆种植体与钛种植体周围黏膜表现出相似的形态,但当存在实验性黏膜炎时,氧化锆种植体周围的菌斑指数和出血指数均较低,并存在更宽更长的结合上皮[42]。聚醚醚酮(PEEK)是脊椎外科应用的材料,有接近人体牙槽骨的弹性模量,具备优良的生物相容性,将各种涂层材料和表面加工技术应用在PEEK上会有比钛种植体更强的软组织封闭效果[43]。

4 总结与展望

综上所述,种植体周围骨上软组织的高度和附着影响着种植体周围软硬组织的健康。临床上通过改变种植体植入深度、软组织移植和平台转移连接等方法可以增加软组织高度,进行种植体表面改性可增强软组织对种植体的表面附着。不同的种植体材料如氧化锆种植体、PEEK植入材料等表面的牙龈成纤维细胞比在钛表面体现出更明显的黏附、活性和增殖效果。期待未来组织工程的发展、种植材料的研发、软组织处理技术的改进等方法可以增强软组织附着的稳定性,以维持种植体周围组织健康。