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种植体表面处理对种植体周围炎及其治疗的影响:临床前试验(美)
日期:2023/01/20
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作者:
Juan C. Rodriguez 口腔外科博士(美)
美国密歇根大学牙科学院牙周病和口腔医学系兼职临床助理教授

Tapan Koticha 口腔医学硕士(美)
美国俄克拉荷马大学牙科学院牙周病学系临床助理教授,
曾任职于密歇根大学牙科学院牙周病和口腔医学系

Diana L. Eubanks 兽医学博士(美)
美国密西西比州立大学临床科学系社区兽医服务处副临床教授、主任

Ivan Rudek 腔外科博士(巴西)
私人诊所/巴西, 曾任职于密歇根大学牙科学院牙周病和口腔医学系

Fred J. Molz 博士(美)
美国BioHorizons公司研发副总裁

Ludovica Chiavaccini  兽医学博士,计算机科学硕士(美)
美国宾夕法尼亚大学兽医学院临床麻醉学助理教授,
曾任职于美国密西西比州密西西比州立大学临床科学系社区兽医服务处

Andrew Claude 兽医学博士(美)
美国兽医麻醉和镇痛学院(ACVAA)成员
美国密歇根州立大学兽医学院麻醉学副教授和科长

Steven Elder 博士(美)
美国密西西比州立大学农业和生物工程系教授

王鸿烈 口腔外科博士(美)
美国密歇根大学牙科学院牙周病和口腔医学系教授兼牙周病学系主任


目的:种植体周围炎的患病率显著增加,临床预防方法的研究至关重要。激光蚀刻可以促进软组织附着并在植体周围形成紧密密封。因此,本研究的目的是通过动物对照模型,检查诱导种植体周围炎的激光蚀刻表面处理种植体临床、放射学和组织学特征,并研究其种植体周围炎病损区的手术治疗效果。材料和方法:六头迷你猪(三雄/三雌)在下颌前磨牙部位各接受了 6 枚种植体(3 枚喷砂表面处理 [RBT] 种植体和 3 枚激光蚀刻表面 [LM] 种植体),总计植体36枚。根据样品分析的时间点分成两组。实现骨整合后,放置金属结扎丝并保留 12 周。然后获得第 1 组样本,第 2 组样本遵照《引导骨再生(GBR)指南》接受治疗。第 2 组的样品采集在埋入和治疗后 12 周完成。对所有样品进行组织学分析并进行测量。结果:由于稳定性不佳,四枚种植体(3枚RBT,1枚LM)早期失败。组间种植体间距离和软组织厚度略有不同。更值得注意的是配对 t 检验显示的平均牙槽骨丧失(平均值±标准误)结果(第 1 组:1.860 ± 1.618 mm [ LM组] 和 2.440 ± 2.691 mm [ RBT组];第 2组:2.04 ± 1.613 mm [ LM组] 和 3.00 ± 2.196 mm[RBT组]) (P < 0.05)。RBT组的位点组织学牙周袋深度也大于 LM组(第 1 组分别为 4.448 ± 2.839 mm 和 4.121 ± 2.251 mm;第2组分别为 3.537 ± 2.719 mm 和 2.339 ± 1.852 mm[P < 0.005])。结论:与对照组喷砂表面处理相比,激光蚀刻表面处理的种植体牙槽嵴骨丧失更少,组织学牙周袋深度更浅。此外,当进行引导骨再生抢救治疗时,激光蚀刻表面处理的种植体骨填充率更高。



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种植体骨整合用于修复缺损牙列已经超过30年,并获得了广泛成功。然而,这段过程中并不能避免并发症。种植体数量的增加导致了更多与种植体相关的并发症,这不仅对患者,也对牙医产生了极大挑战和无法估算的负担。学者们对与种植体相关的疾病进行了几次界定,主要两类疾病为:种植体周围黏膜炎和种植体周围炎。

种植体黏膜炎是存在于种植位点黏膜的炎症,除了最初的生理性骨改建外,没有任何支持骨丧失的迹象。除黏膜炎症,种植体周围炎也是常见并发症之一,其特征为,最初的生理性骨改造之外的支持骨丧失。Derks 等人报道,种植体周围炎的患病率为 28% 至 56%,存在于12% 至 43%的种植体位点,最终导致7.6%的植体丧失。这种患病率差异存在的原因之一可能是,用于定义种植体周围炎的标准缺乏统一性,以及疾病诊断中固有的变量。

由于种植体周围并发症的高发病率,从业者尝试了多种手术和非手术治疗,结论是种植体周围黏膜炎可以通过非手术治疗;然而,种植体周围炎似乎对手术反应更好,但预后不确定。在缺乏安全且可预测的种植体周围炎治疗方法的背景下,预防变得更加重要。

有几个因素会影响种植体周围炎的发生率,与患者基础情况相关的危险因素包括但不限于:口腔卫生不良、吸烟、饮酒、牙周炎病史、糖尿病和家族遗传特征。导致早期种植体失败的因素包括吸烟、牙周炎病史、种植体长度小于 10 mm以及某些特定的种植体表面特征。

其中最后一个因素与晚期种植体失败尤为相关。其他引起牙槽骨丧失和种植体周围炎的决定因素就是种植体的宏观设计和表面处理。在第七届欧洲牙周病学研讨会上,学者们探讨了种植体表面在种植体周围疾病的病因学中所发挥的作用。Renvert等人的综述显示,虽然缺乏关于种植体表面引发种植体周围炎的相关临床证据,但有限的实验证据表明,种植体表面特征可能对已有种植体周围炎的进展产生影响。

近期的动物研究表明,实验诱导的种植体周围炎的程度在不同粗糙表面之间存在差异。研究人员发现,某些特定粗糙表面与种植体周围炎的自发性进展以及更多的骨丧失有关。如果软组织密封失败,病原菌入侵牙龈沟并引发慢性炎症,则很可能引起种植体周围炎的进展。由此,人们越来越关注优化种植体的穿龈部分,以期促进黏膜和结缔组织(CT)的附着,从而形成对口腔的有效封闭。为了实现这一点,激光蚀刻的微沟槽钛表面已被用于促进细胞的接触引导现象。该现象是指细胞通过所接触到表面形状细胞向运动方向移动的趋势。

根据沟槽特性(深度、宽度、间距),细胞反应可能会有所不同,从粘着斑到沟槽脊,再到整个细胞粘附在沟槽底部或壁上。体外和体内研究似乎表明,种植体穿龈部分上的水平沟槽可以促进形成更宽的结缔组织附着区并防止上皮向下生长。

激光蚀刻处理的钛表面(Laser-Lok®,BioHorizons公司)能够促进软组织附着到种植体结构,这将为种植领域带来进步。经3个月和6个月愈合后,动物及人类实验均在组织学水平上证实了激光蚀刻钛表面的结缔组织附着。为了测试在激光蚀刻钛表面植体周围观察到的结缔组织附着的持久性,作者旨在研究结扎引起的种植体周围炎的临床、放射学和组织学特征。这些种植体具有相似的几何形状,但颈环处的表面处理特征不同。第二个目的是利用动物对照模型,评估两类不同表面种植体使用GBR手术治疗实验诱导的种植体周围炎的效果。

材料和方法

美国密西西比州立大学动物伦理委员会批准了所有动物实验(批准编号 12-050)。六头小型猪(三雄/三雌),体重在 70.3 至 89.4 kg之间,该动物专为生物医学研究目的而饲养,是从有执照的供应商处获得并用于实验。作者考虑先前具有相似样本量的研究,通过进行功效样本量计算确定样本量。所有外科手术均在全身麻醉下进行,静脉注射丙泊酚(10 mg/mL,0.6 mL/kg)并用一氧化二氮:氧气(1:1.5-2)和异氟醚持续麻醉,同时气管插管。

本研究使用实心螺纹种植体(tapered internal系统,BioHorizons公司),表面处理分为两类:喷砂表面处理 [RBT]激光蚀刻表面处理 [LM]。所有植入物均为内六角连接,直径为 3.4 mm,长度为 9 mm。RBT 种植体采用标准窄型基台,LM 种植体采用蚀刻窄型基台。

该研究分为三个阶段:(1)准备阶段,(2)破坏阶段和(3)治疗阶段(图1)。第 1 组样品在破坏阶段之后获得,第 2 组样品在治疗阶段之后获得。在第 1 阶段,下颌前磨牙(P2、P3、P4)被拔除,位点置留愈合 12 周。在 12 周愈合期后,进行第二次外科手术植入种植体。在下颌两个象限翻全厚瓣,并根据随机数字表以交替方式放置三枚 RBT 或 LM 种植体。这样,每只动物都植入了六枚植体。放置愈合基台,全厚瓣包绕基台无张力缝合。两周后拆线,动物改吃软食。第 2 阶段在种植体手术后12周开始;此时,放置激光蚀刻表面愈合基台并同时在种植体周围龈沟中放置金属结扎线。同时终止所有口腔卫生维护程序,以诱导实验性种植体周围炎。在第 12 周时,第 1 组的动物使用致死剂量的戊妥钠实施安乐死。获得含有种植体的骨块并进行组织学分析。去除其余三只动物(第 2 组)结扎丝并重新建立口腔卫生维护程序,开始第3阶段实验。四个星期后,进行牙周手术;翻全厚瓣以便进行清创,使用浸满四环素溶液(250 mg,用 2.5 mL无菌盐水溶液稀释)的棉花清洁植体表面,常规生理盐水冲洗。使用异种牛骨(LADDEC®,BioHorizons公司)和胶原膜(Mem-Lok® RCM,BioHorizons公司)的组合使用GBR修复种植体周围缺陷。埋入愈合12周,之后对动物实施安乐死并对标本进行组织学分析。安乐死后,取出颌骨并放入固定液中;使用金刚石锯(Exakt,Kulzer公司),根据标准方案将包含种植体和周围软硬组织的组织块切片。切片用苏木精-伊红和甲苯胺-天蓝色II 染色,并在立体显微镜和光学显微镜下观察。

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图1:研究时间线,描述准备阶段、破坏阶段和治疗阶段。同时显示口腔卫生维护流程、饮食以及样本收集时间点和提供治疗的时间点。

图2显示了用于线性测量的特征点(ImageJ 软件,美国国立卫生研究院)。盲法的测量者 (JCR)通过设置已知参数并对每个种植体的近中和远中位点进行所有线性测量,测量重复三次。测量标志点包括种植体周围黏膜的边缘位置(PM)、基台植体 (A/F) 连接处、牙槽嵴顶 (BC)、袋内上皮最冠方及最根方处(分别为cPE 和 aPE)和所有种植体间距。测量包括骨丧失量(A/F 到 BC)、牙槽嵴水平的软组织厚度(PM 到BC最高处)、组织学龈沟深度(cPE 到低 aPE)和种植体间距。进行配对 t 检验,显著性水平P < 0.05,数据以平均值±标准误形式表示。

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图2:种植体组织标本上测量解剖标志的划分:PM =种植体周围边缘黏膜;aPM =菌斑根方边缘;MT =黏膜厚度;A/I =基台种植体连接处;cPE =袋内上皮冠方位置;aPE =袋内上皮根方位置;IID =种植体间距;BC =牙槽嵴顶。


结果

临床检查

在拔除所有下颌前磨牙和种植体植入后的 12 周内,32 个手术种植位点的愈合均顺利进行;3 个 RBT 和 1 个 LM 种植体(9102 中左、9089 中右、9089 远左和 9138 中右)由于基台放置稳定性差而失败。失败的原因可能与过早负荷(例如咬住笼子)有关。研究的第二阶段,在结扎引起种植体周围炎后,12 周内平安无事。所有动物都完成了指定的流程,所有剩余的种植体都表现良好,没有失败或稳定性不佳。

组织学观察

为避免在试验中引入不必要的变量,作者对两个实验组和两类种植体的种植体间距及软组织厚度进行了标准测量。两组的种植体间距相似(第 1 组,3.451 ± 1.03 mm;第 2 组,3.385 ± 1.445 mm)。种植体的精确定位有助于很大限度地减少邻近种植体部位骨丧失的影响(表 1)。

第 1 组的平均软组织厚度为 3.806 ± 0.441 mm,第 2 组的平均软组织厚度为 1.838 ± 1.501 mm(P < 0.005)(表 2)。组间的这种差异可归因于第 1 组在基线时没有骨丧失。类似地,第 2 组中软组织厚度的减少可能是由于治疗和放置封闭螺丝时的退缩和骨丧失造成的。

表1:基台种植体连接处至牙槽嵴顶的骨丧失量a(mm)。

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a汇总近中和远中种植体位点的数据。
表2:软组织总厚度(mm),由种植体间种植体周围黏膜边缘到牙槽嵴顶的线性测量确定。

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a总平均厚度=3.806 mm。b总平均厚度=1.838 mm。

第 1 组:组织学样本见图3至5。两个植体系统都显示有结扎丝在位;在结扎处可以看到致密的生物膜,并向根方迁移到基台-种植体界面。作者观察到两种种植体表面处理之间的差异。CT 纤维附着在 LM植体表面的微沟槽区域,而 RBT表面植体的沟内似乎允许生物膜更深的渗透,同时表现出更高的炎症浸润(图 4 和 5)。在样本间及组间观察到牙槽嵴顶骨丧失率的差别。

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图3a:第1组组织学标本。位于近中和远中的种植体为激光蚀刻表面处理(LM),中间的种植体为喷砂表面处理(RBT)。注意中间位置的植体骨吸收程度相对较高,但在近中和远中位置的植体均保留了较高的牙槽嵴顶水平。切片用苏木精-伊红和甲苯胺-天青II染色,通过立体显微镜和光学显微镜检查。

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图3b:第2组组织学标本。近中和远中的种植体表面为RBT,中间种植体的表面为LM。中间种植体的牙槽嵴顶水平高于位于近远中的种植体。切片用苏木-伊红和甲苯胺-天青II染色,通过立体显微镜和光学显微镜检查。

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图4:种植体-基台界面区域。与(c)激光蚀刻(LM)表面相比,(a)喷砂表面(RBT)种植体周围组织的致密细胞更显著。在更高放大倍数下显示(b)和(d)基台-种植体(A/I)连接处的表面特征。在LM表面(d)的A/I连接处可见结缔组织附着,但在RBT表面(b)看不到。

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图5a和b:更高放大倍数的切片显示了先进组样本中与激光蚀刻表面种植体(LM)垂直的结缔组织纤维附着。

第 2 组:在完成再生治疗后进行的组织学分析显示出异质性结果。在某些情况下,骨移植位点表现为软组织支撑总体减少,龈沟深度增加(表 3),同时存在种植体周围轻度的骨丧失增加。

表3:组织学袋深度(mm)从袋内上皮最冠部至根尖最深部测量。

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表 3 显示了对于牙槽嵴顶骨丧失的精确组织学测量值。第 1 组中,LM 处理的种植体牙槽嵴顶骨丧失为 1.860 ± 1.618 mm,而RBT 处理的种植体牙槽嵴顶骨丧失为 2.440 ± 2.691 mm。在第 2 组中,两类种植体都发现了骨丧失的轻微增加(LM 种植体,2.04 ± 1.613 mm;RBT 种植体,3.00 ± 2.196 mm)(P < 0.005)。与 LM 位点相比,RBT 位点的组织袋深也更深 (第 1 组分别为4.448 ± 2.839 mm 和 4.121 ± 2.251 mm;第 2 组分别为 3.537 ± 2.719 mm和 2.339 ± 1.852 mm,P < 0.005),具有统计学显著差异。

讨论

保持软组织轮廓(以足够的下方骨质支持为特征)对于美学区域的种植体至关重要。牙槽骨的改建曾被认为是在种植体负重先进年不可避免的过程,并以较低速率逐年增加。学者们致力于减少这种改建。在种植体的颈部引入平台转移和激光蚀刻改性植体表面微纹理可以解决此问题。然而,研究表明,如果对这两种方式进行测试和相互比较,大多数情况,甚至是薄龈组织型的条件下,激光蚀刻的性能也优于平台转换。在本研究中,LM 处理的种植体往往在破坏阶段对种植体周围组织炎症表现出更强的抵抗力。类似地,一旦去除结扎线,LM 处理的植体表现出较轻症的疾病进展。这些基于组织学测量的结果也反映在了安乐死时临床观察到的情况。所有样本均存在局部炎症;然而,RBT 植入部位的炎症似乎比 LM 植入部位的炎症更严重,如图 3a 所示。同时还发现在 LM 处理的种植体位点,可以观察到种植体-基台界面上存在垂直方向的致密 CT 纤维附着(图 3b)。有趣的是,由于研究设计, 当LM种植体放置在侧方部位(近中或远侧),能观察到其对于中间植入点骨丧失的限制作用;当 LM 种植体被放置在中间位置时,它们的反应优于侧方位置的对照。

关于研究的次要目标,GBR 流程被证明是具有挑战性的。在所有情况下,结扎诱导实验留下的骨缺损都没有获得完全填充。除了在 LM 表面有垂直 CT 纤维附着的证据外,不同种植体类型的组织学外观相似。与其他研究一致,骨移植物和屏障膜在治疗种植体周围缺损中的应用仍然是一种大致上无法预测的方法。然而,还是达到了一定程度的骨填充。类似地,表面处理导致组间骨增加达到1 mm的差异, LM 表面更有利,某些样本从 BC 到种植体颈部的距离达到 0.5 mm。这项研究的结果为:在疾病诱导阶段和再生阶段,  LM表面在抗病性和再生潜力方面表现更加。本研究结果还支持文献中的发现,证明这种类型的表面改性在保持牙种植体周围的长期健康和美观方面具有多种益处。

本研究也存在一些局限性。由于植入物以嵌入方式放置,一个区域的组织炎症往往会扩展到邻近表面,从而产生累积的炎症效应。这在组织学上很明显,在三个种植体中最差的一侧,可见更多的牙槽骨丧失。总体骨丧失量是根据近中和远中位点的汇总数据获得,以补偿种植体位点的偏差。然而,即使考虑到所有这些细节,结果显然也有利于 LM 表面。另外一个值得强调的点是,测量者对分组是不知情的。

结论

在结扎诱导引起种植体周围炎后,激光蚀刻表面处理的种植体显示出较少的牙槽骨丧失。同时当对所有植体进行抢救性治疗(GBR) 时,该植体表现出更高的骨填充率。


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