本刊海外編輯部

“骨小梁”金屬：一種新型的牙種植體

葉 寧

本刊海外編輯部

編者按：有別于其他三種牙齒修復(fù)方式（固定義齒、活動(dòng)義齒以及固定—活動(dòng)聯(lián)合義齒），種植牙因其在維持牙槽骨健康，使義齒擁有相似于自然牙的咬合力，不對(duì)鄰牙構(gòu)成損傷等方面突顯出的巨大優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為彌補(bǔ)牙齒缺失的熱門選擇。作為種植牙手術(shù)中的關(guān)鍵部分，牙種植體的材質(zhì)與其所采用的表面改良技術(shù)對(duì)是否能夠在骨與種植體間形成種植體骨性結(jié)合具有十分重要的意義。目前，常用的牙種植體材料包括金屬與合金材料類、陶瓷材料類、碳素材料類、高分子材料類、復(fù)合材料類。其中，廣泛受到認(rèn)可的牙種植體材質(zhì)為鈦金屬。隨著人類不斷的探索與研究，一種新型的骨小梁金屬牙種植體在原有金屬材質(zhì)鈦的基礎(chǔ)之上研制成功，并已投入市場(chǎng)化運(yùn)作。這種骨小梁金屬牙種植體的最大亮點(diǎn)之一便是其對(duì)新型牙種植體材料多孔鉭金屬的運(yùn)用。

通過(guò)過(guò)去數(shù)十年間人類對(duì)植入生物材料和表層技術(shù)的不斷探索，一種與骨小梁具有相似結(jié)構(gòu)及彈性的多孔鉭金屬生物材料逐漸為人們所熟知。這種材料雖然早已廣泛應(yīng)用于骨科重塑，直到近幾年才作為一種新型牙種植體材料逐漸應(yīng)用于牙科。

1 鈦金屬在牙科領(lǐng)域的發(fā)展歷程

現(xiàn)代植入牙科技術(shù)主要建立在人們對(duì)骨科鈦金屬的研究之上，隨后才將其發(fā)展為一種牙種植體應(yīng)用于牙科領(lǐng)域。鈦金屬材料在骨科中的應(yīng)用可以追溯至上個(gè)世紀(jì)四十年代。當(dāng)時(shí)，骨外科醫(yī)生首次嘗試將鈦金屬應(yīng)用于外科手術(shù)，就發(fā)現(xiàn)其極具生物兼容性的特點(diǎn)。到了二十世紀(jì)五十年代，一些骨科醫(yī)生指出鈦金屬具有絕佳的抗腐蝕性，并能夠在人體內(nèi)保持相對(duì)地惰性特質(zhì)。

1977年，Branemark教授及其同事在對(duì)牙種植體歷經(jīng)十年的研究之后，發(fā)表了他們極具里程碑意義的研究結(jié)果。這份研究報(bào)告指出，活骨能夠與承載負(fù)重的鈦金屬牙種植體在結(jié)構(gòu)性與功能性方面形成一種直接的關(guān)聯(lián)。此外，Branemark教授及其研究小組還率先提出了“骨接合”（Osseointegration，即種植體－骨界面的結(jié)合）這個(gè)詞來(lái)表述在此之前的科學(xué)家們所發(fā)現(xiàn)的這一自然現(xiàn)象。所謂骨結(jié)合是指在人體內(nèi)植入的種植體與組織之間不存在結(jié)締組織的結(jié)合。由此還提出了骨結(jié)合式種植體概念，即負(fù)載力量的種植體的表面與有活力的骨組織之間存在結(jié)構(gòu)上和功能上直接的聯(lián)系，種植體與骨組織之間不間隔以任何組織。如果植入材料有良好的生物相容性（如純鈦），種植手術(shù)中能將骨的切削量控制在恰好的水平，并保證骨細(xì)胞的活力，種植體植入后與骨組織緊密貼合，手術(shù)后創(chuàng)口縫合嚴(yán)密，使種植體在基本不受力的情況下度過(guò)“愈合期”，同時(shí)在修復(fù)治療時(shí)保證種植體受力的方向和大小，就能形成骨性結(jié)合。

在此后的三十多年里，越來(lái)越多有關(guān)牙科和骨科的研究聚焦于發(fā)展各種技術(shù)以加強(qiáng)骨對(duì)所植入鈦金屬表面的附著。除了在解剖部位和骨結(jié)構(gòu)方面存在的差異，曾經(jīng)興起于骨科的各式表面改良技術(shù)如今被成功應(yīng)用于牙科植入領(lǐng)域，諸如羥磷灰石涂層（Hydroxylapatite）、鈦漿涂層表面處理（Titanium Plasma Spray）、孔狀表面涂層[Porous Surface Coatings，如：孔狀珠式表面（Porous Bead Surfaces）、疏松結(jié)構(gòu)鉭金屬涂層（Cancellous-structured Titanium Coating）]。

2 何謂“骨小梁”金屬

人們對(duì)多孔鉭金屬的應(yīng)用最早始于1997年經(jīng)美國(guó) FDA批準(zhǔn)將其用于制造髖臼假體。盡管將骨小梁金屬技術(shù)投入真正的商業(yè)化運(yùn)作一直以來(lái)僅限于骨科領(lǐng)域，在一項(xiàng)于1994年獲得認(rèn)證的專利文件中曾這樣明確寫道，由于此項(xiàng)發(fā)明即便在受到輕微感染的情況下仍具備促進(jìn)人體組織與骨骼生長(zhǎng)的能力，或許也適用于牙齒植入。然而，此項(xiàng)有關(guān)牙種植體的提議在當(dāng)時(shí)并未發(fā)展成為如今的骨小梁金屬技術(shù)。直至2003年，多孔鉭金屬因其具有與骨小梁相似的結(jié)構(gòu)及硬度的特點(diǎn)，被Zimmer公司冠以骨小梁金屬（Trabecular MetalTM）的商品名在骨外科領(lǐng)域投入臨床應(yīng)用。隨著近些年人們對(duì)多孔鉭金屬的不斷研究，多項(xiàng)臨床試驗(yàn)表明將這種金屬材質(zhì)與鈦金屬相結(jié)合而制成的新型牙種植體彌補(bǔ)了其他金屬材料在骨性結(jié)合等方面所存在的嚴(yán)重不足。

這種骨小梁金屬的制作工藝為通過(guò)一定的化學(xué)蒸汽沉積涂層技術(shù)，在玻璃碳骨架表面覆以鉭金屬。鉭金屬會(huì)在二者相接觸的玻璃碳骨架表層呈現(xiàn)出一種結(jié)晶式的生長(zhǎng)模式，從而形成了這種材質(zhì)。骨小梁金屬技術(shù)與燒結(jié)珠表面、鈦金屬等離子噴涂、鈦纖維網(wǎng)和鈦泡沫等技術(shù)最為顯著的區(qū)別在于其所具有高達(dá)百分之八十的連通孔隙率以及這些孔隙在大小和形狀方面所表現(xiàn)出的規(guī)則性。較之由非孔狀表層技術(shù)所達(dá)到的常規(guī)種植體－骨界面結(jié)合模式，骨小梁金屬技術(shù)產(chǎn)生的連通孔隙呈現(xiàn)出幾何網(wǎng)狀構(gòu)造，從而達(dá)到預(yù)期目的，使生物向內(nèi)生長(zhǎng)得以實(shí)現(xiàn)。

圖1 掃描電子顯微鏡下真實(shí)的骨小梁（左）與“骨小梁”金屬（右）

3 新型骨小梁金屬牙科種植體的誕生

新型的骨小梁金屬牙科種植體保留了此前這類產(chǎn)品對(duì)于種植體兩端逐漸變細(xì)以及帶有多條螺紋的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，將骨小梁金屬技術(shù)運(yùn)用于種植體的中間部分。其中，這種新型牙科種植體選取鈦合金作為其種植體兩端的內(nèi)部材質(zhì)，并采用羥磷灰石施以噴砂處理使其表面具有微觀結(jié)構(gòu)。其中間部位則由百分之二的玻璃碳基層覆以百分之九十八的鉭金屬構(gòu)成。

圖2 新型骨小梁金屬牙科種植體

為確保此款新型牙科種植體在實(shí)際使用中與人體具有較高的生物相容性且安全可靠，目前已有臨床試驗(yàn)對(duì)其在力學(xué)性能、抗磨損性、置入扭轉(zhuǎn)力、壓力配合、組織形態(tài)測(cè)定等方面的表現(xiàn)進(jìn)行測(cè)試，其部分試驗(yàn)結(jié)果如下：

通過(guò)對(duì)新型骨小梁金屬牙科種植體（直徑為4.7 mm）的力學(xué)性能評(píng)估，已計(jì)算得出該產(chǎn)品的強(qiáng)度極限值約在400 N左右或者更高（視該產(chǎn)品所承受的周期性垂直荷載而定；根據(jù)臼齒部位預(yù)期的咬力范圍值計(jì)算得出的），由此可以判定其能夠承受臼齒部位的咬力。

抗磨損測(cè)試旨在評(píng)估因植入手術(shù)產(chǎn)生于種植體與骨之間的摩擦力是否會(huì)對(duì)種植體的孔狀表面產(chǎn)生破壞作用。通過(guò)將植入后的種植體孔狀表面放大24倍，可以得到植入手術(shù)所產(chǎn)生的摩擦力不對(duì)其孔狀表面產(chǎn)生任何磨損的結(jié)論。將孔狀表面放大至65倍和137倍的時(shí)候，可以非常清晰地看出孔狀部分垂直或平行于牙種植體的長(zhǎng)中軸線，并沒(méi)有在植入手術(shù)后表現(xiàn)出表形的跡象。

圖3 新型骨小梁金屬牙科種植體在植入牛骨前（左）與植入后（右）進(jìn)行比對(duì)

通過(guò)對(duì)骨小梁金屬牙科種植體進(jìn)行組織形態(tài)測(cè)定分析，發(fā)現(xiàn)其具有較快的骨填充能力以及重塑能力，極大地促進(jìn)了骨性結(jié)合。

4 總結(jié)

新型骨小梁金屬牙科種植體沿用了目前業(yè)內(nèi)認(rèn)可度較高的鈦金屬，并突破性地將其與骨小梁金屬相結(jié)合，從而一改前代產(chǎn)品在生物兼容性差、生物活性不高、骨傳導(dǎo)性較低的缺點(diǎn)。這種新型牙種植體的出現(xiàn)為植牙手術(shù)提供了一種較其他產(chǎn)品更為理想的選擇。隨著人們對(duì)骨小梁金屬更為深入的研究與了解，我們相信這種新型骨小梁金屬牙科種植體會(huì)廣泛應(yīng)用于牙科領(lǐng)域，為更多牙科專家所熟知。