硫酸钙人工骨在口腔种植外科的应用

【关键词】  种植外科;硫酸钙;人工骨

在口腔种植中，一个关键条件在于保证植入部位必须有足够的牙槽骨来支持种植体。而据临床统计证实，由于缺牙部位的生理性吸收及炎症或外伤、牙周病、肿瘤致骨缺失，约40%～80%的患者都存在骨量不足使种植体植入困难的问题。目前临床上常通过移植材料来为种植体的植入提供足够的骨量。本文就各种骨移植材料特别是硫酸钙的特性及作用机制和在口腔种植外科的应用作一综述。

　　1 骨移植材料概述

　　在口腔种植外科中，通常要求牙槽嵴的高度≥10mm，厚度≥5mm。但是因各种原因造成的骨量不足致使种植体植入困难及增加手术难度的问题常常限制了口腔种植的应用。近年来随着骨科学、组织工程学、生物材料学等相关学科的发展，为了满足种植术的需要，骨移植材料已广泛应用于口腔种植外科。

　　目前应用于口腔种植的骨移植材料可分为：自体骨移植，同种异体骨移植，异种骨移植以及人工骨材料。

　　1.1 自体骨移植 来源于自体髂骨、肋骨、上颌结节、下颌骨颏部和种植窝制备时的剩余骨等。一般不会引起免疫排斥反应，它分为血管化自体骨移植和非血管化自体骨移植。自体骨本身含有成骨细胞，同时还有许多生长因子和促生长因子，可刺激间充质细胞分化为成骨细胞，加速新分化成骨细胞的成骨作用，因此被认为是最理想的骨移植材料。但是由于增加创伤，取骨量有限，手术操作要求较高等原因，使自体骨移植受到了很大的限制。

　　1.2 同种异体骨移植 指从同一种类不同基因型的其他个体获得的骨移植材料。目前主要有低温、深冻或冻干等保存方法,再经灭菌和消除免疫原性等处理，制备出清洁、无菌、无病毒、保留一定生物活性和生物力学特性的同种异体骨。愈合过程为移植骨再血管化、新骨形成、宿主骨受植床与移植物连接而出现骨渗入[1]。同种异体骨具有天然骨组织结构，良好的骨诱导和骨传导性，所以被认为是自体骨移植比较好的替代材料。但是因为它同样具有免疫抗原性、免疫排斥反应，而且其骨诱导能力低，吸收快，不能诱导形成足够的骨量，因此在应用上受到了一定的限制。

　　1.3 异种骨移植 指不同种属间的骨移植，异体骨移植基本上经历了3个阶段，新鲜异种骨、处理异种骨、异种复合骨。目前临床上应用的主要为异种复合骨。它的优点在于来源丰富、取材方便，但是遇到的问题主要在于经过处理的异种骨虽然能大大降低免疫排斥反应，但是同时也破坏了它的成骨活性物质。

　　1.4 人工骨材料 分为单一人工骨材料和复合人工骨材料，前者具有良好的生物相容性，在骨缺损中形似框架，起暂时性的充填作用;具有骨引导性，而无骨诱导性，存在的缺点在于在体内不降解或者降解难以控制。后者的特点在于将具有骨传导能力的材料与具有骨诱导能力的物质相复合，使其既具有骨引导性也具有骨诱导性。

　　2 硫酸钙人工骨的应用

　　在口腔种植中，硫酸钙因其良好的生物相容性、生物降解作用、无毒性作用、良好的止血和血管生成作用及骨引导与骨诱导作用，已经作为一种骨移植替代材料及引导组织再生材料得到了广泛的认同。

　　作为一种骨移植替代材料，自Dreesmann首次报道硫酸钙成功治愈骨缺损以来[2]，医用硫酸钙的应用研究已经有了一个世纪之久，动物实验和临床研究都显示硫酸钙有很高的生物相容性、生物降解作用、无毒性作用、良好的止血和血管生成作用。它也作为一种引导组织再生材料，预防增生的软组织进入骨的缺损。当被植入机体后，它会出现逐渐吸收，降解时会促进骨组织的生长，因此目前已经成为口腔种植外科领域关注的热点。相对于普通硫酸钙，医用硫酸钙经过精心挑选而成，使其有特定的大小和形状的晶体结构，具有纯度高，吸收速度快，更加有利于新骨塑形，并恢复解剖学特点和结构特性[3]。

　　2.1 硫酸钙的特性 硫酸钙是一种无机陶瓷类材料。根据其化学结构，可分为三大类:(1)二水硫酸钙(CaSO4·2H2O);(2)半水硫酸钙( CaSO4·1/2H2O);(3)无水硫酸钙。根据应用的不同，硫酸钙又分为工业级、食品级、医用级、外科植入级四类。半水硫酸钙是二水硫酸钙脱去1.5H2O后形成，经再次水化(即每分子半水硫酸钙结合1.5H2O)又变成二水硫酸钙。半水硫酸钙具有可塑性强及原位自固化性，可根据骨缺损的情况而制成各种形状。因此非常适合于填补骨缺损。Nilsson等通过动物研究证实：在将硫酸钙植入老鼠的肌肉和兔的胫骨近端后，经观察发现其具有良好的组织反应，没有炎性反应及纤维组织的存在。材料在体内被破骨细胞吸收，形成生物降解，而释放出的钙离子则参与新骨的形成。在生物力学分析上，陈华等人通过在兔的股骨远端建立包容性骨缺损模型，进行一般观察及压凹力学实验分析发现，至术后第13周时，缺损区抗压缩强度、弹性模量接近于正常松质骨水平。这就证实了硫酸钙在早期有力学支撑作用[4]。

　　2.2 作用机制 硫酸钙具有骨引导作用，Tay等[5]认为：硫酸钙它可在骨缺损处形成支架，阻止软组织进入缺损并引导前体成骨细胞及骨细胞的长入，它的降解速度和骨的爬行速度相当。同时硫酸钙还具有骨诱导性，在降解过程中，Ca2+的释放结合了体液中的P5+构成一个磷酸钙的支架支持该区域骨的增长。Thomas[6]等认为硫酸钙在体内降解，创建一个高钙的环境。这些钙离子可刺激成骨细胞增殖、分化。

　　也有许多的学者将硫酸钙制备成混合人工骨，让它能够在骨诱导方面发挥更大的作用。 刘欣等人利用日本大耳白兔自体髂骨制成微小颗粒骨与硫酸钙混合并加入适当生理盐水进行搅拌制成橡皮泥样。然后将大耳白兔造成双侧桡骨中段1.5cm骨缺损 ,以植入硫酸钙为载体的自体微小颗粒骨，结果显示以硫酸钙为载体的自体微小颗粒骨组比单纯自体微小颗粒骨组及单纯硫酸钙组能更有效地修复骨缺损，组织学观察示以硫酸钙为载体的自体微小颗粒骨实验组的成骨效果最好，单纯自体微小颗粒骨组次之;生物力学测定证明以硫酸钙为载体的自体微小颗粒骨实验组的力学强度优于单纯自体微小颗粒骨组及单纯硫酸钙组[7]。Silveira等[8]利用大鼠的颅骨植入生物活性玻璃陶瓷上覆硫酸钙屏障，并设置了单纯的材料组及空白对照组，结果发现单纯的生物活性玻璃陶瓷对骨修复过程有干扰作用。单纯的硫酸钙阻止了软组织并引导了成骨细胞的长入。相对于单纯组，混合组起到了更好的骨引导作用。施斌等[9]利用外科级半水硫酸钙(SGCS)和富血小板血浆(PRP)复合物植入5只成年雄性杂种犬的前磨牙及磨牙拔牙后牙槽窝内，比较分析牙槽骨修复后的变化。结果SGCS和PRP复合物减小了牙槽骨吸收，提高了新骨生成的代谢活性和种植体的骨结合率。

　　2.3 临床应用 Chen等[10]认为：一般种植时期为拔牙后3个月，但是这3个月恰恰是牙槽骨吸收最快的3个月，如果在这3个月对牙槽骨进行保存，那么将能够改善种植区的骨量。Guarnieri等[11]也通过在拔牙后在牙槽窝置入医用硫酸钙对牙槽骨进行保存，3个月后行组织病理学分析后发现医用硫酸钙被完全吸收而被新骨所替代。因此证实其是一种有效的移植材料。Kim等[12]报道了硫酸钙颗粒在下颌骨早期牵张成骨术的作用，证实了硫酸钙是一种非常有效的、经济的、生物相容性非常好的骨传导物质。Sbordone等[13]报道了在上颌骨拔牙后造成颊侧缺损的病例，通过硫酸钙和无菌生理盐水混合制成油灰样粘度填充缺损然后植入种植体，5个月后进行组织学观察发现硫酸钙被完全吸收，高密度发育成熟的新骨充填了这个缺隙。在上颌骨后牙区种植上颌窦提升方面，Andreana等[14]在临床上使用硫酸钙和结合不脱钙冻干异体骨( DFDBA )用于上颌窦提升，通过对骨种植体界面的组织性检查发现硫酸钙单独使用及结合DFDBA都能够取得很好的效果。而DFDBA单独使用则效果较差。而且De Leonardis等[15]认为硫酸钙制备成油灰样粘度后层层填入更有利于提高骨生成的质量和数量，能够使骨更好地和种植体产生骨结合。

　　3 展望

　　口腔种植义齿成熟应用于临床已经有近30年的历史，目前已经成为口腔医学中的新的学科分支和牙缺失义齿修复的重要方法之一。对于种植体在临床上选择时，Cranin等人[16]研究后指出，根型种植体植入时，颌骨必须具备一些基本条件：骨垂直高度>8mm、颊舌向宽度>5.25mm、近远中距离>6.5mm。而且Peterson[17]提出种植体与上颌窦、鼻底、下颌骨下缘的距离应该不少于1mm，与下颌管的距离应该不少于2mm。但临床上有相当一部分的患者存在骨量不足，使种植体植入困难的情况。近10年来主要是通过多种植骨技术、骨挤压技术、骨再生引导膜技术等来增加种植义齿的适应证。但是这些方法均存在修复周期较长，手术难度较大，手术风险较高的情况。

　　因此目前有待解决的问题是：改变种植体的结构、简化种植手术难度和减少手术风险、拓宽适应证。硫酸钙作为一种非常有前途的骨移植替代材料，已经在临床上得到了广泛的应用，硫酸钙与自体骨的混合用于口腔种植外科的骨缺损等方面的修复，已经有很多报道。如果设计和制作一类内含不同形状空腔的种植体，置入医用硫酸钙及自体微小骨颗粒，在种植体空腔内能形成一骨拴，那么便能增加种植体的稳定性，降低颌骨骨量要求，拓宽种植手术适应证。

　　4 结语

　　根据临床上的观察，种植体在植入时，通常会表现出良好的初期稳定性，但是当最初几周骨改建开始后，骨的早期吸收就会导致初期稳定性下降。那么，在种植体与骨机械结合阶段，如果通过上述设计能形成骨拴，就可避免软组织长入此区域形成纤维性愈合，从而在此阶段增加稳定性。

　　无论如何，骨内种植体的设计用意都是旨在于在有限的颌骨空间内获得尽可能大的固位力，以更好地承担功能负荷和取得更长的使用寿命。随着种植技术及理念和材料的迅速发展，一些新的设计不断出现。因此，这还需要从实验研究和临床评估着手，逐渐深入其研究，相信会挖掘出更大的潜力。

【参考文献】
  　1 马振杰，田清业，唐胜建.同种异体骨移植的基础研究与临床应用. 中国矫形外科杂志,2007,15(10):752-754.

　　2 Dreesmann H. Ueber knochenplombierung.Bietr kin chir,1892.

　　3 聂洪崚.医用硫酸钙作为人工骨替代的实验研究.贵州医药,2003,27(10):938-941.

　　4 陈华,田学忠.硫酸钙骨内植入修复兔包容性骨缺损的力学分析.中国矫形外科杂志,2008,16(5)：373-375.

　　5 Tay BK,Patel VV,Bradford DS. Calcium sulfate- and calcium phosphate-based bone substitutes. Mimicry of the mineral phase of bone.Orthop Clin North Am,1999,30(4):615-623.

　　6 Thomas MV, Puleo DA. Calcium sulfate: Properties and clinical applications. J Biomed Mater Res B Appl Biomater,2009,88(2):597-610.

　　7 刘欣,贾广义,闫景龙.硫酸钙作为微小颗粒骨载体的实验研究.现代生物医学进展,2006,6(6):39-46.

　　8 Silveira RL, Machado RA, Silveira CR,et al. Bone repair process in calvarial defects using bioactive glass and calcium sulfate barrier. Acta Cir Bras,2008:23(4):322-328.

　　9 施斌,周毅.种植前牙槽骨保存的动物实验.中华口腔医学杂志,2006,41(2)：114-115.

　　10 Chen ST, Wilson TG Jr, Hammerle CH. Immediate or early placement of implants following tooth extraction: review of biologic basis, clinical procedures, and outcomes. Int J Oral Maxillofac Implants,2004,19:12-25.

　　11 Guarnieri R, Aldini NN, Pecora G,et al.Medial-grade calcium sulfate hemihydrate (surgiplaster) in healing of a human extraction socket--histologic observation at 3 months: a case report. Int J Oral Maxillofac Implants,2005,20(4):636-641.

　　12 Kim JY, Cho BC. Effect of calcium sulfate pellets on early bone mineralization in distraction osteogenesis for craniofacial microsomia in adults. J Craniofac Surg,2007,18(6):1309-1321.

　　13 Sbordone L, Bortolaia C, Perrotti V, et al.Clinical and histologic analysis of calcium sulfate in treatment of a post-extraction defect: a case report. Implant Dent,2005,14(1):82-87.

　　14 Andreana S, Cornelini R, Edsberg LE,et al. Maxillary sinus elevation for implant placement using calcium sulfate with and without DFDBA: six cases. Implant Dent,2004,13(3):270-207.

　　15 De Leonardis D, Pecora GE.Prospective study on the augmentation of the maxillary sinus with calcium sulfate: histological results. J Periodontol,2000,71(6):940-947.

　　16 Cranin AN，Klein M,Simons A.Implant type and their uses. In Atlas of oral implantology. 2nd ed.St louis:Mosby,1999,4-9.

　　17 Peterson LJ，Ellis E,Hupp JR.Contemporary oral maxilloficial surgery.3nd ed.St louis :Mosby,1998,355-390.

　　

作者单位：621000 四川绵阳，绵阳口腔医院