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种植体周软组织封闭建立的难点与改善方案

发布时间:2022-06-06

 


种植修复  

 

种植修复是当今牙列缺损与缺失的重要治疗方式。虽然种植领域在基础理论、生物材料与外科技术等方面取得了全面进步,但与所有穿皮/黏膜植入物相似,感染仍然是常见的并发症。研究表明,感染引起的种植体周黏膜炎发病率高达56%,种植体周围炎发病率约为22%。  
 

虽然局部使用抗生素可在一定程度上控制感染,但往往难以清除慢性感染灶。不断进展的慢性炎症导致种植体表面形成纤维包裹,种植体继而松动脱落。穿皮/黏膜植入物感染的原因主要为植入物与软组织间未形成稳定的软组织封闭。对于天然牙,软组织封闭由穿通黏膜部位的上皮和结缔组织组成,可抵御外界干扰因素,保护黏膜下组织。 


 


牙种植体与上皮和结缔组织接触形成了类似天然牙的封闭结构。然而与天然牙相比,种植体上皮和结缔组织附着较弱,易被外力因素破坏,导致种植体感染率升高。因此,加强软组织封闭以防止微生物入侵对于种植体的长期稳定性尤为重要。鉴于此,笔者将针对种植体周软组织封闭难以建立并维持稳定的原因与促进种植体周软组织封闭形成的主要方法进行简要介绍。 

01种植体周软组织封闭难以建立并维持稳定的原因 

1.1 种植体周软组织封闭形成的机制不同于天然牙 

种植体周软组织封闭由上皮附着与结缔组织附着两部分构成。上皮附着是软组织封闭的第一层,是抵御外部危险因素的前沿阵地。天然牙萌出后即在穿龈部位形成牙-上皮结合界面,其稳定性依赖于结合上皮。结合上皮为低分化非角化复层鳞状上皮,通过上皮附着器稳定附着于牙面,形成抵御有害生物因素的封闭界面。 


上皮附着器由两层构成,包括内基底膜与外侧结缔组织结合的基底层,以及内基底膜和半桥粒与牙面直接接触的基底上层。种植体周的上皮细胞也通过内基底膜和半桥粒直接附着于基台表面,但此附着结构仅分布于上皮附着界面的根方部分,而在天然牙周,内基底膜和半桥粒广泛分布于整个上皮-牙界面。因此,种植体的上皮附着强度低于天然牙周,更易被外力或生物因素破坏。

  
 


在天然牙的结合上皮根方,牙-龈纤维垂直锚定于牙骨质中,形成稳定的结缔组织附着;而在种植体的穿龈部位,结缔组织纤维大多平行于基台表面或环绕基台走行,结缔组织附着依赖于成纤维细胞的附着力以及环绕胶原纤维的弹性。从胶原性质上看,天然牙的结缔组织附着主要由致密的Ⅲ型胶原构成,可抵抗细菌的物理侵害,而种植体的结缔组织附着中含有较多抗胶原蛋白葡萄糖酶的Ⅴ型胶原纤维,更类似于慢性炎症组织。因此,与直接锚定胶原纤维的天然牙相比,种植体周的结缔组织附着弱于天然牙周,封闭强度不足。 

1.2 种植体周软组织封闭的稳定性更易受到角化牙龈量的限制 

软组织附着的韧性与动度是影响种植体长期预后的重要因素。天然牙周围的软组织由角化牙龈与被覆黏膜构成,其中角化牙龈包括游离龈和附着龈。附着龈与牙釉质、牙骨质以及牙槽骨形成紧密接触,一般处于稳定不动的状态,保证了软组织封闭的韧性,避免其在外力作用下与牙面剥离。  

 


种植体周围的附着龈可分为牙槽骨附着部分与基台附着部分,前者的韧性和稳定性与天然牙附着龈类似,但后者的韧性与稳定性均较低;当骨附着部分的宽度不足时,软组织附着在外力作用下动度将增加,可能导致封闭破坏。因此,为了弥补薄弱的基台附着部分,种植体周角化龈的牙槽骨附着部分应足够宽,以抵抗过大的软组织动度。然而,牙缺失后角化龈宽度随着牙槽骨吸收而降低,导致种植位点的角化龈宽度往往不足,增加了种植体周生物封闭建立与保持稳定的难度。 

1.3 种植体周软组织的炎性自限性与组织再生能力低于天然牙周 

天然牙与种植体周的软组织处于口腔有菌环境中,即使处于健康状态,也始终存在一定程度的炎性细胞浸润。在健康状态下,天然牙与种植体周的炎细胞数量与反应强度无显著差异。当软组织出现炎性表现时,种植体周与牙周炎相比,其袋壁细胞外侧的炎性浸润带向根方蔓延的趋势更显著,总范围更大,软组织中炎细胞的密度更高,且天然牙周的中性粒细胞主要聚集于袋壁上皮,而种植体周的中性粒细胞还分布于远离袋壁的根方血管周围。 


动物模型研究表明,与牙周炎相比,种植体周袋结缔组织与菌斑间往往缺乏上皮屏障,其炎性浸润范围更大且距牙槽嵴顶更近,中性粒细胞与破骨细胞数更多,牙槽嵴吸收更严重;去除炎性诱导因素后,天然牙周的炎性反应表现为自限性,而种植体周病变仍可持续进展,引发大范围骨吸收。由此可见,一旦感染症状出现,种植体周的炎性破坏能力高于天然牙。临床研究也证实,种植体周围炎的进展往往呈非线性上升趋势,进展快于牙周炎。 


 


炎症控制后,组织再生能力将决定种植体周围炎与牙周炎的预后。牙周膜中的马拉氏上皮剩余是保持牙周膜、牙骨质以及牙槽骨再生能力的重要干细胞,牙缺失后牙周膜内的干细胞也相应丧失。种植体骨整合不涉及牙骨质再生以及胶原纤维插入牙骨质形成牙周韧带这一过程,提示种植体周围的干细胞种类与天然牙不同。 
种植体周用于软组织再生的干细胞主要来自血液与骨膜。与牙周组织来自牙周膜、骨膜和结缔组织的丰富血供不同,种植体周软组织的血供主要来自结缔组织,其干细胞与营养供给有限。综上,种植体周干细胞来源远少于天然牙周,将限制炎性破坏后的再生过程,不利于组织形态结构的恢复,将增加预防感染再次发生的难度。 

02促进种植体周软组织封闭形成的主要方法 

目前用于促进软组织封闭形成、增加软组织封闭强度的方法大致可分为3种,包括改变种植体或基台表面性质以促进软组织附着、控制菌斑预防感染以及改善软组织质量以提高封闭稳定性。 

2.1 改变种植体或基台表面性质以促进软组织附着 

2.1.1 改变种植体/基台的材料种类 

目前种植体材料大多为商业纯钛或钛合金。金属钛颜色灰暗,在前牙美学区牙龈较薄或牙龈退缩时,美学风险较高。考虑到美学问题,大量研究开始探讨羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)、二氧化铝以及二氧化锆等生物陶瓷替代钛的可行性。HA常作为促进植入体骨整合的涂层材料,其软组织封闭能力尚无定论。  

 


二氧化铝具有良好的软组织整合能力,可形成上皮附着与结缔组织附着,但其抗张强度低,脆性高,目前较少使用。二氧化锆具有良好的生物力学性能与骨整合能力,色泽类似于天然牙,且大部分研究表明二氧化锆的软组织封闭形成效率不低于金属钛。一方面,部分研究认为二氧化锆与钛在软组织反应方面无显著差异;另一方面,有研究指出牙龈成纤维细胞在二氧化锆表面的增殖能力高于金属钛表面,二氧化锆种植体周围的胶原结构与钛种植体相比更趋于正常且结合上皮根方迁移量更低,二氧化锆愈合帽周围的软组织炎性指标显著低于钛愈合帽。 


综上,二氧化锆的软组织封闭效果优于或类似于金属钛,美学效果与生物相容性更佳,可能成为替代金属钛的陶瓷材料。 

2.1.2 改变种植体/基台的表面形态结构 

早期动物实验证实,不同粗糙度的材料在软组织附着的整体效果上无明显差异,但粗糙面的结缔组织附着宽度大于光滑面。粗糙面更有利于成纤维细胞附着,而光滑面更有利于上皮细胞附着。进一步研究发现,一定程度的纳米级粗糙度可模拟体内微环境,相较于绝对光滑表面更有利于上皮细胞的粘附与增殖。但也有研究表明,纳米管状表面有利于成纤维细胞功能,不利于上皮附着与增殖。关于纳米级粗糙度对软组织附着的研究证据尚不充分。 

植入体表面的微沟槽与多孔结构不仅影响软组织的附着面积,还影响软组织细胞的附着与增殖能力。植体表面的微沟槽形态对上皮细胞与成纤维细胞的附着与增殖具有接触诱导效应,可影响细胞的定位与方向,微沟槽深度可调节两种细胞的附着能力。 



上皮细胞趋向于沿着微沟槽的长轴生长,因此水平向微沟槽有利于预防上皮细胞沿植体表面向根端生长,限制长结合上皮的形成;相反,垂直向微沟槽则有利于细胞根向生长。多孔结构也会大大增加软组织附着面积,同时其孔隙率与孔径大小也会影响细胞的附着与铺展效果。目前鲜有种植体颈部与基台的多孔表面研究,可能与材料的强度降低有关。 


2.1.3 促进软组织附着的生物大分子涂层 

在种植体表面锚定促进软组织附着的细胞外基质分子或生物活性因子,选择性促进软组织细胞粘附,提供关键细胞基质信号,有利于软组织附着的形成。层粘连蛋白是形成上皮附着器中内外基底膜的重要基质蛋白。当种植体表面被覆层粘连蛋白时,上皮附着结构数目增多,附着强度增高,有利于限制上皮细胞根向迁移。 



纤维蛋白连接素是促进成纤维细胞粘附的重要基质蛋白。在钛或陶瓷表面制备纤维蛋白连接素涂层有利于成纤维细胞粘附与增殖。此外,血小板衍生生长因子、钙粘素以及维生素等促进上皮粘附与软组织愈合的生物因子也已被用于制备种植体涂层,显示出促进软组织封闭的效果。 

2.2 控制菌斑预防感染 

早在30多年前Gristina等就提出了生物材料的表面竞争学说,即宿主细胞与生物膜在材料表面竞争生存空间,生物材料在体内存活意味着宿主组织细胞覆盖了材料表面。基于此,大量研究进行了钛表面改性与抑菌药物涂层研究,以期降低微生物竞争力。共价嫁接具有突出的结合强度和稳定性,是近年来种植体表面改性抗菌研究的热点。 


共价嫁接可分为引发剂法与耦联法,其中引发剂法是指在材料表面直接添加聚合物进行改性。通过引发剂法在钛表面形成的多聚苯乙烯磺酸钠可有效抑制金黄色葡萄球菌,抑制率可达70%。耦联法是指先在材料表面锚定硅烷类、邻苯二酚类以及磷酸盐等耦联分子,再通过耦联分子间接连接生物活性物质。 

通过硅烷耦联间接形成的抗菌剂SPI031、万古霉素等抗菌表面均可达到较高的细菌或真菌抑制率。磷酸盐类形成的共价结合比硅烷类更稳定,其中肌醇六磷酸可通过自身的磷酸基团与二氧化钛形成稳定的共价连接,从而发挥抗菌作用。通过邻苯二酚类耦联剂多巴胺连接的羧甲基壳聚糖、透明质酸-儿茶酚等多糖分子可有效抑制金黄色葡萄球菌附着。 


 


钛表面抗菌涂层可分为抑菌涂层与杀菌涂层。壳聚糖与藻酸盐叠加涂层所带的电荷与疏水性具有抑菌能力,可降低种植体周围炎的发生率。然而,水凝胶涂层在手术时易剥脱,临床应用操作性有限。杀菌涂层中含有可穿通细菌细胞膜或阻断细菌关键生物过程的杀菌物质。钛表面涂层的杀菌物质包括多聚阳离子、抗菌肽、银纳米颗粒以及抗生素等。有研究将智能聚合物涂层引入种植体表面,如热响应性聚合物(polyNIPAM),可根据环境温度变化控制牙龈卟啉单胞菌与金黄色葡萄球菌的附着。 

除以上抑菌与杀菌涂层外,用于增强钛表面抗菌性能的方法还有很多,例如等离子体浸没离子注入和沉积、物理气相沉、以及石墨烯及其衍生物涂层。通过以上方法控制菌斑是否会影响软组织附着能力目前未见到明确的报道。 


2.3 改善软组织质量以提高封闭稳定性 

提升软组织的质量是指增加角化牙龈的宽度或增加结缔组织的厚度。目前用于软组织处理的手术方法已有综述报道,在此不再赘述。 



03结语  

 


建立稳定的软组织封闭对于预防感染、提高种植体的长期成功率至关重要。促进软组织封闭的方法众多,但多数处于研究状态。随着蛋白组学、代谢组织学以及微生物研究的不断发展,未来研究应从分子层面揭示生物封闭形成的具体机制,分析钛表面蛋白对细胞功能的影响,明确微生物代谢对封闭稳定性的调节作用。此外,未来研究应充分揭示封闭部位的免疫调节机制,结合材料的免疫调控能力与局部细胞表型分析,探讨促进软组织封闭形成的免疫干预靶点。 


来源:季平.种植体周软组织封闭建立的难点与改善方案[J].口腔医学研究,2021,37(04):279-283. 

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