刘丝雨，王彩玲，郑 宇，刘会英*，侯晓薇，王俐杰

(1.河北医科大学第三医院口腔科，河北 石家庄 050051；2.河北省人民医院口腔科，河北 石家庄 050051)

·论 著·

钛螺纹钉表面镧羟基磷灰石复合涂层骨结合的实验研究

刘丝雨1，王彩玲2，郑 宇1，刘会英1*，侯晓薇1，王俐杰1

(1.河北医科大学第三医院口腔科，河北 石家庄 050051；2.河北省人民医院口腔科，河北 石家庄 050051)

目的探讨镧羟基磷灰石复合涂层在种植体周围骨结合中的作用。方法9只新西兰大白兔随机分为实验组(n=6)与对照组(n=3),分别拔除上下4颗切牙，在所有拔牙窝下段充填入适量异种冻干骨后,实验组拔牙窝内即刻植入镧羟基磷灰石复合涂层的钛螺纹钉，对照组拔牙窝内则即刻植入羟基磷灰石涂层的钛螺纹钉。术后4、8、12周分别处死实验动物(实验组2只，对照组1只)取完整上下颌骨标本，进行大体观察、扭矩实验测试、X线片检查、骨密度分析和组织学观察。结果随时间延长, 2组钛螺纹钉周围新生周骨组织平均灰度值和钛螺纹钉最大扭矩值均逐渐增高,且术后4、8、12周实验组钛螺纹钉周围新生周骨组织平均灰度值和钛螺纹钉最大扭矩值高于对照组(P<0.05)。实验组板层新骨生成速度更快，新生骨成熟度更高。结论在即刻种植条件下，羟基磷灰石涂层与镧羟基磷灰石复合涂层均可获得钛螺纹钉与周围骨组织较好的骨结合和骨修复，但镧羟基磷灰石复合涂层有更好的生物稳定性和生物相容性，能促进钛螺纹钉周围的骨结合。

牙种植；羟基磷灰石类；镧；兔

近年来，随着口腔种植技术的发展以及人们生活水平的提高，口腔种植修复逐渐成为牙列缺损和无牙牙合患者首选的修复治疗方式。钛因具有优良的生物相容性和机械加工性已成为目前最常用的口腔临床种植体材料[1-2]。为了使钛种植体与其周围骨组织形成更加快速、持久及牢固的结合，很多研究尝试在钛种植体的表面进行涂层处理[3-4]。其中,羟基磷灰石涂层被认为是非常有利于促进骨结合的一种涂层[5]。但羟基磷灰石在体液中的稳定性不是很好，容易降解且易被吸收，故在保持种植体长期骨结合方面尚有待提高。有研究认为镧离子可通过置换反应部分取代羟基磷灰石中的钙离子，进而形成更稳定的磷灰石结构，镧羟基磷灰石复合涂层较纯羟基磷灰石涂层有更好的生物相容性，在体液中的稳定性更好且不容易被吸收[6]。加入镧的羟基磷灰石复合涂层具有促进成骨细胞在材料表面的早期增殖分化的作用。本研究综合镧及羟基磷灰石的优良性能，在钛螺纹钉表面制备镧羟基磷灰石复合涂层和羟基磷灰石涂层，利用建立的兔即刻种植模型在拔牙窝内分别植入2种涂层的钛螺纹钉，通过对多项组织及力学检测结果的分析，探讨镧羟基磷灰石复合涂层在即刻种植中对骨结合的作用。现报告如下。

1 材料与方法

1.1 实验动物分组 健康6个月龄新西兰大白兔(河北省实验动物中心提供)9只，雌雄不限，体质量约2.53 kg。随机分为2组，其中实验组6只，对照组3只。

1.2 实验方法

1.2.1 钛螺纹钉预处理 氢氟酸和硝酸溶液处理钛螺纹钉超声波清洗后恒温于50 ℃，干燥，备用。

1.2.2 羟基磷灰石涂层的制备 配制浓度为0.042 mol/L的硝酸钙水溶液和浓度为0.025 mol/L的磷酸二氢铵水溶液，将等体积的硝酸钙水溶液滴加到磷酸二氢铵水溶液中得到饱和羟基磷灰石溶液。将预处理好的钛螺纹钉用电化学沉积法得到羟基磷灰石涂层的钛螺纹钉，干燥，备用。

1.2.3 镧羟基磷灰石复合涂层的制备 配制0.1 mol/L的硝酸镧溶液，将羟基磷灰石涂层的钛螺纹钉浸泡于溶液中20 min后取出，干燥，备用。

1.2.4 动物模型制备 采用多次少量磨除法，拔除每只兔子上下4颗切牙，所有拔牙窝内充填入适量异种冻干骨，实验组和对照组的拔牙窝内分别即刻植入镧羟基磷灰石复合涂层的钛螺纹钉和羟基磷灰石涂层的钛螺纹钉，严密缝合牙龈覆盖螺纹钉。植入后4、8、12周采用空气栓塞法分别处死动物实验组2只、对照组1只，并获取双侧上下颌骨标本并将标本置于10%中性福尔马林溶液中，4 ℃冰箱保存，备用。

1.3 结果观察

1.3.1 活体及大体观察 术后观察兔的一般情况，观察切口愈合情况，检查动物上下颌骨标本中螺纹钉是否松动、脱落情况，观察螺纹钉周围骨愈合的情况。

1.3.2 X线检查及骨密度分析 采用平行投照法于术后4、8、12周拍摄各组上下颌骨标本的X线片，每个标本于钛螺纹钉上下1 mm处取6个点测量其灰度值，将6个点灰度值的平均值作为该标本钛螺纹钉周围骨组织的平均灰度值。

1.3.3 扭矩测试 将标本置入扭矩测量仪，自动记录运动中的扭矩值，制作旋转角度-扭矩相关散点图，散点图上扭矩的峰值为该螺纹钉松动时的扭矩值，此值代表该螺纹钉与骨的结合力。

1.3.4 组织学观察 将骨组织切片进行固定，脱钙，染色后分别在40倍、100倍光学显微镜下观察种植体周围成骨情况、新骨生长状况等。

1.4 统计学方法 应用SPSS 19.0统计分析软件进行数据分析。计量资料比较分别采用两独立样本t检验、单因素方差分析和q检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 活体观察 术后所有实验动物活动、精神、饮食正常，无死亡。术后当天切口轻微肿胀，无明显渗出。术后1周，红肿完全消失，切口愈合良好，钛螺纹钉无暴露，周围牙龈组织颜色正常，未见红肿、溢脓、瘘管等炎症表现。

2.2 标本结果

2.2.1 大体观察 实验动物上下颌骨标本中，实验组标本钛螺纹钉均在位，无松动和脱落现象。对照组标本4周可见钛螺纹钉与周围骨组织间有缝隙，螺纹钉有不同程度的松动但并无脱落，8周及12周钛螺纹钉与周围骨组织紧密包绕，钛螺纹钉有一定的固位力。

2.2.2 X线结果 X线片中可见所有标本钛螺纹钉均在位，2组钛螺纹钉周围的新生骨密度均随时间的增加而升高。术后4周：实验组钛螺纹钉与周围骨之间可见低密度透射影像，新生骨与周围骨界限清楚；对照组钛螺纹钉周围较实验组透射影像更加明显，新生骨界限也更清楚。术后8周：2组钛螺纹钉与周围骨间的低密度影像较4周时均有明显减少；实验组钛螺纹钉周围新生骨密度和正常骨密度接近一致，新生骨界限不清晰；对照组钛螺纹钉周围仍可见低密度透射影，新生骨密度低且界限清晰。术后12周：实验组钛螺纹钉周围骨密度与正常骨密度一致，未见明显新生骨界限；对照组钛螺纹钉周围新生骨密度较8周时有增加但低于正常骨密度，仍可见新生骨界限有一定的固位力。

2.2.3 骨密度结果 2组术后8、12周钛螺纹钉周围新生周骨组织平均灰度值高于术后4周，术后12周钛螺纹钉周围新生周骨组织平均灰度值高于术后8周，且术后4、8、12周时点实验组钛螺纹钉周围新生周骨组织平均灰度值均高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)，见表1。

表1 2组钛螺纹钉周围骨组织灰度值比较Table 1 Comparison of gray value of bone tissue around 2 titanium screws

*P<0.05与术后4周比较 #P<0.05与术后8周比较(q检验)

2.2.4 扭矩测试结果 实验组术后12周钛螺纹钉最大扭矩值高于术后4、8周，对照组术后12周钛螺纹钉最大扭矩值高于术后4周，且术后4、8、12周时点实验组钛螺纹钉最大扭矩值均高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)，见表2。

表2 2组扭矩测试结果的比较Table 2 Comparison of 2 groups of torque test results

*P<0.05与术后4周比较 #P<0.05与术后8周比较(q检验)

2.2.5 组织学观察 术后4周：实验组钛螺钉周围可见大量成骨细胞紧密排列在骨小梁周围，骨陷窝形成，骨小梁呈网状排列，编织骨形成(图1)；对照组钛螺纹钉周围成骨细胞较实验组少，骨小梁纤细，分布稀疏，排列不规则，未见明显编织骨形成(图2)。术后8周：实验组钛螺纹钉周围见成骨细胞减少，骨细胞增多，骨小梁较4周粗大，分布密集，排列规则，可见板层骨形成(图3)；对照组钛螺纹钉周围成骨细胞及骨细胞较实验组少，骨小梁结构较为纤细，连接成网状，板层骨形成较少(图4)。术后12周：实验组螺纹钉周围成骨细胞被大量骨细胞所替代，骨小梁结构更加致密，板层骨厚度增加(图5)；对照组螺纹钉周围骨细胞较实验组少，骨小梁大片融合，板层骨厚度较实验组薄(图6)。

图1 4周实验组(HE ×100) Figure 1 Result of experimental group at 4 weeks(HE ×100)

图2 4周对照组(HE ×100) Figure 2 Result of control group at 4 weeks(HE ×100)

图3 8周实验组(HE ×100) Figure 3 Result of experimental group at 8 weeks(HE ×100)

图4 8周对照组(HE ×100) Figure 4 Result of control group at 8 weeks(HE ×100)

图5 12周实验组(HE ×100) Figure 5 Result of experimental group at 12 weeks(HE ×100)

图6 12周对照组(HE ×100) Figure 6 Result of control group at 12 weeks(HE ×100)

3 讨 论

羟基磷灰石是人体骨骼组织的主要无机成分，它的化学结构跟人体骨组织相似，研究证实其安全无细胞毒性[7]，具有良好的生物相容性和骨传导[8-10]。羟基磷灰石含有能与人体组织发生键合的羟基，因此能诱导骨组织长入微孔，从而实现其与骨组织的化学键合。有研究证明羟基磷灰石能够成功为新骨的形成提供支架，诱导骨组织的形成[11]。同时羟基磷灰石还具有优良的成骨活性，能诱导成骨细胞的成熟[12]。本研究结果也证实了在钛螺纹钉表面制备羟基磷灰石涂层能促进新骨的形成并诱导骨结合。但有学者指出羟基磷灰石的稳定性较差，机械强度低且体内降解性差[13]。因此，如何提高羟基磷灰石的稳定性及生物活性，更好地促进种植体周围骨的形成，增强骨结合成为口腔种植临床研究的热点之一。镧是人体重要的微量元素之一，是离子半径(0.101 6 nm)与钙离子半径(0.009 nm)最为接近的稀土元素，极易与钙离子发生置换反应，在体内主要沉积于骨组织中。有研究表明镧元素可提高硬组织的抗酸性并能抑制牙齿的脱矿现象[14]。在羟基磷灰石中添加镧能通过部分置换羟基磷灰石中的钙离子，形成更加稳定的保护层来提高羟基磷灰石的性能。为此，许多学者研究了含镧羟基磷灰石的特性，期望以此来进一步改良与完善羟基磷灰石。楼维维等[6]研究了掺有不同比例镧元素羟基磷灰石在模拟生理环境中的稳定性，结果表明对比纯羟基磷灰石，掺镧羟基磷灰石的力学性能与抗酸性均有显著提高，且在生理环境中更加稳定。同时，也有学者认为含镧羟基磷灰石作为涂层材料具有良好的细胞相容性且无细胞毒性[15]。提示镧元素作为钛种植体羟基磷灰石涂层改良元素具有较高的安全性,为临床应用提供了安全性依据。

本研究参考周宏明等[16]的发明研究,将羟基磷灰石涂层的钛螺纹钉浸泡于硝酸镧溶液中，一段时间后得到镧羟基磷灰石复合涂层的钛螺纹钉，操作简单且成本较低。 本研究在拔牙窝内分别即刻植入镧羟基磷灰石复合涂层的钛螺纹钉或纯羟基磷灰石涂层的钛螺纹钉，结果提示镧羟基磷灰石复合涂层较纯羟基磷灰石涂层能更好地促进钛螺纹钉周围新生骨组织的形成，增强了钛螺纹钉-骨结合的强度。

虽然掺入镧元素可以通过提高羟基磷灰石的晶格能来改善涂层的力学性能，但其在骨代谢中的具体机制还有待进一步研究。而且，有研究指出镧元素改良羟基磷灰石涂层的作用依赖于其掺入量。本研究样本量小，实验条件有限，未能对其他掺入浓度进行对比研究，故镧元素的最适宜掺入含量还需进一步实验来提供依据。

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(本文编辑：赵丽洁)

Experimental study of lanthanum-hydroxyapatite composite coating on the osseointegration around titanium implant

LIU Si-yu1， WANG Cai-ling2， ZHENG Yu1， LIU Hui-ying1*， HOU Xiao-wei1， WANG Li-jie1

(1.DepartmentofProsthdontics，theThirdHospitalofHebeiMedicalUniversity，Shijiazhuang050051，China； 2.DepartmentofProsthdontics，HebeiGeneralHospital，Shijiazhuang050051，China)

Objective To investigate the effect of lanthanum-hydroxyapatite composite coating on osseointegration of the bone around titanium screw. Methods Nine New Zealand white rabbits were divided into two groups randomly(6 as in experimental grap and 3 in control group). After removing the 4 upper and lower incisors, the sockets were filled with xenogeneic freeze-dried bone. Then in experimental group, the titanium screw with lan-thanum-hydroxyapatite composite coating was implanted into socket immediately. In control group, the titanium screw with hydroxyapatite coating was taken the same procedure as in experimental group. The animals were executed respectively at 4 th, 8 th and 12 th week after operation, and the intact maxillary and mandibulary were harvested to be observed, and tested by gross observation, bone density analysis, torque test, and histological observation. Results In the two groups, the average gray values of the new bone near the titanium screw and the torque peak values of titanium screw were gradually increased with the time extension. And at the same time point of 4 th, 8 th, 12 th week after operation, the average gray values of the new bone near the titanium screw and the torque peak values of titanium screw in experimental group were higher than those of control group(P<0.05). The regenerated osseous tissue in experimental group shows an earlier formation and higher maturity of the lamellar bone than that in control group. Conclusion Under the condition of immediate implantation, hydroxyapatite coating and lanthanum hydroxyapatite composite coating can be used to obtain good osseointegration and bone repair of titanium screw and surrounding bone tissue. However, the lanthanum hydroxyapatite composited coating has better biological stability and biocompatibility, which can promote the osseointegration of titanium screw.

dental implantation； hydroxyapatites； lanthanum； rabbits

2016-08-25；

2017-02-17

刘丝雨(1991-)，女，河北唐山人，河北医科大学第三医院医师，医学硕士研究生，从事口腔修复学研究。

R782.12

A

1007-3205(2017)05-0575-05

10.3969/j.issn.1007-3205.2017.05.018

*通讯作者