李云霞 綜述 顧曉明，溫 寧 審校

綜 述

氧化鋯陶瓷種植體的研究進(jìn)展

李云霞1,2綜述 顧曉明3，溫 寧1審校

氧化鋯陶瓷；種植系統(tǒng)；進(jìn)展

自1965年瑞典科學(xué)家Br?nemark教授首創(chuàng)純鈦種植系統(tǒng)以來(lái)，鈦種植體已成為牙齒缺失的重要修復(fù)方法之一。隨著臨床應(yīng)用增多，鈦種植體的問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)：由于鈦金屬固有顏色，種植區(qū)牙齦過(guò)薄或者牙齦退縮導(dǎo)致的美學(xué)問(wèn)題；鈦及合金的耐腐蝕性受到口內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境影響，仍會(huì)有金屬離子從植入物緩慢釋放，可能會(huì)誘導(dǎo)骨吸收，造成種植失敗，金屬離子還會(huì)在周圍軟組織、淋巴結(jié)或體內(nèi)其他位置堆積，可能是潛在致敏原[1-4]；進(jìn)行頭頸部MRI檢查時(shí)，種植體會(huì)形成偽影，對(duì)局部軟組織成像有一定影響[5]。因此，學(xué)者們對(duì)新型的非金屬植入材料開(kāi)展了進(jìn)一步研究。

氧化鋯陶瓷是一種惰性陶瓷，常溫抗彎強(qiáng)度最高達(dá)1300 MPa，斷裂韌性6～9 MPa·m1/2，彈性模量較低，廣泛用作結(jié)構(gòu)材料。通過(guò)加入生物活性成分或表面改性的方式，氧化鋯陶瓷具有一定生物活性。1988年，Akagawa等[6]以部分穩(wěn)定氧化鋯(PSZ)為種植材料的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)獲得成功，氧化鋯種植體可行性逐漸成為研究熱點(diǎn)。已應(yīng)用于臨床CeraRoot?、Senden、Nobel Biocare?系統(tǒng)的成功率為76.6%～95.0%[7-9]。筆者就氧化鋯種植體制作技術(shù)、表面形態(tài)、物理性能及臨床應(yīng)用情況進(jìn)行綜述，以了解氧化鋯作為新型種植材料的進(jìn)展。

1 制作工藝

目前，國(guó)外已經(jīng)將陶瓷種植系統(tǒng)應(yīng)用于臨床，但各個(gè)系統(tǒng)的制作技術(shù)及種植體的化學(xué)成分有所不同。這些種植體并不是純的氧化鋯，而是添加少量其他金屬氧化物，如鈣、鎂、釔、鈰、鋁等來(lái)增加其穩(wěn)定性。高強(qiáng)度的納米氧化鋯成熟商品(NANOZR)也已經(jīng)面市，其抗彎曲強(qiáng)度達(dá)1500 MPa，斷裂韌性為10～15 MPa·m1/2，可用于制作直徑<4 mm的種植體。

氧化鋯種植體制作基本步驟包括：選材、模型壓制、高溫?zé)Y(jié)、熱等靜壓或熱壓、氧化、CAD/CAM銑削、質(zhì)檢。但是這些系統(tǒng)都沒(méi)有公開(kāi)種植體表面形態(tài)的相關(guān)內(nèi)容。高戈等[10]采用增材技術(shù)中的自由成形技術(shù)對(duì)制備氧化鋯全瓷牙種植體進(jìn)行了初步研究，燒結(jié)試樣的致密度可達(dá)98.36%；1300 ℃時(shí)，試樣3點(diǎn)抗彎強(qiáng)度達(dá)到480 MPa，但沒(méi)有對(duì)生物學(xué)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，所采用噴頭直徑為500 μm，不能達(dá)到臨床種植體±10 μm的精度要求，而且未能實(shí)現(xiàn)HA/ZrO2連續(xù)梯度材料構(gòu)造，該技術(shù)有待于深入研究。盡管制作工藝各異，但是氧化鋯作為生物醫(yī)學(xué)材料，都需要符合美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(ASTM)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)標(biāo)準(zhǔn)。

2 種植體表面形態(tài)

醫(yī)用陶瓷的發(fā)展經(jīng)歷了致密材料、涂層材料，最終將會(huì)向多孔材料方向發(fā)展，這是仿生學(xué)的必然。只有與骨組織結(jié)構(gòu)和性質(zhì)類似，氧化鋯種植體才能與骨組織很好結(jié)合。種植體表面處理技術(shù)主要包括：噴砂、酸蝕、酸蝕+噴砂、表面多孔化+涂層。

2.1 對(duì)種植體穩(wěn)定性的影響 評(píng)價(jià)種植體穩(wěn)定性一般多采用骨結(jié)合率(BIC)、周圍骨密度(BD)、骨喪失水平(BL)等指標(biāo)。Setzer等[11]早期在氧化鋯種植體的表面噴涂氧化鋯顆粒，燒結(jié)后形成多孔粗糙的表面，與機(jī)械切削氧化鋯種植體和陽(yáng)極氧化鈦種植體進(jìn)行了組織學(xué)、基因表達(dá)和微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，材料本身和表面粗糙度對(duì)成骨沒(méi)有影響。Depprich等[12]的研究結(jié)果顯示，第1、4、12周BIC差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Lee等[13, 14]采用的鈣磷納米涂層、羥基磷灰石納米涂層、生物活性玻璃等涂層技術(shù)，也未能增加BIC。Kohal等[15]在最新的研究中比較了酸蝕+噴砂、機(jī)械切削鈦和氧化鋯種植體，28 d后，在所有種植體的表面都可以觀察到水平相同的hFOB1.19成骨細(xì)胞，但酸蝕+噴砂氧化鋯平均骨結(jié)合速度緩慢，而且范圍較鈦種植體小。Schilephake等[16]測(cè)量了種植體周圍的BD，噴砂與酸蝕+噴砂組沒(méi)有差別，鈦和氧化鋯材料之間也沒(méi)有差別。Akagawa等[6]等將氧化鋯種植體植入恒河猴下頜骨，12和24個(gè)月后種植體周圍軟組織健康，12個(gè)月BL為1.6～2.3 mm，24個(gè)月BL為1.7～2.1 mm。Kohal等[17]對(duì)噴砂+酸蝕鈦種植體和氧化鋯種植體在功能狀態(tài)下進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示，BIC、BL、生物學(xué)寬度、齦緣-結(jié)合上皮與根尖、骨接觸距離的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 對(duì)種植體抗旋轉(zhuǎn)力的影響 種植體抗旋轉(zhuǎn)能力與種植體的穩(wěn)定性相關(guān)，常用的檢測(cè)指標(biāo)有種植體旋出扭矩(RTQ)、種植體推入力(PIT)，均屬于有創(chuàng)性指標(biāo)，多用于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究。Gahlert等[18]早期研究發(fā)現(xiàn)，粗糙度對(duì)RTQ有顯著影響；Bormann等[19]比較了酸蝕氧化鋯和噴砂+酸蝕鈦種植體，發(fā)現(xiàn)植入同時(shí)兩者之間的RTQ無(wú)差異，但8～12周后，兩者的RTQ都顯著增加。Kohal等[20]將直徑1 mm、長(zhǎng)2 mm的氧化鋯種植體和鈦種植體植入大鼠股骨干，不同材料間的PIT無(wú)差異，但多孔表面的種植體PIT高于機(jī)械削切種植體。

3 力學(xué)性能

力學(xué)性能是衡量用于制作種植體的生物材料的重要性能。氧化鋯的強(qiáng)度和楊氏模量比骨組織高幾倍，然而材料的強(qiáng)度和臨床表現(xiàn)沒(méi)有關(guān)系。斷裂韌性是材料抵抗折斷擴(kuò)散的能力，氧化鋯的斷裂韌性比骨組織低得多，這是制約氧化鋯作為骨組織工程材料制作骨內(nèi)植入物的應(yīng)用的主要原因。因此作為骨內(nèi)植入物的種植體，研究更多關(guān)注的是如何保證其具有適當(dāng)?shù)臄嗔秧g性。

3.1 抗疲勞試驗(yàn) Yilmaz等[21]對(duì)Finesse、Cergo、IPS Empress鑄瓷、In-Ceram鋁瓷、In-Ceram鋯瓷、Cercon鋯瓷的斷裂韌度進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)氧化鋯基陶瓷的斷裂韌度最高。Kohal等[22]模擬咀嚼周期，對(duì)氧化鋁增韌氧化鋯(ATZ)和四方氧化鋯多晶體(TZP)的斷裂韌性進(jìn)行觀察，結(jié)果表明ATZ、ATZ+種植體頂部預(yù)備、TZP+種植體頂部預(yù)備組在120萬(wàn)次咀嚼周期后的斷裂韌度為(1734±165)N、(1220±85)N、(578±49)N，在500萬(wàn)次咀嚼周期后為(1358±187)N、(1098±97)N、(516±45)N。種植體頂部預(yù)備和負(fù)載時(shí)間都會(huì)導(dǎo)致斷裂韌度降低，但均在臨床可接受范圍內(nèi)，折斷的部位多位于頂部或者基臺(tái)水平。其中，種植體頂部預(yù)備對(duì)斷裂韌性的影響最大。后期的一些試驗(yàn)也得到了相同的結(jié)論[23]，所有試驗(yàn)均提示冠預(yù)備過(guò)程中對(duì)種植體表面都會(huì)造成損壞，都可能降低斷裂韌性。

3.2 低溫退化試驗(yàn) 氧化鋯在經(jīng)過(guò)低溫退化后，因?yàn)橛兴蛩羝?，表面結(jié)構(gòu)從四方多晶體變成單斜相晶體。Chevalier等[24]在觀察氧化鋯股骨頭失敗病例中發(fā)現(xiàn)，這種改變可能會(huì)加速氧化鋯的老化而引起機(jī)械性能的減退。Sanon[25]進(jìn)行了多孔氧化鋯種植體的低溫老化試驗(yàn)，相當(dāng)于種植體在體內(nèi)存留40年，發(fā)現(xiàn)老化組的平均折斷韌性度(1235 N)高于空白對(duì)照組(826 N)，因與以往的研究結(jié)果相反，需要更多試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

3.3 臨床試驗(yàn) Gahlert等[26]在分析氧化鋯種植體失敗病例時(shí)發(fā)現(xiàn)，斷裂的種植體中，12枚直徑為3.5 mm，1枚直徑為4 mm，種植體裂紋起始點(diǎn)多位于第一螺紋處，均為強(qiáng)力折斷。除了考慮患者夜磨牙等特殊情況外，斷裂的主要原因可能是由于表面修飾的噴砂造成的局部劃痕產(chǎn)生應(yīng)力集中，過(guò)量加載導(dǎo)致種植體折斷。

種植體表面結(jié)構(gòu)處理技術(shù)會(huì)增加表面粗糙度，提高種植體的骨結(jié)合率，但在上部結(jié)構(gòu)和牙冠就位時(shí)進(jìn)行預(yù)備的同時(shí)也會(huì)對(duì)材料的力學(xué)性能造成不利影響，這些處理可能會(huì)加速氧化鋯的老化，影響其遠(yuǎn)期臨床效果。目前對(duì)于臨床病例中一段式氧化鋯種植體老化加速現(xiàn)象的機(jī)制尚不清楚，特別是對(duì)斷裂韌度的影響沒(méi)有相關(guān)報(bào)道，需要進(jìn)一步的研究。這一點(diǎn)與斷裂韌性較高的鈦種植體是不同的[24]。

4 臨床應(yīng)用

氧化鋯種植體大多應(yīng)用于前牙美學(xué)區(qū)，可以克服鈦種植體材料性質(zhì)帶來(lái)的美學(xué)問(wèn)題。Ceraroot?系統(tǒng)設(shè)計(jì)出5種型號(hào)一段式種植體，直徑為3.5～4.8 mm，可滿足不同牙位種植需要。Josep等[27]對(duì)831顆Ceraroot?種植體進(jìn)行了5年的隨訪發(fā)現(xiàn)，總體5年存留率為95%，其中無(wú)涂層種植體為92.77%，有涂層種植為93.57%，酸蝕處理種植體為97.60%，高于其他兩種。Kohal等[28]對(duì)65例患者進(jìn)行了1年隨訪，存留率為96.4%，探診深度、臨床附著水平、出血指數(shù)和菌斑指數(shù)1年后逐漸降低。平均骨喪失量為1.31 mm，34%種植體骨喪失≥2 mm，14%≥3 mm，高于兩段式鈦種植體。認(rèn)為氧化鋯種植暫不適宜推薦到臨床使用。Kohal等[29]對(duì)28例患者56顆種植體的三單元固定橋進(jìn)行了1年隨訪，發(fā)現(xiàn)1年存留率為98.2%。平均骨喪失量為1.95 mm，40%種植體骨喪失≥2 mm，28%種植體骨喪失≥3 mm。種植體的探診深度、臨床附著水平高于參照牙，出血指數(shù)和菌斑指數(shù)低于參照牙。該研究提示該氧化鋯種植體的臨床表現(xiàn)差于鈦種植體及其他氧化鋯種植系統(tǒng)。Spies等[30]對(duì)96例患者的122顆一段式種植體(Nobel Biocare?)進(jìn)行了5年隨訪發(fā)現(xiàn)，117顆種植體中單冠修復(fù)63例，三單位橋固定修復(fù)27例。單冠修復(fù)體種植體的存留率是76.6%，固定橋修復(fù)體種植體的存留率是93.8%，在所有的病例中沒(méi)有觀察到折斷或者冠脫落。但是由于成功率較低，該種植體已經(jīng)從市場(chǎng)上召回。Borgonovo等[8]對(duì)43顆氧化鋯種植體進(jìn)行了2年隨訪，發(fā)現(xiàn)存留率為89%，其中原位骨內(nèi)種植的存留率為97%，骨增量后種植的存留率為74%，與鈦種植體的存留率比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

綜上所述，氧化鋯種植體目前仍多處于基礎(chǔ)研究階段，并未介紹種植體化學(xué)成分、制作工藝及不同種植體間的區(qū)別，尚未制定統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)有的資料顯示，氧化鋯種植體對(duì)受床組織沒(méi)有不良反應(yīng)，骨結(jié)合率甚至優(yōu)于鈦種植體。表面處理技術(shù)可以提高粗糙度，但有可能會(huì)導(dǎo)致氧化鋯植體表面結(jié)構(gòu)改變，加速老化，特別是頂部結(jié)構(gòu)預(yù)備，可能會(huì)降低斷裂韌性。雖然國(guó)外已有氧化鋯種植系統(tǒng)應(yīng)用于臨床，但是缺乏長(zhǎng)期、大樣本、隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)。在氧化鋯系統(tǒng)作為常規(guī)種植體前，仍需要更多深入的研究。

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(2014-10-21收稿 2014-12-19修回)

(責(zé)任編輯 尤偉杰)

李云霞，碩士，主治醫(yī)師，E-mail:lyxyn2006@163.com

1.100853 北京，解放軍醫(yī)學(xué)院；2.102211 北京，武警特警學(xué)院門診部；3.100039 北京，武警總醫(yī)院口腔醫(yī)學(xué)中心

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