文献研究丨温度对松质骨种植体骨结合的影响：体内组织学评价

种植体备孔用钻过程会引起周围硬组织温度升高。许多体外评估表明，如果外科流程有误，会造成温度上升从而引起骨灼伤。由于备洞产热涉及诸多因素，不同的研究报告中提到了不同的温度值。用钻的力度、钻速、钻头材料、钻孔深度、钻的尖锐度、钻的直径、使用的钻的数量、冲洗方式等都会对温度的上升有显著影响。Albrektsson等人的研究提到，温度升高到危险水平可导致细胞坏死和某些蛋白质变性。热性骨组织损伤的温度警戒值一开始设定为56°C；之后Eriksson和Albrektsson的研究表明，将兔骨加热到47°C或50°C并持续1分钟足以破坏其皮质骨的骨形成。

他们的研究使用了可分割的钛结构，该结构有一个横断面为1毫米的通道，研究者可以充分评估骨生长情况。研究者只能评估通道内的骨生长情况，而没有关注种植体的骨结合率，因为他们没有植入真正的钛种植体。这个可分割的钛结构植入的是兔子的胫骨，这部分主要是皮质骨为主；因此尚不清楚松质骨是否具有相同的临床结果。***近的一项研究通过体内模型的组织学分析，证明皮质骨上种植体植入前，由于不充分冲洗导致的骨过热情况会对钛种植体骨结合产生一定的负面影响，但他们没有测量达到的骨温度。在随后的研究中，Trisi等人提到了在种植体植入 (绵羊下颌骨)皮质骨前温度达到60°C持续1分钟不会影响骨结合，但是从统计上分析其造成的种植体周围的下骨袋要比对照组更深。

松质骨加热后的临床反应尚不清楚，因为据我们所知，还没有研究评估体内加热是否会影响松质骨的种植体骨结合过程。在海绵状骨中，血管较多小梁较少，这些差异可能会影响对过热的反应。一些研究者提出了某些外科技巧，以便在钻孔和种植体植入过程中尽量减少松质骨过热的产生，如使用更粗直径的钻头、低钻速或骨挤压技术。本研究的作者想要评估热应激对羊髂骨区域内种植体骨结合的影响，该骨骼区域由密度为20%-30%的无骨化骨组成。本研究的目的是通过体内组织学方法评价种植体植入松质骨前，两种不同温度对骨结合的影响。

材料和方法

这项研究的方案已由意大利Teramo大学兽医学院的动物伦理委员会提交并批准。

随机选取2只4 ~ 5岁的母羊。实验排除标准为植入手术的一般禁忌症(怀孕，全身疾病)和植入区域的活动性感染或严重炎症。根据需要给动物注射硫喷妥钠(Pentothal, Hoechst, Austria)诱导麻醉。经气管插管通气后，持续使用一氧化二氮和含0.5%氟烷的氧气麻醉。给予生理盐水补充体液。

髂嵴通过一个15厘米长的皮肤切口暴露。表皮和皮肤层分别打开和关闭。在解剖暴露骨边缘的软组织后，在盐水冲洗下，按照制造商推荐的钻孔顺序(钻孔速度为1000转/分钟)，在髂骨两侧各准备3或4个种植位点(共15个)。在植入种植体前，对15个截骨部位进行3种不同的随机处理。在50°C组中，截骨部位过热至50°C 持续1分钟，而在60°C组中，过热至60°C 持续1分钟。对照组部位没有加热。一个电子控制装置由一个直径3毫米、长度10毫米的金属圆柱形探头组成，连接到一个恒温器，用于施加设定的温度刺激。每隔5秒，取出热探针(持续20秒)，然后再次插入5秒，因为每隔5秒，热探针的温度会降低20°C。出于这个原因，我们需要等待探针的温度再次上升到用设定温度。在探针复位后测量截骨部位内的温度，以检查是否为选定的骨温度。这一过程在每个部位重复12次，热探针的终止时间为60秒。所有动物均接受3种处理方式。对每只动物进行随机处理方式。单独记录种植体的位置数据(动物编号、髂骨侧、近远中距离)以识别种植体所属组别。15个表面粗糙的钛种植体(由以色列Cortex公司提供的Dynamix种植体)，种植体长10毫米直径为3.8毫米。种植完成后安装覆盖螺丝。

手术伤口用可吸收骨膜肌内缝合线，然后用皮丝2-0外缝合。每只动物接受8ml长效Clamoxil (辉瑞有限公司，Sandwich, MA) 进行5天的抗生素全身治疗。植入2个月后，用大量硫喷妥钠结束其生命。

标本立即浸泡在10%中性缓冲福尔马林中。脱水后，用甲基丙烯酸甲酯树脂浸泡，先用50%的乙醇/树脂开始浸泡持续24小时，然后是100%树脂浸泡24小时。聚合后，块被分割，然后切削成大约40微米厚。用甲苯胺蓝染色分析骨龄和重塑模式。通过JVC TKC1380彩色摄像机(JVC Victor公司，横滨，日本)和框架抓取器对显微镜图像进行数字化处理后再进行组织形态分析。图像是在103物镜下获得的，包括整个种植体表面。随后,采用图像分析软件IAS 2000 (Delta Sistemi, Roma, Italy)对数字化图像进行分析。将目标图像包括整个种植体表面进行10倍放大。随后，用图像分析软件IAS 2000 (Delta Sistemi, Roma, Italy)对数字化后的图像进行分析。对每个切片***中心的2个位置进行分析和形态测量。使用该软件计算的组织形态学参数为骨-种植体接触百分比(%BIC)，表示矿化骨基质直接接触种植体的线性表面，以及骨下袋深度。采用未配对t检验，使用统计软件GraphPad Prism 5 (www.graphpad.com)检验不同组间的统计学差异。

结果

愈合2个月后无种植体失败。

对照组的%BIC为各组***

组织形态分析

表1中报告了平均%BIC值。采用非配对t检验对%BIC值进行统计比较，仅在60℃组与对照组之间有统计学差异(表2)。各组的平均骨下袋深度见表3。60°C和对照组之间的骨下袋深度差异***(表4)。与对照组相比，50°C组的种植体表现出更明显的骨损伤迹象(较低的BIC %和嵴骨损失)，但这些差异没有统计学意义。

60℃组的统计数据比对照组的%BIC要低

*表示较明显；＋表示不太明显

对照组中平均骨下袋深度小于加热组深度的一半

组织学评价

各组种植体在根尖区的种植体表面均实现了骨结合。板层骨部分区域与种植体螺纹有直接接触。沿种植体与骨接触界面发现骨种植体直接接触区与骨髓区交替出现。骨样组织带和骨吸收区被观察到，证明这是正常的骨重塑模式。

60℃组的统计数据显示骨下袋深度比对照组更深

*表示较明显；＋表示不太明显

对照组骨重塑和无炎性过程的迹象很明显(图1)。50°C组的种植体愈合，但有一些骨吸收(图2)；炎症细胞不存在，骨吸收部分被致密结缔组织取代。60°C组的种植体显示弥漫性骨下袋和明显的骨吸收(图3)；本组种植体周围有明显的炎症过程。结缔组织血管丰富，浆细胞、巨噬细胞、多形核细胞等炎性细胞浸润。

讨论

非创伤性手术技术避免种植部位过热和初期稳定性被报道为成功骨整合的两个主要先决条件。Eriksson和Albrektsson的研究建立了47℃或50℃持续1分钟骨损伤的温度阈值水平。他们使用一种名为“骨生长通道”的钛结构，植入兔子胫骨，结果表明，与对照组相比，47°C持续 1分钟的温度会显著损伤钛结构通道内的骨生长。这个温度是在距离钛结构0.5 mm处测量的，而骨钛界面处的实际温度可能被低估。他们报告称，直接在钛结构表面测量的温度比在0.5 mm处测量的温度高8°C。研究者没有测试这些温度水平对种植体骨结合发育的影响，也没有考虑不同骨密度的影响。Lundsdog等人的一项旧研究与Eriksson和Albrektsson的数据形成了对比，该研究报告称，阻碍骨再生的温度阈值水平为70°C持续30秒。在本研究中，在低密度骨中，50°C持续1分钟的温度对钛种植体骨结合没有明显损害，而在愈合2个月后，60°C持续1分钟的骨温度似乎对%BIC有负面影响。与其他组相比，60°C组种植体周围的骨吸收也明显更高。50°C组的种植体出现骨吸收且%BIC值均低于对照组，但无统计学意义。

***近的一项研究在体内测试了50°C和60°C 持续1分钟对硬质骨骨整合的影响，该研究显示各组间的BIC百分比无统计学差异，仅在60°C组中发现1例显著的种植体周围骨吸收。在本篇研究中，使用这些温度水平，分析了温度对松质骨骨整合的影响。如前所述，我们的研究结果表明，在低密度海绵骨中，60°C的温度持续1分钟会对骨整合过程造成显著破坏。在钻孔过程中，松质骨可能比硬质骨更不容易过热，但会产生热应力，因此在种植体植入前，会损害骨整合发育。将本文研究结果与同类型的对硬质骨的研究对比(Trisi et al.， 2013，已发行)，很明显，松质骨似乎比硬质骨更容易受到热诱导损伤。这些结果的原因可以用两块骨头的不同结构来解释。重点是要把注意力集中在正确的骨愈合的必要条件上：足够数量的细胞、血液供应和功能刺激。骨组织依赖于通过血管系统运输的充足营养。当骨温度超过生理水平时，血管及脂肪细胞将立即发生异常反应。硬质骨结构紧凑，无机物部分的间隙极小。硬质骨(高密度骨)的主要血供由骨膜血管提供，只有少数小血管流入板层结构(哈弗森管和沃克曼管)。热引起的皮质骨损伤可能没有损害血液供应，因为包含主要血管的骨膜没有受损。松质骨(低密度骨)主要由骨小梁组成，骨小梁由杆状和板状元素网状填充，并含有大量的血管和骨髓。松质骨的血液供应来源于骨髓血管。当同样的热应力给予低密度骨时，血管和骨髓会受损，随之而来的营养向骨细胞的运输也会受损，结果就是骨吸收。Eichler和Berg认为血流量对热损伤程度有显著影响，Krause等人的研究也表明血流量仅在松质骨中有显著意义。血管的热敏性似乎至关重要，硬质骨和松质骨对热应激的不同临床表现可以用它们不同的结构和不同的血供系统来解释。此外，热冲击可合并其他骨损伤，如缺血。骨髓血管和细胞间质不可逆损伤引起的缺血也会降低松质骨的再生能力。松质骨中含有丰富的细胞间质、血管和细胞，在60℃加热1分钟后，种植体骨整合明显受损。文献中的其他研究表明，高于53°C的温度会导致骨细胞间物质的损伤。需要进一步的研究来证实这项研究的结果。

结论

松质骨种植体的骨结合易受热诱导损伤。本研究结果表明，骨温度为60°C 持续1分钟足以显著降低种植体%BIC。在50°C和60°C组中观察到的种植体周围的嵴损失表明由于过热导致的骨骼受损。在松质骨中，50°C的温度持续1分钟可能会损害骨结合过程，导致无法预测的骨吸收。在1分钟内，60°C似乎足以显著降低种植体骨结合率。

将这些结果与硬质骨的相同研究结果进行比较(Trisi et al.， 2013，已出版)，松质骨的骨结合更容易受到热诱导损伤。重要的是要避免在植入前导致骨基质过热的植入手术。

披露

研究者声明，他们与以色列科特斯种植体公司之间没有可能构成利益冲突的财务关系或利益关系。

鸣谢

研究者对以色列科特斯种植体公司表示感谢。

参考文献

见原文