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编号:10214424
钛-75种植后骨界面X线观察及顶出试验研究
http://www.100md.com 《第二军医大学学报》 2000年第3期
     作者:周洁 陈必胜 陶长仲 姜晓钟 刘渊

    单位:周洁(第二军医大学长征医院口腔科,上海 200433);陈必胜(第二军医大学长征医院口腔科,上海 200433);陶长仲(第二军医大学长征医院口腔科,上海 200433);姜晓钟(第二军医大学长征医院口腔科,上海 200433);刘渊(第二军医大学长征医院口腔科,上海 200433)

    关键词:钛-75;植入物,人工;材料试验

    第二军医大学学报000328 【摘要】 目的:研究钛-75(钛铝钼锆)合金的组织相容性。方法:成年杂种犬8只,分别于犬双侧后腿股骨内侧手术植入种植体,一侧为纯钛,另一侧为钛-75合金。分别于术后3,6,12,24个月处死动物,肉眼观察种植体表面,摄X线片观察种植体-骨界面。采用顶出试验测试种植体-骨界面的结合强度。结果:钛-75种植体表面与纯钛一样在不同种植程期中均具有良好的光泽;各观察期中,钛-75与纯钛种植体-骨界面X线表现相似,均无骨质破坏征象,可见皮质骨增生;同一观察期中,钛-75合金与纯钛种植体-骨界面结合强度比较无差异。结论:钛-75具有与纯钛相近的良好的组织相容性和结合强度。
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    【中图分类号】 R 318.09 【文献标识码】 A 【文章编号】 0258-879X(2000)03-0287-03

    Observation of bone interface with X-ray and push-out test after Ti-75 implanted

    ZHOU Jie CHEN Bi-Sheng TAO Chang-Zhong JIANG Xiao-Zhong LIU Yuan

    (Department of Stomatology, Changzheng Hospital, Second Military Medical University, Shanghai 200003, China)

    【ABSTRACT】 Objective: To study the biocompatibility of Ti-75(TiAlMoZr). Methods: Eight adult mongrel dogs received Ti-75 bars and pure titanium bars surgically in their femora. The dogs were sacrificed at 3, 6, 12, and 24 months post-implantation respectively. The implanted bars were observed by naked eye. The interfaces of the implant-bone were checked with the radiograph. The push-out test was used to measure the implant-bone integrate strength. Results: (1) Not only the faces of titanium bars but also the faces of Ti-75 bars were bright. (2) In the 4 different periods X-ray showed that the implant-bone interface had no bone absorption but had ostiosis. (3) In the same periods the implant-bone bond strength of Ti-75 was similar with that of pure titanium. Conclusion: In this experiment the appearance of Ti-75 and pure titanium is similar in terms of biocompatibility.
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    【KEY WORDS】 titanium-75; implants, artificial; materials testing▲

    [Acad J Sec Mil Med Univ, 2000, 21(3): 287-289]

    纯钛作为牙种植材料,其良好的生物相容性为种植学界所公认,但也存在硬度不够的缺点[1]。目前一种新的钛合金材料--钛-75(钛铝钼锆),由于其适中的强度、高韧性、优良的耐腐蚀性能及不含对生物体有毒组分[2],有望成为一种新型种植材料。故我们通过种植试验,对钛-75和纯钛进行一系列的比较研究,现将有关种植后界面的X线观察和结合力测试结果报道如下。

    1 材料和方法

    1.1 材料 钛-75(Ti基,A1 2%~3%, Mo 1.53%~3%, Zr 1%~3%)、纯钛,均由陕西宝鸡西北有色金属研究院提供。两种材料均制成长12.0 mm,直径为4 mm,表面光滑的圆柱体。将试件置于75%乙醇中,用NEYSONIC超声机清洗,脱脂两次,高压消毒备用。
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    1.2 动物 选用健康成年杂种犬8只(第二军医大学动物实验中心提供),体质量10~14 kg,随机分成4组,每组2只,双侧股骨中段为种植区域。观察期为3,6,12,24个月。

    1.3 种植方法 各动物均以戊巴比妥钠(25 mg/kg)静脉注射麻醉,后肢外侧常规备皮、消毒、铺巾。切开皮肤,沿肌间隙分离暴露股骨,以直径为4 mm 的钻头,钻穿两侧骨皮质。每侧股骨植入6枚种植体,以钛钳夹持植入骨腔,每枚相距1~1.5 cm,一侧为纯钛,另一侧为钛-75,种植体末端与受床皮质骨骨面平齐。逐层严密缝合伤口。术中骨孔制备手机转速控制在1 000 r/min以下,并以大量生理盐水冲洗,冷却。术后动物肌注青霉素 80万U/d,共3 d。

    1.4 取材及测试 于术后3,6,12,24个月处死各组动物,取出双侧股骨,摄X线片,球管方向与种植体长轴垂直。此后用金刚砂片分割带有种植体的骨段,每一观察期,每种材料均取两块骨段,用金刚砂针去除髓腔内的骨松质,制成“工”形骨标本,立即置入4℃生理盐水中,并在24 h内完成顶出试验,其中3个月期、1年期各有1枚纯钛标本因制作中造成骨皮质过于短小而被剔除。将制备好的标本置于Instron-1122型万用力学试验仪(上海纺织工业研究院研制)的支座上,使一侧皮质骨与支架接触,另一侧不接触支架,将直径为3.0 mm的顶冲头垂直对准种植体与皮质骨平齐端,以0.5 cm/min加载速度逐渐加压,同时以记录仪记录加载曲线,曲线峰值代表种植体骨界面分离破坏的界面结合强度,一侧测量结束将标本倒置,测量另一侧。测种植体与骨皮质环形接触界面前、后、左、右4点皮质骨厚度,并计算均值。按下列公式计算界面的结合强度:
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    其中F为界面分离破坏时的最大载荷,d为种植体直径,t为皮质骨的均值。

    2 结 果

    2.1 肉眼观察 所取含种植体犬股骨标本,无色泽与形态的异常变化,两种种植体与骨皮质平齐端均有少量薄层皮质骨覆盖,所制成的“工”形标本种植体显露部分均保持种植前的亮泽度,无锈蚀斑点。4个观察期中两种材料标本肉眼观察无差异。

    2.2 X线摄片观察 4个不同观察期,含两种种植材料的犬股骨X线片上,表现相似,均未见种植体与骨组织间有低于正常骨组织的低密度影,但均可见与骨皮质接触的种植体周围皮质骨增生,表现为皮质骨沿种植体表面伸入骨髓腔,密度均匀。

    2.3 界面结合强度 经顶出试验后分别计算出钛-75和纯钛与皮质骨界面在3,6,12和24个月期的结合强度,均有随种植时间延长而增大的趋势(表1)。
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    钛-75组与纯钛组各对应观察期间分别进行未配对资料的t检验:3个月时两组间比较(P=0.951 3),6个月时两组间比较(P=0.913 5),12个月时两组间比较(P=0.830 5)及24个月时两组间比较(P=0.181 5),均显示纯钛与钛-75在同一种植程期中种植体-皮质骨的结合强度差异无显著性。

    表1 钛-75和纯钛顶出实验结果

    Tab 1 Results of Ti-75 and pure Ti push-out test(n=8,±s,p/kPa) Group

    Month

    3

    6
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    12

    24

    Ti-75

    1 911±61

    2 901±745

    3 283±578

    4 792±960

    Pure Ti

    1 931±539

    2 871±529

    3 371±823

    5 459±951
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    纯钛组不同观察期间种植体与骨皮质结合强度比较,采用方差分析,结果:3个月与6个月比较,P=0.004 8,两组间有显著性差异;6个月与12个月比较,P=0.181 4,两组间差异无显著性;12个月与24个月比较,P=0.000 6,两组间有显著性差异。

    钛-75不同观察期间,种植体与骨皮质结合强度比较,方差分析结果:3个月与6个月组间比较,P=0.010 9,两组间有显著差异;6个月与12个月组间比较,P=0.270 0,两组间差异无显著性;12个月与24个月组间比较,P=0.002 0,两组间有显著性差异。

    3 讨 论

    Spiekermann[4]将材料的生物相容性定义为:一种理想的材料,可以诱导出其周围组织,包括骨组织、结缔组织和上皮组织的生理性反应;并将牙种植材料的生物相容性定义为:可以诱导活体组织产生有益的反应或不发生无益的反应。也就是说,种植体所在界面组织,不可因为种植体表面的腐蚀、溶解吸收,而发生病理性变化,同时也不能因为以上原因而引起种植体松动。据此我们曾以组织学方法证明钛-75具有与纯钛相近的组织相容性[4]。本实验我们以非组织学的方法通过种植后3,6,12,24个月的观察,不仅发现钛-75种植体与纯钛种植体一样,在各个观察期中所取出的种植材料均色泽光亮,表面无锈蚀斑点,显示钛-75在复杂的生理环境中和纯钛相似具有很好的耐腐蚀性;还发现在各观察期的X线摄片中,钛-75种植体和纯钛种植体一样,周围的骨质均无破坏吸收征象,却有皮质骨沿种植体表面向骨髓腔增生的现象,显示出钛-75和纯钛相似,可长期促使骨组织产生生理性的反应,与以往的实验结果一致。
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    顶出试验是研究界面结合强度的一种简便常用的方法[5],据研究在考虑到种植体直径、骨皮质厚度,及测量时所用支架等条件一致的情况下两种材料界面的结合强度有比较意义[6]。本实验对纯钛与钛-75两种材料的顶出试验中所涉及的上述几个重要参数做了严格的控制。分析实验结果,可以发现纯钛与钛-75与犬骨皮质的结合强度,在术后3,6,12,24个月时均无差异,表明钛-75可获得与纯钛一样的种植体-骨皮质界面结合强度。从生物力学角度看,种植体-骨组织界面中如存在有纤维结缔组织或骨组织的破坏,则其结合强度必然较种植体-骨界面形成骨整合所获得的结合强度要低。早在20世纪60年代Branemark就通过实验证实纯钛与骨组织间可形成骨整合,即在光镜水平,正常的改建骨和种植体之间看不到软组织,种植体所承受的负荷能通过它与骨组织的接触,持续不断地传递并分散到骨组织中,并以此为基础,使纯钛在临床种植应用中获得了极大的成功[7]。Ti-75在长达2年的种植实验中可获得与纯钛相同的结合强度,其基础同样在于Ti-75能与骨组织形成骨整合(这方面的实验结果将另文报道),提示钛-75有望获得与纯钛相近的种植体-骨结合强度,作为骨内种植体在临床应用上取得成功。
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    我们认为,就一种理想的种植材料而言,其种植后的一个阶段中,与骨组织的结合强度应随着种植程期的延长而增强,最终稳定在某一强度值。有关长达32周纯钛种植体界面的研究发现,界面结合强度最大值出现在种植后32周[8,9]。本实验发现,不论是纯钛还是钛-75,与骨皮质形成的结合强度随时间的延长而增大,且最大值出现在种植后两年。经统计学分析,纯钛还和钛-75一样,种植后3个月与6个月,界面的结合强度比较,有显著性差异;种植后12个月与24个月,界面的结合强度比较,亦有显著性差异;而种植后6个月与12个月,界面的结合强度比较,无差异。由此我们推测,在种植后半年内,纯钛与钛-75种植体与骨皮质的结合强度,有一个明显的由弱及强的过程;在半年至1年内,结合强度较为稳定;1年后结合强度又有递增的趋势。至于这种结合强度在更长的种植期内会出现怎样的变化,有待进一步的研究。本实验中钛-75种植体-骨界面的结合强度随时间的变化与纯钛相同,表明钛-75与纯钛相似,植入骨组织后可长期获得理想的界面结合强度。■

    作者简介:周洁(1962-),女(汉族),主治医师
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    【参 考 文 献】

    [1] 宋应亮,徐君伍,马轩祥,等.种植义齿固定螺丝服役后的扫描电镜观察[J].中华口腔医学杂志,1997,32(2):108-110.

    [2] 张玉梅,郭天文,李佐臣,等.Ti-75铸造后机械性能测试的研究[J].实用口腔医学杂志,1998,14(1):30-31.

    [3] 周 洁,陈必胜,陶长仲,等.四环素标记的钛-75犬股骨内种植实验[J].第二军医大学学报,1999,20(2):115-117.

    [4] Spiekermann H, Donath K, Hassell TM, et al. Implantology[M]. New York: Thieme Medical Publishers Inc, 1995. 11-12.
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    [5] Black J.Push-out test[J]. J Biomed Mater Res, 1989,23(3):1243-1245.

    [6] Dhert WJ, Verheyen CC, Braak LH, et al. A finite element analysis of the push-out test: influence of test conditions[J]. J Biomed Mater Res,1992, 26(1):119-130.

    [7] 关豪光,于秦曦. 国际种植义齿的发展及现状[J]. 中华口腔医学杂志,1995, 30(5):310-313.

    [8] Cook SD, Tomas KA, Kay JF. HA-coated titanium for orthopaedic implant applications[J]. Clin Orthop,1988, 23(2):225-243.

    [9] Thomas KA, Cook SD. An evaluation of variables influencing implant fixation by direct bone apposition[J]. J Biomed Mater Res, 1985, 19(8): 875-901.

    【收稿日期】 1999-10-11

    【修回日期】 2000-01-28, 百拇医药