研究背景上颌窦骨增量术自1976年Tatum提出后,现已成为一种较为成熟的骨增量技术,主要包括两种术式:侧壁开窗式上颌窦提升术和冲顶式上颌窦提升术。经典的侧壁开窗式上颌窦提升术是经口腔前庭沟切口后于上颌窦前外侧壁开窗.上颌窦提升术需要在提升的上颌窦粘膜下方植入骨移植材料,增加上颌窦区牙槽嵴顶到窦底的可用骨高度。自体骨曾被认为是骨组织替代中的金标准,但是由于其不可预期的吸收率及相对较少的获取量,临床上往往需要采用骨组织替代材料。目前临床上应用较广的骨组织替代材料包括:同种异体骨、异种骨和人工骨材料。异体骨与异种骨可能引起不同程度的免疫排斥反应和潜在的疾病传播风险,而且经过加工处理后,丧失了部分骨诱导性,骨修复能力较弱,目前在临床上应用较少。人工骨材料大多是以骨传导的方式来形成新骨,其再血管化是通过较长时间的爬行替代作用,容易发生感染,术后反应较大,同时人工骨材料的吸收率受颗粒的大小、多孔性化学结构和成分的影响,降解时间难以控制,可能影响新骨的形成和改建,同时其制造过程相对较为复杂,生成工艺要求较高。综上所述,各种骨组织替代材料均有一定的不足之处,目前临床上尚没有一种理想的骨组织替代材料。骨替代材料的主要功能为促进新骨形成和维持新骨形成的空间。如果在满足促进新骨形成和维持空间的前提下,无骨粉充填上颌窦提升术是否可行?1997年Ellegaard等对24例牙周炎患者上颌后牙区种植80颗植体,其中38颗种植体涉及上颌窦,上颌窦粘膜单纯的被突入窦腔的种植体支撑,随访期间在影像学上观察到种植体突入窦腔的顶端有新骨形成。Lundgren于2003年报道了一个病例:上颌窦外提升术前行上颌窦囊肿刮除术,3个月后发现上颌窦囊肿占据位置为新骨所代替,受此启发,Lundgren为一名患者经侧壁式上颌窦底提升后,没有骨移植材料填充的情况下即刻植入一颗植体,8个月后发现种植体周围有新骨形成。自此无骨粉充填上颌窦提升术开始逐步受到关注,Scala研究显示上颌窦内新骨的形成主要来源于血凝块聚集,经过胶原纤维及基质的矿化形成编织骨,最终成为成熟的骨结构,因此血凝块是新骨形成的一个必要条件;在生理情况下,骨改建过程包括骨沉积和骨吸收,二者处于平衡状态。在受到压应力的部位破骨细胞活跃,发生骨吸收;而在受到拉应力的部位成骨细胞活跃,出现骨增生。上颌窦内存在的空气压力导致窦粘膜侧破骨细胞功能活跃,进而加快了新生骨的吸收。Asai将血凝块移植入兔上颌窦提升术提升区域内,并在实验组使用明胶海绵堵塞兔上颌窦裂孔,以改变上颌窦及鼻腔内的压力,进而观察上颌窦提升术后提升区域的骨改建情况,其结果显示,上颌窦裂孔堵塞组新生骨的成骨速度和质量明显优于未堵塞组,证明空气压力能够影响到提升区域的骨形成和骨改建。Kim的研究指出单纯依靠一枚植体和血凝块来支撑提升的空间效果有限,在新骨形成时间内,由于上颌窦内大气压力的存在,上颌窦粘膜会发生塌陷,粘膜贴覆于植体表面,新骨往往局限于植体周边。早期血液集聚后形成的血凝块容易受到上颌窦内气压的影响发生塌陷,而且持续压应力的存在加快新生骨的吸收。因此单纯依靠血凝块来维持提升的空间的方法并不可靠,血凝块没有足够的稳定性来对抗呼吸产生的压力,空间的维持需要借助于一定刚性物质的辅助。早期的研究主要通过即刻植入种植体来维持提升的空间,但是上颌后牙区可用骨高度往往不能满足种植体初期稳定性的要求,因此利用种植体保持提升的空间的应用范围较为狭窄。对此一些学者考虑是否可以专门设计一种空间维持装置来保持提升的空间,空间维持装置无需考虑剩余可用骨高度能否满足初期稳定性的问题,空间维持装置将上颌窦粘膜保持在一定的高度,既可以防止上颌窦粘膜的塌陷,也可以使得新骨形成远离压应力区域,达到上颌窦骨增量的效果。上颌窦粘膜穿孔是上颌窦提升术中最常见的并发症,粘膜穿孔会暂时性的丧失相对封闭的内环境,血液通过穿孔区域流失从而无法形成稳定的血凝块,细菌也可以通过穿孔区域进入提升的空间内,引起炎症反应,进而影响新骨的形成。对于较小范围的穿孔,上颌窦粘膜具有一定的自我修复的潜力,在机体自身修复的情况下,粘膜穿孔可以得到自我愈合,无需进行特别处理。那么在无骨粉充填上颌窦提升术中,粘膜穿孔对该技术又有着怎样的影响呢?目的设计并制作一种空间维持装置,并构建上颌后牙缺失上颌窦区可用骨量不足的动物模型来探讨其进行无骨粉充填上颌窦提升术的可行性。评估无骨粉充填上颌窦提升术后新骨形成情况,并探究上颌窦粘膜穿孔对该技术的影响。材料与方法1.空间维持装置的设计空间维持装置的材料为纯钛,购自滕鑫钛业有限公司。空间维持装置由同嘉精密有限公司加工制作。空间维持装置类似帽状结构,表面布满直径为0.5 mm孔隙,每个孔隙相距0.5mm,顶端支撑面为直径4mm类圆形,底边为8 mm×8 mm的正方形,高度约4.5mm,厚度为0.2mm。2.实验动物及建模成年雄性健康的Beagle犬共5只,12-15个月龄,11-12.6kg。提供机构为广州医药研究总院有限公司,许可证号:SCXK(粤)2013-0007,质量检测单位:广东省实验动物监测所,实验动物质量合格证编号:440069000 00057。动物手术及饲养均在广东省实验动物监测所进行。所有动物都采用阿托品(0.05mg/kg)氯胺酮(15mg/kg)进行全麻。手术操作在严格的无菌环境下进行。术前三个月拔除比格犬双侧上颌窦区牙齿并去除部分牙槽骨,术前1w拍摄CBCT确认上颌窦区可用骨高度小于2mm,上颌后牙缺失上颌窦区骨量不足的动物模型成功建立。3.外科手术行牙槽嵴顶切口,翻起黏骨膜瓣,暴露眶下神经外侧壁,去除骨板暴露眶下神经血管束,结扎并剪断,暴露上颌窦外侧壁,用骨凿形成一个10mm×7mm±2mm的骨窗,利用专用上颌窦粘膜提升工具剥离上颌窦粘膜并抬高,5只Beagle犬随机选取一侧植入空间维持装置,另一侧形成直径约2mm的粘膜穿孔后植入空间维持装置,骨窗复位后严密缝合术区。实验动物术后一周连续给予氨苄西林钠(80mg/kg),庆大霉素(0.5万单位/kg),术后两周流质饮食。4.处死及组织学准备术后三个月全麻下空气栓塞随机处死三只实验动物,术后六个月全麻下空气栓塞处死剩余两只实验动物。切取标本即刻行Micro-CT扫描。梯度乙醇脱水,甲基丙烯酸甲酯(MMA)浸润包埋,EXAKT300CP切片机沿近远中轴向切成100-200μm,EXAKT400CS磨片机磨片至30μm。甲苯胺蓝染色后封片。Image-Pro-Plus软件测量新骨的面积和新骨所占提升空间的百分比。结果1.大体观察实验动物术后1h内苏醒,术后创口达到一级愈合,1w后所有动物精神状况良好,饮食、排泄基本正常,恢复正常活动,术区肿胀基本消退,缝线无松动、脱落,无感染现象,达到一期愈合。2.标本情况共获取10个标本,上颌窦外侧壁骨窗愈合良好,空间维持装置未见明显移位;空间装置均位于上颌窦粘膜下方,空间维持装置支撑面上粘膜均未见穿孔。粘膜完整组与粘膜穿孔组未见明显差异,粘膜穿孔组穿孔区域均已完全愈合。3.硬组织切片的大体观察包含空间维持装置的硬组织切片均匀透明、无气泡且质地坚硬,空间维持装置与甲基丙烯酸甲酯之间界限清楚,空间维持装置呈近远中轴向剖面,部分硬组织切片上空间维持装置有脱落。4.Micro-CT 观察(1)空间维持装置位于上颌窦底骨之上,轴向未见明显改变,周围未见明显伪影。(2)装置表面未见明显新骨,内部部分空间由骨组织占据,与下方窦底骨相连续,骨组织形态不规则,呈高低起伏状,新骨相对密度较低且排列疏松,新骨与窦底骨界限清楚。5.组织学观察(1)粘膜穿孔组与粘膜完整组未见明显差异,上颌窦粘膜均贴覆于装置表面,空间维持装置整体包裹于粘膜下方,均未见粘膜穿孔。装置未见明显移位及变形。(2)装置内部均可见新骨呈帽状凸起,与提升空间的形态相适应,但尚未充满整个提升的空间。新生骨主要聚集在提升空间的中心部位,与装置相连接区域未见明显新骨形成,装置侧壁靠近窦底骨位置有少量新骨“攀爬”,装置顶端未见明显新骨形成。(3)3个月时窦底骨与新骨之间界限明显,新骨为未成熟的编织骨,疏松排列的骨小梁交错成网,骨小梁之间可见明显空腔隙,骨小梁内可见软骨陷窝分布。6个月时窦底骨与新骨之间界限不清,新骨为成熟的骨结构,与窦底基本呈连续状,但骨小梁间还可见明显空腔隙。(4)装置侧面和顶端的孔隙处可见类骨质矿化沉积,与孔隙形态相适应,粘膜侧沉积范围较大,呈梯形状突入孔隙内,矿化沉积由众多散在分布长梭状、椭圆状小矿化单位组成,排列规则,界限清晰,靠近粘膜侧椭圆状分布较多,靠近装置内部侧多为长梭状排列。矿化沉积孔隙百分比为48%。(5)3个月时粘膜完整、穿孔后新骨面积分别为8.17±9.76mm2,9.92±8.05mm2,6个月时粘膜完整、穿孔后新骨面积分别为5.46±6.24mm2,6.34±2.98mm2。3个月时粘膜完整与穿孔新骨百分比分别为16.29±11.22%、17.29±6.58%,6个月时粘膜完整与穿孔新骨百分比分别为15.21 ± 12.86%、12.87±8.44%。结论本研究设计的空间维持装置具有良好的生物相容性,未出现排异反应。其折叠设计可以适应上颌窦解剖形态变化,且操作方便,减少手术创伤。表面孔隙有助于血液的集聚和营养物质的渗透。帽状的外形可以使得提升的空间得到三维方向上的支撑,上颌窦粘膜覆盖其上可以形成一定的挟持力,有利于装置的稳定性。采用空间维持装置的无骨粉充填上颌窦提升术可以诱导新骨形成,新骨的轮廓与提升空间的形态相适应,装置孔隙内可见矿化沉积,上颌窦粘膜可能是新骨形成的来源,且较小范围的粘膜穿孔对其没有影响。具体新骨形成机制仍有待探索。