牙種植體表面釋放金屬離子和顆粒的研究進展

魏霆

1.浙江大學醫學院附屬口腔醫院，浙江杭州310000；2.浙江省口腔生物醫學研究重點實驗室，浙江杭州310000；3.浙江大學口腔醫學院，浙江杭州310000

當前，在各類相關材料中，最具代表性的是Ti-6Al-4V合金及工業純鈦TA3，針對工業純鈦TA3而言，其有著比較高的強度，但是在抗腐蝕性上，卻比較低；而對于Ti-6Al-4V合金來分析，其則與之相反，即抗腐蝕性高，但強度低[1]。盡管鈦實為一種較活潑的金屬，其表面在空氣中暴露，便能形成氧化膜（主要成分為TiO2），保護內部金屬，使其免受腐蝕，但在種植體手術中，或者是使用種植體時，種植體都會來自各方且大小不同的外力，并且如果長期處在此種口腔環境中，不僅會加重腐蝕程度，而且還會增加磨損，造成口腔內牙種植體材料出現不同程度的降解[2]。伴隨種植技術的持續推新與完善，許多缺牙患者為了獲得良好的口腔功能，維持口腔美觀，積極尋求種植修復治療，而在修復后，在機體與組織長時間接觸中，種植體的功能得以發揮，而要想持久保持此功能，需采取有效措施，提高種植體的綜合性能，比如耐磨性、抗腐蝕性能等[3]。對于骨結合的種植體來分析，伴隨時間推移，會有大量的金屬顆粒或者離子被釋放出來，而且還會在人體的遠端大量分布，對生物體具有潛在影響；因此，該文以牙種植體為研究對象，圍繞其釋放金屬離子與顆粒這一情況，總結、分析其既往研究進展，為種植臨床操作及相關技術改進提供理論支撐與依據。

1 牙種植體表面釋放金屬離子與顆粒的分布及對生物體的影響

1.1 牙種植體表面釋放金屬離子與顆粒的分布

近年，諸多研究證實，在人體中，鈦及鈦合金種植體會持續性且大量化釋放金屬顆粒、離子[4-6]。有報道將牙種植體覆蓋螺絲旁口腔黏膜患者90例為研究對象，對其實施活檢。結果顯示，在樣本中45%發現存在有吞噬金屬顆粒以及金屬顆粒的免疫細胞[7]。有學者分別選取沒有接受種植治療人群與下頜植入種植體患者，經對比得知，如果解剖位置相同，那么相比于未種植人群，種植患者骨中的Ti在具體的離子含量要更高[6]。

對于鈦及鈦合金種植體來考量，由其所釋放的金屬離子，或者是金屬顆粒，大多分布在種植體的周圍組織中，但有研究經動物實驗發現，其在遠端組織器官當中也有分布，此情況受到臨床高度關注[7]。而在種植體周圍組織中，或者是種植體周圍炎的組織中，均檢測出Ti顆粒，其直徑區間為100 nm~53μm，并且其密度在臨近種植體組織中更高。有研究以大鼠為研究對象，對其實施種植手術后，測定各個臟器中的鈦含量，結果顯示各個器官中鈦含量均有顯著增高[8]。有學者圍繞種植患者，用X射線能量色散熒光分析技術對其實施檢測，在其指甲中成功檢出鈦元素，而從正常人群的指甲當中，并沒有測出鈦元素[9]。

1.2 對生物體的影響

EAO會議共識（2018年）指出，TiO2顆粒或者Ti離子/顆粒對成骨細胞、巨噬細胞、內皮細胞等會產生一定的負面影響[10]。有報道指出，成骨細胞會內化TiO2顆粒以及Ti離子蛋白質聚合物，誘導其釋放細胞因子（如COX-2、IL-6等），降低遷移分化能力以及成骨細胞黏附能力，加速凋亡，且都存在濃度依賴性，Ti離子蛋白質聚合物的生物活性高于TiO2顆粒[11]。另有學者指出，巨噬細胞細胞對TiO2、Ti顆粒有內化作用，而且會造成IL-1β、TNF-α等的大量分泌，加劇局部炎癥反應，而且還會較大程度影響Ti顆粒[12]。有研究強調，內皮細胞與Ti-6Al-4V接觸后，會形成較強的氧化應激反應，損傷細胞活力[13]。

2 對牙種植體金屬顆粒與離子釋放造成影響的因素

2.1 對牙種植體耐磨性造成影響的因素

磨損實際是種植體表面以一種物理形式或者機械形式進行降解，在此過程中，會有大量金屬顆粒生成。對于牙種植體來分析，在進行植入操作時，受各種因素影響（比如金屬氧化膜被破壞、過大扭矩等），會有大量金屬顆粒產生，而且還會在周圍組織中不斷殘留。有學者指出，在將種植體植入過程中，易造成表面損傷情況，且已處于脫落狀態的金屬顆粒，會不斷聚集于螺紋頂端[14]。種植義齒在實際使用過程中，基臺-種植體界面會出現微動，從而導致種植體磨損，大量金屬顆粒被釋放出來。有研究以鈦合金、氧化鋯為研究對象，圍繞其上部結構，對其開展全面分析與對比，從中證實，受磨損的持續影響，氧化鋯的基臺-種植體界面會產生了比鈦合金的更多的金屬顆粒[15]。究其原因，可能與氧化鋯在機械強度上更高相關。此外，有學者經研究發現，如果種植體與基臺間有微間隙，那么會加重基臺與種植體之間的摩擦強度，受此影響，種植體金屬顆粒在具體的釋放量上會有大幅增加[16]。

2.2 對牙種植體抗腐蝕性造成影響的因素

腐蝕從根本上來分析，即為種植體表面出現不同程度的電化學式的降解，或者是化學式的降解，在此過程中，會有可溶性金屬離子產生。需要指出無論是生物膜菌斑的定植、上部結構的材料，還是種植體表面改性技術、氟化物的使用等，都會直接影響到種植體的總體耐腐蝕性能，此外還會造成金屬離子在具體釋放量上的大幅增加。但在此過程中，會使種植體在抗腐蝕性能上出現大幅降低；現階段，已有許多表面改性技術用作強化種植體的骨結合能力，此些方法在強化抗腐蝕性能方面，有著不同的效果與性能。有學者圍繞5種種植體表面處理技術（即機械加工、噴砂酸蝕、酸蝕+陽極氧化及2種酸蝕技術），就其對抗腐蝕性能所產生的影響進行對比，最終結果得知，經酸蝕+陽極氧化處理所得到的純鈦種植體，有著最強的抗腐蝕性[17]。有學者經研究發現，基于高血糖條件下，或者是炎癥環境中，TiUnite種植體有更強的抗腐蝕性[18]。

3 材料及表面處理技術優化

3.1 新型材料分析

為了能最大程度提升種植體表面的抗腐蝕，并同時提高其耐磨性能，許多研究花費大量的時間與精力，積極研究新型的鈦合金材料。有報道指出，相比于純鈦種植體，Ti-5Cu合金（顯微結構為α-Ti+Ti2Cu）除了有著更好的抗菌性性、抗腐蝕性能外，還具有良好的延展性、強度[19]。有學者以Ti-12Mo合金（采用金屬粉末注射成型技術制成）為研究對象，經研究證實，其能夠形成TiO2-MoO3氧化膜，因此，其在具體的抗腐蝕性能方面，較純鈦種植體優[20]。有學者經研究發現，圍繞Zr-20Nb-3Ti合金，在對此采用熱氧化處理技術處理后，其無論是在抗腐蝕上，還是在耐磨性能上，均比較優異[21]。上述此些合金在耐磨、抗腐蝕性能上均有著良好的表現，現階段，正對其骨結合能力以及生物相容性進行研究。

3.2 表面處理技術

由于TiO2氧化膜的骨結合性能較好，因而在具體的研究方向上，大多圍繞增強或者修飾氧化膜（種植體表面）來開展，借此來合理化提升種植體表面的總體抗腐蝕性。有研究在種植體手術中，采用低壓有機化學氣相沉積法，在種植體表面形成TiO2膜[22]。有報道經研究指出，將一定比例的Ca/P加入到微弧氧化層當中，能夠阻止種植體釋放金屬顆粒或者金屬離子[23]。有學者在Ti種植體表面上，采用磁控濺射法沉積TaN層，借此促進種植體表面耐磨性能、抗腐蝕性的提升[24]。但需要指出的是，采用上述方法進行處理后，在牙種植體植入中，涂層的穩定性仍需深入研究。

4 小結

綜上所述，牙種植不管是在植入中，還是長期使用中，受許多內外部因素的影響或感染，都會發生金屬顆粒、離子被大量釋放的情況；對于此些顆粒與離子來分析，其會影響機體中的一些細胞功能，并且所影響的大小密切相關于顆粒尺寸以及離子的濃度。另外，所釋放的顆粒與離子可造成局部組織過敏情況。當前在治療缺牙患者方面，種植牙已經成為其治療的常規手段；對于口腔醫師而言，需要不斷增強自身的臨床操作技術，在手術開始前，對患者情況進行詳細評估，且規避不利因素，以此促進種植體金屬離子與顆粒釋放風險的降低。