口腔种植与机体细胞关系探究

（一）一般的细胞关系

口腔种植材料植入体内后，与骨组织和龈组织接触，还与两者之间的血液和组织液接触。在种植界面上，就存在长期的细胞代谢关系，这种代谢来源于血液和组织液中的蛋白质、糖蛋白、粘多糖，以及从细胞来的细胞膜外物质等，在它们之间不断地产生物理和化学结合反应。可以通过这种结合界面的组织分析和结合强度测定，以了解界面的pH值变化、各价阳离子、酶、蛋白质和其他细胞的附着对界面结合强度的影响，特别是血清蛋白和细胞外物质的存在，对提高细胞结合性有良好的作用。

植入初期，在材料表面最先吸附细胞，以后吸附面逐渐扩大，附着力也不断增加，而吸附的主要因子，就是血清蛋白。接着是钙离子和镁离子开始吸附，同时，细胞外的蛋白质和糖蛋白类的结合作用又使细胞——材料之间的附着力不断增强，而且在吸附的整个过程中，都伴随着细胞的吸收和新生。

这一代谢现象，从体外细胞培养实验中也得到证实。编者采用人宫颈癌传代细胞、人羊膜上皮细胞、小鼠肺或纤维细胞对金属、陶瓷、高分子三大类种植材料80余种，进行琼脂覆盖法、细胞增殖度法和细胞总体倍增法三种体外培养实验。结果表明，亲水性高、化学稳定性好的种植材料，细胞结合强度高于亲水性高而化学稳定性较差的种植材料，更明显高于疏水性的种植材料，特别是疏水性、化学稳定性差的种植材料的细胞结合强度最差，表现在细胞结合后又很快产生吸附层的分解而导致脱落，还发现容易产生细胞变性和坏死。在种植材料中，已证实羟基磷灰石陶瓷、氧化铝陶瓷和玻璃陶瓷的表面，还有一水层结构存在，这种水层结构即使在10-7真空中，加热500℃以上都很难除去，表明这类陶瓷的极性很强，有很高的亲水性，能迅速被细胞润湿而产生很强的结合力。这类陶瓷种植材料对细胞形态也没有影响，对细胞膜也无破坏作用，对细胞增殖过程中的生长形态也不造成影响，对细胞的增殖速度和数量也无抑制作用，而且在材料和机体组织界面上，还能迅速形成细胞群，表明这类材料的细胞相容性是很高的。

（二）骨细胞关系

口腔种植材料与骨细胞的界面关系，存在两种情况：一是骨接触界面关系，二是骨结合界面关系。两者的概念是不同的。

1.骨接触界面关系：一般是界面处于不稳定状态，往往没有新生骨形成，仅是类骨质或软骨样细胞和数微米薄的纤维性膜形成，这种界面状态是一种异物的反应，不仅妨碍了新骨生长，还可能成为骨的破坏因素。这种纤维性膜愈厚，并且减薄和消失过程越慢，其种植效果越差，因为材料被厚厚的纤维膜包裹后使材料与机体组织之间的代谢受阻，新生血管不能长入，新生骨不能形成，而且材料与膜之间容易形成死腔造成积液，一方面使膜趋于疤痕化而变硬，另一方面可能造成材料周围的细胞坏死。临床表现，在种植的初期，种植体还比较稳固，但随即而来的是松动脱落，导致失败。编者对钛合金（Ti-6Al-4V）、多晶和单晶氧化铝陶瓷、热解碳和聚砜五种材料植入动物颌骨内后，分期取样在扫描电子显微镜下作对比观察，结果发现钛合金与机体组织界面有纤维性膜存在，纤维方向基本上与种植体平行，而且这种纤维与材料表面附着很紧密。随时间的推移，纤维膜存在逐渐变薄的趋势，逐渐形成0.2～1微米的薄层骨，纤维束之间仍有钙盐沉积，种植体稳固。多晶氧化铝陶瓷界面的纤维膜很薄并逐渐消失，钙化出现较早，有明显的新骨形成现象，种植体稳固。单晶氧化铝陶瓷和热解碳与组织之间均有一层厚而致密、排列整齐、并与种植体轴向平行的纤维性膜，象一个屏障将材料与机体组织分开，随时间的推移，纤维性膜稍有变薄，但一直存在不消失。种植体早期比较稳固，以后就逐渐出现不同程度的松动。聚砜与机体组织界面的纤维膜形成快而厚，在短期内就导致种植体 脱落。从这一实验结果表明，因材料的不同，有的仅能形成骨接触界面，最终导致松动脱落而失败；有的随时间推移，而存在向骨结合界面发展的趋势。

2.骨结合界面关系：骨结合界面与骨接触界面存在质的差异，骨结合界面的形成，与材料的性质有明显关系。比如生物玻璃、玻璃陶瓷、羟基磷灰石陶瓷等材料，已公认为与骨组织具有特异性的骨反应，能形成骨结合界面。（图58）这种界面的特征是：①作为骨形成基质在血液和组织液中钙、磷离子在界面集聚。②界面pH值处于碱性，有利于骨形成。③材料表面在轻微溶解后，很快出现蛋白质的吸附沉积，胶原纤维和粘多糖表面与柔软的、厚1～2微米的无定形凝胶层相结合，其离子和含量均与骨相似，对骨芽细胞生长有促进作用。形成新骨和钙化后，凝胶层全被骨中羟基磷灰石充满，与周围的骨产生结合。④在种植体承受负荷情况下，在界面仅仅可能出现约1微米的间隙，随时间的推移，将可达到完全的骨结合状态。（图59）编者采用羟基磷灰石复合材料、玻璃陶瓷和金属—陶瓷复合材料制作的三种不同的种植体，进行动物颌骨内植入实验、人体下颌骨内植入实验、以及在种植牙根上修复义齿的三年动态观察，同样证明了这三种材料具有上述特征。

图58　生物陶瓷种类与骨形成关系

A.磷灰石类材料形成骨双向生长 B.铝锆钛类材料形成骨单向生长(www.xing528.com)

图58　生物陶瓷种类与骨形成关系

A.磷灰石类材料形成骨双向生长 B.铝锆钛类材料形成骨单向生长

图59　材料表面溶解后的骨结合图示

1.骨胶原纤维 2.磷灰石晶体 3.骨
4.表面胶体结合层　5.材料溶解后表面

骨结合的方式又分为两种：一是骨传导性生长、二是骨诱导性生长，它们也是两种不同的概念。骨传导性生长，是指种植体植入骨内后，材料与骨直接接触以传导方式产生骨结合。骨诱导生长，是指种植体植入骨内后，能诱发骨的活性，加速新骨形成，产生骨结合，更重要的是植入到非骨区内，也能使周围非骨组织逐渐转变为骨，而产生骨结合。这种特殊现象，往往是种植材料中加入了骨诱导因子或称骨形成蛋白（Bone morphogentic protein，简称BMP）的结果。在1965年，美国加利福尼亚大学M.R.Urist首次报道，采用经特殊处理的脱钙骨植入骨内的实验，结果发现，它不是通过传导性骨生成，而是通过诱导性骨生成，并且在原来没有骨的部位能促进新骨形成。到1968年，对这一现象才有了新的认识，并从脱钙骨中提出了一种骨诱导因子，并证明了它是一种低分子多肽物质，能与骨基质中的胶原和骨中的羟基磷灰石产生结合，而具有骨诱导活性。在对骨产生诱导过程中，作为诱导因子，可以刺激DNA的合成和细胞复制，并通过作用于未分化间质细胞膜或细胞浆内的受体，能诱导成纤维细胞，转化为软骨细胞，而最后形成骨。还发现骨的形成量，与植入BMP的量或种植材料中含BMP的量成正比关系。因此，含有BMP的种植材料，植入骨内后，不仅与骨产生骨传导性生长作用，还能产生骨诱导生长作用。若植入到非骨区内，就显示出它能产生骨诱导生长作用。1987年Urist M.R还发现BMP与可溶性磷酸三钙的复合体植入肌肉内，它所诱导产生的骨量，是单独植入BMP所诱导产生骨量的12倍。当植入骨内后，周围所产生的骨量，显著高于单独植入可溶性磷酸三钙所产生的骨量，并且骨形成的速度更快、更完全，达到非常良好的骨结合状态。目前，很多学者都证明了，BMP或含有BMP的种植材料在非骨组织内能诱导产生软骨和骨组织的能力，在骨组织内能诱导加速骨形成的结果。表明在骨界面中确实存在骨传导生长和骨诱导生长两种作用。因此，在研究种植骨界面时，对骨接触与骨结合，骨传导和骨诱导的概念必须分清楚，它们是不相同的概念，绝不能混淆。编者在1988年采用了几种不同的方法，从仔牛骨中提出了含这种物质的胶状蛋白原，与羟基磷灰石陶瓷粉，按不同的比例制成复合材料，进行了动物植入实验，在骨区和非骨区内，也同样都证实了这种复合材料具有骨诱导生长作用，而且这种胶状蛋白原含量愈多，骨形成量也愈高，也未发现任何不良的免疫排斥现象。

图59　材料表面溶解后的骨结合图示

1.骨胶原纤维 2.磷灰石晶体 3.骨
4.表面胶体结合层　5.材料溶解后表面

骨结合的方式又分为两种：一是骨传导性生长、二是骨诱导性生长，它们也是两种不同的概念。骨传导性生长，是指种植体植入骨内后，材料与骨直接接触以传导方式产生骨结合。骨诱导生长，是指种植体植入骨内后，能诱发骨的活性，加速新骨形成，产生骨结合，更重要的是植入到非骨区内，也能使周围非骨组织逐渐转变为骨，而产生骨结合。这种特殊现象，往往是种植材料中加入了骨诱导因子或称骨形成蛋白（Bone morphogentic protein，简称BMP）的结果。在1965年，美国加利福尼亚大学M.R.Urist首次报道，采用经特殊处理的脱钙骨植入骨内的实验，结果发现，它不是通过传导性骨生成，而是通过诱导性骨生成，并且在原来没有骨的部位能促进新骨形成。到1968年，对这一现象才有了新的认识，并从脱钙骨中提出了一种骨诱导因子，并证明了它是一种低分子多肽物质，能与骨基质中的胶原和骨中的羟基磷灰石产生结合，而具有骨诱导活性。在对骨产生诱导过程中，作为诱导因子，可以刺激DNA的合成和细胞复制，并通过作用于未分化间质细胞膜或细胞浆内的受体，能诱导成纤维细胞，转化为软骨细胞，而最后形成骨。还发现骨的形成量，与植入BMP的量或种植材料中含BMP的量成正比关系。因此，含有BMP的种植材料，植入骨内后，不仅与骨产生骨传导性生长作用，还能产生骨诱导生长作用。若植入到非骨区内，就显示出它能产生骨诱导生长作用。1987年Urist M.R还发现BMP与可溶性磷酸三钙的复合体植入肌肉内，它所诱导产生的骨量，是单独植入BMP所诱导产生骨量的12倍。当植入骨内后，周围所产生的骨量，显著高于单独植入可溶性磷酸三钙所产生的骨量，并且骨形成的速度更快、更完全，达到非常良好的骨结合状态。目前，很多学者都证明了，BMP或含有BMP的种植材料在非骨组织内能诱导产生软骨和骨组织的能力，在骨组织内能诱导加速骨形成的结果。表明在骨界面中确实存在骨传导生长和骨诱导生长两种作用。因此，在研究种植骨界面时，对骨接触与骨结合，骨传导和骨诱导的概念必须分清楚，它们是不相同的概念，绝不能混淆。编者在1988年采用了几种不同的方法，从仔牛骨中提出了含这种物质的胶状蛋白原，与羟基磷灰石陶瓷粉，按不同的比例制成复合材料，进行了动物植入实验，在骨区和非骨区内，也同样都证实了这种复合材料具有骨诱导生长作用，而且这种胶状蛋白原含量愈多，骨形成量也愈高，也未发现任何不良的免疫排斥现象。