正畸种植体支抗的发展、类型与应用

小成

正畸支抗的重要性已为正畸医师广泛认识，只有正确的支抗设计和良好的支抗控制，做到“该动的牙动、不该动的牙不动”，才能取得高质量的矫治结果。然而，传统支抗控制方法中很难提供绝对稳定的支抗，支抗不足是限制正畸治疗的重要因素。长期以来正畸临床需要寻求稳定、有效且不依赖患者合作的新的支抗手段，这种需求促进了正畸种植体支抗的研究与发展。

    一、种植体支抗的发展阶段
    种植体作为正畸支抗的发展大体经历了三个阶段。

    1．动物实验探索种植体支抗

    Gainsforth和Higley 1945年发表文章，验证活合金(钴铬钼合金)螺钉种植体作为正畸支抗实现牙齿移动的可能性。他们在狗的下颌骨植入活合金螺钉，以140~200克牵引力使尖牙移动，然而所有种植体均在16-30天内松动脱落，支抗种植体未能实现长期的稳定性。究其原因，可能是当时外科植入技术不够成熟。这是最早关于正畸种植体支抗的研究文献，在距今半个世纪以前就有了这种想法并进行探索实在值得钦佩。

    20世纪70年代末至80年代，碳化玻璃钢种植体、生物陶瓷涂层氧化铝种植体、活合金种植体等各种材料的种植体被用于正畸支抗的动物实验研究。这些研究虽然有些获得阳性结果，但种植体表面与骨组织不能形成有效的直接结合，实验中种植体加载正畸力或矫形力的时间也较短。

    2．修复种植体做正畸支抗的临床应用

    Brgnemark及其同事通过大量的动物实验和临床应用研究，证明钛合金种植体表面和活性骨组织之间在结构和功能上能够达到直接结合，并将其定义为“骨整合”的概念。1965年以后，钛合金种植体应用于固定和活动义齿修复的长期随访研究获得广泛的成功。

    Linkow最早报道钛合金修复种植体用于正畸临床，1969年他发表了叶状种植体用做支抗的病例报告，通过下颌磨牙区种植体进行II类牵引内收上颌前牙取得成功。20世纪80年代末起，相继有大
量临床研究和病例报告发表，利用修复种植体完成修复前正畸牙齿的排齐、内收、升高和压低等运动，正畸治疗结束后种植体用作永久义齿修复保持了长期的稳定性。与此同时，动物实验研究也证明了骨结合钛合金种植体作为正畸支抗的有效性。

    然而，修复种植体做正畸支抗存在多种局限性。修复种植体仅仅可作为成人修复前辅助性正畸治疗的支抗，而正畸治疗的常规对象为生长发育期儿童，他们很少需要修复治疗；另外，修复种植体的植入部位仅仅限于缺失牙牙槽嵴，对于牙列完整或拔牙间隙需要关闭的非修复患者无法使用；最后，修复种植体的大小、形状不合适，植入术式复杂，价格昂贵，以矫正牙齿不齐为目的的正畸患者很难接受。

    3．正畸专用支抗种植体的发展

    正畸临床作为支抗的种植体要求体积小、植入部位灵活、术式简单。上世纪90年代起正畸界开始广泛探索减小种植体的体积，并且选择有足够骨量的其他部位如硬腭部、下颌磨牙后区、上颌结节等作为植入部位。20世纪末以来，成功设计、开发出一些专门为支抗使用的微型种植体系统。所有这些种植体都是暂时的支抗装置，正畸治疗后都要取出。

    二、正畸支抗种植体的类型

    正畸支抗种植体在亚洲、欧洲已经有了多种不同的系统，然而由于其历史仅仅10年之短，目前尚缺乏公认的统一的系统分类，以下分类仅供参考。


    1．根据种植体的材料

    种植体的材料包括金属、陶瓷、高分子聚合物，按生物学特性可分为生物相容性、生物惰性和生物活性。

    1)生物相容性材料：不被生物机体排斥，在种植体周围有机体产生的纤维组织层包绕。属于此类材料的有钴铬合金、活合金(钴铬钼合金)等金属

    2)生物惰性材料：允许骨在其表面沉积，两者形成接触性整合。属于此类的有生物活性碳种植体、生物玻璃种植体、钛与钛合金。

    3)生物活性材料：不但可与骨形成紧密结触，还会与骨组织进行分子交换嵌合成化学性的结合。 Glatzmaier开发了一种可生物降解的正畸支抗种植体系(BIOS)，该种植体体部为a-聚乳酸酯，植入骨内9~12月后可以自动分解成CO2、H2O和 ATP，临床应用尚待时日。

    目前具有生物惰性的纯钛(99+Ti)和钛合金(Ti-6Al-4V)是最广泛使用的种植体、包括正畸支抗种植体的材料。纯钛和钛合金种植体都可以在种植体-骨界面形成骨整合，两者的差别在于钛合金机械强度更高，但弯曲性能稍差。

    2．根据植入区域

    根据植入区域不同，支抗种植体可分为腭侧种植体、颊侧种植体、磨牙后区种植体、齿槽间隔种植体。

    所谓腭侧种植体是指植入区在腭侧的一类支抗种植体，例如：Block和Hoffman设计的Onplant种植体，Wehrbein设计的Orthosystem，Maino报告的Midplant种植体，Byloff介绍的钛板种植体摆型矫治器(GISP)等。植入区在颊侧的支抗种植体则可称为颊侧种植体，例如Sugawara等开发的微钛板“骨性支抗系统”(SAS)。Roberts等在下颌磨牙后三角或上颌结节区植入，称为磨牙后区种植体。可以在齿槽间隔植人的种植体只有微螺钉。

    这种根据植入区域分类的方法有其局限性，其提出主要是针对体积较大的板块状及普通钉状支抗种植体，对于后来问世的微螺钉支抗种植体却不太适用。因为微螺钉植入区很灵活，既可以在腭侧、也可以在唇侧、颊侧、齿槽间隔植入。

    3．根据种植体形状及其与骨的位置关系

    用于修复的种植体的形状有柱状、锥状、螺纹状、叶状等。研究表明叶种植体与骨的结合度较差，初期稳定性不良，预后欠佳。螺纹状、特别是刃状螺纹与骨的接触面积大、界面的应力小，机械稳定性最好，更适合作为种植体应用。

    用于正畸临床的支抗种植体比修复种植体小，形状较单纯，大致可分为板块状种植体和钉状种植体。

    1)板块状支抗种植体：其代表为Block和 Hoffman 1995年设计的Onplant种植体。 Sugawara等1998设计和开发出“骨性支抗系统”(Skeletal Anchorage System，SAS)、又称为“微型支抗钛板”(Super mini anchor plate，SMAP)，也属于板块状支抗种植体。

    就种植体与骨的位置关系而言，板块状植体位于颌骨表面、粘骨膜下方，为骨膜下种植体(subperiosteal implant)。有的需要用螺钉固位在颌骨上(SAS)，有的不需要(Onplant)。板块状种植体为纯钛制成，与骨形成整合后起到很强的支抗效果。

    国内武汉大学口腔医学院和大连大学口腔医院分别对Onplant种植体和SAS种植体进行过临床应用。
    2)钉状支抗种植体：
    钉状种植体为骨内种植体(implant)，螺钉要进入骨组织内部。根据种植体的直径可分为以下两种：

    ①普通钉状支抗种植体：尺寸较大，直径多在3~4毫米，例如Wehrbein设计、瑞士Straumann公司生产的Orthosystem系统，Maino报告的 Midplant种植体，Roberts为关闭第一磨牙间隙在磨牙后区植入的3.75mm直径、7mm长的钛螺钉等。此类种植体为纯钛制成。常为分体式，植入后需要数月的愈合期，骨结合方可开始加力。

    国内协和医科大学口腔科在正畸临床中应用了Orthosystem支抗种植钉。

    ②微螺钉支抗种植体：尺寸较小，直径在1.2毫米至2.7毫米间不等。具有操作简便、损伤小、价格较低的优点，是目前最常用的一类支抗种植体。微螺钉种植体为钛合金或钛制成。国内北京大学口腔医学院正畸科应用的支抗种植钉主要是此种类型。

    4．根据植入后开始加载的时间

    根据植人后开始加载的时间种植体可分为“二期负载种植体”和“即刻负载种植体”。

    修复种植学界对于种植体植入后何时可以负载进行过大量研究，目前存在不同的观点，并因此影响到支抗种植体的实践。

    1)二期负载：传统的修复种植学理论认为，在良好的初始稳定性的基础上，种植体必需要有一定时间的“无负载愈合期”，以期达到骨整合。这一理论的基础是：成骨细胞和成纤维细胞都是由间质细胞分化而来，若种植体植入后早期受力，种植体与骨组织间出现轻微移动，由此产生的机械刺激将诱导问质细胞向成纤维细胞分化，最终导致纤维骨性结合面的形成，而不能达到骨整合的界面。关于骨整合所需要的无负载愈合期的时间，人类需要4-6个月，上颌骨组织多为松质骨，一般需要6个月；下颌骨组织较为致密，一般为3个月。经过“无负载愈合”后，种植体方可负载。

    “无负载愈合期”理论被修复学界广泛接受。在“无负载愈合期”理论指导下，正畸学界早期使用的支抗种植体多为二期负载支抗种植体，包括 Onplant、普通钉状支抗种植体以及Orthoanchor微螺钉等，都要求骨整合，其植入操作规程都是以此为原则进行的。

    2)即刻负载：另一种相反的观点主张“即刻负载”。这一观点的基础是Brunski的“微动度”理
论：微动度是指界面上种植体相对于骨的微小移动。当微动度在100um以内时种植体仍然能够与骨组织发生整合；只有当微动度大于lOOum时，才会使充当骨生长框架的结缔组织网络受到破坏，阻碍骨组织的长人导致种植体的纤维愈合。Pilliar提出30~50um是相对正常的微动度。根据微动度理论，具有良好初始稳定性的种植体可以即刻负载，并且在即刻负载的情况下能够形成良好的骨整合。

    “即刻负载”的观点被现代修复种植学的许多临床研究所证明。正畸微螺钉支抗种植体大多可以即刻加载，其依据就是“微动度”理论。

    除上述两种截然相反的观点外，还有一种“早期负载”的折衷观点。早期负载的证据来自一些动物实验研究：缩短无负载愈合期1/3甚至更短，仍然可以得到骨整合。种植体的骨整合是必要的，但并不需要100%，临床成功的组织学标准并不是种植体完全被新骨包绕。

    韩国C-微螺钉种植体的愈合期为2月，当是受此观点的影响。

  5．根据植入方式：
  微螺钉支抗种植体植入方式可分为助攻型和自攻型。

    1)“助攻型”微螺钉支抗种植体：植入前需要先用园钻钻开骨皮质(indentation)，然后用骨钻形成通道以引导植入(pilot drilling)，最后将螺钉自身顺通道拧入(self-tapping)，由于种植钉植入骨内需要其他器械协助，故可称为“助攻型”。普通钉状支抗种植体都采用此种植入方式。早期的微螺钉支抗种植体，植入时多需要骨钻引导，植入后有的需要数月的愈合期，有的可以即刻加载，就植入方式而言属于此种“助攻型”。

    助攻型微钛钉植入术中通道预备时，器械的反复进出容易造成孔洞过大；钻速控制不当时会损伤邻近的骨质；很难严格保证种植体的初始稳定性，造成种植体的松动。据早期报道此种类型的种植体植入失败率高达12.5~25%。

    2)“自攻型”微螺钉支抗种植体：由于材料、制作工艺的发展和临床需要，新近发展的微钛钉种植体自身可以直接攻人皮质骨，不需要骨钻引导，甚至不需要用园钻钻开骨皮质，称为“自攻型”或“自钻型”(Self-drilling)。此种植入方式微钛钉种植体植入后不需要骨性结合，其支抗能力来自种植体与骨的机械铆合，可以即刻加载，具有明显优势。

    三、关于微钛钉支抗种植体

    微钛钉直径在1.2~2.7mm之间，骨内长度在7~15mm之间，比较常用的直径在1.5~2.Omm、骨内长度在7~11mm之间。直径较小者(2.Omm以下)称为microscrew，直径在2mm以上者称为 miniscrew。由于种植体体积较小，植人简单、使用方便，临床应用效果良好，是目前正畸临床应用最多、种类也最多的一类支抗种植体。

    尽管各种微钛钉种植体产品的外形基本相似，但因机加工和材料的不同分有不同的系统，使用也不全相同：有的微钛钉种植体由钛合金制成，有的为纯钛；有的微钛钉种植体需要骨结合，植入后数月方可开始加力；有的微钛钉种植体不需要骨性结合，其支抗能力来自种植体与骨的机械铆合，微钛钉植入后的初始稳定性使之可即刻加力负载；有的微钛钉种植体为分体式、双期手术植入，有的为一体式、一次植入；有的微型钛钉植入时需要“助攻”，有的自身可以直接攻人皮质骨，不需要骨钻引导，甚至不需要切开粘膜。医师在使用中要注意区分。

    1．微钛钉种植体的类型：目前较有代表性的微钛钉种植体系统主要有：

    1)德国Dentsply公司生产的Orthoanchor系统：又称K1系统，1997年由Dr.R Kanomi开发，种植体为直径1.2毫米、长6毫米的纯钛螺钉，分体式，采用双期手术，植入时要引导钻助攻，要求骨结合，愈合期为6个月。一些临床实践证明此种1.2mm直径的钛钉折断率较高。

  2)丹麦Aarthus大学的Aarhus anchorage system：1998年由Costa等开发，种植体为直径2毫米、长9毫米，的纯钛螺钉，助攻植入，无须牙龈翻瓣，植入后即刻加力，牵引力不超过50克。

    3)韩国Kyungpook University的微种植支抗系统(Micro-Implant Anchorage，MIA)1999年 Dr．Hyo-Sang Park等应用1.2毫米直径、6mm长的纯钛微型种植体系统，助攻型，软组织愈合2周后可直接负载，能够有效承受200~300克正畸力。2004年最新的产品Absoanchor Orthodontic Microimplant由Dentos公司生产，螺钉直径加大，1.2~1.8mm不等，长度在5~12mm之间。直径在1.5mm以上的螺钉植入时采用自攻方式。

    4)韩国Seoul National University与EPOCH公司开发生产的OSAS系统(Osseodyne Skeletal Anchorage System)螺钉直径1.6mm，长度分9 mm(上颌)和7mm(下颌)，为“自攻型”，在附着龈处植入时无需切开龈粘膜，在游离龈处要切开龈粘膜、但不用翻开粘膜骨瓣，无需骨结合、可即刻加载。

    5)韩国Yonsei University的微螺钉系统(miniscrew implant)

    6)韩国Dr.Kyu-Rhim Chung等设计的C-正畸微螺钉(C-Orthodontic Micro-Implant)，又称快速正畸螺钉(Speedy Orthodontic Screw，SOS)分体式，螺钉部直径1.8mm(后改为2.Omm)，长度有8.5、9.5、10.5mm之分，助攻植入，经2月愈合期后在螺钉穿龈部分安装头部，开始加力。

    7)台北长庚医院开发的OMAS微螺钉系统：早期设计直径为2.0和2.7毫米，长度分7、10、12、14mm。新近产品直径有1.5、2.0和2.7mm，长度包括7、9、11、13、15mm不等。植入时要求先用园钻去除龈组织，然后以骨钻引导，再以手柄将种植钉拧入。植入后可直接加载。

    从微钛钉种植体几年来的临床应用来看，“一段式种植体”逐渐替代“两段式种植体”，并有从“双期手术、助攻设计、无负载愈合”向“单期手术、助攻设计、即刻负载”再向“单期手术、自攻设计、即刻负载”的发展趋势。

    2．自攻型微钛钉支抗种植体的优势：自攻型微螺钉种植体可用丝锥手动植入，能控制植入速度，减少植入过程热量的产生对界面的骨创；由于不用引导钻预备植入床，植入方向的稳定，避免种植体在种植窝的晃动、移位；这些为种植体良好的初始稳定性、为即刻加力提供了保证，并使疗程得以缩短。由于植人和取出手术简单、手术创伤小，正畸医师可以独立完成操作，患者也易于接受。此类微钛钉应用中松动、折断率相对较低。可提供稳定的支抗，实现各种类型的牙齿移动。

    北京大学口腔医学院与汉城大学合作，自2000年起对81例经严格挑选适应症的临床病例使用 OSAS微钛钉种植体171枚，取得较好的I临床效果。

    81例患者在微钛钉植入后，16人无术后疼痛，65人感觉术后轻微疼痛，平均痛感2.1天。临床使用过程中，患者无明显不适感。

    49例已结束矫治，均达到良好的支抗效果，矫治结果满意。应用类型包括前牙的内收、磨牙的近远中移动、前牙的压低、后牙的伸长、压低、直立等。

    49例完成病例共应用114枚微钛钉种植体，失败10枚占8.8%，其中松动8枚比例为7.0%，折断2枚比例为1．8%。

    治疗完成时检查110枚种植体周围软组织的健康状况，大部分微钛钉种植体软组织健康状况良好，无炎症和轻度炎症的比例占84.6%。

    与此同时进行的动物实验研究结果证明， OSAS微钛钉种植体植入后即刻加载时最大负载强度达到2.1公斤，远大于临床常用的矫治力水平；研究还发现，OSAS微钛钉种植体在即刻加载、并持续负载50或150克的条件下，最大负载强度随时间呈明显增长趋势，2-4周时最大负载强度发生显著性提高，提示种植体在即刻负载的情况下随时间推移界面可能发生骨性结合。

    四、正畸支抗种植体应用中的问题

    1．关于支抗种植体的适应症：长期以来，正畸医师都在寻找一种美观、舒适、安全、稳定而可靠、不需要患者合作的支抗，种植体支抗使这一梦想成真。然而，支抗种植体只是正畸治疗的一种辅助性手段，决不是所有错合畸形患者都必须的；也不是有了支抗种植体、不论矫治技术的高低都能得到高质量的治疗结果。支抗种植体、即使是使用方便、损伤较小的自攻型微钛钉种植体，也是常规治疗之外的、有创的，也会增加患者精神的、经济的负担。在临床的应用中要严格注意适应症的选择，防止片面追求新技术、不该使用时随意使用的情况发生。

    以微钛钉支抗种植体为例，适应症应当为：

    1)严重拥挤或严重牙弓前突病例，不允许支抗磨牙些许前移时

    2)前牙排齐或后移时后牙支抗不足，口外弓患者不能合作时

    3)后牙前移时或后牙远中移动时前牙支抗不足时

    4)严重骨性开合、合平面倾斜、因对合牙缺失磨牙伸长等需要绝对压低后牙时

    5)骨性深覆合需要绝对压低下前牙时

    6)露龈笑需要绝对压低上前牙时

    7)中线明显偏斜时

    8)因牙周病、牙缺失、牙齿位置不适缺少足够数量支抗牙时

    2．关于支抗种植体的禁忌症：

    从正畸学的角度看，常规支抗手段可以完成的正畸治疗病例不应使用支抗种植体；年龄较小、生长发育阶段较早的乳牙期、替牙期的病例一般不主张使用骨内支抗种植体。

    口腔作为一个器官是统一的，并构成整体机体的一部分。以此观点，下列情况不适宜支抗种植体。

    1)进展期牙周炎、牙龈炎
    2)复发性口腔溃疡、口腔干燥症等口腔粘膜病

    3)颌骨疾病：骨纤维异常增生症、肿瘤如牙骨质瘤等

    4)全身疾病如骨质疏松、维生素D缺乏、甲亢、甲状旁腺功能亢进、贫血、慢性肝病等。

    5)女性妊娠期、哺乳期

    3．关于支抗种植体的稳定性：正畸医师要开展种植体支抗技术，除了严格选择适应症外，还要注重成功。种植体支抗的成功取决于种植体是否稳定。早期报道微螺钉植入后松动、失败在12.5~25%。随着植入技术的改进与提高，近年微螺钉的植人失败率降至7~11%。一般来说微钛钉支抗种植体的稳定性涉及以下因素：

    1)种植体设计：螺纹状种植体由于与骨的接触面积最大，机械稳定性最好。螺钉本身的形状、直径与长度不同，种植体一骨界面的应力与应力分布也不同。刃状螺纹比矩状螺纹的应力值小，更适合作种植体用；改变螺纹间距、螺钉的顶角，界面的应力分布也发生变化。螺钉的直径、特别是颈部的直径对种植体周围的应力分布影响最大，一般认为，随螺钉(颈部)的直径增大，骨界面的应力降低、抗剪切力增加，因而较粗的螺钉的稳定性较好。此外，螺钉植入骨内部分的长度、穿出粘膜外部分的设计等对种植体的稳定性也都产生影响。

    2)患者骨骼的生理条件与植入部位：从生物力学的观点看，颌骨是一种多相性、各相异性、非均质的多孔复合体。不同个体的颌骨密度、骨量不一样，低角病例颌骨骨质密度比高角病例大，骨量也较多；同一个体颌骨不同部位骨密度、骨量、血供也不一样。种植钉周围的软组织厚度与活动度也会对种植体的稳定性产生影响，角化的附着龈比非角化的游离龈有利于种植体的稳定。

    3)植入手术与医师的操作技术：无论二期加载还是即刻加载，种植体的初始稳定性都是至关重要的。种植体的初始稳定性取决于手术操作。手术操作中最常见的两个错误是术中种植体移动和骨接触面过热。从这两点来看，自攻型微螺钉以手动方式植入对维护种植体的初始稳定性可以起到良好作用。当然无菌操作是必不可少的。

    4)患者口腔卫生状况：北京大学口腔医学院的研究显示，加力期发生松动的种植钉周围组织大都存在中度和重度炎症。可见良好的口腔卫生对于种植体稳定的重要性。一般术后1~2周每日含漱0.12%洗必太制剂，并要指导患者进行正确的口腔卫生维护。

    5)合适的牵引力：微钛钉支抗种植体所承受的牵引力在100~200克之间为宜。

    所有这些需要正畸医师具有一定的材料学、种植学、颌面外科学的知识与技能。

    五、正畸支抗种植体的应用前景

    正畸种植体支抗技术是口腔正畸学与修复学、材料学、颌面外科学等学科之间交流融合的产物，
是近年来正畸临床上具有突破性的进展。包括腭部种植体、微型钛板、微型钛钉等在内的众多支抗种植体丰富了正畸支抗设计的内容，能实现传统正畸手段难以完成的牙齿移动类型，在对骨性错合临界病例的治疗中使正畸医师能够挑战极限。支抗种植体的应用将会给正畸矫治设计和矫治技术带来革命性的改变，甚至对支抗种植体一直持相当谨慎态度的美国，2004年也终于放宽了对正畸医师使用的限制。

    支抗种植体技术仍处于初步应用阶段，有不少问题需要重视和研究解决。有的种植体需要两次植入手术(Oplant，Orthoanchor)；有的种植体植入时手术创伤比较大，患者的肿胀不适较明显(SAS)；有的取出时需要再次手术，并且可能会损伤部分骨组织(SAS，Onplant，Orthosystem)；有的需要数月的骨整合期方能加力使用(Onplant， Orthosystem，Orthoanchor，C-Orthodontic Micro- Implant)；有的植入部位受限(Onplant， Orthosystem)；有的价格很高(SAS， Orthosystem)。即使是可以即刻加载的微钛钉支抗种植体，有的仍需要低速钻机和特殊配套的园钻、骨钻等器械，植入过程仍然较为繁琐(Aarhus， OMAs)。此外，微钛钉种植体植入时可能折断，还可能发生牙根、临近的上颌窦、下齿槽神经的损伤等并发症，局部粘膜也有受刺激出现不适和感染的可能，使用中可能松动脱落。最后，尽管微钛钉支抗种植体能提供稳定的支抗移动牙齿，但却很难承受大于200g的牵引力、更不可能承受矫形力。所有这些都是尚待解决的重要问题。

    目前，国外不同厂商生产有各种类别的支抗种植体系统，但多缺乏确实有效的长期临床研究作为支持。支抗种植体的设计缺乏国际性的统一标准。在国产化方面，尽管目前浙江和西安已经生产出了自攻型和助攻型正畸用微钛钉种植体，但产品的总体设计和生产工艺需要进一步提高，产品的质量和品种需要进一步完善。

    综观支抗种植体的发展过程，从借用修复种植体作为支抗转变为专用于正畸临床的支抗种植体；支抗种植体系统的多样化、小型化以适应更多的位置要求；种植体的材料、设计更易于植入和临床使用；植入术式的简单化以减小创伤、增加患者的耐受性；所有这些都发生在过去短短的10多年中。我们有理由相信，随着支抗种植体的广泛应用，随着临床和基础研究的进一步深入，再用10年，正畸支抗种植体技术将会更成熟、完善，患者将能获得更优质的服务。