低镁状态对种植体骨整合影响的实验研究
[摘要] 目的 通过建立低镁动物模型研究低镁状态对种植体骨整合的影响。方法:纯种哈白兔24只,随机分为实验组和对照组,分别用低镁饲料饲养和普通饲料饲养,在每只动物胫骨近中干骺部植入二枚种植体,分别于术后第2、4、8、12周切取标本,进行组织学、X线及扫描电镜观察。结果:低镁状态可以导致种植体骨整合率下降,新骨生成速度减慢。结论:临床镁缺乏患者在做牙种植手术前有补镁治疗的必要性。关键词:低镁 ,种植体 ,骨整合Study on the Effect of the low magnesium on osteointegration Hou yuyi [ABSTRACT] Objective : To study the effect of low magnesium on osteointegration .Methods : Twenty-- four Harbin white rabbits were randomly divided into two groups:the control group and the experimental group. Each group was composed of twelve rabbits.Two pure titanium implants were placed in the proximal tibial mctaphysis of each rabbit.The experimental group were feed on low magnesium forage and the other were feed on normal forage. The specimens with implants were harvested from each group at 2, 4, 8 and 12 weeks respectively after implantation . Effects of bone tissue on implants were analyzed with histomorphologically 、radiographically and electron microscope . Results: Low magnesium may result in the decline of osteointegration ratio and slowdown of bone generation .Conclusion:.It is necessary for the patients with deficiency magnieum in clinic must have surpplement magnesium as preventive measure before the implant operation .Key words : Low magnesium ;Implant ; Osteointegration ; 自从Branemark教授提出的骨整合理论被充分肯定后,人工牙种植技术在临床得到了较广泛的应用,为了进一步提高人工牙种植的成功率,国内外学者对其进行了大量的基础与临床研究,尤其是与骨代谢有关的一些元素对种植牙愈合的影响已成为这一领域研究热点,但镁对种植骨整合的影响尚无文献报道。本研究通过建立低镁家兔动物模型,在其胫骨植入纯钛种植体,旨在研究低镁状态对种植体骨整合的影响。1.材料与方法1.1 材料BLB种植体,北京莱顿材料有限公司(荷兰)提供。SUNI EXPERT SYSTEM种植机,法国制造。实验动物为纯种健康哈白兔24只,雄性,5月龄,体重 2.5~4kg。 DPX-MD型双能X线机。低镁饲料,北京中科院动物研究所提供。-低Mg(〈5000mg/kg〉饲料配方蛋白质面粉淀粉植物油草粉纤维素混合维生素AIN矿物盐(无Mg)DL-蛋氨酸氯化胆碱22%10%53%2%1%9%0.05%2.5%0.3%0.15%1.2 方法1.2.1 动物模型的建立:哈白兔24只,随机分两组,实验组定量低镁饲料饲养(150g/d),每天3次,饮用水为蒸馏水,不限量。,对照组普通饲料喂养,自由饮水,饲养温度20摄氏度--22摄氏度,相对湿度为40%--70%。定期测定血镁值,实验组的血镁值低于标准值后(兔子血镁正常值为0.5-0.8%(5000mg/千克~8000mg/千克)进行种植手术。通过预实验得知低镁饲养4周可获得低镁动物模型。1.2.2 种植体的植入 以2.5%的硫喷妥钠行耳缘静脉注射麻醉30mg/kg,待麻醉生效后,将兔取仰卧位固定于手术台上,常规备皮消毒后,在右侧胫骨内侧近中骨骺区做长约5cm切口,切开皮肤,暴露骨面,用1800r/s的转速,在持续生理盐水冷却下制备直径3.5mm深5mm的种植窝,然后植入两枚直径3.5mm长度5.0mm的BLB纯钛种植体,二者相隔15mm,分层缝合骨膜,皮下组织和皮肤。术后肌肉注射庆大霉素1万u/kg,每天2次,连续用药3天。1.2.3 标本的获取 每组兔随机分4组,每组3只,分别于种植体植入后第2、4、8、12周用耳缘静脉空气栓塞法处死动物,以金刚砂片割取胫骨近端,去净软组织及骨膜,从二枚种植体中间切割,形成两个带种植体骨标本,种植体位于其中。1.3 指标的测定1.3.1 X线检查 各兔于种植体植入后当日及获取标本当天拍摄右侧胫骨正侧位片,观察种植体的植入情况、骨组织与种植体的结合情况、骨组织吸收情况等。1.3.2血清Ca/Mg 值测定 耳缘静脉采血4ml(放入离心管),标本血液离心获得血清,用0.5%高纯HNO 3溶液稀释5倍,快脉冲雾化火焰原子吸入直接测定其中的Ca、Mg含量,计算血清Ca/Mg值。1.3.3 光镜 (组织学观察)用金刚砂片骨标本修成4mm*4mm*6mm的骨块,种植体位于中央。标本经固定.脱钙后轻轻拔出种植体,沿种植体长轴垂直切开骨组织,系列脱水、石蜡包埋,沿种植体长轴切片,苏木精-伊红(HE)染色,观察种植体—骨组织界面的结合类型和结合情况。1.3.4 扫描电镜(SEM) 取另一块标本用中性磷酸缓冲液配制的3%戊二醛4摄氏度下固定24h后, 0.9%NS和0.1MPBS反复冲洗,超声波震荡器内洗涤5~10min,系列酒精脱水,醋酸异戊酯置换酒精,CO2临界点干燥(冷冻干燥),磨片标本真空喷碳,镀金膜后,作扫描电镜观察,观察种植体—骨组织结合情况。1.3.5 骨整合率测定(BCSR) 光镜下所获得的照片中,测定完全位于骨内的种植体的长度,再测定相应区域内骨与种植体的接触长度。然后按以下公式计算: 骨与种植体的接触长度(mm)=新生骨接触种植体表面的总和种植体的长度(mm)=植入骨组织内种植体的周围长度骨整合率=骨与种植体的接触长度/种植体的长度*100% 。2. 结果2.1 X线摄片观察 种植体植入即日X-线片显示种植体周围有透射区;植入2周后,种植体周围骨组织致密度增加;植入4周后,对照组种植体与周围骨紧密接触,X线透射区消失;实验组种植体周围仍可见透射区;植入第8、12周后,实验组种植体周围可见密度减低区;2.2 组织学观察植入后2周,对照组可见种植体表面有大量的类骨质形成,骨界面主要表现为具有板层状结构的骨小梁互相连接,呈网状,种植体表面皮质骨全域稍增厚,和板层状的新生骨相连接,和新生骨无接触的部分和薄层的结缔组织相接。此外,在海绵骨部,种植体表面的大部分均匀覆盖一层新生骨。和新生骨无接触的种植体表面和骨髓组织接触,骨髓腔大部分被骨髓细胞充满,其间存在脂肪细胞;实验组可见种植体周围有大量板层状构造的骨小梁,但比较细短,也可见呈岛状的骨小梁,种植体表面在皮质骨部和较厚的成熟的板层状新生骨相接与对照组呈现相同。植入后4周,对照组可见种植体表面几乎完全被类骨质包绕,骨小梁排列较整齐,在海绵骨部,种植体表面完全被覆盖厚度均一的板层状新生骨。与种植体无接触的种植体表面与骨髓接触。骨髓腔大部分被骨髓细胞充满,其间存在脂肪细胞;实验组可见种植体表面在皮质骨部全域和较厚的成熟板层状新生骨相接,骨小梁呈岛状,薄而稀疏,排列不规则,在海绵骨部,种植体表面与植入后2周呈现相同,大部分覆盖一层新生骨,与新生骨无接触的种植体表面和骨髓组织接触,骨髓腔大部分被骨髓细胞充满,其间存在脂肪细胞。植入后8周,对照组种植体在皮质骨的部分与骨达到良好的骨性结合,骨小梁排列整齐,致密,界面处骨组织非常成熟可见明显的板层骨;实验组可见种植体周围骨小梁失去了小梁间的连接,比植入后4周细,呈岛状,薄而稀疏,种植体表面大部分由新生骨覆盖,但这些新生骨的厚度比植入后4周呈菲薄状。此外,虽有部分新生骨和海绵状骨连接,但比植入后4周相比,明显减少。没有和新生骨接触的种植体表面与骨髓相接。植入后12周,对照组种植体周围的骨小梁和种植体接触的新生骨及骨髓组织和植入后8周呈大致相同的表现;植入后12周,种植体表面在皮质骨部,和植入后8周同样全域增厚和成熟的板层状新生骨相接,骨小梁与植入后8周同样纤细,呈岛状,薄而疏。此外,在海绵骨部,种植体表面大范围被新生骨所覆盖。和骨髓组织接触部分随处可见,而且,新生骨的厚度薄而平滑,和植入后8周大致相同。2.3 扫描电镜观察植入后2周,对照组种植体与骨之间可见一条宽15~23um较均匀的间隙,骨与种植体的界面较规整,种植体-骨界面的骨组织呈筛状,纤维成分多,实验组种植体与骨之间,可见一条宽35~50um,不规整的间隙,其间未见骨化团块,种植体与骨界面的骨组织也呈筛状,纤维成分多。植入后4周,对照组种植体与骨之间几乎见不到间隙,二者接触紧密,种植体与骨组织达到骨性结合,骨组织较致密。实验组种植体与骨之间可见一条宽25~30um的间隙,骨与种植体的界面较平滑,但仍可见部分筛状骨组织。植入后8周,对照组种植体与骨之间无间隙达到良好的骨性结合。实验组种植体与骨之间尚有少量的散在间隙,小于10um的间隙,仍可见筛状骨组织,筛状孔变小 。植入后12周,对照组种植体与骨之间与植入后8周呈现相同。实验组种植体与骨之间结合紧密,仍存在少量散在的间隙在5um之内,可见筛状骨组织。2.4 血清Ca/Mg值测定表1 两组血清钙、镁含量的比较 (mmol/l , n=6, ±s) 周 对照组 实验组钙镁钙镁术当日3.53±0.491.88±0.293.33±0.351.86±0.3623.40±0.221.81±0.30.3.26±0.271.78±0.2943.42±0.361.83±0.373.28±0.43*1.80±0.36*83.60±0.331.90±0.273.29±0.15*1.55±0.22*123.55±0.451.89±0.233.27±0.121.53±0.23注:对照组与实验组比较,*P<0.012.5 种植体的骨整合率两组种植体的骨整合率(%)如表1,经统计分析表明,2周时两组种植体骨接触率存在显著差异(P<0.01);4周时对照组高于实验组,且有显著性差异(P<0.05),8—12周时两组种植体的骨接触率差异(P>0.05), 种植体骨接触率(%)组别2W4W8W12W对照组72.290.298.299.8实验组52.2**84.2*90.5*97.5注:对照组与实验组比较,**P<0.01,*P<0.053.讨论种植部位的骨质量和骨量是影响种植体长期成功种植的重要因素[1],骨整合率是反映种植体与骨结合程度的较为准确、可靠的指标,受种植体材料、骨质量、骨密度及骨代谢等因素影响,近年来的研究表明,镁元素在骨折愈合等代谢过程中起重要作用。由于种植体骨结合骨折愈合的成骨方式相似,所以研究低镁状态下种植体周围骨组织代谢及对种植体骨结合的影响很有必要。《实验兔配合饲料》国家标准要求,饲料中Mg的含量为0.5%(5000mg/千克)~0.8%(8000mg/千克)才能满足兔的营养需要。饲料中Mg的含量低于0.5%(5000mg/千克)即可成为低镁饲料。实验证明通过低镁饲料可获得低镁动物模型。镁是机体生长代谢必须的一种常量元素,镁参与了蛋白质、核酸的合成,体内300多种酶的代谢是由镁离子调节的[2]。人体内60%的镁存在于骨组织中,在骨代谢中起关键作用[3]。镁不足时可刺激甲状旁腺素和降钙素分泌,促进骨吸收,镁还是Vit D活化过程的催化剂,镁缺乏可引起Vit D活化障碍,导致钙吸收不良,降低骨的质地、强度及密度[4]。在本实验的研究中,测定兔子血镁值低于正常值时,通过Ca/Mg值的测定证实了这一点,实验组Ca离子含量始终低于正常。组织学观察显示,术后2周,实验组的镜下骨小梁较对照组细短,而SEM下,种植体与骨之间间隙也较对照组宽20~25um,术后4周,对照组的骨小梁排列整齐,可见板层状的新生骨,而实验组的骨小梁薄而稀疏,排列不规则,新生骨连续性低。术后8周时,对照组已经达到良好的骨性结合,而实验组种植体与骨之间虽也形成了骨性结合,但组织学观察骨小梁呈岛状,薄而稀疏,排列不规则,皮质骨全域厚度要较对照组低,SEM镜下,对照组种植体与骨之间无间隙,实验组仍可见散在间隙,小于10um间隙,至术后12周,实验组在SEM下,散在间隙在小于5um之内,实验结果表明,低镁对骨代谢及种植体的骨整合率有影响,主要表现为新骨的形成速度减慢,种植体的骨接触率较同期正常者低。低镁可引起缺钙,这种缺钙状态用单纯补钙和Vit D的方法难以彻底纠正,补镁治疗后明显好转[5]。缺镁还可使血碱性磷酸酶降低及胶质形成降低,导致骨新钙晶体形成异常,新骨形成障碍。Dimai[6]报道,每天补镁可帮助预防和治疗骨量丢失,他认为,镁对细胞包括骨细胞的许多生化过程都是很需要的,镁可能直接地作用成骨细胞,刺激细胞增生。Janet[7]也认为,绝经后妇女补充镁预防骨量丢失比补钙更重要。综上所述,低镁可引起骨代谢异常,新骨生成速度减慢,骨量减少,从而使种植体骨整合率降低,因此,临床中慢性镁缺乏患者行种植手术前应需补镁。同时也提示,在行人工牙种植之前,检查血清镁是必要的。参考文献1、 Del Valle V,Faulkner G ,Wolfaardt J,Craniofacial osseointegrated implant-induced strain distribution : a numerical study .Int J Oral Maxillofac Implant,1997,12:200-2102、 许涛,贺春宝. 元素镁概论. 微量元素与健康研究,2004,21(3):60~61 3、 邵美贞,杨定焯. 镁与骨质疏松. 中国骨质疏松杂志,2003,9(3):286~2894、 eung KS,FungKP,Sher AHL,et al. Plasmabone specific alkaline phosphatase as an indicator of osteoblastic activity. J Bone Joint Surg,1993,75B: 288~292 5、 Kahn A, Gibbon R, Perkins S, et al. Age-related bone loss. Clin Orthop,1955,31(3):69~756、 Dimai Hp ,Porta S ,Wirnsberger G.,et al Daily oral magnesium supple mentation suppresses bone turnover in young adult males J Clin Endocrinol Metab,1998,83:2742-27487、 Janet Raloff. Magnesiun:another metal to bone up on. Science News Issue, 1998,29:1