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1、中华口腔医学杂志2005年7月第40卷第4期331-334页牙体硬组织表面电位影响骨改建的实验研究张加理 郑幼洋 胡济安 陈学鹏 【摘要】目的：研究牙体硬组织表面电位与骨生长改建的关系。方法：将人牙釉质试件、牙釉质一牙本质试件、牙本质一牙骨质试件和多孔羟基磷灰石试件各25个植入25只家兔胫骨中，通过组织病理学、酶组织化学染色和四环素荧光标记方法，在术后不同时间段观察、评价各试件正负极侧的家兔胫骨骨组织改建情况。结果：光镜观察各时间段牙体试件的负极侧成骨较正极侧活跃，破骨细胞数量计数正极侧较负极侧多(P0O1)。四环素荧光标记显示负极侧荧光面积多于正极侧(P005)。结论：牙体硬组织表面电位可影
2、响骨改建。荷正电的牙釉质面促进骨的吸收破坏，荷负电的牙骨质面促进成骨。牙齿过萌与无牙颌牙槽骨萎缩可能与此有关。【关键词】牙； 电化学； 牙萌出； 牙槽骨丢失牙体硬组织具有电化学极性，已相继被国内外学者证实1-3。骨组织亦有电生理特性，其代谢活动和机械形变能够产生直流电和交变电场；外来电场也可以影响骨骼的生长与改建4,5。牙体硬组织处于牙槽骨中，其表面电位是否也影响着牙槽骨的生长与改建，并进一步影响牙齿在颌骨内的生理、病理活动?我们的目的是初步探讨牙齿硬组织表面电位与牙槽骨改建的关系。一、材料和方法1试件处理：取因牙周病或正畸拔除的无龋坏恒磨牙，清洁处理后将牙体不同部位硬组织切割成1.5 mm1
3、.0 mm x 3.0 mm的牙釉质试件(enamel sample，ES)、牙釉质一牙本质试件(enameldentine sample，EDS)、牙本质一牙骨质试件(dentincementum sample，DCS)各3O个。切割要求如下：高度与牙体的外表面平行或近似平行，尽量使釉柱和(或)牙本质小管垂直于3.0 mm1.0 mm切面，牙骨质保持完整，同时标记近髓腔侧和远髓腔侧(相距1.5 mm)。将人工合成的多孔羟基磷灰石条块(hydroxyapatide，HA)(浙江大学赵士芳教授馈赠，HABP-C 10102O，四川大学生物材料工程研究中心研制)制成同等大小试件3O个。所有试件经四
4、氢呋喃萃取48 h，蒸馏水漂洗48 h，高压蒸汽消毒后备用。2表面电位测量(在试件高压蒸气消毒后半天内完成)：随机各取5块ES、EDS、DCS测量表面电位。2个甘汞电极(上海康宁电光技术有限公司)分别与电位表正负极相连，2个盐桥(上海康宁电光技术有限公司)分别与牙体试件的近髓腔侧和远髓腔侧接触，以0.1 molL氯化钾溶液为电解质，以近髓腔侧为参照点，测量牙体试件近髓腔侧与远髓腔侧间的表面电位值3(图1)。每次测量完毕将试件置于蒸馏水中漂洗30 min后，重复测量，每个试件连续测量3次，取均值。同法随机选取5个HA试件，测量表面电位值。3动物实验方法(在试件高压蒸气消毒后1天内完成)：选用健康
5、成年家兔25只(浙江大学医学院动物房提供，普通级)，雌性12只，雄性13只，体重2.3 kg3.1 kg，平均26 kg。选一侧后肢为实验对象，用牙用直钻(德国Email Lange公司)在胫骨干前方近骺端造成5个纵向长3 mm、宽1.5 mm、深略大于1 mm的骨质箱状缺损(涉及骨松质和骨皮质，以骨松质为主)，依次在缺损中按标记方向植入试件ES、EDS、DCS和HA(手术对照)，另留一缺损作为空白对照。分层缝合，关闭创口。常规肌注抗生素3天。4动物分组和处理：25只家兔随机均分成5组，分别于术后1周、2周、4周、6周、8周处死一组动物。每组中4只家兔的胫骨标本经固定、脱钙，按常规组织学方法制
6、成连续石蜡切片，分别行HE染色和TRAP染色，光镜观察6。另外1只家兔，参照杨连甲等7的方法，以3 盐酸四环素(美国Amresco公司)按50 mgkg体重剂量于处死前1周臀大肌注射，处死后将胫骨标本固定、脱水、浸蜡、手工磨制成厚度为5O m左右的不脱钙磨片。5观察指标与标准：均以试件近髓腔侧和远髓腔侧的植床为观察对象。(1)新骨沉积评价标准：根据植床内新骨与胫骨或试件的线性接触长度占植床长度的比例，将新骨形成情况计为：一(无接触)、+(23)4个等级。(2)破骨细胞计数标准：计数植床相同面积内TRAP染色阳性的细胞数。(3)四环素荧光标记观察与分析：不脱钙磨片标本在荧光显微镜下观察植床的四环
7、素荧光标记反应，沿试件与胫骨边缘随机照相，照片经扫描后输入计算机进行图像分析，测量荧光标记区面积占视野面积的比例。6统计学处理：采用SPSSIO.0 for Windows软件包，对新骨沉积观察结果，进行等级资料的Wilcoxon秩和检验，对破骨细胞计数结果和四环素荧光标记结果，进行非配对资料的t检验，P0.05为有统计学意义。二、结 果1表面电位测量：每个牙体硬组织试件均能测出电位值且方向恒定，平均电位值：ES(一3.141.1 1)mV，EDS(一2.781.30)mV，DCS(6.35土2.52)mV。根据电化学的双电层原理，分别将它们的远髓腔侧记为E+、E+ 和C-，近髓腔侧记为E-、
8、D-和D+。部分HA试件也能测出电位，但绝对值小且电位方向无一致性，平均值(0.O10.00)mV,记为无极性。2动物实验：实验动物全部存活，创口一期愈合。光镜观察，术后1周处死组，可见试件与胫骨植床之间充满含少量炎症细胞的疏松的纤维结缔组织。在牙体试件的正极侧(E+、D+)胫骨边缘出现明显的骨吸收陷窝，以E+侧最为典型(图2)；负极侧(E-、D-、C -)有新生骨小梁从缺损区边缘的骨组织向试件一侧生长(图3)。HA试件植床未见骨吸收陷窝和新骨沉积。空白对照的胫骨缺损表面有少量类骨质沉积。术后24周时，牙体试件负极侧的骨小梁逐渐增粗、钙化。正极侧植床表面出现骨小梁，有较多的破骨细胞散在分布，新
9、骨长入蚕食状的骨吸收陷窝。HA试件大部分被结缔组织包围，新骨形成少。空白对照形成的骨小梁密度较C-或D-处低。术后6周和8周，除E+表面仍有少量结缔组织附着外，牙体试件与胫骨间已无结缔组织分隔，开始形成完整的骨性结合，其中C-与胫骨结合最为紧密。HA试件周围仍有较多致密的结缔组织，空白对照的缺损被新生骨组织填充，骨小梁结构疏松，其间仍有纤维结缔组织。纵观进行光镜观察的60个牙体试件，负极侧植床成骨活跃，新生骨质的分布较正极侧多（经等级资料的Wilcoxon秩和检验，差异有统计学意义，P0.01）(表1)；其中C-侧成骨最活跃；2周处死组正负极侧差异最明显（P0.05），随着时间推移，差别逐渐缩
10、小。TRAP染色阳性的破骨细胞，数量在正极侧较负极侧多（t=5.149，P0.05）外，其余组的差异均有统计学意义（P0.05）。牙本质、牙骨质对应植床的新骨形成较空白对照或HA术区多且致密（P0.05）。经荧光标记的不脱钙磨片均可见金黄色的四环素荧光标记反应区，位于新生骨组织，标记区环绕试件-骨界面分布。其中负极侧荧光面积多于正极侧（表3），经t检验，P0.05，差异有统计学意义；荧光标记区与E-、D-、D+、或C-有直接接触，与E+则无直接接触或接触少（图4,5）。三、讨 论1牙体硬组织表面电位牙体硬组织存在电化学现象，已经得到了国内外学者的广泛认同。本项实验测量不同牙体硬组织试件两极问的
11、电位差，尽管绝对值较小，但方向恒定，且与整个离体牙研究结果相符3，亦与Vogel等1的测试结果一致。Ciombor和Aaron8 认为促进骨组织生长的电场参数设计，以能在组织上产生110 mV的诱导电位为宜。因此，本项实验的牙体硬组织表面电位足以影响骨改建。HA试件不存在本项实验条件下可以测得的表面电位，这可能与人工合成HA内晶体排列的不一致性有关。2试件正、负极侧与家兔胫骨骨改建的关系骨组织的改建修复受到多方面因素的影响。外来电场的负极能诱导成骨细胞的形成与分化，可以缩短骨不连、骨折患者的愈合时间8，9。破骨细胞同样也受到各种因素(包括电磁场)的影响10。本项实验中牙体试件负极侧植床的成骨活
12、跃，新生骨质的分布较正极侧多，较HA试件多，也较空白对照多；各牙体试件的正极侧新骨形成则相对较少，E+侧植床还发生了明显的破骨吸收相。因此，我们认为荷不同表面电位的牙体硬组织影响了骨组织的改建。这种影响作用在植入早期，也就是骨改建活跃期表现明显(术后12周)；随着骨缺损的愈合，正负极侧的差异被逐渐掩盖。这种表现除与骨愈合规律吻合外，还可能因为本项实验条件下试件被植入电解质环境中，且试件厚度小，易被电解质屏蔽，其作用也逐渐缩小。3牙齿硬组织表面电位的临床意义过萌是由于牙齿在建胎后继续萌出所造成的，为机体因殆面不断磨耗而损失垂直距离的一种补偿；或是在对胎牙缺损、缺失情况下的伸长现象。根据本项实验结
13、果，我们提出了牙齿过萌的电化学假说：在人体环境中，牙齿萌出后，荷正电的牙釉质暴露于口腔中，失去了持续的破骨诱导功能，但由于咀嚼、刷牙等行为使电解质屏蔽无法持续，保证了存在于骨性环境中的荷负电的牙骨质，继续发挥促进成骨的作用，导致牙槽骨不断沉积，牙齿就有不断向胎面方向延伸的趋势；正常情况下，由于对胎牙的存在及咀嚼作用，造成对牙槽骨的压力，产生正电位(压电效应)，而促进牙槽骨破骨吸收；这一成骨与破骨的力量平衡一旦因为咬合接触的丧失，就可能表现为牙槽骨沉积占优势，牙齿出现了过萌。由此可见，牙齿硬组织本身产生的电能可能与机械力导致的电能共同影响着牙槽骨的生长与改建。另外，缺牙侧牙槽骨容易吸收萎缩，较为
14、公认的观点是：无牙区的牙槽骨萎缩主要是因为丧失了牙齿的机械刺激等作用。但临床中可见，即使残根无功能，牙槽骨的萎缩仍明显较没有牙根者少。我们的实验结果也表明，荷负电的牙骨质还可以促进成骨，Ortman等11应用电磁场预防狗拔牙后的剩余牙槽嵴吸收也获得成功。因此，无牙或缺牙的牙槽骨萎缩可能与失去牙齿的电诱导有关。临床中保存残留牙根，就保留了牙体硬组织的电诱导功能，可以防止或减少牙槽骨萎缩。志谢 浙江大学医学院口腔系赵士芳教授、李松英老师和浙江大学高分子材料与化工系计剑教授、王惠光博士的大力帮助参 考 文 献1 Vogel GL，Mao Y，Carey CM，et a1Changes in the
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