初期载荷对种植体骨整合影响的研究

骨内种植以其有效而独特的支持、修复效果，被越来越多的应用于临床医学的不同领域，但在"初期载荷能否促进骨整合"这一基础问题上还存在很大争议，成为当前研究的焦点。本项目欲通过动物实验，利用组织学评价、Micro-CT分析和拔出实验相结合的技术手段，对"不同性质初期载荷如何影响骨整合进程"的问题展开纵向与横向的系统研究：将钛种植体植入大鼠胫骨，分别从术后即刻、2周、4周起，对不同的样本施加不同大小不同方向的力或力矩；利用Micro-CT，监测种植体周围骨小梁微结构随时间的变化，从而纵向评价某一类型初期载荷对骨整的影响；10周后大鼠处死，进行组织学评价和拔出实验，分析骨界面上新骨的形成情况、钙/磷/氧/碳/钛的分布趋势以及剪切强度，同时结合第10周的Micro-CT数据，从不同层次上综合系统评价不同性质初期载荷对骨整合的影响。

目的 文献报道，即刻或早期负重会显著增加种植体周围骨过载的风险。而种植初期对周围骨的生物力学行为的认知还不全面，因此本项目通过动物模型与数值模拟相结合的方式，来研究初期载荷对骨整合和重建的影响。方法 将72个种植体双侧植入36只新西兰白兔的股骨中，通过专门的加载装置，在实验组的种植体上施加不同强度的轴向载荷，从而在股骨内产生最大 von Mises应力分别为3.86MPa和7.75MPa的初始力刺激。以不承受载荷的样本为对照组。在术后第4、8、12周对样本进行组织学和组织形态测量学分析；在12周进行推出实验，测量骨—种植体界面的剪切强度。此外，建立了动物模型的3D有限元模型（FEM），模拟实验过程中周围骨质和整合面积的变换，计算不同整合阶段骨应力的变化，并结合动物实验的数据，分析周围骨对应变的响应。与此同时，本项目还基于以上结果，建立了真实患者的口内种植3D非线性FEM，模拟不同咀嚼载荷下，不同整合程度和整合位置对骨应力的影响，并对种植体的结构优化和骨整合过程的控制提供理论依据。结果 周围骨对早期载荷更加敏感。在一定强度的力刺激下，骨应力随着整合程度的增加会显著降低，但当骨整合率超过50%后，这种骨内应力降低趋势会变得非常缓慢。同时发现，骨—-种植体界面的应力分布非常不均匀，高应力主要集中在外侧和内侧的骨边缘区域，且外侧骨应力始终高于内侧骨应力。而组织切片和推出实验发现，当骨应力为1MPa左右时，能够刺激更多的新骨形成和更高的骨界面整合；当骨应力超过1.5MPa时，会诱发骨吸收；而当骨应力过低时，实验组和对照组的结果没有显著性差异。此外口内种植的计算结果显示，当皮质骨区的整合仅发生在与松质骨相邻的区域时，周围骨中的应力显著降低。结论 骨整合的过程表现为生物学与力学相互耦合的过程，种植体周围骨的应力状态与周围骨整合/重建之间相互影响，相互作用。种植初期，周围骨的承载能力较弱，早期负重会显著增加骨内的应力水平、加剧应力分布的不均，诱发边缘骨的吸收。同时认识到，骨—种植体界面的整合度并非像传统认识的那样越高越好，控制皮质骨区域的整合面积和位置对降低过载风险尤为重要。由此我们认为：采用渐进式加载模式、促进边缘骨以外区域的优先整合，甚至完全避免边缘骨区域的整合将有助于优化周围骨内的应力环境、促进骨的重建和整合、避免过载引发的骨吸收。

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