低鎂狀態(tài)對種植體骨整合影響的實(shí)驗(yàn)研究
[摘要] 目的 通過建立低鎂動(dòng)物模型研究低鎂狀態(tài)對種植體骨整合的影響。方法：純種哈白兔24只，隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和對照組，分別用低鎂飼料飼養(yǎng)和普通飼料飼養(yǎng)，在每只動(dòng)物脛骨近中干骺部植入二枚種植體，分別于術(shù)后第2、4、8、12周切取標(biāo)本，進(jìn)行組織學(xué)、X線及掃描電鏡觀察。結(jié)果：低鎂狀態(tài)可以導(dǎo)致種植體骨整合率下降，新骨生成速度減慢。結(jié)論：臨床鎂缺乏患者在做牙種植手術(shù)前有補(bǔ)鎂治療的必要性。關(guān)鍵詞：低鎂 ，種植體 ，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 ; 自從Branemark教授提出的骨整合理論被充分肯定后，人工牙種植技術(shù)在臨床得到了較廣泛的應(yīng)用，為了進(jìn)一步提高人工牙種植的成功率，國內(nèi)外學(xué)者對其進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)與臨床研究，尤其是與骨代謝有關(guān)的一些元素對種植牙愈合的影響已成為這一領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，但鎂對種植骨整合的影響尚無文獻(xiàn)報(bào)道。本研究通過建立低鎂家兔動(dòng)物模型，在其脛骨植入純鈦種植體，旨在研究低鎂狀態(tài)對種植體骨整合的影響。1．材料與方法1.1 材料BLB種植體，北京萊頓材料有限公司（荷蘭）提供。SUNI EXPERT SYSTEM種植機(jī)，法國制造。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為純種健康哈白兔24只，雄性，5月齡，體重 2.5~4kg。 DPX-MD型雙能X線機(jī)。低鎂飼料，北京中科院動(dòng)物研究所提供。-低Mg（〈5000mg/kg〉飼料配方蛋白質(zhì)面粉淀粉植物油草粉纖維素混合維生素AIN礦物鹽（無Mg）DL-蛋氨酸氯化膽堿22%10%53%2%1%9%0.05%2.5%0.3%0.15%1.2 方法1.2.1 動(dòng)物模型的建立：哈白兔24只，隨機(jī)分兩組，實(shí)驗(yàn)組定量低鎂飼料飼養(yǎng)（150g/d）,每天3次，飲用水為蒸餾水，不限量。，對照組普通飼料喂養(yǎng)，自由飲水，飼養(yǎng)溫度20攝氏度--22攝氏度，相對濕度為40%--70%。定期測定血鎂值，實(shí)驗(yàn)組的血鎂值低于標(biāo)準(zhǔn)值后（兔子血鎂正常值為0.5－0.8%（5000mg/千克~8000mg/千克）進(jìn)行種植手術(shù)。通過預(yù)實(shí)驗(yàn)得知低鎂飼養(yǎng)4周可獲得低鎂動(dòng)物模型。1.2.2 種植體的植入 以2.5%的硫噴妥鈉行耳緣靜脈注射麻醉30mg/kg，待麻醉生效后，將兔取仰臥位固定于手術(shù)臺上，常規(guī)備皮消毒后，在右側(cè)脛骨內(nèi)側(cè)近中骨骺區(qū)做長約5cm切口，切開皮膚，暴露骨面，用1800r/s的轉(zhuǎn)速，在持續(xù)生理鹽水冷卻下制備直徑3.5mm深5mm的種植窩，然后植入兩枚直徑3.5mm長度5.0mm的BLB純鈦種植體，二者相隔15mm，分層縫合骨膜，皮下組織和皮膚。術(shù)后肌肉注射慶大霉素1萬u/kg,每天2次，連續(xù)用藥3天。1.2.3 標(biāo)本的獲取 每組兔隨機(jī)分4組，每組3只，分別于種植體植入后第2、4、8、12周用耳緣靜脈空氣栓塞法處死動(dòng)物，以金剛砂片割取脛骨近端，去凈軟組織及骨膜，從二枚種植體中間切割，形成兩個(gè)帶種植體骨標(biāo)本，種植體位于其中。1.3 指標(biāo)的測定1.3.1 X線檢查 各兔于種植體植入后當(dāng)日及獲取標(biāo)本當(dāng)天拍攝右側(cè)脛骨正側(cè)位片，觀察種植體的植入情況、骨組織與種植體的結(jié)合情況、骨組織吸收情況等。1.3.2血清Ca/Mg 值測定 耳緣靜脈采血4ml（放入離心管），標(biāo)本血液離心獲得血清，用0.5%高純HNO 3溶液稀釋5倍，快脈沖霧化火焰原子吸入直接測定其中的Ca、Mg含量，計(jì)算血清Ca/Mg值。1.3.3 光鏡 (組織學(xué)觀察)用金剛砂片骨標(biāo)本修成4mm*4mm*6mm的骨塊，種植體位于中央。標(biāo)本經(jīng)固定.脫鈣后輕輕拔出種植體，沿種植體長軸垂直切開骨組織，系列脫水、石蠟包埋，沿種植體長軸切片，蘇木精-伊紅（HE）染色，觀察種植體—骨組織界面的結(jié)合類型和結(jié)合情況。1.3.4 掃描電鏡（SEM） 取另一塊標(biāo)本用中性磷酸緩沖液配制的3%戊二醛4攝氏度下固定24h后， 0.9%NS和0.1MPBS反復(fù)沖洗，超聲波震蕩器內(nèi)洗滌5~10min,系列酒精脫水，醋酸異戊酯置換酒精，CO2臨界點(diǎn)干燥（冷凍干燥），磨片標(biāo)本真空噴碳，鍍金膜后，作掃描電鏡觀察，觀察種植體—骨組織結(jié)合情況。1.3.5 骨整合率測定（BCSR） 光鏡下所獲得的照片中，測定完全位于骨內(nèi)的種植體的長度，再測定相應(yīng)區(qū)域內(nèi)骨與種植體的接觸長度。然后按以下公式計(jì)算： 骨與種植體的接觸長度（mm）=新生骨接觸種植體表面的總和種植體的長度（mm）=植入骨組織內(nèi)種植體的周圍長度骨整合率=骨與種植體的接觸長度/種植體的長度*100% 。2. 結(jié)果2.1 X線攝片觀察 種植體植入即日X-線片顯示種植體周圍有透射區(qū)；植入2周后，種植體周圍骨組織致密度增加；植入4周后，對照組種植體與周圍骨緊密接觸，X線透射區(qū)消失；實(shí)驗(yàn)組種植體周圍仍可見透射區(qū)；植入第8、12周后，實(shí)驗(yàn)組種植體周圍可見密度減低區(qū)；2.2 組織學(xué)觀察植入后2周，對照組可見種植體表面有大量的類骨質(zhì)形成，骨界面主要表現(xiàn)為具有板層狀結(jié)構(gòu)的骨小梁互相連接，呈網(wǎng)狀，種植體表面皮質(zhì)骨全域稍增厚，和板層狀的新生骨相連接，和新生骨無接觸的部分和薄層的結(jié)締組織相接。此外，在海綿骨部，種植體表面的大部分均勻覆蓋一層新生骨。和新生骨無接觸的種植體表面和骨髓組織接觸，骨髓腔大部分被骨髓細(xì)胞充滿，其間存在脂肪細(xì)胞；實(shí)驗(yàn)組可見種植體周圍有大量板層狀構(gòu)造的骨小梁，但比較細(xì)短，也可見呈島狀的骨小梁，種植體表面在皮質(zhì)骨部和較厚的成熟的板層狀新生骨相接與對照組呈現(xiàn)相同。植入后4周，對照組可見種植體表面幾乎完全被類骨質(zhì)包繞，骨小梁排列較整齊,在海綿骨部，種植體表面完全被覆蓋厚度均一的板層狀新生骨。與種植體無接觸的種植體表面與骨髓接觸。骨髓腔大部分被骨髓細(xì)胞充滿，其間存在脂肪細(xì)胞；實(shí)驗(yàn)組可見種植體表面在皮質(zhì)骨部全域和較厚的成熟板層狀新生骨相接，骨小梁呈島狀，薄而稀疏，排列不規(guī)則，在海綿骨部，種植體表面與植入后2周呈現(xiàn)相同，大部分覆蓋一層新生骨，與新生骨無接觸的種植體表面和骨髓組織接觸，骨髓腔大部分被骨髓細(xì)胞充滿，其間存在脂肪細(xì)胞。植入后8周，對照組種植體在皮質(zhì)骨的部分與骨達(dá)到良好的骨性結(jié)合，骨小梁排列整齊，致密，界面處骨組織非常成熟可見明顯的板層骨；實(shí)驗(yàn)組可見種植體周圍骨小梁失去了小梁間的連接，比植入后4周細(xì)，呈島狀，薄而稀疏，種植體表面大部分由新生骨覆蓋，但這些新生骨的厚度比植入后4周呈菲薄狀。此外，雖有部分新生骨和海綿狀骨連接，但比植入后4周相比，明顯減少。沒有和新生骨接觸的種植體表面與骨髓相接。植入后12周，對照組種植體周圍的骨小梁和種植體接觸的新生骨及骨髓組織和植入后8周呈大致相同的表現(xiàn)；植入后12周，種植體表面在皮質(zhì)骨部，和植入后8周同樣全域增厚和成熟的板層狀新生骨相接，骨小梁與植入后8周同樣纖細(xì)，呈島狀，薄而疏。此外，在海綿骨部，種植體表面大范圍被新生骨所覆蓋。和骨髓組織接觸部分隨處可見，而且，新生骨的厚度薄而平滑，和植入后8周大致相同。2.3 掃描電鏡觀察植入后2周，對照組種植體與骨之間可見一條寬15~23um較均勻的間隙，骨與種植體的界面較規(guī)整，種植體-骨界面的骨組織呈篩狀，纖維成分多，實(shí)驗(yàn)組種植體與骨之間，可見一條寬35~50um,不規(guī)整的間隙，其間未見骨化團(tuán)塊，種植體與骨界面的骨組織也呈篩狀，纖維成分多。植入后4周，對照組種植體與骨之間幾乎見不到間隙，二者接觸緊密，種植體與骨組織達(dá)到骨性結(jié)合，骨組織較致密。實(shí)驗(yàn)組種植體與骨之間可見一條寬25~30um的間隙，骨與種植體的界面較平滑，但仍可見部分篩狀骨組織。植入后8周，對照組種植體與骨之間無間隙達(dá)到良好的骨性結(jié)合。實(shí)驗(yàn)組種植體與骨之間尚有少量的散在間隙，小于10um的間隙，仍可見篩狀骨組織，篩狀孔變小 。植入后12周，對照組種植體與骨之間與植入后8周呈現(xiàn)相同。實(shí)驗(yàn)組種植體與骨之間結(jié)合緊密，仍存在少量散在的間隙在5um之內(nèi)，可見篩狀骨組織。2.4 血清Ca/Mg值測定表1 兩組血清鈣、鎂含量的比較 （mmol/l , n=6, ±s） 周 對照組 實(shí)驗(yàn)組鈣鎂鈣鎂術(shù)當(dāng)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：對照組與實(shí)驗(yàn)組比較，*P<0.012.5 種植體的骨整合率兩組種植體的骨整合率（%）如表1，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析表明，2周時(shí)兩組種植體骨接觸率存在顯著差異（P<0.01）；4周時(shí)對照組高于實(shí)驗(yàn)組，且有顯著性差異（P<0.05）,8—12周時(shí)兩組種植體的骨接觸率差異（P>0.05）， 種植體骨接觸率（%）組別2W4W8W12W對照組72.290.298.299.8實(shí)驗(yàn)組52.2**84.2*90.5*97.5注：對照組與實(shí)驗(yàn)組比較，**P<0.01,*P<0.053．討論種植部位的骨質(zhì)量和骨量是影響種植體長期成功種植的重要因素[1]，骨整合率是反映種植體與骨結(jié)合程度的較為準(zhǔn)確、可靠的指標(biāo)，受種植體材料、骨質(zhì)量、骨密度及骨代謝等因素影響，近年來的研究表明，鎂元素在骨折愈合等代謝過程中起重要作用。由于種植體骨結(jié)合骨折愈合的成骨方式相似，所以研究低鎂狀態(tài)下種植體周圍骨組織代謝及對種植體骨結(jié)合的影響很有必要。《實(shí)驗(yàn)兔配合飼料》國家標(biāo)準(zhǔn)要求，飼料中Mg的含量為0.5%（5000mg/千克）~0.8%（8000mg/千克）才能滿足兔的營養(yǎng)需要。飼料中Mg的含量低于0.5%（5000mg/千克）即可成為低鎂飼料。實(shí)驗(yàn)證明通過低鎂飼料可獲得低鎂動(dòng)物模型。鎂是機(jī)體生長代謝必須的一種常量元素，鎂參與了蛋白質(zhì)、核酸的合成，體內(nèi)300多種酶的代謝是由鎂離子調(diào)節(jié)的[2]。人體內(nèi)60%的鎂存在于骨組織中，在骨代謝中起關(guān)鍵作用[3]。鎂不足時(shí)可刺激甲狀旁腺素和降鈣素分泌，促進(jìn)骨吸收，鎂還是Vit D活化過程的催化劑，鎂缺乏可引起Vit D活化障礙，導(dǎo)致鈣吸收不良，降低骨的質(zhì)地、強(qiáng)度及密度[4]。在本實(shí)驗(yàn)的研究中，測定兔子血鎂值低于正常值時(shí)，通過Ca/Mg值的測定證實(shí)了這一點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)組Ca離子含量始終低于正常。組織學(xué)觀察顯示，術(shù)后2周，實(shí)驗(yàn)組的鏡下骨小梁較對照組細(xì)短，而SEM下，種植體與骨之間間隙也較對照組寬20~25um,術(shù)后4周，對照組的骨小梁排列整齊，可見板層狀的新生骨，而實(shí)驗(yàn)組的骨小梁薄而稀疏，排列不規(guī)則，新生骨連續(xù)性低。術(shù)后8周時(shí)，對照組已經(jīng)達(dá)到良好的骨性結(jié)合，而實(shí)驗(yàn)組種植體與骨之間雖也形成了骨性結(jié)合，但組織學(xué)觀察骨小梁呈島狀，薄而稀疏，排列不規(guī)則，皮質(zhì)骨全域厚度要較對照組低，SEM鏡下，對照組種植體與骨之間無間隙，實(shí)驗(yàn)組仍可見散在間隙，小于10um間隙,至術(shù)后12周，實(shí)驗(yàn)組在SEM下，散在間隙在小于5um之內(nèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低鎂對骨代謝及種植體的骨整合率有影響，主要表現(xiàn)為新骨的形成速度減慢，種植體的骨接觸率較同期正常者低。低鎂可引起缺鈣，這種缺鈣狀態(tài)用單純補(bǔ)鈣和Vit D的方法難以徹底糾正，補(bǔ)鎂治療后明顯好轉(zhuǎn)[5]。缺鎂還可使血堿性磷酸酶降低及膠質(zhì)形成降低，導(dǎo)致骨新鈣晶體形成異常，新骨形成障礙。Dimai[6]報(bào)道，每天補(bǔ)鎂可幫助預(yù)防和治療骨量丟失，他認(rèn)為，鎂對細(xì)胞包括骨細(xì)胞的許多生化過程都是很需要的，鎂可能直接地作用成骨細(xì)胞，刺激細(xì)胞增生。Janet[7]也認(rèn)為，絕經(jīng)后婦女補(bǔ)充鎂預(yù)防骨量丟失比補(bǔ)鈣更重要。綜上所述，低鎂可引起骨代謝異常，新骨生成速度減慢，骨量減少，從而使種植體骨整合率降低，因此，臨床中慢性鎂缺乏患者行種植手術(shù)前應(yīng)需補(bǔ)鎂。同時(shí)也提示，在行人工牙種植之前，檢查血清鎂是必要的。參考文獻(xiàn)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、 許濤，賀春寶. 元素鎂概論. 微量元素與健康研究，2004，21（3）：60~61 3、 邵美貞，楊定焯. 鎂與骨質(zhì)疏松. 中國骨質(zhì)疏松雜志，2003，9（3）：286~2894、 eung KS，F(xiàn)ungＫＰ，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
