下頜升支截骨術(shù)加速正畸牙移動的實(shí)驗(yàn)研究*

譚儉琴， 唐正龍， 李永頔， 王冬香， 陳友利， 高瓊， 董強(qiáng)

(1.貴州醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院 口腔頜面外科， 貴州 貴陽 550004； 2.貴陽中醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院 口腔科， 貴州 貴陽 550003； 3.貴州省人民醫(yī)院 口腔頜面外科， 貴州 貴陽 550002)

近年的研究發(fā)現(xiàn)，采用先行正頜外科手術(shù)治療后再正畸治療的手術(shù)優(yōu)先方法(surgery-first approach,SFA)矯治骨性牙頜面畸形，術(shù)后患者面部畸形得到明顯改善，同時正畸牙移動速度加快，明顯縮短了正畸治療時間[1-3]。但有關(guān)SFA加速正畸牙移動的調(diào)控機(jī)制尚不清楚。臨床研究發(fā)現(xiàn)正頜外科手術(shù)可使牙槽骨的破骨活性增加，從而使術(shù)后正畸牙移動速度增加[4]。盡管有牙間骨皮質(zhì)切開術(shù)和上頜Le Fort Ⅰ型截骨術(shù)后加速正畸牙移動的臨床和實(shí)驗(yàn)研究報道[5-7]，但缺乏下頜骨正頜外科術(shù)對正畸牙移動速度影響及其調(diào)控機(jī)制分析的研究資料。本研究通過建立兔下頜升支截骨術(shù)和下頜正畸牙移動實(shí)驗(yàn)動物模型，測量下頜升支截骨手術(shù)后正畸牙移動速度，檢測術(shù)后成骨與破骨代謝生化標(biāo)志物的變化，初步探索下頜骨正頜外科手術(shù)加速正畸牙移動的機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物

選用48只SPF級成年新西蘭大耳白兔，5～6月齡，體質(zhì)量2.20～2.50 kg,雌雄不限。動物合格證號為SCXK(渝)2007-2005，購買后分籠飼養(yǎng)于貴州醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動物中心，常溫分開圈養(yǎng)1周,統(tǒng)一管理。每只兔每天供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)顆粒兔料350 g，自由飲用流動自來水。實(shí)驗(yàn)方案獲得貴州醫(yī)科大動物實(shí)驗(yàn)倫理學(xué)委員會批準(zhǔn)。

1.2 方法

1.2.1實(shí)驗(yàn)分組 48只實(shí)驗(yàn)動物隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和對照組，每組24只。實(shí)驗(yàn)組選取正畸牙同側(cè)下頜骨實(shí)施下頜升支截骨術(shù)，對照組僅作軟組織切開分離、不行升支截骨術(shù)。兩組術(shù)后第1天以約85 g力值牽引下頜第一磨牙近中移動。

1.2.2建立兔下頜第一磨牙正畸移動模型 用3%戊巴比妥鈉溶液按1 mL/kg耳緣靜脈注射麻醉，取仰臥位固定兔的四肢及頭部，用0.20 mm正畸結(jié)扎絲結(jié)扎兩顆下頜切牙于一整體，作為移動下頜第一磨牙的支抗牙，并于遠(yuǎn)中側(cè)制作牽引鉤；隨機(jī)選取一側(cè)下頜第一磨牙臨床牙冠1/2處頰舌側(cè)磨一固位溝，然后于固位溝處用0.20 mm正畸結(jié)扎絲結(jié)扎并于近中側(cè)做一牽引鉤；用慕斯線將鎳鈦拉簧連接固定于下頜第一磨牙與下頜切牙之間，正畸移動時調(diào)整拉簧拉力85 g，將下頜第一磨牙牽引向近中移動。

1.2.3建立兔下頜升支截骨術(shù)模型 麻醉生效后，實(shí)驗(yàn)組動物選取正畸牙同側(cè)下頜骨實(shí)施下頜骨升支截骨術(shù)，對照組不做下頜骨升支截骨。切口設(shè)計為下頜骨中部至下頜角長約3.5 cm，沿切口暴露下頜骨體部外側(cè)面。沿升支乙狀切跡橫向至下頜升支前緣后方，再斜向下達(dá)下頜骨體后部，全層截開下頜骨。截骨期間用滅菌生理鹽水沖洗冷卻。分別于下頜骨體部及下頜升支處，采用兩塊微型鈦板進(jìn)行堅強(qiáng)內(nèi)固定(圖1)，充分止血分層縫合切口。于手術(shù)后第5、7、14及21天4個時間點(diǎn)，各處死6只家兔，檢測下列指標(biāo)。

1.2.4測量正畸牙近中移動距離 正畸牽引第5、7、14及21天時用硅橡膠取下頜牙列模型，用游標(biāo)卡尺(測量精度0.01 mm，北京圣瑪科技有限公司)測量下頜第2磨牙的近中邊緣嵴與下頜第一磨牙的遠(yuǎn)中邊緣嵴之間的寬度即為第一磨牙近中移動距離，重復(fù)測量3次；并計算各個時間段內(nèi)正畸牙移動速度，測量方法為各個時間點(diǎn)上所測量的移動距離相減后再除以相對應(yīng)的時間。

1.2.5牙周組織形態(tài)學(xué)觀察 正畸牽引第5、7、14及21天時各組處死6只實(shí)驗(yàn)動物，截取正畸牙及其周圍牙周膜、牙槽骨的組織塊，4 ℃下用4%多聚甲醛固定24 h后，10%EDTA脫鈣液中脫鈣6周。梯度乙醇逐級脫水，常規(guī)石蠟包埋。制作厚度為4 μm的連續(xù)石蠟切片，常規(guī)HE染色，光學(xué)顯微鏡下觀察正畸牙牙周組織形態(tài)學(xué)改變。

1.2.6牙周骨組織破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞計數(shù) 正畸牙牙周組織分別行堿性磷酸酶染色顯示成骨細(xì)胞，抗酒石酸酸性磷酸酶染色顯示破骨細(xì)胞，在光學(xué)顯微鏡下觀察成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞形態(tài)并計數(shù)。計數(shù)方法：每例切片選取10個視野，在100倍光學(xué)顯微鏡下觀察并計數(shù)破骨細(xì)胞，在200倍光學(xué)顯微鏡下計數(shù)成骨細(xì)胞。

1.2.7血清堿性磷酸酶及Ⅰ型膠原羧基末端肽水平檢測 加載正畸力前1天、加載正畸力后第5、7、14及21天時，經(jīng)兔耳緣靜脈抽取靜脈血3 mL，離心后取其血清備用。按使用說明采用ELISA法檢測血清堿性磷酸酶和Ⅰ型膠原羧基末端肽水平變化，試劑盒購自中國上海研輝生物科技有限公司。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)動物反應(yīng)

下頜第一磨牙正畸移動第5天，可見下頜第一磨牙開始近中移動，下頜升支截骨部位已有纖維骨痂形成，但截骨線仍清晰可見(圖1)。兩組實(shí)驗(yàn)動物術(shù)后3 d內(nèi)精神食欲較差，隨后逐漸恢復(fù)。兩組實(shí)驗(yàn)動物正畸裝置無松脫，固定良好；下頜切牙及第一磨牙牙冠周圍牙齦未見紅腫，下頜切口愈合良好，無感染征象，隨固定時間延長，第21天時，對照組和實(shí)驗(yàn)組下頜第一磨牙已向近中移動，第一磨牙與第二磨牙間出現(xiàn)較大間隙；實(shí)驗(yàn)組下頜升支截骨部位已愈合，正畸裝置去除后，實(shí)驗(yàn)組下頜升支截骨部位逐漸愈合(圖1)。實(shí)驗(yàn)過程中無實(shí)驗(yàn)動物死亡。

圖1 兔下頜升支截骨術(shù)模型及家兔正畸牙移動頜骨標(biāo)本Fig.1 Mandibular ramus osteotomy model and mandible specimens of orthodontic tooth movement

2.2 正畸牙的近中移動速度

兩組家兔下頜第一磨牙在正畸牽引力的作用下向近中移動。實(shí)驗(yàn)組加載正畸力后，正畸牙近中移動的總距離大于對照組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.09)，見表1。兩組家兔正畸牙各階段移動規(guī)律相同，在加載正畸力后第1～5天、第5～7天這兩個時間段，兩組正畸牙移動速度均較快，且實(shí)驗(yàn)組的近中移動速度較對照組快，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見圖2。

表1 兩組家兔正畸牙近中移動距離Tab.1 Orthodontic tooth movement in the mesial direction in both groups

(1)與對照組比較，P<0.05

圖2 兩組家兔各時間段正畸牙近中移動速度Fig.2 Orthodontic tooth movement speed in each time period in both groups

2.3 正畸牙的牙周組織形態(tài)學(xué)

兩組家兔正畸牙牙周組織均有活躍的骨改建活動：張力側(cè)牙周組織在加力的第5、7及14天時，牙周膜持續(xù)增寬，骨壁邊緣的成骨細(xì)胞也逐漸增多，可見新生骨組織；第21天時，骨壁邊緣成骨細(xì)胞開始減少；兩組壓力側(cè)牙周組織在加力的第5、7天時，可見牙周膜厚度變窄，牙槽骨邊緣變得不平整，骨吸收陷窩內(nèi)可見大而多的多核破骨細(xì)胞；在第14天時，骨吸收開始趨于平穩(wěn)，破骨細(xì)胞數(shù)減少。見圖3。

注：加力第14天時，張力側(cè)骨小梁周圍的成骨細(xì)胞很多，單層排列在牙槽骨表面，有較多的新生血管和結(jié)締組織充滿骨小梁間隙；加力第7天時，壓力側(cè)骨壁邊緣的骨吸收陷窩變多、變大，牙槽骨吸收明顯呈鋸齒狀，在骨吸收陷窩內(nèi)可見破骨細(xì)胞圖3 兩組家兔正畸第14天時張力側(cè)及第7天時壓力側(cè)牙周組織(HE，×40)Fig.3 Periodontal tissue on the tension side on the 14th day and the pressure side on the 7th day after orthodontic treatment in both groups

2.4 牙周組織中成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞計數(shù)

成骨細(xì)胞主要分布在張力側(cè)的牙周組織內(nèi)，成骨細(xì)胞染色后成粉紅色，排列在骨壁邊緣(表2、圖4)。在加力第5、14及21天時，實(shí)驗(yàn)組家兔張力側(cè)牙周組織中的成骨細(xì)胞數(shù)均高于對照組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。兩組家兔張力側(cè)牙周組織中成骨細(xì)胞數(shù)量在加力后第5天時逐漸增多，在第14天達(dá)到峰值，在第21天時數(shù)量減少。破骨細(xì)胞主要分布在壓力側(cè)的牙周組織內(nèi)，破骨細(xì)胞染色后成深紅色，胞體大、形狀不規(guī)則，實(shí)驗(yàn)組家兔的破骨細(xì)胞數(shù)目明顯多于對照組，見表3、圖4。正畸移動過程中，破骨細(xì)胞數(shù)量在加力后第7天時數(shù)目較多，隨著時間推移并未減少，在加力后第5、7及14天時，實(shí)驗(yàn)組家兔壓力側(cè)牙周組織中的破骨細(xì)胞數(shù)均高于對照組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

注：成骨細(xì)胞染色后成粉紅色，排列在骨壁邊緣，可見張力側(cè)新生骨組織形成，實(shí)驗(yàn)組的成骨細(xì)胞數(shù)量明顯多于對照組；破骨細(xì)胞染色后成深紅色，胞體大、形狀不規(guī)則，實(shí)驗(yàn)組的破骨細(xì)胞數(shù)目明顯多于對照組圖4 兩組家兔張力側(cè)牙周組織成骨細(xì)胞染色及壓力側(cè)牙周組織破骨細(xì)胞染色Fig.4 Osteoblast staining in tension side periodontal tissue and osteoclast staining in pressure side periodontal tissue in both groups

組別張力側(cè)牙周組織成骨細(xì)胞(個)第5天第7天第14天第21天對照組28.35±6.9144.13±3.96(2)48.18±2.93(2)28.98±3.32實(shí)驗(yàn)組40.83±6.87(1)46.85±3.4462.13±2.83(1)(2)50.33±8.85(1)(2)

(1)與對照組比較，P<0.05；(2)與同組加力后第5天比較，P<0.05

組別壓力側(cè)牙周組織破骨細(xì)胞(個)第5天第7天第14天第21天對照組10.78±2.1912.8±5.088.55±0.878.75±1.7實(shí)驗(yàn)組16.68±4.28(1)21.25±3.32(1)14.93±2.37(1)9.93±1.01

(1)與對照組比較，P<0.05

2.5 血清堿性磷酸酶和Ⅰ型膠原羧基末端肽水平

兩組兔血清中的堿性磷酸酶和Ⅰ型膠原羧基末端肽水平隨著時間延長而逐漸升高，在第14天時達(dá)到較高水平并維持至第21天。在各個時間點(diǎn)上實(shí)驗(yàn)組兔血清中的堿性磷酸酶和Ⅰ型膠原羧基末端肽水平均高于對照組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表4和表5。

表4 兩組家兔血清中堿性磷酸酶的水平變化Tab.4 Changes in serum alkaline phosphatase levels in both groups

(1)與對照組同時點(diǎn)比較，P<0.05；(2)與同組正畸前比較，P<0.05

表5 兩組家兔血清Ⅰ型膠原羧基末端肽水平Tab.5 Changes in serum C-terminal telopeptide levels in type I collagen in both groups

(1)與對照組同時點(diǎn)比較，P<0.05；(2)與同組正畸前比較，P<0.05

3 討論

通常成人骨性牙頜面畸形患者正頜外科手術(shù)前需行正畸治療，為術(shù)后恢復(fù)咬合關(guān)系打下基礎(chǔ)，術(shù)后再行精細(xì)的正畸治療。但術(shù)前正畸是花費(fèi)時間最長的一個階段。因此長期以來，臨床醫(yī)師和學(xué)者們一直在探索縮短正畸療程的方法和治療模式。目前加速正畸牙移動的方法主要有3個方面[8-9]：應(yīng)用藥物或激素、物理輔助治療以及采取外科手術(shù)加速正畸牙移動。其中外科手術(shù)加速正畸牙移動的方法主要有牙槽骨牙間截骨術(shù)、骨皮質(zhì)切開術(shù)、以及正頜外科手術(shù)等。有基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)牙尖截骨術(shù)和骨皮質(zhì)切開術(shù)可以加速正畸牙移動，其機(jī)制為手術(shù)激發(fā)了牙周骨組織區(qū)域性代謝和改建速度[10]，從而加速了正畸牙的移動。近年來，通過臨床研究發(fā)現(xiàn)先行正頜手術(shù)治療后再術(shù)后正畸治療的手術(shù)優(yōu)先方法治療模式不僅能夠在治療初期使面部畸形得到快速改善，而且術(shù)后正畸治療時間和整個療程均大大縮短[11-13]。但單純下頜升支正頜外科手術(shù)部位遠(yuǎn)離下頜正畸牙，手術(shù)后能否加速正畸牙移動速度尚不清楚。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，各個時間點(diǎn)上實(shí)驗(yàn)組的第一磨牙近中移動距離和速度均大于對照組。在將兩組第一磨牙近中移動速度比較顯示：在 1周內(nèi)即第1～5天、第5～7天時間段內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組的第一磨牙近中移動速度明顯快于對照組，說明下頜升支截骨術(shù)后可以加速正畸牙的移動。

正頜外科手術(shù)后加速正畸牙移動速度的調(diào)控機(jī)制尚不清楚。臨床研究顯示正頜外科手術(shù)后正畸移動速度與術(shù)后的骨轉(zhuǎn)換加速有密切關(guān)系。Liou等[4]采用手術(shù)優(yōu)先方法(SFA)行“Le Fort Ⅰ型截骨術(shù)”和下頜支矢狀劈開截骨術(shù)，檢測血清中的堿性磷酸酶和Ⅰ型膠原C末端肽的水平變化及上下切牙的移動度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)術(shù)后1周至術(shù)后3個月期間，Ⅰ型膠原C末端肽與上下切牙的移動度均有明顯增加，且兩者變化明顯一致，具有顯著的相關(guān)性；而堿性磷酸酶從術(shù)后1個月到術(shù)后4個月期間明顯上升。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在第5、14及21天時實(shí)驗(yàn)組正畸牙張力側(cè)牙周組織中的成骨細(xì)胞數(shù)高于對照組，同時在第5、7及14天時，升支截骨術(shù)組正畸牙壓力側(cè)牙周組織中破骨細(xì)胞數(shù)量也高于對照組，實(shí)驗(yàn)組兔血清中的堿性磷酸酶和Ⅰ型膠原羧基末端肽水平也高于對照組，說明下頜升支截骨術(shù)可激活正畸牙牙周骨組織中的破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞活性，增加骨的分解和合成代謝，加速正畸牙牙周骨改建速度，從而加速正畸牙移動。

正畸牙移動速度與正畸牙牙周組織學(xué)改建速度密切相關(guān)。正畸牙在移動過程中不可能持續(xù)的勻速移動，而是出現(xiàn)快速期、緩慢期、次移動期。臨床病例研究顯示正頜外科手術(shù)后，正畸牙在早期表現(xiàn)為快速移動[14-16]。在正畸牙移動過程中有許多由破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞分泌的骨改建調(diào)控因子參與[17-19]。本研究將兩組正畸牙的移動規(guī)律比較后發(fā)現(xiàn)，兩組正畸牙移動速度均為第1周時加速移動、第2周時速度減慢，第3周時速度再次加快。另外，兩組正畸牙牙周組織中的破骨細(xì)胞數(shù)目在術(shù)后第7天時較多，此時在第5～7天時間段內(nèi)正畸牙移動速度最快；成骨細(xì)胞數(shù)目在術(shù)后第14天時最多，此時在第7～14天時間段內(nèi)正畸牙移動速度最慢。這說明正畸牙在移動過程中早期先有破骨細(xì)胞活性增強(qiáng)，導(dǎo)致正畸牙壓力側(cè)牙槽骨吸收，第一磨牙近中移動的阻力減小，牙移動速度加快；而1周后正畸牙張力側(cè)成骨細(xì)胞活性增強(qiáng)，張力側(cè)牙槽骨發(fā)生增生性改建。此外，本研究兩組正畸牙近中移動規(guī)律是一致的，證明了本研究建立的動物模型是有效的。

綜上所述，本研究建立了兔下頜升支截骨術(shù)的正頜和正畸動物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過正畸牙移動距離及速度測量、牙周組織形態(tài)學(xué)觀察、血清中骨代謝活性標(biāo)志物水平檢測，結(jié)果顯示下頜升支截骨術(shù)可加速兔正畸牙的移動，推測頜骨手術(shù)可早期激活牙周組織中的破骨和成骨活性，加速骨的分解和合成代謝，從而加速骨改建和正畸牙移動。但本研究結(jié)果僅反映了下頜升支截骨術(shù)加速正畸牙移動早期階段的病理生理改變，而長期病理生理變化和手術(shù)加速正畸牙移動的分子調(diào)控機(jī)制還需進(jìn)一步研究。