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编号:10282333
镍钛形状记忆合金骨内植入生物安全度的深入研究*
http://www.100md.com 《军医进修学院学报》 1999年第1期
     作者:王海鹰 鲍善芬 赵霖 马良 李珍 黄旭明 王东胜

    单位:王海鹰 马良 黄旭明 王东胜:解放军总医院口腔科,北京 100853;鲍善芬 赵霖 李珍:解放军总医院微量元素室

    关键词:合金;镍;钛;牙种植;骨内;

    军医进修学院学报990115 摘要 目的:观察表面处理和时间因素对镍钛形状记忆合金骨内植入后犬重要器官及组织中镍含量的影响。方法:将镍钛记忆合金牙科种植体植入犬股骨内,以表面是否复合氧化铝生物陶瓷分为复合组和镍钛组(分3个月和6个月两阶段)。另设对照组。分别测定犬肝、肾、脾及鼻咽粘膜中镍的含量,并作组织病理学观察。结果:镍钛组镍含量有随时间增高的趋势,但各器官组织有所不同;复合组镍含量明显低于镍钛组6个月时,但仍高于对照组;两组组织病理学观察均未见明显异常。结论:镍钛记忆合金表面复合生物陶瓷对控制其镍的释放有显著作用,但复合工艺需改进;本研究中镍钛记忆合金骨内植入后犬器官组织中镍含量虽升高,但未伴有明显的组织病理学改变,可能尚未超出生物安全度范围。
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    中国图书资料分类法分类号 R 782

    Futher study on biological safety of Ni-Ti shapememory alloy for endosseous implantation

    Wang Haiying, Bao Shanfen, Zhao Lin,ma Liang, Li Zhen, Huang Xuming

    (Department of Stomatology, General Hospital of PLA, Beijing 100853)

    Abstract Objective:to observe the effects of the surface treatment of the Ni-Ti shapememory alloy and the duration after the endosseous implantation on the nickel contents in the important organs and tissues of dogs.Methods:according to whether the Ni-Ti shapememory alloy dental implants for endosseous implantation in the thighs were treated with the aluminous bioceramics on the surface, the experimental dogs were divided into the composite group, which was observed for sixmonths, and the Ni-Ti group, which was subdivided into two groups observed for three and sixmonths respectively.Some other dogs were taken for the control.The nickel contents in liver, kidney, spleen and nasopharyngealmucosa of all the dogs weremeasured, and the histopathological observations for those tissues were performed in due time.Results:the nickel contents tended to increase with the duration in the Ni-Ti group, but there were differences in the patterns of increase among the organs and tissues;the nickel contents of the composite group were significantly lower than those of the Ni-Ti group after sixmonths, whereas they were still higher than those of the control group;no distinct abnormality was found in both groups by histopathological observation.Conclusion:there is an obvious restrain effect on the release of nickel by covering the surface of the Ni-Ti shapememory alloy with the aluminous bioceramics, but the treatment technology should be improved;the increase of the nickel contents in the organs and tissues is perhaps still within the range of biological safety because no distinct histopathological changes are found after the endosseous implantation of the Ni-Ti shapememory alloy.
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    Key words alloys;nickel;titanium;dental implantation;endosseous

    关于镍钛形状记忆合金生物安全度的研究,作者曾设计并完成了两个实验〔1,2〕。其中镍钛形状记忆合金骨内植入后犬器官组织中镍含量显著高于对照组〔1〕。因而提出对种植体材料进行表面修饰以改进生物安全度的建议。本研究目的在于重点观察对镍钛记忆合金种植体表面等离子喷涂氧化铝生物陶瓷后植入犬股骨内,对犬重要器官及组织中镍含量的影响。

    1 材料和方法

    1.1 材料 镍钛记忆合金牙科种植体与前实验相同〔1〕,表面等离子喷涂氧化铝生物陶瓷厚约0.5mm,喷涂工艺由北京和平人工关节厂完成(喷涂后可再作进一步记忆处理,本实验略去)。

    1.2 方法
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    1.2.1 动物实验 成年杂种犬 19 只,雌雄兼有。麻醉后在无菌操作下将种植体植入犬股骨干中,每只犬 10 颗。分为镍钛记忆合金组(镍钛组)3 个月 7 只,6 个月7 只;镍钛记忆合金表面复合生物陶瓷组(复合组)6 个月 5 只。对照组与前共用 10 只〔1〕

    1.2.2 取材 动物麻醉下依次取肝、肾、脾及鼻咽粘膜,分别存于 -20°C中和固定于 10%中性福尔马林中,供镍含量测定和组织病理学观察。最后取双侧股骨供大体观察和X线检查。

    1.2.3 镍含量测定方法 与前相同〔1〕

    1.2.4 组织病理学标本制备及染色 组织标本固定 48h后,行常规处理及HE染色,供光镜观察。

    2 结果

    2.1 镍的含量变化 镍的含量变化由附表可以看出。为了分析总体效应,我们又将每只犬所测器官组织的镍含量相加作为总体,进行了组间统计分析。结果显示:①对照组镍的总体含量最低,平均 78.2ng/g,与镍钛组和复合组相比,均具有显著性差异(P<0.01);②镍钛组6个月时镍的总体含量最高,平均 261.0ng/g,与镍钛组3个月时和复合组相比,差异均极显著(P<0.01);③镍钛组3个月时与复合组之间无显著差异,镍的总体含量平均为 151.4ng/g 和 177.2ng/g。
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    2.2 组织病理学观察 镍钛组 6 个月时和复合组的犬肝、肾、脾及鼻咽粘膜在光镜下均未见明显异常;种植体骨外段周围软组织也未见异常病变。

    2.3 大体及X线检查 镍钛组和复合组犬股骨种植体骨外段周围为纤维结缔组织包绕;切开后见复合组部分种植体表面的氧化铝层有局部剥离现象。冷冻劈开种植体周围骨组织,也有部分氧化铝层与骨结合而与镍钛记忆合金分离。所有镍钛记忆合金种植体表面均未见腐蚀现象。X线检查显示种植体与骨组织界面无透射区。

    附表 镍在犬肝肾脾及鼻咽粘膜中的含量分析(±,ng/g)

    例数

    肝脏
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    脾脏

    肾脏

    鼻咽粘膜

    Ⅰ对照组

    10

    6.5±1.4

    7.2±3.7

    26.1±4.9

    38.5±8.7

    Ⅱ镍钛3 月

    7

    12.9±2.4

    6.2±1.0
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    71.2±10.0

    61.1±14.6

    Ⅲ镍钛6 月

    7

    31.7±6.4

    49.8±9.1

    66.7±11.3

    112.7±24.4

    Ⅳ复合组

    5

    34.1±12.1

    37.6±8.9
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    69.2±12.1

    36.3±6.1

    Ⅰ与Ⅱ比

    t

    2.324*

    0.255

    4.036**

    1.350

    Ⅰ与Ⅲ比

    t

    3.878**

    4.326**
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    3.313**

    2.865*

    Ⅰ与Ⅳ比

    t

    2.265*

    3.171*

    3.304**

    0.205

    Ⅱ与Ⅲ比

    t

    2.785*
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    4.745**

    0.296

    1.821*

    Ⅲ与Ⅳ比

    t

    0.173

    0.962

    0.150

    3.037*

    *P<0.05,**P<0.01

    3 讨论

    3.1 时间因素对镍含量变化的影响 鼻咽粘膜、肝脏和总体的镍含量变化均为对照组<镍钛组 3个月<镍钛组 6 个月,表现出随时间延长而升高的特点。肾脏镍钛组 3 月时镍含量显著升高,6月时持平。脾脏镍钛组3月时尚未升高,6月时则显著升高。可见镍钛记忆合金骨内植入后犬器官及组织中镍的总体含量确有增高趋势,但各器官组织中的变化规律不尽相同,这与镍在各器官组织的代谢不同有关。体内微量元素主要随血液输送到各器官组织,在开始阶段微量元素的分布主要取决于器官组织的血液供给量。但随时间延长,分布则越来越受微量元素与器官组织的亲和力影响,亦即选择性地再分布于代谢转化部位、靶部位或功能部位、排泄部位及贮存库〔3〕。因此本实验中肝脏镍含量的升高,除其血液丰富外,还可能与镍对肝脏的亲和力或蓄积有关。肾脏血液更为丰富,因此早期即表现出镍含量显著升高,6 个月时持平,这与肾是排镍主器官有关。研究表明,吸收入血的镍经生物代谢后主要通过尿液以小分子络合物的形式排出体外〔4〕。微量元素在尿中的浓度与机体对该元素的接触和吸收量以及体内负荷往往呈正相关〔3〕。可见 6 个月时镍的释放与排泄可能处于动态平衡状态,提示此时镍的释放已相对稳定。镍与鼻咽癌的关系已为许多研究证实,动物实验也发现鼻咽癌组织对镍有亲和作用〔4〕。因此鼻咽粘膜被视为镍的靶部位。本实验镍钛组 6 个月鼻咽粘膜中镍含量升高极为显著,达最高峰,远远超过肝肾脾而位居榜首。尽管鼻咽粘膜的血供不及肝肾脾,但其镍含量却随时间成倍升高,由此提示镍与鼻咽粘膜的亲和力确实较强;从另一角度分析,鼻咽粘膜镍的吸收量超过了排泄量,产生了镍的蓄积。
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    3.2 表面处理对镍含量变化的影响 氧化铝在生物体内不活泼,无毒、稳定性强,与组织具有亲和力,骨组织易增生长入微孔内〔5〕。但氧化铝与镍钛记忆合金复合使用尚属首次探索。从附表可见,复合组犬肝、肾、脾内镍含量均显著高于对照组而与镍钛组 6 个月无显著差异;唯有鼻咽粘膜与之相反,其镍含量显著低于镍钛组 6 个月而与对照组无显著性差异。因此复合组镍的总体含量虽高于对照组,但又显著低于镍钛组 6 个月(P<0.01),其突出表现就是鼻咽粘膜没有镍的蓄积。究其原因,一方面是复合组镍的释放降低了;另一方面说明鼻咽粘膜也具有一定的排镍能力。可见器官组织中镍的含量既取决于镍与组织的亲和力,又有体内自动调节动态平衡的作用。在短期内和慢速缓释情况下,内稳态作用更为关键。据本实验结果,表面复合生物陶瓷对控制镍的释放是有作用的,不仅减少了镍的释放量,而且降低了镍的释放速度,使镍的释放与排泄趋于平衡,从而减少了镍在组织中的蓄积。这对于防止和减轻镍蓄积对局部组织的不良作用有重要意义。因为微量元素在同等剂量下对组织的短期和长期效应完全不同;在相同时间内剂量大小对机体的生物效应也大相径庭。
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    本实验中复合组种植体表面氧化铝有局部剥离现象,说明表面复合工艺尚需改进,只有使氧化铝生物陶瓷与镍钛记忆合金牢固结合,才可望获得确切而显著的效果。因为根据电化学理论〔6〕,金属成分的不均一性,金属构件中的内应力,以及金属表面的不均一性,都可造成金属/溶液界面的不均一性,由此产生局部腐蚀。局部腐蚀的危害比均匀腐蚀要严重得多,因为局部裸露的金属被腐蚀而生成、释放金属离子的速率大大增加。由此可见,复合组部分种植体表面氧化铝的局部剥离是复合组镍含量仍高于对照组的重要原因。

    3.3 组织病理学表现与镍含量变化 尽管本实验再次显示出镍钛记忆合金骨内植入后犬器官及组织中镍含量明显升高,但尚未引起所测器官组织明显的细胞形态学改变。犬的饮食、体重、排便及精神状态均未见异常。因此,至少从目前阶段看,可能尚未超出生物安全度范围。由于种植体是长期植入生物体内的,半年的观察结果还不能完全说明问题,需更长期的观察和研究。另外,生理、生化改变往往早于组织形态学改变,其检测指标更敏感,对于深入认识镍钛形状记忆合金的生物安全性有重要价值。
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    (该研究蒙卢世壁教授指导和帮助,特此致谢)

    *“八五”军队医药卫生科研基金资助项目,批准号 91B029-0089

    参考文献

    [1]王海鹰,鲍善芬,李 珍 等.形态记忆合金骨内植入后实验犬组织中镍钛含量的变化.军医进修学院学报,1996;17(2)∶113

    [2]鲍善芬,王海鹰,赵 霖 等.镍钛形状记忆合金生物安全度的研究.军医进修学院学报,1997;18(2)∶96

    [3]陈清,卢国王 呈主编.微量元素与健康.北京:北京大学出版社,1989.41~48

    [4]王夔主编.生命科学中的微量元素.北京:中国计量出版社,1996.351

    [5]郑增葵,洪法廉,王光华主编.口腔应用材料学.西安:第四军医大学,1989.176

    [6]杨文治.电化学基础.北京:北京大学出版社,1982.221~253

    (1998—08—30收稿,1998—09—30修回), http://www.100md.com