生物活性玻璃的特性及其口腔科的应用

【摘 　要】　生物活性玻璃是一种硅酸盐性质的异质移植材料。近年来 , 它在口腔科的应用研究得到迅

速发展。本文就生物玻璃的主要成分、特性、相容性 , 生物玻璃在牙周病治疗、牙槽嵴保持与重建、颌骨缺损

修复等方面的临床应用及其作为盖髓剂和护牙剂成分的应用前景作一综述。

朱磊 　综述 　梁景平 　李国梁 　审校

生物活性玻璃是一种硅酸盐性质的异质移植材料 , 与骨和软组织都有良好的结合性 , 它有别于其他

生物活性材料的独特属性 , 能够在植入部位迅速发生一系列表面反应 , 并最终导致含碳酸盐羟基磷灰

石层的形成。近年来 , 国内外在此方面研究较多 , 尤其在口腔科方面的应用研究得到迅速发展 , 本文拟

就有关此方面的内容作一简要综述。

1 　生物活性玻璃的特性

1 1 1 　主要成分

生物活性玻璃最主要的成分包括 SiO 2 ,Na 2 O ,CaO ,P 2 O 5 , 其发生表面反应的能力与其主要成分的

组成比密切相关。 Makato Ogino 等 [1] 发现 : ⑴当 SiO 2在生物玻璃中含量较低时 ( 小于 46mol %) , 钙磷层与

富硅层几乎同时形成 , 反应速度快。⑵当 SiO 2 含量位于 46 ～ 55mol % 时 , 富硅层首先形成 , 其后钙磷层

形成于富硅层与 Tris 缓冲液间。⑶当 SiO 2 含量大于 60mol % , 钙磷层不形成。

1 1 2 　生物特性

当生物玻璃植入体内时 , 局部的 pH 增加达pH10 , 在生物玻璃表面形成富硅层 , 然后在其表面

形成钙磷层。钙磷来源于体液中的 Ca ,P 及生物玻璃本身。这个 Ca - P 层属于一种活性炭化羟基磷灰

石 (Hydroxycarbonateapitite HCA) 层 , 用来作为结合面。在化学组成和结构上 , 它与骨的矿物成分相

近 [2] 。这 2 个反应层在植入后几分钟内形成 , 然后由来源于宿主手术区的成骨细胞和胶原纤维在生物

玻璃颗粒表面定植并融入富硅层 , 最终形成骨。生物玻璃具有优异的骨引导性。它不仅仅提供一个有

生物相容性的骨形成界面 , 而且能提供一个手术区游离的成骨干细胞定植的活性表面 [3] 。日本学者 [4]

通过动物实验发现 , 生物活性玻璃出血部位材料易于放置 , 不易流失 , 有良好的止血效果 , 新骨生成迅

速 , 而且生成的是正常的骨结构。

1 1 3 　生物相容性

Wilson.J 等 [5] 早在 80 年代就测试生物玻璃对于鼠及兔软组织的毒理学反应 , 实验结果证明生物

玻璃粉末对软组织无毒性反应 , 具有极佳的生物相容性。 Price - N 等 [6] 证明生物玻璃能支持人类成骨

细胞 - MG63 (Human osteoblast - like cells ,MG63) 的活性与增殖。 Benchu - sp [7] 等发现在 1. 0 ～ 10mg/ ml

的浓度范围 , 生物玻璃对于人类滑膜细胞 ? HumanSynoviocyte ?有较低的细胞毒性。

2 　口腔科应用

2 1 1 　牙周病治疗

如何使由于炎症性牙周病导致的骨丧失重新再生 , 仍然是牙周病治疗的难题。目前的方法包括自

体骨移植 , 异体骨移植 , 异源体移植 , 引导组织再生(GTR) 或 GTR 与脱矿冻干骨结合使用等 , 但都有相

应缺陷。由于生物玻璃独特的成骨特性 , 在此方面的研究 , 方兴未艾。

2 1 1 1 1 　牙周病缺损治疗

美国学者 Fether - AE [8] 等在猴模型上手术形成牙周骨缺损 , 分别用同样大小的生物玻璃 (45S5 倍骼生) ,

羟基磷灰石及磷酸三钙颗粒进行移植修复 ,并设立一个无移植物的对照组 , 结果发现生物玻璃

组取得最优组织上修复效果 , 牙周骨新生程度及牙骨质再生成均为最佳。 J - szamet 等 [9] 对 20 例患者

44 个骨缺损区进行治疗。基础治疗完成之后 , 骨缺损区被随机分为实验组与对照组。翻瓣后 ,2 组都

行根面平整 , 除去慢性炎症组织。实验组骨缺损区植入生物活性玻璃 (45S5 倍骼生) ,对照组未植入 ,

追踪观察 1 年。结果发现 , 生物玻璃组骨缺损区再生骨组织高度和 X 线密度都显著高于单纯外科清

除术组 , 无论在对照组 , 实验组 , 牙周袋深度及附着水平都有明显改善。但实验组改善的趋势更明显。

由此认为在治疗骨下袋缺损的过程中 , 应用生物玻璃对常规的外科治疗有辅助疗效。而 Teri Brooks

Lovelace [10] 等将生物玻璃 (45S5 倍骼生 ) 和 DFBDA(deminerized freez - dried bone allograft) 脱矿冻干骨 ,

用于治疗 15 位中度到重度牙周炎患者的牙周骨丧失并进行比较 , 发现 2 组均得到显著的软硬组织改

善 , 而且两组的改善程度无统计学上差别。

2 1 1 1 2 　根分叉处骨缺损治疗

Ancleregg - CR 等 [11] 对 15 例中度或重度牙周炎患者 ,30 个下磨牙根分叉病变进行治疗。病变处随

机分为实验组 , 对照组。实验组行根向复位瓣术加生物玻璃 (45S5 倍骼生 ) 植入 , 对照组仅用根向复位

瓣术 , 并以探诊出血情况及探诊牙周袋深度作为评价标准。结果显示 , 实验组效果明显优于对照组。

因此生物玻璃是治疗 Ⅱ型根分叉病变的有效材料。

2 1 2 　牙槽嵴的保持与重建

拔牙后残余牙槽嵴的不断吸收一直是困扰口腔科医生与病人的难题 , 这给以后的义齿修复带来相

当大的困难。 H. R. Stanley [12] 于 1987 年报道 , 将 242个生物玻璃锥 (45S5 倍骼生 ) 植入 29 名病人新鲜牙

槽窝内。(107个于上颌牙槽窝 ,135 个于下颌牙槽窝 , 并进行平均为 17. 9 月的观察 , 发现生物玻璃体

周围直接生成了新骨 , 而且大部分病人戴义齿修复 ,12 月后没出现植入体裂开现象 , 当时植入体的脱落

率为 2 1 9 % , 而裂开率为 3 1 7 % , 牙槽嵴高度得到良好维持 , 下前牙区植入体保存率最佳。 3 1 5 年后 , 对

随访的 20 名病人 ,168 个植入体再行检查。 ( 平均为植入后 63.2 月 ) 。发现植入体脱落率 14. 3 % , 而

7.7 % 植入体需要重新修整外形 , 并发现此时在上前牙区植入体保存率最高 , 经过 5 年观察 , 生物玻璃锥

的保存率达到了 85. 7 % , 生物玻璃锥植入新鲜牙槽窝用于保存牙槽嵴的方法值得推荐 [13] 。

2 1 3 　颌骨缺损修复

大型的颌骨缺损常不能自行愈和 , 而需要植骨 ,自体骨效果好 , 但来源有限。异体冻干骨可能携带

病源微生物 , 单纯的羟基磷灰石或磷酸三钙异质材料 , 缺乏骨引导性 , 仅有颌骨充填作用。国内山东医

科大学附属口腔医院用生物玻璃治疗大型颌骨缺损 , 发现与单纯手术比较 , 植入生物玻璃后虽然早期

局部肿胀更明显 , 持续时间更长 , 但最终粘膜组织可愈合正常。 X 线表现缺损区密度由高 ( 植入材料) -

低 ( 植入材料吸收) -高 ( 骨修复 ) 。在随访的 4 ～ 7月内 , 植入生物玻璃的所有骨缺损都可见明显骨修

复。而赵慧 , 李宇军等 [14] 报道用生物玻璃羟基磷灰石陶瓷作为骨的替代物 , 对 51 例颌骨囊肿术后骨腔

充填修复 , 发现材料化学性能稳定 , 组织相容性好 ,能促进骨愈合 , 引导新骨形成 , 术后 I 期愈合率高 ,

无并发症。 1 ～ 5 年临床观察效果良好。

2 1 4 　盖髓

Alark 等 [15] 在动物实验中 , 对生物玻璃的盖髓作用进行了研究 : 发现覆有生物玻璃 (45S5 倍骼生 )

的所有标本都有一层修复性牙本质形成 , 这些牙本质桥未见小管结构及软组织包埋 , 它直接形成于生

物玻璃粉末下方 , 两者间无坏死组织间隔。其下方牙髓可见轻度细胞炎症反应。在另一次动物实验

中 , 通过定量分析 , 发现用生物玻璃盖髓 , 牙本质桥的形成率及矿化程度与脱矿牙本质及氢氧化钙盖髓

产生的牙本质桥并无明显差别。据认为这是由细胞外基质所决定 , 而并非盖髓剂决定 [16] 。虽然 , 目前

并无关于生物玻璃盖髓的临床报道 , 但从动物实验来看 , 生物玻璃盖髓可明确形成牙本质桥 , 牙本质桥

下方的牙髓炎症程度轻于用氢氧化钙及脱矿牙本质盖髓。牙本质桥矿化程度与用氢氧化钙及脱矿牙本

质盖髓行成的牙本质桥无异。所以用生物玻璃盖髓是值得探索的临床应用方向。

2 1 5 　作为护牙剂成分

Patricia stoor 等 [17] 研究了生物活性玻璃 S53P4糊剂对口腔微生物作用。发现在实验条件下 , 它可

使内氏放线菌在 10min 内丧失活力 , 放线共生放线杆菌 , 牙龈类杆菌 , 变链菌在 60min 内丧失活力 , 血

链球菌在 60min 内较显著丧失活力。在水溶液中生物活性玻璃 S53P4 对龈上龈下菌斑有着广谱抗菌作

用。因此 , 无论在防龋还是预防牙周病方面 , 生物玻璃有着广泛的应用前景。

综上所述 , 生物活性玻璃作为一种异质移植材料 , 有着优异的骨结合骨形成作用 , 在牙周病牙槽骨

丧失 , 颌骨缺损治疗 , 拔牙后残留牙槽嵴的保持与重建等方面都有着良好的应用前景 , 同时由于其盖髓

封闭性差。它的特点是充填物易取出 , 而且不粘洞壁 , 不需专人调拌。 DM 糊剂是一种预调好的、潮湿

固化型暂封修复材料。主要含有氧化锌、硫酸锌、硫酸钙、二氧化硅及惰性赋形剂。当 DM 与口腔唾液

接触后 , 会逐步硬化 , 而达到暂修复的目的。它省时、方便、不需专人调合 , 不浪费 , 操作时不粘器械 ,

边缘封闭性能好 , 贮存稳定。该材料无味 , 无刺激性 , 因此倍受医生和患者的青睐 , 它是目前临床应用

较理想的暂封材料 , 在临床应用中效果肯定。它的缺点和 ZOE 一样取出性较差。

3 种暂封材料共观察 131 名患者 , 其结果疗效DM 高于牙胶和 ZOE 。同时又对 39 名 Ⅱ类洞暂封 2

天进行了比较 , 结果表明 ZOE 和 DM 疗效高于牙胶。DM 糊剂在临床应用中有 1 例失败 , 患者为 6 岁儿

童 , 考虑可能在操作中隔湿不当所造成。牙胶失败5 例 , 可能与其硬度及粘结性差有关。 ZOE 失败 4

例 , 可能是粘结性能不好所造成。但以上 3 种材料暂封失败的原因也不能排除医生没有交代清楚导致

患者用该侧咀嚼食物所造成。总之 ,3 种材料均应在严格隔湿的情况下操作 , 最低充填厚度 Ⅰ类洞和

Ⅴ类洞不能小于 2mm , Ⅱ类洞不能小于 3mm , 否则将直接影响它们的暂封效果。

参考文献

1 　赵信义 , 杨利明 , 张惠军 等 . DF 暂封糊剂的研制 . 牙体牙髓牙周

病杂志 ,1998 ,27:20.

2 　陈治清 主编 . 口腔材料学 . 北京 : 人民卫生出版社 .1995 1 118.

参考文献

1 　 Makato Ogino ,Fumio Ohuchi ,LL. Hench. Compositional dependence of

the formation of calcium phosphate films on bioglass. J Biomed mater

Res ,1980 ,14:55.

2 　 Hench LL ,wilson J.Bioceramics.Mater Res Bull ,1991 ,2:62.

3 　 Wilson J ,Low SB ,Bioactive ceramicsfor Periodontal treatment :compara 2

tive studies in the patus monkey.J Appl Biomater ,1992 ,3:123.

4 　 Hironobu Onish ,Shoichi kushitani , Eiichi Yasukawa et al. Particulate

bioglass compared with hydroxyaphatite as bone graft substitute. Clin -

orthop ,1997 ,334:316.

5 　 Wilson J ,Pigotl GH,Schoen FJ et al. Toxicology and biocompatibility of

bioglasses.J Biomed Mater Res ,1981 ,15(6) :805.

6 　 Price N ,Bendall SP ,Froncloza C et al. Human osteoblast - like - cells

(MG63) proliferate on a bioactive glass surface. J Biomed Mater Res ,

1997 ,37(3) :394.

7 　 Bendall sp ,Gaies M,Frondoza c et al. Effect of Particulate bioactive glass

on human synviocyte cultures.J Biomed Mater Res ,1998 ,41(3) :392.

8 　 Fetner AE,Hartigan Ms , Low SB. Periodontol repair Using PerioGlas in

nonhuman primates: Clinical and histologic observations. Compendium,

1994 ,15(7) :932.

9 　 J. S.zamet , U. R. Darbar ,G. S. Griffiths et al. Particulate bioglass as a

grafting material in the treatment of periodontal defects.J clin Periodon 2

tol ,1997 ,24:410

10 　 Teri BrookLovelace ,James T.Mellonig ,Roland M.Meffert et al. Clinical

evaluation of bioactive glass in the treatment of periodontol osseous defects

in humans.J prosthet Dent.1987 ,58(5) :607.

11 　 Anderegg CR ,Alexancler DC,Freidman M.A Bioactive glass particulate

in the treatment of molar furcation invasions.J periodontol.1999 ,70(4) :

384.

12 　 H. R. Stanley ,M.B. Hall ,F Colaizzi et al. Residual alveolar ridge main 2

tenance with a new endosseous implant material.J prosthet Dent.1987 ,58

(5) :607.

13 　 H. R Stanley ,M.B. Hall ,A. E clark et al.Using 45S5 bioglass cones as

endosseous ridge mainterance implants to prevent alveolar ridge resorp 2

tion :a 5 - year evaluation. Int J oral Maxillofac Implant ,1997 ,12(1) :

95.

14 　赵慧 , 李宇军 , 卢伟 等 . 生物玻璃 - 羟基磷灰石陶瓷人工骨充填

颌骨骨腔的应用 . 佳木斯医学院报 ,1996 ,19(5) :21.

15 　 B.Oguntebi ,A Clark ,J Wilson. Pulp capping with Bioglass and autolo 2

gous demineralized dentin in miniature swine.J Endod ,1995 ,21(2) :79.

16 　 B.Oguntebi ,T. Heaven ,A. Clark et al.Quantitative assessment of dentin

bridge formation following pulp - capping in mniature swine. J Endod ,

1995 ,21(2) :79.

17 　 P. stoor ,E Soderling ,JI. Salon et al. Antibacterial effects of a bioactive

glass paste onoral microoganisms.Acta Odontal Stand ,1998 ,56(3) :161.