低強度脈沖超聲在口腔種植中的應用進展

葉鑫健 白怡婧 夏思齊 朱宇馳 汪淑華

作者單位：310053 浙江中醫(yī)藥大學

口腔種植術是近年來新興發(fā)展的一種用于修復牙列缺損、缺失的治療技術。骨結合（osseointegration）即種植體表面與周圍發(fā)育良好的骨組織在結構和功能上的緊密結合，是口腔種植的重要基礎理論［1］。隨著種植技術的發(fā)展，現(xiàn)代口腔種植日漸高效化、廣泛化。一方面，種植治療的流程逐漸縮簡，即刻早期修復成為臨床種植修復的發(fā)展趨勢［2］；另一方面，種植治療的適應證也逐步放寬，越來越多患有系統(tǒng)性基礎疾病的患者得以受益［3］。然而，臨床上因種植體早期骨結合不良、穩(wěn)定性喪失而導致的種植失敗屢見不鮮，尋找一種簡單有效的促進種植體骨結合的方法便顯得至關重要［4-5］。低強度脈沖超聲（LIPUS）作為一種無創(chuàng)傷、低副反應、操作簡便、早期起效、近距離作用的生物機械性干預措施，因其安全、高效的骨誘導及骨改建效應，已被廣泛應用于骨疾病與關節(jié)疾病的治療中。本文對LIPUS在口腔種植領域的應用機制、應用特點、研究進展等方面進行綜述。

1 LIPUS的作用機制與應用特點

LIPUS是一類頻率超過人耳聽閾上限（>20 kHz），強度為1~100 mW/cm2的聲波，因其特殊的“親骨”性能受到廣泛關注，并得到美國食品與藥物管理局（FDA）和英國國家衛(wèi)生保健研究所（NICE）的支持用于新鮮骨折的治療［6-7］。種植體骨結合與骨折愈合過程類似，進而學者們發(fā)現(xiàn)LIPUS應用于口腔種植中有著提高牙槽骨質量、促進種植體骨結合的作用［6，8］。

1.1 作用機制 LIPUS作用可能與以下機制有關［9-12］：影響成骨基因的表達，促進成骨細胞的增殖分化，提高骨密度，增加種植體周圍骨量；調節(jié)間充質干細胞分化譜系，促進牙槽骨骨組織改建，改良骨小梁結構形態(tài)，提高骨強度；通過基因效應和空化效應促進牙槽骨細胞外基質形成、礦化和成熟；改善牙槽骨局部微循環(huán)、增加血流灌注，利于骨組織生長代謝；促進種植體周圍骨愈合、軟組織修復和血管生成，控制炎癥反應和創(chuàng)傷性骨吸收；提高種植體植入后的初期穩(wěn)定性和骨結合率，延長種植體保留時間；改善種植體生物力學性能，提高種植體對咬合負荷的承載能力。

1.2 作用特點 作為一類生物物理干預方法，LIPUS在治療時有不同于藥物的特殊性，表現(xiàn)為明顯的時間空間分布差異：①早期起效：LIPUS治療效果在骨結合早期階段（炎癥期和骨痂形成期）更為顯著，而在第四周左右達到生物力學極限［13］；②近距離作用：通過頰部皮膚進行刺激時發(fā)現(xiàn)，愈接近超聲發(fā)出區(qū)域（如腭區(qū)）的促進效果愈顯著，而遠離凝膠探針的部位（如腭區(qū)）促進效果較弱［14］；③聯(lián)合效應：LIPUS與某些藥物［15］、生長因子［16］或其他類型的機械微刺激［17］聯(lián)合應用可能產(chǎn)生一定的協(xié)同效應，但這種效應并無普遍性［13］。

2 LIPUS的細胞分子學效應

2.1 骨細胞譜系改建效應 LIPUS通過基因調控對各類骨細胞的增殖分化產(chǎn)生影響以誘導牙槽骨及種植體周圍骨組織的改建，骨髓間充質干細胞（BMSCs）在此過程中發(fā)揮重要作用［18］。研究發(fā)現(xiàn)，LIPUS上調牙槽骨BMSCs成骨相關基因（OPN，OCN，BMP-2，ALP，RunX2和Col-1）的表達，誘導其向成骨細胞及軟骨細胞分化，并抑制破骨細胞和脂肪細胞生成［19-21］。種植體周圍BMSCs也表現(xiàn)出活躍成骨向分化的生物學行為，電鏡下可觀察到前成骨樣骨細胞顯著增多并緊密粘附并伸展包繞于種植體表面［22］。體外細胞培養(yǎng)表明，LIPUS對成骨細胞、軟骨細胞、破骨細胞、成牙骨質細胞、骨膜衍生細胞（PDC）、脊髓背根神經(jīng)元（DRG）等細胞的數(shù)目和活性均可產(chǎn)生不同程度的影響［10］。在信號通路的研究上，Wnt/β-catenin、PI3K、RANKL、FAK/Akt、BMP/Smad和ERK等通路被認為可能與這類骨性效應的產(chǎn)生有關［23-25］。這些研究均為闡釋LIPUS促進成骨分化的潛在機制提供思路。

2.1 間質細胞效應 一方面，種植區(qū)域白細胞介素-8及各類生長因子分泌量增加，調控血管內皮細胞、外周血單核細胞等的有絲分裂和募集，引導結締組織再生［26］。另一方面，種植區(qū)細胞外基質整合素-α6β4、骨膜蛋白、相關mRNA和信號通路蛋白的表達量提高，促進牙齦上皮細胞、成纖維細胞等的增殖分化，加速口腔黏膜愈合［27-28］。這些改變可能是LIPUS影響基因表達的直接效應，亦或是機體對LIPUS引起的骨組織高代謝量的適應性改變［29］。

3 LIPUS對種植體作用的研究

適當?shù)腖IPUS刺激可通過調節(jié)骨量、改善骨質對種植體-牙槽骨界面骨形成、骨結合起到良好的促進作用［30］。

3.1 提高種植區(qū)骨量 一項研究［31］在拔牙2周后的大鼠牙槽窩中應用LIPUS（3 MHz，30 mW/cm2，10 min/d），發(fā)現(xiàn)刺激區(qū)牙槽骨發(fā)生顯著成骨分化和骨組織再生，證實LIPUS誘導大鼠牙槽骨形成和鈣化的潛能。兩項研究［32-33］應用顯微計算機斷層掃描和掃描電鏡技術對大鼠股骨、脛骨種植體周圍骨進行觀察發(fā)現(xiàn)，LIPUS（1.5 MHz，30 mW/cm2，20 min/d）可通過提高皮質骨密度和厚度、改良松質骨骨小梁空間排列結構，促進骨組織重建和礦化。

3.2 促進種植體骨結合 有研究［34-35］對新西蘭白兔脛骨種植體進行隨機對照實驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)LIPUS（1.5 MHz，30~40 mW/cm2，20 min/d）暴露后，骨密度、骨體積分數(shù)、骨-種植體接觸率等組織形態(tài)計量參數(shù)和去扭矩、納米壓痕等生物力學試驗結果均得到顯著改善，提示LIPUS對種植體骨結合的積極影響。

3.3 加速黏膜愈合 研究［36］表明，LIPUS（3 MHz，160 mW，15 min/d）暴露通過刺激膠原蛋白生成和局部微循環(huán)加速了大鼠口腔黏膜傷口的閉合，反映了其在術后促進口腔黏膜組織愈合再生中的良好效能。

3.4 干預性治療 研究［37-40］報道LIPUS作為某些基礎性骨疾病的干預性治療，可為種植術的開展掃除障礙，主要包括：（1）控制牙周病引發(fā)的牙槽骨骨質流失、牙槽骨萎縮性缺損、牙周膜功能減退；（2）治療增齡性骨吸收、外傷性骨缺損導致的植入?yún)^(qū)骨量不足；（3）與抗骨質疏松藥物聯(lián)合應用以維持骨質疏松大鼠牙槽骨骨量，促進骨結合，抑制炎性吸收；（4）改善糖尿病大鼠骨質情況，促進種植體周圍骨愈合、軟骨形成和血管再生進程。

4 LIPUS的臨床應用潛力及安全性

4.1 臨床應用 LIPUS在口腔種植領域有著一定的應用潛力。一項包含22例參與者的臨床研究［41］發(fā)現(xiàn)，LIPUS（1.5 MHz，30 mW/cm2，20 min/d）暴露促進種植體周圍的早期骨愈合、骨再生和高質量的骨結合，可作為一種有效的干預治療方式以挽救初期穩(wěn)定性不佳的種植體，提高種植體成功率。另一項包含100例骨質疏松癥種植牙患者的臨床研究［42］認為，LIPUS（1.5 MHz，30 mW/cm2，20 min/d）暴露能有效提高骨密度、促進骨整合，減少術后骨吸收、刺激痛和炎癥反應，有較好的臨床療效，值得臨床推廣。

4.2 安全性 LIPUS的人體安全性可能的影響因素主要包括使用參數(shù)、個體差異和基礎性疾病等。兩項臨床研究［41-42］表明，LIPUS治療過程中所有患者對超聲治療耐受良好，無明顯不適。體外細胞培養(yǎng)未見LIPUS暴露對增殖階段細胞活躍性產(chǎn)生顯著影響，組織學檢查也未觀察到顯著病理性變化?，F(xiàn)有證據(jù)認為，LIPUS暴露產(chǎn)生的熱量較少，短時間的LIPUS暴露不會對人體產(chǎn)生危害，但長期暴露于LIPUS環(huán)境中的潛在危害仍不明確［43］。

4.3 局限性 現(xiàn)階段，影響LIPUS在種植領域臨床推廣的因素［44］主要有：①尚缺少大規(guī)模多中心的臨床隨機對照試驗對LIPUS暴露的有效性和安全性提供高質量的證據(jù)支持；②尚缺乏LIPUS應用于牙槽骨的最佳使用參數(shù)及操作規(guī)范；③治療裝置昂貴，治療費用較高，不進入醫(yī)保；④設備笨重，不便于隨身攜帶，需要在特定機構進行治療；⑤治療時間20 min/d，持續(xù)數(shù)周至數(shù)月不等，患者依從性低；⑥需要專業(yè)醫(yī)師的應用指導和定期隨訪。

5 小結

LIPUS作為一種低成本、非侵入性的治療性超聲波，已被廣泛應用于骨骼肌肉疾病的臨床治療中，在口腔種植體中的應用潛力也顯露。研究表明，LIPUS對牙槽骨組織有強大的“親和力”，能夠高效、安全地施加于種植術各階段。應用于種植前可調節(jié)牙槽骨質量和強度，為手術的開展提供必要支持；應用于種植后可促進骨結合、創(chuàng)傷愈合和組織再生，縮短術后愈合康復時間；聯(lián)合藥物應用可改善骨代謝疾病患者骨質、骨量，提高種植體遠期成功率。盡管LIPUS在種植修復領域尚未廣泛普及、臨床推廣尚存在困難，但毋庸置疑，LIPUS療法憑借其優(yōu)越的性能，在口腔種植中必將有著廣闊的應用前景，這也有待更多學者通過進一步的基礎研究和臨床試驗。