微波照射对正畸牙远中移动速度的动物实验研究

【摘要】  目的 利用动物实验模型，研究微波照射对兔牙远中移动速度及牙周膜作用的影响。方法 选取30只大白兔，分为6组，分别拔除上颌第3前磨牙，实验组动物右侧上颌第1磨牙区照射微波，左侧不照射为实验对照组。观察牙齿移动距离和组织学变化。结果 实验发现照射侧牙齿移动速度明显大于对照侧。照射侧血管化反应明显，牙周膜排列有方向，骨生成较多，对照侧牙周膜排列紊乱，以潜行性骨吸收为主。结论 微波照射可以有效加速正畸牙齿的移动速度，促进牙槽骨改建。

【关键词】  微波；正畸学；牙齿移动

　　An Experimental Study of Microwave on Tooth Movement and Its Effect on Periodontal Membrane in Rabbits

　　Abstract： Objective  To study the effect of microwave on tooth movement and the periodoned memborane in rabbits.Methods  Thirty white rabbits were used in the experiment. Maxillary third premolars were extracted. The right maxillary first molars were irradiated by microwave, and the left ones were not irradiated.Results  The results showsed that the tooth movement distance of the irradiated side was larger than that of the other side, and that the vascularization reaction of the irradiated side was more obvious. There were more osteoblast cells and bone tissues. Conclusion  Microwave irradiation can increase the speed of orthodontic tooth movement and periodontal tissue changrs, as well as the remodeling of alveolar bone.

　　Key  words： microwave; orthodontics; tooth movement

    在正畸临床工作中比较突出的问题是疗程长、患者复诊次数多，如何加速正畸牙齿移动、缩短疗程是长期以来国内外众多学者潜心研究的课题。微波是一种高频电磁波，是新兴起的新的物理疗法。近年来，微波能已被广泛应用，并不断有满意效果的报道[1]。本实验应用微波照射方法研究兔牙在正畸力作用下向远中移动速度及牙周膜组织形态学改变，为临床正畸工作寻找加速正畸牙齿移动的方法提供理论依据和。

　　1．1  动物分组 

　　取健康成年新西兰白兔30只，体质量2~3 kg，雌雄不限。均由146动物实验室提供并饲养。随机分为6组，即正常对照组和实验组，实验组分为1 d 组、3 d 组、7 d 组、14 d 组、21 d 组，每组5只。实验组动物右侧上颌第1磨牙区照射微波，为实验照射侧，左侧不照射为实验对照侧。实验动物麻醉苏醒后在同一条件下饲养，并给予土霉素片20 mg/kg 加入饲料中喂养3 d，以预防感染。

　　1．2  动物模型制备及实验方法 

　　用0?3%戊巴比妥钠按30 mg/kg 给药，经耳缘静脉注射麻醉，取仰卧位固定，开口器开口，挺松双侧上颌第3前磨牙并拔除，棉球压迫并止血后备用。用游标卡尺测量上颌第2前磨牙与第1磨牙之间的距离，每一部位测量两次，取平均值作为实验前两磨牙之间的距离（精确至0．02 mm），记为D1。使用牙科高速涡轮车针在实验组动物左、右侧上颌第2前磨牙和第1磨牙龈缘处制作一浅的固位沟，用直径0．25 mm 正畸不锈钢结扎丝和自制的带环将镍钛螺旋弹簧结扎在上颌第2前磨牙和第1磨牙之间，用测力计调整使螺旋弹簧产生80 g（0．009 8 N）的拉力，牵引上颌第2前磨牙向远中方向移动。将实验组动物的右侧上颌第1磨牙区相对应的颊部备皮。使用TJSM?92C 多功能微波仪进行微波照射。将辐射器探头包上两层纱布紧贴放置于右侧上颌第1磨牙区相对应的颊部照射。微波输出功率设置为20 W，波长为12．25 cm，频率为2 450 MHz。照射时间为20 min。每日照射1次。除1 d，3 d 组各照射1次和 3次外，其余均连续照射7次后停止照射。左侧不照射为自身对照侧。正常对照组拔出牙齿后未作任何处置。

　　1．3  标本制作及切片准备 

　　正常对照组动物于21 d 后用空气栓塞法处死，实验组动物分别于1，3，7，14，21 d 后用空气栓塞法处死。取含左、右侧上颌第1磨牙及其周围1 cm 牙槽骨的组织块，修整好后，请上次参与实验的医师用游标卡尺以两牙齿咬颌面间距为准测量上颌第2前磨牙与第1磨牙之间距离（精确至0．02 mm），连测两次，取平均值作为实验前两牙齿之间的距离，记为D2。经过固定、脱钙、石蜡包埋制成蜡块，进行组织切片。以平行于牙体长轴作近远中向连续组织切片，厚度为10 μm，常规HE染色。

　　1．4  观测指标 

　　（1）牙齿移动距离：牙齿移动距离D=D1-D2。（2）光镜观察：病理切片经过HE染色观察以下指标：①牙周膜的宽度及牙周膜的血管化反应；②牙槽骨的吸收及生成情况。

　　2  结果

　　2?1  手术情况 

　　术后动物大部分存活良好，所有动物均于当天麻醉清醒，3 d 组和21 d 组于术后2 d 各死亡1只，14 d 组于术后10 d 和12 d 各死亡1只。所有存活动物手术切口均正常愈合，无切口感染发生。所有牙齿均无松动，微波作用下的局部口腔黏膜均无糜烂和溃疡发生。

　　2．2  牙齿移动距离 

　　经计算其结果见表1。从表1可知，实验组照射侧和对照侧牙齿移动距离有显著差异（P<0.01，P<0.05）。表1  实验组牙齿移动距离（略）

　　2.3  肉眼所见变化 

　　所有动物手术切口均正常愈合，无切口感染发生。第2前磨牙与第1磨牙均产生侧向倾斜移动，以第2前磨牙为明显，第1，2前磨牙与第1，2磨牙之间间隙增大，第2前磨牙与第1磨牙颌面间距较宽，近根侧间距较窄。

　　2?4  光镜观察

　　2?4?1  正常组 

　　镜下见上颌第1磨牙牙周膜纤维致密，近中牙周膜宽度明显窄于远中，尤以牙槽嵴顶明显，近中牙周膜纤维与牙长轴平行。近远中牙周膜中血管形态分布正常，偶见破骨细胞，远中牙槽嵴顶可见成骨细胞。

　　2?4．2  照射侧与对照侧牙周组织变化 

　　1 d 组：对照侧压力区牙周膜变窄，牙周膜纤维较致密，血管腔隙缩窄，有的闭塞；张力区牙周膜增宽，牙周膜纤维稀疏，血管扩张、充血。照射侧与对照侧差异不明显。3 d 组：对照侧压力区牙周膜窄于1 d 组，牙周膜有部分纤维玻璃样变，血管腔隙变窄，可见部分新生血管出现，牙槽嵴顶部有少量破骨细胞出现，骨表面散在少量骨吸收陷窝，陷窝中可见破骨细胞；张力区牙周膜纤维排列方向与受力方向基本一致，血管进一步充血扩张。照射侧压力区牙周膜变窄，小于1 d 组，并见牙周膜纤维玻璃样变，其周围可见成纤维细胞出现，血管腔缩小呈梭形，无血管闭塞现象，可见新生血管出现，牙槽骨表面有较多的骨吸收陷窝，陷窝中有破骨细胞；张力区牙周膜增宽，血管数目增多，牙槽骨表面有成排排列的成骨细胞，其方向基本与受力方向一致。照射侧与对照侧成骨区域外周均有血管分布。7 d 组：照射侧与对照侧压力区均有较多新生血管、骨吸收陷窝和破骨细胞，但照射侧压力区新生血管明显多于对照侧，新生血管多靠近牙槽骨吸收处，破骨细胞数目较多，细胞体大核多，牙槽骨表面骨吸收陷窝较多。张力区血管扩张和新生的血管均沿成骨活跃部位分布，牙周膜纤维排列规则，新生血管与新生牙槽骨均比对照侧旺盛。14 d 组：可见照射侧与对照侧压力区牙周膜玻璃样变区范围缩小，骨吸收陷窝内有新生血管，牙槽骨呈锯齿状吸收；照射侧压力区骨表面可见形态不典型的破骨细胞。照射侧与对照侧张力区牙周膜纤维趋于致密，血管新生数目多并且分布于新生骨表面的牙周膜内，以照射侧明显，对照侧新生骨呈条索状，照射侧新生骨已连成片。21 d 组：可见照射侧与对照侧压力区牙周膜玻璃样变区已经消失，牙周膜宽度接近正常组，照射侧牙周膜纤维排列紧密且规则，血管变化与破骨活动基本稳定。照射侧与对照侧张力区牙周膜纤维分布与宽度基本正常。照射侧已形成完好的骨小梁，有大量血管分布其中。第2期微波照射对正畸牙远中移动速度的动物实验研究  崔言森，等

　　3  讨论

　　微波是指波长1 mm~1 m，频率在300~300 000 MHz 的特高频电磁波。其波长介于红外线和超短波之间。于本世纪30年代问世，50年代用于医学，是最近几年兴起的新的物理疗法。有关微波在医学上的机制，目前说法不一，但多数学者认为是热效应和非热效应（电磁效应、磁场效应、量子反应、超导电效应）共同作用的结果。当微波作用于机体组织时，引起组织细胞中离子、带电胶体、水分子和偶极子发生沿电力线的振动或旋转、相互摩擦和与周围介质相互摩擦产生大量的热，使组织内温度升高，称为微波辐射的热效应[2]。当微波能量低时(5~20 W)，能使局部小动脉及毛细血管扩张，明显增强局部血液循环，使局部的氧、营养物质、白细胞和抗体的供应均增加，代谢产物及时清除，加快局部代谢，增强局部免疫能力，促进水肿吸收，消炎止痛[3]。当微波能量大（>30 W）时，可使局部蛋白质变性、凝固、坏死，此时微波具有烧灼、切割作用。当微波照射生物组织时，被照射的生物组织温度会逐渐上升，将微波能转换为热能，且微波具有透热功能，即深部组织直接吸收微波能并转换为热能，而不是通过空气传导、热辐射或其他途径得到。由于微波以生物体组织本身作为热源，利用生物体内丰富的水性成分，产生不导电的热，是一种内部加热法，也称感应热，从这一点来看，微波的加热与普通的升温本质不同[4]。微波还可以产生高强度的电磁场从而改变生物组织内电荷和分子结构运转，由此可以改变细胞电位及细胞膜通透性，并破坏微生物化学成分及结构而导致细胞死亡[5]。正畸治疗的目的是通过牙齿骨组织内的移动及对颌骨生长发育的控制来矫治各种错合畸形[6]。正畸治疗中的一个基本现象是牙齿受力后。牙周组织发生改建，压力侧牙槽骨吸收，牵张侧牙槽骨沉积，从而使牙齿移动。正确牙齿移动的详细生物学机制目前还不完全清楚。其移动机制主要有以下几种学说[7]，（1）骨转化学说Oppcnhcim通过牙齿移动的动物实验研究，于1930年最早报告当牙齿受矫正力作用时，无论是压力侧还是牵引侧，其牙槽嵴处的致密骨板层消失，以海绵骨代替，后又出现横行排列的骨小梁。压力侧骨小梁的向牙端有破骨细胞，背牙端有成骨细胞，这两种作用使骨发生全体改建，即骨转化学说。Moyers等认为强度适宜的矫治力可以改变牙周血管的状态和血流速度，使牙槽骨的形成处于积极活跃状态。Foster[8]提出牙周组织对矫治力的反应是以牙周膜内血管状态为标志。当牙齿接受正畸力后，牙周膜血管很快出现反应，并通过形态变化发挥功能，这种变化出现在骨吸收与新生之前，持久的压力使牙周膜内血流改变，压力侧牙周膜表现为血流减少，原来开放的血管可因此关闭，导致有效的牙周膜血管密度和面积减少，张力侧牙周膜血流维持或增加，血流改变能使周围化学环境改变，进一步引起细胞代谢发生变化，压力侧丰富的血管给牙周膜细胞提供足够的氧和营养物质。输送吞噬细胞并运走代谢产物，促进骨和牙周膜的重建，实验证实，破骨时破骨细胞紧邻血管。Stuleville[9]和国内学者徐成伟[10]也通过实验证实了这一点。（2）骨压电效应学说Zengo等用兔和鼠做实验观察牙槽骨的压电效应发现，当牙齿后方接受矫治推力，牙齿向前移动时，牙齿前方牙槽内壁变形成凸面对着牙根，此凸面带正电荷，以破骨细胞活动为特点。反之，牙齿后方的牙槽内壁变形成凹面带负电荷，以成骨细胞活动为特点，而牙齿前方的牙槽骨外板形成凹面带负电荷，以成骨细胞活动为特点，牙齿后方牙槽骨外板形成凸面带正电荷，以破骨细胞活动为特点，从而认为牙齿移动、牙槽骨及其外板发生改建的机制是与牙槽骨产生压电效应有关。本实验光镜下观察经血管灌注后的HE染色切片显示在兔实验性牙移动过程中，无论是压力区还是张力区均表现出剧烈的血管化作用。以微波照射侧更为明显，表现为压力区血管仍然畅通，未发生血管闭塞，张力区血管扩张明显的形态学改变，以及新生的血管数目明显多于对照侧。说明微波的局部照射促进了正畸过程中牙周组织的血液循环。分析其原因，因为我们采用低能量微波照射（20 W），能够增强牙槽骨局部血液循环，加快局部新陈代谢，促进局部血管扩张，血流速度加快，可以有效防止血栓形成、血管的闭塞损伤，促进受力牙牙周组织的血管化作用，有效地为局部骨组织改建提供氧和营养物质，并运走代谢产物，输送细胞成分。另外大量的新生血管为牙槽骨的改建提供了进一步的保障作用。 这一点与骨转化学说相符和。正畸的骨改建是骨吸收与骨新生的动力平衡过程，破骨细胞与成骨细胞的功能需要协同作用。本实验的组织学观察证明，在微波照射侧，破骨活动与成骨活动均活跃于对照侧。从破骨细胞出现的时间来分析，照射侧破骨细胞的活动明显早于对照侧。从对兔受力牙齿的移动距离方面分析表明，经微波照射侧受力牙齿的移动速度明显快于对照侧，实验结果证实，微波局部照射能够促进兔的上颌正畸牙槽骨的改建。进一步分析其发生机制认为，矫治力对牙周的作用是一种生物学反应。当矫治力通过牙周膜传递到牙槽骨上时，牙槽骨表面可产生压电效应，细胞电环境的改变导致细胞生物学行为的改变。压电效应产生的电流在牙槽骨流过，刺激成骨细胞和破骨细胞产生骨改建，即压力侧（正电）骨吸收活跃，张力侧（负电），骨形成活跃。当微波照射局部牙槽骨时，可以产生高强度的电磁场，该电磁场能使置于其内的生物导体牙槽骨产生感应电流，从而刺激成骨细胞和破骨细胞产生骨改建。符合骨压电效应学说对于正畸牙齿移动的解释。

【】
  　　/[1/] 学会.中国电子学会第四届全国微波应用学术会议集/[C/].成都:1989.

　　/[2/] 陈代珠,吴大为,唐敬贤,等.医用微波技术/[M/].北京:国防出版社,1987:117-123.

　　/[3/] 李协荣.微波的生物学机制及治疗作用/[J/].学院学报,2002,19(4):52-53.

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　　/[5/] 吕长海.微波技术在我国口腔领域中的应用/[J/].广东牙病防治,1997,5(4):62-63.

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　　/[8/] Forster T D.A.Textbook of orthodontics/[M/].Blockwall Scientific Publication,London,1975:181-200.

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