インプラント治療を成功させるための前提条件は、インプラントが一次安定性を維持して配置され、補綴主導での所定の位置で顎骨に正常に埋入されることです。インプラントのオッセオインテグレーションが行われるためには、インプラントを埋入する手技中に生きた骨を注意深く処理することが不可欠です。したがって、臨床医は歯科インプラント処置を行う前に、生きている骨の構成と性質を理解する必要があります。

補綴的に決定された正しい位置にインプラントを埋入する必要があるということは、時にはインプラントを完全に埋入するための骨量が不足していることがあります。骨で完全に覆われていないインプラントは、軟組織の退縮、細菌バイオフィルムが露出したインプラント表面にコロニー形成することによる炎症や感染、さらには骨のサポートが不十分なためにインプラントが脱落するなど、さまざまな合併症のリスクがあります。インプラントが骨で完全に覆われていることを確認するために、骨のボリュームを増やすための移植手技がしばしば必要です。このモジュールでは、生きている骨の組成と性質、歯科インプラントで使用されるグラフト材料、さまざまなグラフトのさまざまな治癒状態について説明します。

モジュールの最初のパートでは、骨生物学の基本的な側面について説明します。これは3つの部分に分けられます。骨の解剖学は、巨視的および顕微的な解剖学、骨のモデリングとリモデリング、そして細胞の構成要素と非細胞の構成要素に分けられます。

骨格は、モデリングおよびリモデリングにより成長し，生涯にわたって変化します。小児期には、これらの変化は骨の形成と成長によって特徴付けられ、その結果、大人の形状や形態に特徴的な骨格構造が発達します。

出生後の成長から成人に至るまでの初期段階の頭蓋の成長および発達ほど、劇的なものはありません。この間、上顎骨と下顎骨も歯の萌出とともに成長します。骨がその形状とサイズを獲得する過程は、骨モデリングと呼ばれます。骨モデリングでは、骨組織の付加成長が骨の外表面と内表面で発生し、一般的に骨量の総量を決めます。

肉眼的には、骨は皮質（または緻密）骨と海綿骨（または小柱）骨に分類されます。大腿骨の骨頭部のこの画像では、骨の外面または表面は皮質または緻密骨です。大腿骨の断面図からわかるように、内側または中央の側面は海綿骨または小柱骨です。骨髄は海綿骨内にあります。

皮質骨は主にオステオン（骨単位）で構成されており、ハバース菅系としても知られています。オステオンは、中心管に血管と神経を含み、緻密骨の層に囲まれています。顕微鏡下の断面では、骨はしばしば同心円状として現れます。

海綿骨は、骨梁と呼ばれる3次元的な網目状構造を形成しています。空洞部分は骨髄と血管で満たされています。骨髄は、赤血球と多くの白血球、血小板、骨形成細胞を生成する特殊な結合組織です。また、脂肪細胞やその他の結合組織も含まれています

より拡大視野では、骨はさらに網目状または層状に分類できます。網状骨は、胎児の成長中または成熟した骨の損傷後に急速に形成される未成熟な骨です。たとえば、骨折または抜歯をしたときです。網状骨は骨の欠損をすばやく埋めるために形成され、そのコラーゲン線維はランダムな方向となります。網状骨は機械的に弱く、すぐに層状骨に置き換わります。層状骨は成熟した骨であり、コラーゲン線維は規則的で平行に走行し、異なった層を形成します。層状骨は機械的に強いです。

骨リモデリングは、骨が再生されるプロセスです。骨リモデリングは、骨の強度を維持するために骨のミネラルのバランスを調節するためには，不可欠です。通常の機能では，骨へのストレスと負荷は、微小な損傷をもたらします。リモデリングのプロセスにより、損傷した骨が取り除かれ、新しい骨に置き換えられます。このプロセスにより、骨質の微小な損傷を修復し、古い骨に微小な損傷が蓄積するのを防ぐことができます。これにより、骨の強度と剛性が低下し、骨折に対する抵抗力が低下します。リモデリングにより、骨は個人の生涯の間に変化する機械的な必要性に適応することができます。リモデリングプロセスに不均衡がある場合、骨密度が徐々に低下し、骨粗しょう症を引き起こす可能性があります。

骨リモデリングは骨再生の一生のプロセスであり、骨代謝回転とも呼ばれます。5％から15％の回転率が期待される大人とは対照的に、成長期の子供たちの年間回転率は30％から100％です。骨のリモデリングには4つの段階があります。休止期では、破骨細胞と呼ばれる特殊な細胞が活性化され、古い骨を溶解または吸収します。骨吸収期では、骨形成細胞または骨芽細胞が吸収された骨の表面に現れ始めます。骨形成期では、骨芽細胞は新しい骨または類骨を置き、吸収された骨を完全に置き換えます。最終段階は、ハイドロキシアパタイトが類骨に取り込まれる石灰化期です。これらの特殊な細胞については、このモジュールの後半で詳しく説明します。リモデリングでは、骨吸収と骨形成が密接に関連しています。成人の正常な健康状態では、リモデリング中の骨吸収と並置は、時間、空間、量のバランスが取れているため、体の骨量はほぼ一定のままです。

次に、骨の構成要素について検討します。骨は約10％の細胞と90％の細胞外マトリックスで構成されています。骨細胞は、骨芽細胞、骨ライニング細胞、骨細胞、破骨細胞です。細胞外マトリックスは、約35％の有機物と65％の無機物で構成されています。これらの構成要素のそれぞれについて、さらに詳しく説明します。

次に、骨の細胞について説明します。骨芽細胞は、新しい骨を形成する骨細胞です。それらは大きな細胞であり、1つの核を含んでいます。これらの細胞はグループで働き、類骨と呼ばれるコラーゲン基質を置きます。骨芽細胞はまた、骨形成タンパク質などの成長因子を産生し、骨の治癒を刺激している可能性があります。

骨細胞は、石灰化した骨基質内に閉じ込められた骨芽細胞です。骨芽細胞の約10％が骨細胞になります。骨細胞は、骨の小腔である骨細胞小腔内に存在します。骨細胞は相互に、骨芽細胞や骨表面のライニング細胞と接続されています。骨細胞の正確な機能は理解されていません。しかし、それらは骨芽細胞と破骨細胞の調節に役割を果たすと考えられています。

骨細胞にならない残りの骨芽細胞は、骨ライニング細胞に変わるか、細胞死を起こします。ライニング細胞は、骨の表面から石灰化したマトリックス内の骨細胞への栄養移動を提供する主な機能を備えており、石灰化した骨の表面を占めています。

破骨細胞は骨吸収細胞であり、この組織学的断面では、吸収が起こる骨の表面を覆う多核細胞として見ることができます。吸収は、骨ミネラルが除去されるプロセスであり、通常の骨リモデリングプロセスの一部です。多核化は、骨の吸収における細胞の効率を改善すると考えられています。

次に、細胞外骨マトリックスについて説明する。細胞外骨基質は、約35％の有機物と65％の無機物で構成されています。有機質の約90％はI型コラーゲン繊維ですが、残りの10％はさまざまな非コラーゲン性タンパク質で構成されています。骨基質には、骨の治癒に重要な骨形成タンパク質などの成長因子も含まれています。骨基質の無機質は、結晶化度の低い炭酸ヒドロキシアパタイトで構成されています。

骨生物学の基本的な観点、主要な学習ポイント：巨視的には、骨には皮質と海綿質の区画があります。微視的には、骨は綿状骨または未成熟骨、および層状骨または成熟骨として特徴付けられます。骨は基本的に10％の細胞と90％の細胞外マトリックスで構成されています。主な骨細胞は骨芽細胞、骨細胞、ライニング細胞、破骨細胞です。細胞外骨基質は、35％の有機物と65％の無機物で構成されています。モデリングとは、骨の形成と成長を指します。リモデリングとは、骨の継続的で正常な代謝回転を指します。

次のセクションでは、骨移植片と骨代用物について説明します。骨移植片および代用骨は、意図されたドナー提供者との関係において、それらの起源に従って分類することができる。自家骨移植は同一個人から得られます。それらはまた自家骨移植とも呼ばれます。同種骨移植材は、同種の遺伝的に異なる個体から得られ、同種骨移植材とも呼ばれます。対照的に、異種骨移植片または異種移植片は、意図されたドナー提供者とは異なる種から得られます。人工骨移植材は、合成的に製造された材料です。

自家骨移植片または自家移植片は、同じ患者に由来する骨を指し、口腔内または口腔外の部位から採取することができます。口腔内の骨は、通常、欠損部位に隣接する骨組織から採取されます。これは、比較的少量のグラフト材料が必要な場合に、優れた自家骨供給源です。この臨床画像に示すように、大量の骨が必要な場合は、下顎前枝または下顎骨から骨を採取できます。さらに大量の骨が必要な場合は、腸骨、脛骨、頭蓋骨などのドナー部位からの口腔外採取が必要になることがあります。骨ブロックは、自家骨の大きな断片です。骨スクレーパーとノミで採取された自家骨は、小さなチップの形をしており、粒子状移植片と呼ばれています。特殊なフライス盤を使用してブロックを分解することにより、ブロックグラフトから粒子状グラフトを作成することもできます。

同種骨移植片または同種移植片は、生体または死後のドナー供給源のいずれかである別のヒトに由来する骨を指します。通常、同種骨は、腸骨または脛骨から採取され、新鮮凍結、凍結乾燥、または脱灰凍結乾燥骨にすることができます

最後に、人工骨移植材または他家骨は、ハイドロキシアパタイト、β-三リン酸カルシウム、ポリマー、バイオガラス、チタン、またはそれらの組み合わせなど、研究室で合成的に生成される代用物です。これは、60％のハイドロキシアパタイトと40％のβ-三リン酸カルシウムからなる二相性リン酸カルシウム構造体である、同種異系骨代用物の例です。

骨移植片と代用物の分類、主要な学習ポイント：骨移植片と代用物は、意図したドナー提供者との関係でそれらの提供源に応じて分類できます。骨移植片および代用物は、自家骨、同種骨、異種骨、または同種骨代用物として分類され得る。

必要な骨増強のタイプに関係なく、使用する骨移植片または骨代用物のタイプは、ホストの骨およびインプラント自体と結合できる必要があります。移植片のタイプによって作用メカニズムが異なり、材料の特性が骨の治癒結果に影響を与える可能性があります。

骨移植片が周囲の宿主の骨と結合することができる3つの認識された作用メカニズムがあります。骨形成は、新しい骨が移植片に存在する骨芽細胞によって形成されるメカニズムです。自家骨移植では、骨芽細胞によって、生存能力を維持し、新しい骨を形成する能力を移植材に与え，維持しなければなりません。骨形成はまた、骨移植片および骨代用物に加えられる骨芽細胞構築物を介して起こり得ます。骨伝導は、宿主の局所環境に存在する骨形成細胞に足場を提供することによって骨形成が強化されるメカニズムです。これらの細胞は足場に移動してコロニーを形成し、新しい骨を生成します。最後に、骨誘導は、移植片が未分化間葉系細胞を刺激して骨形成を誘導し、骨を生成する骨芽細胞活性型に変化するメカニズムのことです。

自家骨は、ほとんどの移植手技で「ゴールドスタンダード」と見なされています。移植の適応症と必要な移植の量に応じて、自家骨は粒子状の形態として、ブロック移植片として、または両方の組み合わせとして使用できます。形態に関係なく、自家骨移植の治癒には一連の特定の重なるフェーズが含まれます。手術中にグラフト材を配置すると、手術部位とグラフト材の周囲に血腫が形成されます。外科的処置もまた、あらゆるタイプの組織外傷と一致する急性炎症反応を引き起こします。炎症細胞とは別に、骨芽細胞と破骨細胞の前駆体が創傷に移動します。1日以内に、肉芽組織は周囲の宿主の骨からの血管要素の増殖を通じて形成され始めます。次に、移植片の破骨細胞の吸収が始まり、骨基質から骨形成タンパク質が放出されます。骨形成タンパク質の放出は、骨誘導活動の開始を示します。破骨細胞の活動と並行して、既存骨からの骨芽細胞は創傷と移植片に移動し始め、骨伝導能を有し新しい骨を作り始めます。移植片は、骨吸収および新しい骨形成を含む通常のリモデリングプロセスに徐々に置換し、最終的に移植片の組み込みおよび置換につながります。

代用骨移植片の取り込みは、自家骨のそれに似ています。結合は、血腫の形成と炎症から始まり、肉芽組織の形成が続きます。しかしながら、自家骨とは対照的に、代用骨移植片の結合は、骨代用材料の大部分において骨伝導で進行する。代用骨は、自家骨移植と同じようにリモデリングされませんが、細胞性または溶解またはその両方によって、さまざまな程度で吸収を受ける可能性があります。しかし、多くの骨代用材料はほとんど吸収されません。

自家骨は、3つのメカニズムすべてを介して骨再生に寄与する唯一のタイプの移植片です。採取および移植手技を生存した自家移植片の骨芽細胞は骨形成の役割があります。移植片自体が、既存骨からの骨芽細胞の移動に足場を提供し、骨伝導を促進します。最後に、移植片マトリックス内に含まれ、移植片吸収中に放出される成長因子は、骨誘導を促進します。これに関連して、限られた数の細胞しか移植手技を生き残ることができないことに注意すべきである。同種骨移植は2つのカテゴリーに分けられるかもしれません：石灰化と脱灰。例えば石灰化同種移植片、新鮮な凍結骨同種移植片および凍結乾燥骨同種移植片は、主に骨伝導を通じて骨再生に寄与しますが、骨誘導の可能性もいくつかあります。一方、脱灰した凍結乾燥骨同種移植片は、主に骨誘導を介して、そして第二に骨伝導によってのみ骨再生に寄与すると考えられている。既存組織からの同種物質の処理の変動は、脱灰した凍結乾燥骨の骨伝導能力に大きな変動をもたらします。最後に、異種および同種骨の代用骨は、主に骨伝導を通じて骨形成を促進します。

移植片の取り込みと置換の程度、その寸法安定性、および治癒過程の期間はすべて、さまざまな要因に依存します。これらの要因の中には、移植片の種類と形態、その皮質海綿の組成、移植片のサイズ、および欠損のサイズと形態があります。また、外科的処置自体の質と宿主の全身の健康に関連する側面の両方が、上記のプロセスで影響を及ぼします。

粒子化された自家骨は、自家骨ブロックと比較して比較的迅速に組み込まれるという利点があります。ただし、治癒の初期段階では構造的安定性が欠如しており、局所的な欠損や部位の解剖学的構造によっては、たとえば、ガイド付き骨再生膜やメッシュを使用して封じ込めなければならないことがよくあります。粒子状の自家骨もまた、広範囲でかなり予測できない吸収を受けます。粒子状の自家骨とは対照的に、骨ブロックは治癒の初期段階から優れた構造的安定性を提供し、より優れた寸法安定性を示します。ただし、これらを組み込むにはより多くの時間が必要であり、骨ブロック体積の最大50％までの吸収がしばしば観察されます。骨ブロックは治癒期間中に固定する必要があります。

市場で入手できるさまざまな代用骨の物理化学的特性には、その組成、粒子サイズと形状、表面性状など、大きなばらつきがあります。これは、同じタイプの骨代用材料の場合にも当てはまります。代用骨の間の物理化学的特性の違いは、所定の代用骨が移植された部位に残存する生体材料だけでなく、新しい骨形成量の面でも治癒の結果に影響を与える可能性があります。新しい骨形成量の違いは、生体材料の骨伝導能力の真の違いが原因である可能性がありますが、部分的には、さまざまな代用骨間の吸収能力の違いによって説明され、これにより、欠損部位内の形成として新しい骨組織に利用できるスペースが決まります。たとえば、β-三リン酸カルシウムは比較的迅速に置換されますが、焼結したウシの骨は吸収に抵抗性があり、何十年もの間、造成された部位に存在します。

骨移植の治癒、主要な学習ポイント：骨移植および代用骨が骨再生を促進する3つの作用メカニズムがあります。骨形成、骨伝導、および骨誘導です。自家骨移植のみが、3つのメカニズムすべてによる骨再生を促進します。同種移植片は、骨伝導と骨誘導によって骨再生を促進します。異種および同種異系材料は、骨伝導による骨再生を促進します。

自家骨および代用骨移植片は段階的に治癒します。代用骨間の異なる特性、および同じタイプの代用骨内であっても、骨形成の観点から性能を決定します。自家粒子状骨は、骨ブロックと比較してより速く組み込まれますが、寸法安定性が低くなります。代用骨欠損部移植における骨形成は、材料の骨伝導能力と吸収する能力に依存します。

骨移植の生物学的原理、モジュールの概要：骨は、いくつかのタイプの細胞と石灰化マトリックスで構成されています。骨移植片は、自家、同種、異種、または同種異系に分類できます。骨移植片が骨の再生を促進する作用には、骨形成、骨伝導、骨誘導の3つのメカニズムがあります。自家骨移植のみが、3つのメカニズムすべてによる骨再生を促進します。異種移植片および同種移植片は、骨伝導による骨再生を促進する可能性があります。自家粒子状骨は、自家骨ブロックと比較してより速く取り込まれますが、寸法安定性が低くなります。代用骨移植欠損部における骨形成は、材料の骨伝導性の可能性と、吸収する能力にも依存します。