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《重庆医科大学》 2002年
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纳米羟基磷灰石骨水泥注射防治松质骨骨质疏松骨折的实验研究

黄伟  
【摘要】:随着全球人口老年化进程,骨质疏松症已成为中老年人群中的常见病和多发病。它会因骨量降低、骨组织结构退变、而导致骨脆性增加、骨生物力学强度下降,最终可引起骨折。骨质疏松骨折常会因粉碎严重、骨缺失或固定不牢而引起肢体功能障碍和畸形,使临床治疗非常棘手。对于粉碎严重并伴有骨缺失的骨质疏松骨折的治疗常采用自体骨、异体骨移植和PMMA、CPC等生物材料植入;对于骨折危险系数高的严重骨质疏松患者局部常采用注射生物材料进行预防和治疗。但是他们存在着来源不足、免疫排斥反应、骨传导性差、骨整合力弱或生物力学强度不足等缺陷,使其临床应用和推广受到一定的限制。 纳米材料的诞生,为医用生物材料赋予了新的特性。纳米羟基磷灰石/聚酰胺(n-HA/PA)复合骨水泥是一种n-HA均匀分散在PA66中的新型骨组织修复替代材料。其中,n-HA的形态、大小、结晶度和晶体结构都与人骨磷灰石针晶相似,PA66是已作为外科缝线长期应用于临床的高分子聚合物。它们通过化学键合形成具有良好生物活性和力学性能的仿生骨生物材料。n-HA/PA复合骨水泥可以将n-HA/PA复合骨水泥颗粒溶于金属盐乙醇溶液中,通过氢键的形成和 WP=5 断裂而产生固相、液相的转化,使材料能够调制成浆糊状用于注射性治疗。同时,该骨水泥具有较好的抗血流腐蚀性,原位固化时间为7~20分钟,最大压缩强度可达到53MPa。这些特性使它有可能成为一种具有广阔应用前景的新型骨组织材料。本研究将对n-HA/PA复合骨水泥材料在体内、体外的生物学行为进行测试和观察,并对该材料的生物降解和成骨机制进行初步探讨。 本研究主要包括两个部分:(1)纳米羟基磷灰石骨水泥注射增强骨质疏松松质骨的体外生物力学的实验研究。它是将5具骨质疏松患者和1具正常人的胸椎和股骨髁松质骨内分别注射含n-HA60%、70%和80%的三种骨水泥材料与正常骨和骨质疏松骨进行压缩和扭转实验,以了解哪种n-HA含量的骨水泥更适合人体注射治疗。(2)纳米羟基磷灰石骨水泥注射防治松质骨骨质疏松骨折的动物实验研究。将卵巢切除术后骨质疏松的兔股骨做成骨质疏松松质骨骨折模型,实验侧注射骨水泥在松质骨内和骨折处,然后进行内固定。对照侧仅做内固定。兔胫骨平台实验侧注射骨水泥,对侧作为对照。分别在术后1w、2w、4w、6w和12w处死各组动物,进行组织学、扫描电镜、X线摄片和生物力学的观察和测试。 本实验的主要结果如下: 1、体外生物力学测试 60%、70%、80%的n-HA/PA复合骨水泥注射组(HP1、HP2、HP3组)的抗压、抗扭性能均较骨质疏松组(OP组)有所提高,HP1和HP2组的屈服强度和抗压刚度明显优于OP组(P<0.05);与正常组(N组)的屈服强度比较,分别为76.05% WP=6 和81.33%。扭转实验显示,HP1组、HP2组、HP3组的抗扭强度和抗扭刚度有所提高,HP1组和HP2组明显优于OP组(P<0.05)。与N组的抗扭强度比较,分别为85.24%、62.52%和28.43%。这表明含60%和70%HA组能使人体骨的抗压、抗扭性能明显增强。 2、骨水泥注射治疗松质骨骨质疏松骨折的实验结果 组织学和电镜观察可发现早期在骨水泥周围有大量单核吞噬细胞和纤维骨痂形成,未见明显的炎性细胞,经过软骨内成骨达到骨性愈合。整个过程中,注射组均较对照组晚2—4周,但后期成骨明显增快。生物力学测试显示,6周时,抗扭强度和抗扭刚度明显低于对照组(P<0.05);12周时,注射组力学性能有明显提高,两者无显著性差异(P>0.05)。说明该材料不影响骨折的愈合,后期力学强度可达到对照组水平。 3、骨水泥注射预防松质骨骨质疏松骨折的实验结果 组织学和电镜观察显示,该材料早期充填于骨小梁之间,通过化学性降解和单核细胞介导的生物性降解,使骨水泥逐渐被吸收,然后成骨细胞形成大量新生骨组织贴附在原来的骨小梁表面,使其增厚和修复。生物力学测试显示,注射组的抗压强度和抗压刚度随时间逐渐提高,注射骨水泥可明显增强胫骨平台松质骨的抗压能力(P<0.01)。12周时,注射组的抗压强度、抗压刚度和吸收能量分别为对照组的1.9倍、2.11倍和1.87倍。这表明注射n-HA/PA材料可增强松质骨抵抗骨折的能力。 综上所述,我们可以得出以下结论(1)该材料具有良好的生物相容性和骨传导性。(2)将该材料注射到骨折处,早期可将骨折碎片 WP=7 粘附在一起,通过骨水泥降解和新生骨组织的形成,使骨质疏松骨折达到骨性愈合。因此,它不会阻碍骨愈合,对粉碎塌陷性骨折有应用价值。(3)该材料可以使骨质疏松松质骨的骨小梁厚度增加、骨小梁穿孔和显微骨折得到修复,从而改善松质骨的显微结构,提高和增强松质骨抵抗外力的作用,预防骨折的发生。(4)该材料通过单核吞噬细胞骨吸收和成骨细胞新骨形成,使骨小梁的替代过程与人体骨骼的塑建过程相似。因此,n-HA/PA复合骨水泥是一种具有生物活性、可吸收的新型仿生骨修复替代材料。但是,我们还应该进一步研究该材料降解的最终产物和降解程度,以及最适合于人的n-HA的含量。
【学位授予单位】:重庆医科大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:R683

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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