硫酸鈣骨內(nèi)植入修復(fù)兔包容性骨缺損的力學(xué)分析

1、硫酸鈣骨內(nèi)植入修復(fù)兔包容性骨缺損的力學(xué)分析               作者：陳華，田學(xué)忠，張伯勛，于學(xué)忠，汪愛媛，胡成棟，崔旭，唐佩福，王巖【摘要】  目的探討硫酸鈣體內(nèi)植入后對骨缺損修復(fù)活動(dòng)生物力學(xué)性能的影響。方法建立兔股骨遠(yuǎn)端包容性骨缺損模型，分別用檸檬酸化硫酸鈣和Osteoset片填充修復(fù)，術(shù)后3、6、13周處死動(dòng)物，進(jìn)行一般觀察及壓凹力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析。結(jié)果術(shù)后兔運(yùn)動(dòng)自如，無跛行，精神及飲食正常，切口愈合好，切口縫線自動(dòng)脫落。動(dòng)物處死后組織取

2、材時(shí)未見關(guān)節(jié)腔積液及周圍組織炎癥反應(yīng)。生物力學(xué)分析顯示：術(shù)后3周時(shí)人工骨修復(fù)骨缺損區(qū)抗壓縮強(qiáng)度、彈性模量均高于正常股骨髁水平；術(shù)后6周時(shí)缺損區(qū)抗壓縮強(qiáng)度、彈性模量較術(shù)后3周時(shí)水平下降，但低于正常股骨髁水平；術(shù)后13周時(shí)缺損區(qū)抗壓縮強(qiáng)度、彈性模量相較6周時(shí)水平增高，并接近于正常股骨髁水平。不同時(shí)間點(diǎn)人工骨修復(fù)區(qū)力學(xué)強(qiáng)度比較分析顯示2種人工骨無顯著性差異，但是都顯著高于同期空白對照組。結(jié)論在硫酸鈣降解吸收、缺損區(qū)骨修復(fù)過程中，其對包容性骨缺損具有一定的力學(xué)支撐作用。檸檬酸化硫酸鈣能夠發(fā)揮Osteoset片相當(dāng)?shù)淖饔谩?【關(guān)鍵詞】  生物活性材料；檸檬酸化硫酸鈣； Osteoset； 人工

3、骨    Abstract:ObjeetiveTo report the repairing offect of cancellous bone defect with calcium sulphate.MethodA defect 5mm in diameter and 12 mm in deep,which was drilled in the lateral aspect of rabbit lateral femoral condyle,was filled with CCaS（Citrated Calcium Sulphate）cylinder or O

4、steoset tablets respectively.Rabbits were killed 3,6,13 weeks after surgery.And then general oberservations and mechanical analyzing were conducted.ResultAfter surgery,rabbits had good movements,spirits and eating,good healing of incision.There was no arthroedema and inflammatory response around the

5、 joints.Mechanical analyzing reports:both anti-compressive strength and elasticity coefficient in the artificial bone repair bone defect area 3 weeks after surgery,were higher than in that of normal femur condyle;Anti-compressive strength and elasticity coefficient in the defect area 6 weeks,which d

6、rop comparing to 3 weeks,was lower than that of normal femur condyle;Anti-compressive strength and elasticity coefficient 13 weeks,which is higher than 6 weeks,is approaching normal.Mechanics intensity of two groups in the different time had no significant difference,but was significantly higher tha

7、n one of the same time blank group.ConclusionTo some extent,Calcium Sulphate has mechanical supportive effects on cancelloues bone defect in spite of the absorption and degradation of Calcium Sulphate.There is no significant difference between Citrated Calcium Sulphate and Osteoset tablets. 

8、60;  Key words:bioactive material；  citrated calcium sulphate;  Osteoset;  synthetic bone    臨床對植骨材料的需求推動(dòng)了對人工骨的研究和發(fā)展。在眾多的無機(jī)植骨材料中，硫酸鈣以其可降解性、優(yōu)良的生物相容性及骨傳導(dǎo)性得到了廣大臨床醫(yī)生認(rèn)可。硫酸鈣和自體骨復(fù)合作為增容劑修復(fù)大塊骨缺損1，促進(jìn)脊柱融合2，與抗生素復(fù)合治療感染性骨不連3，作為各種活性因子的控緩釋載體47是目前研究的熱點(diǎn)問題。但是此種材料我國完全依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴，對其的研究，我

9、國還停留在煅燒硫酸鈣水平。因此2004年9月開始作者與沈陽建筑大學(xué)材料工程學(xué)院合作8，制備出了醫(yī)用外科級(jí)-半水硫酸鈣（檸檬酸化硫酸鈣，citrated calcium sulphate,CCaS）。本研究以Wright公司Osteoset片為對照，探討硫酸鈣體內(nèi)植入后對骨缺損修復(fù)活動(dòng)生物力學(xué)性能的影響。    1  材料與方法    1.1  實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及儀器    成年雄性新西蘭大白兔（解放軍總醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供），體重3.54 kg；生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)（858 Mini Bionix型

10、，美國MTS公司）；圓形不銹鋼壓凹試驗(yàn)壓頭（解放軍總醫(yī)院修理所加工制備）。    1.2  包容性骨缺損模型的手術(shù)制備    實(shí)驗(yàn)用新西蘭兔，氯氨酮與速眠新肌肉注射麻醉。仰臥位，備皮，常規(guī)消毒鋪巾，選膝關(guān)節(jié)外側(cè)切口，長約2 cm，切開皮膚、皮下、關(guān)節(jié)外側(cè)支持帶，顯露股骨遠(yuǎn)端，于側(cè)副韌帶與兔腓側(cè)韌帶起點(diǎn)之間中點(diǎn)處平行膝關(guān)節(jié)橫軸鉆一直徑5 mm、長12 mm的圓柱形骨缺損。生理鹽水反復(fù)沖洗清除骨屑和凝血塊，填塞干紗布徹底止血，保持骨面干燥。    1.3  實(shí)驗(yàn)分組  

11、  成年雄性新西蘭大白兔28只，體重3.54 kg，分籠飼養(yǎng)。隨機(jī)分為3組：A組（14只）左側(cè)植入CCaS（直徑4.8 mm,長10 mm圓柱體），右側(cè)植入Osteoset片；B組（7只）左側(cè)植入CCaS，右側(cè)不植入材料作為對照；C組（7只）左側(cè)不植入材料，右側(cè)植入Osteoset。術(shù)后肌肉注射慶大霉素4萬u/只，1次，預(yù)防感染。分籠飼養(yǎng)，隨意活動(dòng)。術(shù)后3、6、13周處死動(dòng)物。    1.4  觀察內(nèi)容    （1）一般觀察：術(shù)后每天觀察動(dòng)物的活動(dòng)、精神、飲食。觀察手術(shù)部位有無皮膚紅腫、感染、滲液以及膿腫。取材時(shí)詳細(xì)觀察缺損區(qū)周圍組織炎癥反應(yīng)。（2）動(dòng)物處死后取材股骨髁，剔除周圍軟組織，垂直膝關(guān)節(jié)橫軸做股骨遠(yuǎn)端修整（圖1）。將樣本平置于力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)操作臺(tái)上，表面滴加生理鹽水保持樣本濕潤，用直徑4.8 mm圓柱形不銹鋼平頭置于股骨遠(yuǎn)端缺損區(qū)，施加載荷，預(yù)加載荷3 N，加載速度2 mm/min，位移深度1.0 mm，力學(xué)測試傳感器量程01 000 N，測試精度0.05%，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪制載荷-變形曲線(圖2)，讀出屈服載荷。計(jì)算測試區(qū)域強(qiáng)度極限和彈性模量。    圖1壓凹力學(xué)測試    圖2正常兔股骨髁壓凹試驗(yàn)繪制典型載荷-變形曲線