氧化铝羟基磷灰石复合陶瓷修复兔桡骨节段性缺损的影像学观察

1、氧化铝羟基磷灰石复合陶瓷修复兔桡骨节段性缺损的影像学观察    Beg from beggers and you'll never be rich.                      作者：徐武清， 马英锋， 王倩秋， 墙华， 王荒野， 赵自强 【摘要】 

2、; 目的 评价放电等离子烧结技术制备的氧化铝羟基磷灰石复合陶瓷修复兔桡骨节段性缺损的效果。方法 选新西兰白兔15只,制作10mm长的桡骨节段性缺损模型，分为实验组：15个肢体，骨缺损区植入氧化铝羟基磷灰石复合陶瓷人工骨材料;空白对照组：6个肢体，骨缺损区旷置;自体骨对照组：6个肢体，骨缺损区植入自体骨。术后1d，8、16、24周分别进行X线摄片观察，运用ImageTool图像处理软件，进行点像素测定，24周进行扫描电镜观察。结果 实验组：氧化铝羟基磷灰石复合陶瓷人工骨植入兔桡骨缺损区8周即有新生骨形成,24周材料与骨组织连接在一起，缺损区得以修复()。空

3、白组：8周时缺损区有少量骨痂，24周时修复缺损区约1/2;自体骨植入组：8周时骨断端完全被骨痂包绕，24周时缺损区骨完全修复。像素测量结果显示三组间骨修复速度差异无统计学意义(P>0.05);重复测量资料的方差分析P=0.007，说明随着时间的延长骨组织密度增加。实验组材料两端修复界面新生骨与皮质骨的X射线摄片像素值进行比较：术后1d，8、16周P<0.05，24周P>0.05。说明术后24周前材料两端界面在不断修复，24周时完全修复。扫描电镜摄片示：实验组兔植入材料被新骨组织环形包绕与骨组织镶嵌，皮质骨与界面骨之间形成骨髓腔;在材料表面凹陷中骨细胞环状排列形成骨单位。结论&

4、#160;证实采用放电等离子烧结技术制备的氧化铝羟基磷灰石复合陶瓷材料能够修复新西兰兔桡骨节段性缺损，具有良好的生物活性和骨传导性。 Nightingales will not sing in a cage.  【关键词】  羟基磷灰石类;影像学;骨缺损;兔God defend me from my friends; form my enemy I can defend myself.              羟基磷灰石(h

5、ydroxyapatite, HA)是人体骨骼的主要组成部分，人工合成的HA与人体骨组织中的无机成分具有相似的化学组成与结构，具有良好的生物相容性、生物活性1(医药学/临床医学论文 )。羟基磷灰石复合陶瓷材料的研究报道较多2-3，但HA与氧化铝复合材料的研究报道较少，我们采用放电等离子烧结技术制备的氧化铝羟基磷灰石复合陶瓷人工骨材料，不仅保留了HA的生物活性，而且在一定组分比范围内使其力学性能接近于人体骨4。现就氧化铝羟基磷灰石复合陶瓷人工骨修复兔桡骨节段性缺损的影像学观察报告如下。1 材料与方法1.1 材料制备 氧化铝(纯度>99.99%,

6、60;TM-DAR, 大明化学工业株式会社, 日本)、羟基磷灰石Ca5(PO4)3(OH) 纯度>99.9%, Merck, Darmstadt, 德国粉，按照质量比混合配制氧化铝/羟基磷灰石比例为40/60。采用行星球磨机进行混合，分别用高纯氧化铝球和无水乙醇作为球磨介质来获得分散均匀的无团聚粉体。将粉体烘干过筛后采用放电等离子快速烧结技术烧结成直径为25mm的圆形块体材料，孔径100m100nm，孔率50%。烧结相对密度52.6%，断裂韧性KIC 2.04±0.12 MPam1/2，抗弯强度(9

7、8.3±12.4)MPa。再将材料加工成直径3.0mm×10mm的圆柱体状人工骨植入体。1.2 动物模型与分组 选择清洁级新西兰大白兔15只， 体质量2.02.5kg，由上海斯莱克实验动物有限责任公司提供，许可证号：SCXK(沪)2003-0003。术前麻醉用30g/L戊巴比妥钠(上海化学试剂分装厂生产，批号84-06-12)，30mg/kg体质量，耳缘静脉注射麻醉，麻醉成功后剪除术肢兔毛，将动物侧卧，固定于手术台，常规消毒双上肢，沿上肢前外侧做纵行切口，长20mm，逐层切开、分离、显露桡骨，于桡骨中、上1/3交界处截骨，去除桡骨和骨膜，制造1

8、0mm长的桡骨节段性骨缺损模型。实验动物肢体分为3组：实验组：15个肢体，骨缺损区植入氧化铝羟基磷灰石复合陶瓷人工骨材料;空白对照组：6个肢体，骨缺损区旷置;自体骨对照组：6个肢体，将截下的自体骨用生理盐水冲洗后，再植入原截骨处。术后逐层缝合肌肉、皮下、皮肤体积分数为0.75的乙醇消毒伤口，术后常规笼中饲养，不予任何药物。于术后第1天，第8、16、24周进行相应指标观测。1.3 观察指标  The small courtesies sweeten life; the greater ennoble it.  1.4 统计学方法 重复测量资料采用

9、方差分析，组间比较采用q检验。2 结果Hide one's talents in a napkin.  2.1 一般情况与大体解剖观察 各组大白兔手术过程顺利，术后一般情况良好，伤口2周愈合，无分泌物、无窦道，饮食、活动正常。实验组：8周植入体材料被致密结缔组织包绕，植入体与宿主骨结合牢固，推之不动，材料两端与宿主骨断端有骨痂形成，断端可见小突起。16周断端骨痂由断端向材料中部延伸，材料与尺骨接触面骨痂形成，并逐渐向材料包绕。24周材料被骨组织包绕，见图1(见封2)。空白组：8周时骨断端及缺损区尺骨面有少量骨痂，24周时缺损区沿尺骨面形成月牙形骨

10、痂，修复区约1/2，见图2(见封2)。自体骨植入组：8周时骨断端完全被骨痂包绕，24周时缺损区骨面平整，只是在断端可见骨修复痕迹，见图2(见封2)。The farmers are the founders of civilization and prosperity.  2.2 X线观察A man cannot whistle and drink at he same time.  各组随着时间的推移逐渐修复缺损区，骨痂生长，骨密度增加。实验组：术后1d X线摄片示：缺损区清晰可见，高密度圆柱状材料填充其中，骨断端及尺骨面与材料间有明显低密度间隙。术后8

11、周材料两端与宿主骨断端、材料与尺骨间隙模糊。16周时材料与宿主骨基本形成骨性结合，材料与近端骨断端皮质骨连续，与远端骨断端皮质骨连续性较差。24周时材料与周围骨组织连接在一起，材料周围阴影模糊，骨皮质与材料连续，完全形成骨性结合，见图3。空白对照组：术后X线摄片观察桡骨中段可见清晰的低密度截骨区。8周时骨断端及尺骨面有骨痂生长，形成月牙形模糊影，16周可见缺损区逐渐修复，24周时也未能完全修复(见图4)。自体骨对照组：术后X线片可见截骨两端清晰的低密度间隙。术后8、16周时近端骨断端骨连接较好，远端较差，24周时骨髓腔贯通、骨皮质连续，完全修复(见图5)。A clear conscience

12、is a sure card.  2.3 像素测量结果手术后不同时间的像素测量值差异有统计学意义(P=0.007)。但组间比较差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。表1 材料两端界面不同时相像素测量结果(±s)The farmers are the founders of civilization and prosperity.  实验组动物肢体材料两端界面新生骨与皮质骨的X射线摄片像素值，分别在术后第1天、第8周、第16周差异具有统计学意义(术后1d，t=-3.492,P=0.002;8周t=-2.355,P=0.026;16周t=

13、-2.257,P=0.032)，术后24周差异无统计学意义(24周t=-1.070,P=0.294)，见表2。表2 实验组材料两端界面新生骨与皮质骨像素值比较(±s，n=15)One ploughs, another sow; who will reap  2.4 扫描电镜观察 实验组兔冠切面可见材料被新骨组织环形包绕，界面不规整，材料与骨组织镶嵌，皮质骨与界面骨之间形成骨髓腔(见图6，见封2)。骨组织深入材料凹陷与材料界面呈齿状(见图7，见封2)。在材料表面凹陷中骨细胞环状排列形成骨单位(见图8)。3 讨论采用放电等离子烧结技术制备

14、的氧化铝羟基磷灰石复合陶瓷人工骨材料具有良好的生物活性、生物相容性和骨传导性4，可以烧结成形与缺损部位相应的形状，可以通过调节氧化铝与羟基磷灰石的比例、孔径、孔率使其力学性能接近受体骨力学要求，易于消毒，难以降解。虽然与理想的骨组织替代材料5-6还有差距，但是与目前已经运用于临床的钛金HA涂层材料比较，其力学性能完全可以替代钛金，表面直接成骨，并避免了钛金HA涂层溶解、剥脱的弊病7,8，具有研究价值。The sea refuses no river.  氧化铝羟基磷灰石多孔材料表面微孔加大了成骨面积，使新骨组织与材料连接更加牢固。由于材料未进行任何辅助固定，植入技术影响着修复质量，我

15、们在实践中基本解决了这个技术问题9。通过大体解剖观察和连续X线摄片结果证实，氧化铝羟基磷灰石复合陶瓷人工骨材料植入兔桡骨缺损区8周与宿主骨牢固结合，断端即可见新生骨痂，16周时材料与宿主骨基本形成骨性结合，材料与皮质骨连接;24周时新骨生长良好，与皮质骨连接紧密，缺损区完全修复。24周时空白组缺损区只有部分修复，自体骨植入组骨皮质完全连接，骨髓腔贯通，完全修复。  像素测量结果显示，手术后不同时间的像素测量值随时间的延长，像素值逐渐升高，说明新生骨组织不断修复缺损区。但组间比较差异无统计学意义，P>0.05。可能是三组像素测量区均为新骨修复点，所以生长速度基本相同。实验组材料两

16、端界面新生骨与皮质骨的X射线摄片像素值比较显示：24周时差异无统计学意义，而在术后8、16周差异具有统计学意义，说明24周时修复骨密度已经与皮质骨接近。扫描电镜观察显示，新骨组织包绕材料，深入材料凹陷之中与材料间呈齿状界面，并观察到在材料凹陷中形成骨单位。A useful trade is a mine of gold.  通过本实验我们观察到氧化铝羟基磷灰石复合陶瓷人工骨材料修复骨缺损的过程，即骨痂生长从骨端和尺骨侧开始，在断端可见小的骨痂突起，随着时间的推移新骨沿着材料表面向缺损区中央爬行，24周时在材料周围形成密质骨，与骨端皮质骨连接在一起。证实放电等离子烧结技术制备的氧化铝羟

17、基磷灰石复合陶瓷人工骨材料具有良好的生物相容性、生物活性、骨传导性，可以修复兔桡骨缺损，为承重骨替代材料研究提供了实验基础。【参考文献】  1 吉建新，成晓玲，廖伟娇，等. 煅烧温度对纳米羟基磷灰石性能的影响J. 现代临床医学生物工程学杂志，2007，13(1)：37.2 黄斌，程德军，郭明秀. 羟基磷灰石复合材料研究进展 J . 四川化工，2007，10(6)：22-25.3 刘岸平，栾春燕，张大鹏. 羟基磷灰石生物医用陶瓷材料的研究与应用J. 科技咨询导报，2007，10(18)：204-206.4 赵，徐武清，赵,等. 氧化铝羟基磷灰石人工骨与兔骨的生物相容性观察J. 中国临床康复,2006,10(37):57-60.5 孙宁宁，王绪凯.骨组织工程支架材料的研究进展J. 国际生物医学工程杂志，2007，30(4)：251.6&