【摘要】  目的 評價放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備的氧化鋁羥基磷灰石復(fù)合陶瓷修復(fù)兔橈骨節(jié)段性缺損的效果。方法 選新西蘭白兔15只,制作10mm長的橈骨節(jié)段性缺損模型，分為實驗組：15個肢體，骨缺損區(qū)植入氧化鋁羥基磷灰石復(fù)合陶瓷人工骨材料;空白對照組：6個肢體，骨缺損區(qū)曠置;自體骨對照組：6個肢體，骨缺損區(qū)植入自體骨。術(shù)后1d，8、16、24周分別進(jìn)行X線攝片觀察，運用ImageTool圖像處理軟件，進(jìn)行點像素測定，24周進(jìn)行掃描電鏡觀察。結(jié)果 實驗組：氧化鋁羥基磷灰石復(fù)合陶瓷人工骨植入兔橈骨缺損區(qū)8周即有新生骨形成,24周材料與骨組織連接在一起，缺損區(qū)得以修復(fù)。空白組：8周時缺損區(qū)有少量骨痂，24周時修復(fù)缺損區(qū)約1/2;自體骨植入組：8周時骨斷端完全被骨痂包繞，24周時缺損區(qū)骨完全修復(fù)。像素測量結(jié)果顯示三組間骨修復(fù)速度差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05);重復(fù)測量資料的方差分析P=0.007，說明隨著時間的延長骨組織密度增加。實驗組材料兩端修復(fù)界面新生骨與皮質(zhì)骨的X射線攝片像素值進(jìn)行比較：術(shù)后1d，8、16周P<0.05，24周P>0.05。說明術(shù)后24周前材料兩端界面在不斷修復(fù)，24周時完全修復(fù)。掃描電鏡攝片示：實驗組兔植入材料被新骨組織環(huán)形包繞與骨組織鑲嵌，皮質(zhì)骨與界面骨之間形成骨髓腔;在材料表面凹陷中骨細(xì)胞環(huán)狀排列形成骨單位。結(jié)論 證實采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備的氧化鋁羥基磷灰石復(fù)合陶瓷材料能夠修復(fù)新西蘭兔橈骨節(jié)段性缺損，具有良好的生物活性和骨傳導(dǎo)性。

【關(guān)鍵詞】  羥基磷灰石類;影像學(xué);骨缺損;兔機械論文發(fā)表

            羥基磷灰石(hydroxyapatite, HA)是人體骨骼的主要組成部分，人工合成的HA與人體骨組織中的無機成分具有相似的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)，具有良好的生物相容性、生物活性[1]。羥基磷灰石復(fù)合陶瓷材料的研究報道較多[2-3]，但HA與氧化鋁復(fù)合材料的研究報道較少，我們采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備的氧化鋁羥基磷灰石復(fù)合陶瓷人工骨材料，不僅保留了HA的生物活性，而且在一定組分比范圍內(nèi)使其力學(xué)性能接近于人體骨[4]。現(xiàn)就氧化鋁羥基磷灰石復(fù)合陶瓷人工骨修復(fù)兔橈骨節(jié)段性缺損的影像學(xué)觀察報告如下。

　　1 材料與方法

　　1.1 材料制備 氧化鋁(純度>99.99%, TM-DAR, 大明化學(xué)工業(yè)株式會社, 日本)、羥基磷灰石[Ca5(PO4)3(OH) 純度>99.9%, Merck, Darmstadt, 德國]粉，按照質(zhì)量比混合配制氧化鋁/羥基磷灰石比例為40/60。采用行星球磨機進(jìn)行混合，分別用高純氧化鋁球和無水乙醇作為球磨介質(zhì)來獲得分散均勻的無團(tuán)聚粉體。將粉體烘干過篩后采用放電等離子快速燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)成直徑為25mm的圓形塊體材料，孔徑100μm～100nm，孔率50%。燒結(jié)相對密度52.6%，斷裂韌性KIC 2.04±0.12 MPam1/2，抗彎強度(98.3±12.4)MPa。再將材料加工成直徑3.0mm×10mm的圓柱體狀人工骨植入體。

　　1.2 動物模型與分組 選擇清潔級新西蘭大白兔15只， 體質(zhì)量2.0～2.5kg，由上海斯萊克實驗動物有限責(zé)任公司提供，許可證號：SCXK(滬)2003-0003。術(shù)前麻醉用30g/L戊巴比妥鈉(上海化學(xué)試劑分裝廠生產(chǎn)，批號84-06-12)，30mg/kg體質(zhì)量，耳緣靜脈注射麻醉，麻醉成功后剪除術(shù)肢兔毛，將動物側(cè)臥，固定于手術(shù)臺，常規(guī)消毒雙上肢，沿上肢前外側(cè)做縱行切口，長20mm，逐層切開、分離、顯露橈骨，于橈骨中、上1/3交界處截骨，去除橈骨和骨膜，制造10mm長的橈骨節(jié)段性骨缺損模型。實驗動物肢體分為3組：實驗組：15個肢體，骨缺損區(qū)植入氧化鋁羥基磷灰石復(fù)合陶瓷人工骨材料;空白對照組：6個肢體，骨缺損區(qū)曠置;自體骨對照組：6個肢體，將截下的自體骨用生理鹽水沖洗后，再植入原截骨處。術(shù)后逐層縫合肌肉、皮下、皮膚體積分?jǐn)?shù)為0.75的乙醇消毒傷口，術(shù)后常規(guī)籠中飼養(yǎng)，不予任何藥物。于術(shù)后第1天，第8、16、24周進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)觀測。

　　1.3 觀察指標(biāo)

　　1.3.1 一般情況與大體解剖觀察 術(shù)后觀察動物飲食、毛色、活動、精神狀態(tài)、傷口有無腫脹、分泌物等傷口愈合情況。于8、16、24周先行X線攝片，術(shù)后第24周無痛處死動物，在植入材料部位逐層切開皮膚、皮下組織、肌肉，觀察皮膚、局部軟組織愈合情況，取完整尺、橈骨觀察骨缺損修復(fù)及骨端骨痂生長情況。

　　1.3.2 X線觀察 于術(shù)后第1天，第8、16、24周X線正側(cè)位攝片觀察骨愈合與修復(fù)骨缺損情況，X線攝片統(tǒng)一曝光條件為：電壓50kV,電流100mA,時間0.02s。

　　1.3.3 像素測量 運用ImageTool圖像處理軟件，用點像素測定方法，檢測術(shù)后第1天，第8、16、24周X線攝片。分別在材料兩端界面、缺損區(qū)上下5mm皮質(zhì)骨，均勻選8個點，測量點像素值(灰度)，進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。空白組，自體骨對照組選取部位相同。

　　1.3.4 掃描電鏡觀察 實驗組兔于術(shù)后第24周無痛處死后，取橈骨缺損修復(fù)部位及兩端正常骨干，將標(biāo)本進(jìn)行磷酸鹽液沖洗，25g/L戊二醛固定后，以植入材料為中心，制作冠切面和縱切面，乙醇逐級脫水，乙酸異丙酯置換，自然干燥，噴鍍金膜。掃描電鏡攝片觀察人工骨材料與宿主骨結(jié)合情況。

　　1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 重復(fù)測量資料采用方差分析，組間比較采用q檢驗。

　　2 結(jié)果

　　2.1 一般情況與大體解剖觀察 各組大白兔手術(shù)過程順利，術(shù)后一般情況良好，傷口2周愈合，無分泌物、無竇道，飲食、活動正常。實驗組：8周植入體材料被致密結(jié)締組織包繞，植入體與宿主骨結(jié)合牢固，推之不動，材料兩端與宿主骨斷端有骨痂形成，斷端可見小突起。16周斷端骨痂由斷端向材料中部延伸，材料與尺骨接觸面骨痂形成，并逐漸向材料包繞。24周材料被骨組織包繞，見圖1(見封2)。空白組：8周時骨斷端及缺損區(qū)尺骨面有少量骨痂，24周時缺損區(qū)沿尺骨面形成月牙形骨痂，修復(fù)區(qū)約1/2，見圖2①(見封2)。自體骨植入組：8周時骨斷端完全被骨痂包繞，24周時缺損區(qū)骨面平整，只是在斷端可見骨修復(fù)痕跡，見圖2②(見封2)。

　　2.2 X線觀察機械論文發(fā)表

　　各組隨著時間的推移逐漸修復(fù)缺損區(qū)，骨痂生長，骨密度增加。實驗組：術(shù)后1d X線攝片示：缺損區(qū)清晰可見，高密度圓柱狀材料填充其中，骨斷端及尺骨面與材料間有明顯低密度間隙。術(shù)后8周材料兩端與宿主骨斷端、材料與尺骨間隙模糊。16周時材料與宿主骨基本形成骨性結(jié)合，材料與近端骨斷端皮質(zhì)骨連續(xù)，與遠(yuǎn)端骨斷端皮質(zhì)骨連續(xù)性較差。24周時材料與周圍骨組織連接在一起，材料周圍陰影模糊，骨皮質(zhì)與材料連續(xù)，完全形成骨性結(jié)合，見圖3。

　　空白對照組：術(shù)后X線攝片觀察橈骨中段可見清晰的低密度截骨區(qū)。8周時骨斷端及尺骨面有骨痂生長，形成月牙形模糊影，16周可見缺損區(qū)逐漸修復(fù)，24周時也未能完全修復(fù)(見圖4)。自體骨對照組：術(shù)后X線片可見截骨兩端清晰的低密度間隙。術(shù)后8、16周時近端骨斷端骨連接較好，遠(yuǎn)端較差，24周時骨髓腔貫通、骨皮質(zhì)連續(xù)，完全修復(fù)(見圖5)。

　　2.3 像素測量結(jié)果

　　手術(shù)后不同時間的像素測量值差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.007)。但組間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，見表1。表1 材料兩端界面不同時相像素測量結(jié)果(±s)

　　組別手術(shù)后測量時間術(shù)后1d術(shù)后8周術(shù)后16周術(shù)后24周實驗組124.33±46.89146.11±40.79171.52±31.67166.86±40.09自體骨對照141.25±44.72171.37±39.06181.81±23.59186.56±21.12空白組97.96±13.29111.91±8.96128.37±8.70151.70±16.42寧夏醫(yī)科大學(xué)學(xué)報31卷

實驗組動物肢體材料兩端界面新生骨與皮質(zhì)骨的X射線攝片像素值，分別在術(shù)后第1天、第8周、第16周差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(術(shù)后1d，t=-3.492,P=0.002;8周t=-2.355,P=0.026;16周t=-2.257,P=0.032)，術(shù)后24周差異無統(tǒng)計學(xué)意義(24周t=-1.070,P=0.294)，見表2。表2 實驗組材料兩端界面新生骨與皮質(zhì)骨像素值比較(±s，n=15)

　　組別X射線攝片像素測量值術(shù)后1d術(shù)后8周術(shù)后16周術(shù)后24周材料兩端界面新生骨124.33±46.89**146.11±40.79*171.53±31.67*166.86±40.09皮質(zhì)骨184.26±47.11　176.93±30.05194.11±22.31180.34±27.82 與皮質(zhì)骨相比**P<0.01,*P<0.05

　　2.4 掃描電鏡觀察 實驗組兔冠切面可見材料被新骨組織環(huán)形包繞，界面不規(guī)整，材料與骨組織鑲嵌，皮質(zhì)骨與界面骨之間形成骨髓腔(見圖6，見封2)。骨組織深入材料凹陷與材料界面呈齒狀(見圖7，見封2)。在材料表面凹陷中骨細(xì)胞環(huán)狀排列形成骨單位(見圖8)。

　　3 討論

　　采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備的氧化鋁羥基磷灰石復(fù)合陶瓷人工骨材料具有良好的生物活性、生物相容性和骨傳導(dǎo)性[4]，可以燒結(jié)成形與缺損部位相應(yīng)的形狀，可以通過調(diào)節(jié)氧化鋁與羥基磷灰石的比例、孔徑、孔率使其力學(xué)性能接近受體骨力學(xué)要求，易于消毒，難以降解。雖然與理想的骨組織替代材料[5-6]還有差距，但是與目前已經(jīng)運用于臨床的鈦金HA涂層材料比較，其力學(xué)性能完全可以替代鈦金，表面直接成骨，并避免了鈦金HA涂層溶解、剝脫的弊病[7,8]，具有研究價值。

　　氧化鋁羥基磷灰石多孔材料表面微孔加大了成骨面積，使新骨組織與材料連接更加牢固。由于材料未進(jìn)行任何輔助固定，植入技術(shù)影響著修復(fù)質(zhì)量，我們在實踐中基本解決了這個技術(shù)問題[9]。通過大體解剖觀察和連續(xù)X線攝片結(jié)果證實，氧化鋁羥基磷灰石復(fù)合陶瓷人工骨材料植入兔橈骨缺損區(qū)8周與宿主骨牢固結(jié)合，斷端即可見新生骨痂，16周時材料與宿主骨基本形成骨性結(jié)合，材料與皮質(zhì)骨連接;24周時新骨生長良好，與皮質(zhì)骨連接緊密，缺損區(qū)完全修復(fù)。24周時空白組缺損區(qū)只有部分修復(fù)，自體骨植入組骨皮質(zhì)完全連接，骨髓腔貫通，完全修復(fù)。

　　像素測量結(jié)果顯示，手術(shù)后不同時間的像素測量值隨時間的延長，像素值逐漸升高，說明新生骨組織不斷修復(fù)缺損區(qū)。但組間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義，P>0.05。可能是三組像素測量區(qū)均為新骨修復(fù)點，所以生長速度基本相同。

　　實驗組材料兩端界面新生骨與皮質(zhì)骨的X射線攝片像素值比較顯示：24周時差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而在術(shù)后8、16周差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，說明24周時修復(fù)骨密度已經(jīng)與皮質(zhì)骨接近。

　　掃描電鏡觀察顯示，新骨組織包繞材料，深入材料凹陷之中與材料間呈齒狀界面，并觀察到在材料凹陷中形成骨單位。

　　通過本實驗我們觀察到氧化鋁羥基磷灰石復(fù)合陶瓷人工骨材料修復(fù)骨缺損的過程，即骨痂生長從骨端和尺骨側(cè)開始，在斷端可見小的骨痂突起，隨著時間的推移新骨沿著材料表面向缺損區(qū)中央爬行，24周時在材料周圍形成密質(zhì)骨，與骨端皮質(zhì)骨連接在一起。證實放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備的氧化鋁羥基磷灰石復(fù)合陶瓷人工骨材料具有良好的生物相容性、生物活性、骨傳導(dǎo)性，可以修復(fù)兔橈骨缺損，為承重骨替代材料研究提供了實驗基礎(chǔ)。機械論文發(fā)表

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