骨折治疗的AO原则【006】

发表时间:2018-12-21 11:16

三、生物兼容性


内植物材料如果符合国际标准,通常具有较好的生物兼容性。然而,通过对金属在人体内使用的研究,发现材料之间的兼容性也存在不同。总的来说,钛和钛合金的生物兼容性要优于不锈钢。除了材料外,最佳的内植物组合设计( 死腔和液体填充空腔的存在与否)和表面特性(软组织粘连和内植物表面的血管长人) ,也有助于提高细菌感染的抵抗力。有作者利用实验观察在存在磨损的情况下,不同材料对感染的影响。在钢板和螺钉的多组件内固定装置中, 不锈钢与钛之间的差距要大于它们在髓内钉系统(单元件内植物)的差距。不锈钢内植物的感染率要高于钛内植物。在动物活体试验中, cpTi 制的DCP与不锈钢DCP相比,局部抵抗感染的能力更好。


  • cpTi 的局部抗感染能力可能要优于不锈钢。



(一) 局部毒性反应


已经有利用骨标本的组织培养和器官培养来评估由于腐蚀产生可溶性物质的毒性 。这类试验用于动物试验之前的筛查。动物体内试验和从人体取得的标本表明,从组织学的角度考虑cpTi 要优于不锈钢 。



(二)过敏反应


虽然镍离子是最常见的皮肤接触过敏源之一,如今的不锈钢内植物仍含有占重量13%- 15 % 的镍 。皮肤过敏试验表明,有10%-20% 的人群对镍敏感。对于这些敏感的人群, 当镍从不锈钢内植物中释放出来时,可能发生过敏反应。因此,对于镍过敏的患者,应当使用钛或钛合金类内植物。钴和铬也有类似的皮肤过敏反应。


  • 临床实践中, 置入含镍的不锈钢内植物后, 过敏反应的发生率为1%-2% 。然而,目前还没有更准确的资料。另一方面,如果单独使用cpTi 内植物,还未证实有发生过敏反应的报道。


新近研发的低镍不锈钢(约含镍0.03% )也并非是无镍的。其可以减少过敏反应,但还不能肯定是否能够完全消除过敏反应。



(三)诱发肿瘤


对于组织的持续刺激,在极端的情况下,会导致肿瘤的形成。这种情况可发生在瘢痕组织同时存在严重腐蚀的金属时,如弹药颗粒。内植物的致癌作用,如由内植物诱发的原发肿瘤,在人体内的发生率应当是非常低的,毕竟有上百万的内植物在骨折愈合后仍留置体内。虽然感染和物理刺激也是重要的作用因素,有报道犬体内会在不锈钢内植物的周围发生肉瘤 。



四、新的金属内植物材料


(一)高强度合金


为了解决某些特定的问题,如在极端的高机械负荷下避免内植物断裂,许多新的材料受到开发研究。为了增加强度,可在钛材料中加入新成分(如钒) ,形成新的合金,但其生物兼容性比镍差。钛合金非常良好的抗腐蚀性,部分补偿了这个潜在的缺点。对于内植物材料的选择取决于是优先考虑力学优势还是生物耐受性。Ti 一15Mo 是一种相对较新的合金,由于其具有良好的缺口敏感性和对抗弯曲应力的特性,使其为进一步改进内植物的设计提供机会,如下颌骨钢板和手部钢板。



(二)形态记忆合金


具有形态记忆功能的合金,是具有很强吸引力的研究领域。然而,目前所能得到的形态记忆合金,由于存在一系列问题尚未得到广泛应用:

  • 记忆效果必须有可靠的可诱导性。

  • 其产生的应变力的大小必须具有可控制性。

  • 材料必须能够具备良好的可加工性。

  • 与其优点相比, 其成本必须适当。

  • 必须具有良好的生物兼容性。

  • 当需要进行内固定取出时,其形态记忆过程必须是可逆的。


现今,形态记忆合金材料大多非常坚硬,难以加工。它们的作用更类似于全或无机制,且成本较高。镍钛合金是一种可能对骨质疏松骨折具有治疗价值的形态记忆合金,可产生复杂的形态,为弹性模量低、刚度低的多孔泡沫材料,可促使骨组织生长。含有镍-cpTi 粉末的镍钛合金泡沫材料具有相互连接的小孔,其孔隙率为40%-80% ,弹性模量和软骨下骨相似。由于其可预先塑形,在未来有可能成为一种重要的材料,但必须评估其产生磨损颗粒的程度,因为其构成50% 为镍。其可能的作用是泡沫在骨质疏松的骨骼中作为坚实的海绵把持螺钉。与镍钛合金一样,形态记忆合金为我们展示了一种有趣的金属特性——超级弹性:它们即使在发生显著变形后仍然能够回复到原始形态。这一特性似乎适用于特定的情况, 如脊柱畸形的矫正。



五、涂层



内植物松弛和针道感染是使用外固定架时未能完全解决的问题。普遍观点认为,可以通过改善内植物与骨组织的接触平面增加骨性接合来解决松弛的问题。同样的方法也可以通过使软组织长入软组织-内植物-空气接触面来减少针道感染的发生。


使用羟基磷灰石( HA ) 或磷酸三钙涂层,促进软组织长入处于稳定状态的接触面,也许能够改善软组织的整合作用。试验室和临床研究均表明使用控基磷灰石涂层的钢针,能与活性骨组织产生紧密连接,并降低针道感染的发生率,其机制可能是提高了软组织的整合作用,使软组织长入内植物一软组织一空气接触面。这种生物陶瓷材料具有良好的生物兼容性,无全身毒性, 降解率低, 且可能与骨组织发生化学连接。然而,羟基磷灰石的使用也受到其本身特性的限制,如与内植物表面的黏附强度差,刚度高,在涂层( 10-60μm 厚)内的内聚力低。这些因素使其容易从内植物表面脱离。


近期对于经阳极血浆化学治疗( APC) 方法的研究, 将电解质并入金属的表面后发现,其黏附力是羟基磷灰石涂层的cpTi 表面的4 倍, 而且前者的涂层只有3-5 μm 厚。体内和体外试验发现,通过APC 方法涂层的钛表面,具有与羟基磷灰石涂层相同的生物兼容性。在未来, 这种方法可能为钢针或脊柱填料钢板( spine cage )进行涂层, 因为其可应用于任何三维形态上。



六、聚合材料内植物



( 一)生物降解性聚合材料内植物


在许多情况下, 推荐在骨折愈合后取出内植物。生物降解材料, 在置入体内一段时间后, 会以其副产品如水和二氧化碳的形式为机体所吸收,而最终又通过正常的新陈代谢从体内排出。


  • 聚交酯和聚亚安酯是人工化合物, 具有一定的组织耐受性。由于此类材料的机械强度有限, 因此其内植物多用于负荷较低且内植物难以取出的部位。


这类内植物使用的例子有:可吸收针固定关节表面的软骨或骨软骨缺损,作为缝合锚使用,或可l吸收钢板和螺钉用于治疗颌面骨折,包括眶部骨折和颅骨骨折。可吸收膜也试用于骨质缺损的治疗。它们还被试用于作为释放成骨物质的载体以促进骨折愈合。如果怀疑有感染存在时,可吸收内植物的使用必须格外谨慎,因为可吸收材料对抗感染的能力要差于金属内植物。



( 二)非生物降解性聚合材料内植物


聚芳醚酮聚合物包括聚醚醚酮( PEEK ) 和聚醚酮酮( PEKK ) 的热塑性塑料。此类物质被认为和骨组织有较好的生物兼容性,并可通过许多方法包括蒸汽进行消毒。但是当其暴露在γ 射线中会损失约5% 的强度。它们可透X 线,没有磁性,因此不会被MRI 加热,不会对MRI 图像产生干扰( MR 兼容)。它们不会像金属一样受到腐蚀,但需要注意其有泄漏原始成分的可能(柔软剂、促进剂、单体组合物和溶剂) PEEK 的拉伸强度为90-100 MPa ,但可通过碳增强得到提高。然而这也可能引发一些新的问题,如内植物破裂,磨损后微纤维的释放,纤维和多聚物结合键的强度会逐渐降低。有时会加入硫酸钡作为X 线显像的对照剂。这些材料有很高的化学惰性,对机体周围环境的抵抗力强,但由于其疏水性,如果没有涂层或进行表面加工,则无法与骨组织进行整合。这种多聚物材料目前主要是制作脊柱填料钢板用于腰椎体融合。




七、骨缺损填充的方法和材料


骨科医生在l临床工作中常需要对骨缺损进行治疗,造成骨缺损的原因有创伤、感染和(或)缺血。骨替代治疗可以在缺损的当时进行,也可以间隔一段时间使需要进行骨替代的部位得到充分准备后进行。骨移植的金标准仍然是自体骨松质、骨皮质松质和骨皮质移植,可以是游离骨块独立移植或带血管骨移植。虽然自体骨移植效果优于其他任何替代物,但其骨量有限且取骨部位常伴有疼痛。为了能够最大限度地利用自体骨松质,移植骨可用不同类型的可吸收膜进行保护。Klaue等的研究认为,可吸收膜能够诱导一层生物被盖的形成,由此自体骨可得到植入。


由Ilizarov 提出的牵张骨延长方法,可以理解为最佳的带血管自体骨移植物,且其形态和大小都非常理想。这项技术可靠,但对患者的要求较高,因为其限制活动,治疗时间长,还有针道感染的危险。为了克服这些问题,已经提出了一些相关的方法(参阅第五章第二节和第三节) 。异体骨的使用需要非常的谨慎,需注意的方面包括感染、抗感染能力和免疫反应。去蛋白骨( Kiel 骨)的作用更像是无活性的填充物,仅能诱导有限的骨形成。


人工填充材料替代骨组织

这些替代物似乎很有吸引力。然而它们必须同时具备可靠的机械强度, 对骨折愈合的干扰小,有骨传导和(或)骨诱导作用。吸收的过程不影响骨折愈合,不会降低局部的抗感染能力。


最常用于填充骨缺损的人工材料为磷酸钙化合物,包括羟基磷灰石、ß磷酸三钙( ß~TCP ) 及羟基磷灰石/ ß-TCP复合物(双相磷酸钙, BCP ) 。这些材料具有卓越的骨传导能力。但是它们非常脆弱,因此应限制在低负荷或无负荷条件下使用。

羟基磷灰石的吸收时间常达数十年,因此羟基磷灰石被认为是不可吸收的。ß-TCP 的溶解性与骨组织矿质成分的溶解性十分相近。因此,ß-TCP 颗粒或小块于体内1-2 年时间可吸收。ß-TCP 通过破骨作用被降解,其过程与死骨的吸收一样。BCP 的生物活性介于羟基磷灰石和ß-TCP 之间,其降解的速度取决于两者的比例:随着ß -TCP 成分的增加,其速度加快。


磷酸钙( CaP ) 材料通常被制成多孔隙性的。有两种不同的孔隙微孔和大孔。微孔的直径小于10-30μm ,通常接近lμm 。微孔的直径过小,骨组织无法长入。大孔的直径大于30-50μm 。骨组织能够渗入大孔生长,并产生较好的机械锚定作用。多孔性的材料与实性材料相比,其对抗压力的机械强度低。但是它们的重吸收速度很快,特别是大孔之间有相互联系的材料。


注射性骨代替品,如所谓的CaP水泥,具有很好的操作性,其机械力学稳定(抗压缩强度约为50 MPa) ,而且非常的多孔疏松(孔隙率可达50% ) 。但是由于其平均孔径过小(约1μm ) ,使细胞无法移行到材料内部。此外,CaP 水泥的吸收是一层一层而非均匀的。


由填充物和成骨诱导物质(如骨形态发生蛋白)组成的复合物,可缓慢释放药物,可能是未来研究的热点。填充材料的选择很大程度上取决于患者的个体需要,即为了达到个体生物学和力学平衡,手术治疗应倾向两者中的哪一个。这些材料的发展情况将在本章第四节中作进一步的详述。



本文章纯作学术指导之用。



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