解笑宸 韋良臣 辛 風

內植物的進步是近代骨科學發(fā)展的重要組成部分之一。用于制備內植物的材料必須具有生物相容性，即在體內不引起局部或全身的不良反應。要有很好的抗侵蝕和抗化學降解性能，具有足夠的機械強度以承載從骨骼傳遞來的較強的力；在關節(jié)置換中作為負重關節(jié)面的材料必須能夠承受數千萬次的循環(huán)使用；另外必須能在相對較低的成本下制造高質量的產品。本文就目前幾種常見制備內植物的材料的研究和發(fā)展進行綜述。

1 生物可吸收內植物

近半個世紀以來，世界各國的生物材料學家及臨床醫(yī)學家一直在進行可吸收生物材料的研究，以期將其應用于臨床。1966年Kulkami首次提出，由外消旋DL型乳酸或左旋L乳酸制備的聚-DL-乳酸或聚-L-乳酸可制作體內埋植物，特別是骨折內固定物，從此，揭開了骨折內固定領域新紀元；隨著對材料的認識逐漸提高與深入，材料研究、動物實驗及臨床研究的成果與日劇新。生物可吸收內植物是一種在生物環(huán)境里能降解的生物材料，其降解產物參與機體正常細胞生理和生化過程。這些內植物及其產物具有良好的生物相容性，無免疫排斥反應或致畸作用。這些新的生物可吸收材料最主要的優(yōu)點是能夠提供各類骨愈合初期和中期所需的足夠穩(wěn)定性，在生物固定形成后，逐漸被機體降解吸收。因為降解過程逐漸進行，應力負荷也是逐漸轉移至愈合骨的[1]。

到目前為止，文獻已經報道了若干種可吸收的合成聚合物（可吸收或可生物降解），其中最具代表性并在臨床上實際應用的是聚乙醇酸類材料、聚乳酸類材料及其混聚物，它們具有一定的機械強度、良好的成型性能和骨引導能力，可為新骨的形成提供良好的骨支架，對人體無毒副作用，抗生素釋放與其降解相關[2]。通常人們最關心的是材料的強度與生物相容性，聚合物的強度與相對分子質量、結晶度有關，結晶度越高或相對分子量越大，其強度就越高。但是臨床研究和生物安全性研究表明，結晶度的高低與材料的生物相容性、降解率、吸收率呈相反的量性關系。例如PLLA為晶體性聚合物，結晶度為37%，強度比非結晶聚合物（PDLLA）高，但是PLLA的晶體部分難以被人體降解和吸收；而PDLLA是一種完全非晶體結構的聚合物，大量研究發(fā)現(xiàn)PDLLA 的生物相容性極好，可以100%被人體降解吸收。因此，PDLLA獲得了FDA的批準，并被USP收載。

2 金屬合金內植物

金屬合金由金屬和非金屬元素組成，材料具有強度高、韌性高、抗腐蝕性強和生物相容性好的特點，這些特點符合全關節(jié)置換的內植物負載的需求。有3種常用的合金：不銹鋼、鈷-鉻合金和鈦合金。這些合金并不是專門因矯形外科而發(fā)展起來的，它們最先出現(xiàn)在航空、航海和其他工業(yè)領域中并表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，使其應用范圍后來拓展至內植物領域。由于制造工藝簡單，可用范圍廣，使鈷-鉻合金材料廣泛地應用于矯形外科，可作為所有關節(jié)置換假體的金屬部件。盡管這種合金在組合假體的連接處的抗腐蝕能力和抗裂紋腐蝕能力受到質疑，但其抗裂紋腐蝕性優(yōu)于不銹鋼。長期的臨床使用證實：盡管產生于負重面的磨屑會造成骨溶解，金屬和蛋白質的黏合能造成在組織中的沉積，但是鈷-鉻合金仍是生物相容性非常好的材料[3,4]。

3 陶瓷類內植物

陶瓷材料是無機化合物，由金屬和非金屬元素通過離子或共價鍵結合在一起。陶瓷有緊密的原子結構。陶瓷材料很硬也很脆。它們不可溶解，提純過程中表現(xiàn)出惰性的化學性質，有很好的生物相容性、抗磨損的超高硬度及親水性表面。研究最多的羥基磷灰石（HA）和磷酸三鈣（TCP）陶瓷，它們在組成結構上與天然骨鹽大體一致，有極好的生物相容性、骨傳導性與骨結合能力，無毒副作用，故廣泛應用骨填充材料的生理支架，但它們本身無骨誘導作用，為克服這一缺陷，將有骨誘導作用的物質，如BMP、骨髓等加入制備成復合人工骨。但羥基磷灰石則在生物強度及融合性方面存在缺陷。Stevenson[5]及Wang等[6]制成的復合人工骨經動物實驗都具有良好的生物相容性和骨誘導作用。20世紀90年代起納米人工骨的研究逐漸成為熱點，該材料通過生物礦化技術模仿天然骨的成分及結構特征制造的，主要成分為Ⅰ型膠原蛋白和磷酸鈣，并在臨床應用中表明具有無炎癥排斥反應之優(yōu)點。Syente等[7]在1989年將羥基磷灰石（HA）應用于臨床，發(fā)現(xiàn)羥基磷灰石與自體骨融合率無顯著性差異。由于頸椎手術危險性大，一旦失敗后果嚴重，而且骨的相容性不確切，故大多數人在臨床上未使用人工骨。

4 骨水泥

20世紀70年代，Charnley將骨水泥引用醫(yī)學領域，從此聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）就應用于固定關節(jié)置換術的內植入物。通常骨水泥有兩種使用形式，即裝在密閉的玻璃容器中的液態(tài)單體與裝在袋中的粉末狀聚合體。液態(tài)單體是甲基丙烯酸鹽，其中添加了少量對苯二酚以抑制液態(tài)單體在保存期內的自動聚合，當液體與粉末混合，聚合反應開始，添加的二甲基甲苯胺可以抵消對苯二酚的作用，加速聚合。骨水泥的聚合過程中產生相當大的熱量。一些因素可以控制隨之發(fā)生的溫度升高，包括骨水泥的量及其鄰近的內植入物和生物結構的熱傳導率。溫度升高所產生的組織壞死也備受關注，但是骨水泥假體的遠期療效研究證實熱壞死并未對假體的整體表現(xiàn)產生不良影響。

5 載抗生素內植物

載抗生素骨科內植入物是指在不改變普通內植入物原有物理性能、化學特征的基礎上，將抗生素與生物材料如聚甲基丙烯酸甲酯聚合后噴涂在內植入物表面使用，或將抗生素與內植入物如骨水泥聚合后使用，從而使普通內植入物具有了抗菌性能，此種抗菌性能可以采用緩釋系統(tǒng)逐漸將抗生素釋放出來，當有細菌侵入或者發(fā)生感染時，釋放出來的抗生素就會殺滅細菌，從而起到抗菌的作用。

為讓載抗生素骨科內植入物在人體植入部位持續(xù)地釋放抗生素，獲得較全身大劑量使用抗生素更有效的濃度，解決常規(guī)用藥方式效率不高且毒性較大這一問題，近30年來在一系列新的生物相容性較好的無機材料和有機高分子材料基礎上逐漸發(fā)展起來一種新型局部給藥方式——抗生素緩釋系統(tǒng)等。1970年Buchholz等[8]最早提出了把抗生素加入PMMA的概念，用于預防和治療全髖關節(jié)成形術中可能伴隨的深度感染。Vidal等[9]最早把抗生素復合PMMA塊置于清創(chuàng)腔用于治療骨髓炎，因為骨水泥在體內有一個放熱反應，有助于滅菌和抗生素的持續(xù)擴散，在局部形成較高的抗生素濃度。

目前，尋找更佳性能的生物材料，探索可用于特殊用途的材料特性的研究仍在進行中，大量的資金投入到新材料的研發(fā)、嚴格的測試盒臨床試驗上，以證明其安全性和有效性。同時還值得注意的是，提高骨科內植物置換的成功率，不僅需要依靠于生物材料學的不斷發(fā)展，還取決于是否能通過合理的設計原則將新材料與矯形外科醫(yī)生的需求結合起來。

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[4]Jacobs JJ,Skipor AK,Patterson LM,et al.Metal release in patients who have had a primary total hip arthroplasty:a prospective,cont rolled,longitudinal study[J].J Bone Joint Surg (Am),1998,80(10):l447-1458.

[5]Stevenson S,Cunningham N,Toth J,et al.The effect of osteogenin(a bone morphogenetiec protein) on the formation of bone in orthotopic segmental defects in rats[J].Bone Joint Surg,1994,76A(11):676-687.

[6]Wang D, Hu YY. Assessment of heterotopivc osteogenin of BTCP/rh Bmp-2 cornosite [J].Traumatol (Eng Ed),1999,2(1):13-16.

[7]Senter HJ,Kortyna R,Kemp WR,et al.Anterior cervical discectomy with hydroxyapatite fusion [J].Neurosurgery,1989,25(1):39-43.

[8]Buchholz HW,Engelbrecht H.Depot effects of various antibiotics mixed with palaces resins[J].Chirurg,1970,41(11):51l-515.

[9]Vidal J,Allieu Y.Utilisation de metacrylate de methyle pour comblerles cavites d‘bsteite entendue desmembers[J].Rev Chir Orthop,1969,55(6):158.