骨質(zhì)疏松骨折內(nèi)固定增強(qiáng)的力學(xué)生物學(xué)研究.pdf

1、研究背景： 社會(huì)老年化導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥及并發(fā)骨折風(fēng)險(xiǎn)的顯著增加。骨質(zhì)疏松骨折好發(fā)于椎體及四肢干骺端，如股骨近段骨折、肱骨近段骨折及橈骨遠(yuǎn)端骨折等。對(duì)于骨科醫(yī)生而言，四肢的骨質(zhì)疏松骨折治療是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。由于內(nèi)固定在骨質(zhì)疏松骨上錨著力較差影響了固定的穩(wěn)定性，因此需要新的固定方法。使用骨水泥或骨替代物增強(qiáng)內(nèi)固定技術(shù)可以較好地解決這個(gè)問(wèn)題。目前出現(xiàn)數(shù)種不同的新型骨水泥，它們具有良好的生物相容性、骨傳導(dǎo)性及無(wú)毒性，不引起化學(xué)性骨壞死及炎

2、癥反應(yīng)等特征。其中，硫酸鈣骨水泥作為骨植入物材料的臨床應(yīng)用已有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史；它不但具備骨傳導(dǎo)及可吸收的特點(diǎn)；還具有較理想的力學(xué)性能，如具有較好的初始力學(xué)強(qiáng)度、耐壓及耐疲勞性。與其它生物材料相比，硫酸鈣的吸收速度較快，因此能相對(duì)較早地允許骨祖細(xì)胞進(jìn)入，從而促進(jìn)了成骨反應(yīng)。硫酸鈣骨水泥可以作為骨缺損的空間填充物來(lái)阻止周?chē)浗M織的長(zhǎng)入，并最終被新骨所替代。但目前尚未有文獻(xiàn)報(bào)道其在骨質(zhì)疏松性骨缺損修復(fù)及骨折內(nèi)固定增強(qiáng)中的應(yīng)用。 研究目的

3、： 以卵巢切除的老年大鼠為骨質(zhì)疏松動(dòng)物模型進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，觀察硫酸鈣骨水泥對(duì)干骺端骨缺損治療及對(duì)松質(zhì)骨螺釘增強(qiáng)的影響；通過(guò)有限元分析，觀察其對(duì)穩(wěn)定型骨質(zhì)疏松股骨粗隆聞骨折內(nèi)固定增強(qiáng)的影響。 方法： 1.使用卵巢切除大鼠的段骨干骺端骨缺損模型，一側(cè)填充硫酸鈣骨水泥，對(duì)側(cè)不進(jìn)行填充。在0，1，3，6和9周時(shí)，分別處死8只大鼠進(jìn)行組織學(xué)及組織形態(tài)學(xué)分析。所有大鼠，除0，1周時(shí)間點(diǎn)，在處死前15天及前2天腹腔內(nèi)注射15mg

4、/kg鈣黃綠素標(biāo)記新骨生成。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組間形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較。 2.在卵巢切除大鼠的股骨髁部，一側(cè)進(jìn)行硫酸鈣骨水泥增強(qiáng)松質(zhì)骨螺釘固定，對(duì)側(cè)則采用單純松質(zhì)骨螺釘固定。在2，4，8，12和16周時(shí)，分別處死11只大鼠并取出股骨；所有大鼠在處死前12天及前2天分別在腹腔內(nèi)注射30mg/kg四環(huán)素和15mg/kg鈣黃綠素。其中6對(duì)股骨標(biāo)本用于組織形態(tài)學(xué)分析，另5對(duì)股骨標(biāo)本用于生物力學(xué)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)組和非增強(qiáng)組間形態(tài)學(xué)計(jì)量學(xué)及生物

5、力學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較。 3.建立穩(wěn)定型骨質(zhì)疏松股骨粗隆間督折有限元模型，模擬動(dòng)力髖螺釘(dynamichipscrew,DHS)固定及硫酸鈣骨水泥增強(qiáng)的DHS固定，分析硫酸鈣對(duì)DHS固定的增強(qiáng)效果。 結(jié)果： 1.骨缺損修復(fù)的組織形態(tài)學(xué)計(jì)量數(shù)據(jù)表明，3、6、9周時(shí)，實(shí)驗(yàn)組骨缺損中的新骨形成數(shù)據(jù)，包括類(lèi)骨質(zhì)表面、骨缺損中新骨體積均明顯優(yōu)于對(duì)照組(均為p＜0.05)。6、9周時(shí)，實(shí)驗(yàn)組骨礦化沉積率顯著高于對(duì)照

6、組(p＜0.05)。硫酸鈣骨水泥在9周時(shí)完全被吸收，新骨隨之逐漸長(zhǎng)入，對(duì)照組中骨缺損部位被大量纖維組織占據(jù)。 2.內(nèi)固定增強(qiáng)的組織形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)表明，與非增強(qiáng)組相比，增強(qiáng)組在2，4，8周時(shí)類(lèi)骨質(zhì)表面顯著增加，12周時(shí)骨礦沉積率顯著提高(p＜0.05)。在2，8，12周時(shí)，增強(qiáng)組的骨-螺釘接觸面積要顯著大于非增強(qiáng)組；而在4，8周時(shí)螺釘?shù)穆菁y內(nèi)骨長(zhǎng)入量也顯著高于非增強(qiáng)組(p＜0.05)。在2，4，8，12周時(shí)，與對(duì)照組相比，硫酸鈣骨水泥

7、能顯著地提高螺釘?shù)陌纬隽捌茐墓?p＜0.05)。 3.有限元分析表明，硫酸鈣骨水泥增強(qiáng)后，股骨頭部的松質(zhì)骨最大應(yīng)力減少了35％，提示螺釘切割出股骨頭的可能性減少；而股骨骨折面最大應(yīng)力從3.7MPa減少到1.8MPa，提示硫酸鈣增強(qiáng)提高了DHS固定的穩(wěn)定性。 結(jié)論： 這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明硫酸鈣骨水泥在骨質(zhì)疏松狀態(tài)下對(duì)新骨生成有促進(jìn)作用，能有效修復(fù)骨質(zhì)疏松狀態(tài)下的骨缺損，增強(qiáng)骨質(zhì)疏松性骨折內(nèi)固定的穩(wěn)定性，具有較好的臨