n-HA-PA66-PMMA結(jié)合髓腔栓技術(shù)在兔人工股骨柄固定中的作用.pdf

1、人工關(guān)節(jié)有骨水泥型和非骨水泥型，其中骨水泥型多數(shù)采用聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)固定假體。在長期負(fù)荷應(yīng)力作用下，PMMA發(fā)生老化變性，會導(dǎo)致骨一骨水泥界面和假體一骨水泥界面的松動，其中骨一骨水泥界面的松動后果尤其嚴(yán)重。實(shí)驗(yàn)研究表明，在PMMA中摻入成骨材料固定假體，處于骨一骨水泥界面上的材料能和骨床結(jié)合成骨，也能逐漸長入PMMA內(nèi)部與之相接觸的材料，從而在PMMA內(nèi)外跨過骨一骨水泥界面形成

2、相互的骨連接，在骨連接后能加強(qiáng)骨一骨水泥界面的結(jié)合強(qiáng)度。最初加入PMMA的成骨材料主要有無機(jī)骨粒、有機(jī)骨粒和脫鈣骨基質(zhì)等，但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)復(fù)合這些材料后PMMA的初始固定強(qiáng)度明顯下降，后來又有學(xué)者在其中加入羥基磷灰石(hydroxyapatite，HA)，但HA成骨能力有限，并且顆粒HA的結(jié)構(gòu)松散，機(jī)械性能較差。從仿生角度研制出的納米羥基磷灰石/聚酰胺66(nano-hydroxyapatite/polyamide-66，n-HA/PA66)

3、生物成骨材料，比HA具有更好的傳導(dǎo)成骨活性和力學(xué)性能。髓腔栓作為一項(xiàng)關(guān)鍵的現(xiàn)代骨水泥技術(shù)，可以增加PMMA和骨之間的初始結(jié)合強(qiáng)度。我們實(shí)驗(yàn)中首次嘗試將n-HA/PA66顆粒加入PMMA(n-HA/PA66-PMMA)，選擇合適的加入比例，并聯(lián)合應(yīng)用髓腔栓技術(shù)，觀察二者在兔骨水泥型人工股骨柄早期和晚期固定中的作用。 目的： 1、建立應(yīng)用髓腔栓技術(shù)的兔骨水泥型人工股骨柄置換模型。 2、探討加入不同質(zhì)量比例的n-HA/

4、PA66顆粒后復(fù)合骨水泥的物理學(xué)和生物學(xué)特性，選擇一種合適的n-HA/PA66和骨水泥比例，為其應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論指導(dǎo)。 3、n-HA/PA66-PMMA固定兔人工股骨柄，并聯(lián)合應(yīng)用n-HA/PA66實(shí)體材料制成的髓腔栓，觀察n-HA/PA66的成骨特點(diǎn)和骨一骨水泥一假體界面的結(jié)構(gòu)和功能變化。 方法：1、設(shè)計(jì)制作兔股骨柄假體和n-HA/PA66髓腔栓，進(jìn)行兔人工股骨假體置換。用普通PMMA固定假體，BC組不用髓腔栓，

5、PBC組用髓腔栓。檢測兩組股骨遠(yuǎn)端髓腔內(nèi)壓力、關(guān)節(jié)功能、X線片、骨一骨水泥界面和假體一骨水泥界面的結(jié)合力以及掃描電鏡觀察骨-骨水泥界面的結(jié)構(gòu)特征。 2、直徑120～380μm的n-HA/PA66顆粒與PMMA粉劑按0：10，1：10，2：10，3：10和4：10的質(zhì)量比充分混勻，分為5組。按粉劑10g：5ml液相的比例加入單體液，制成不同比例n-HA/PA66-PMMA樣本。檢測各組復(fù)合骨水泥的面團(tuán)時(shí)間、最高聚合溫度和固化時(shí)間、

6、壓縮強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度，觀察樣本斷面微攝影和掃描電鏡下結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用5種不同比例的PMMA固定兔人工股骨假體在股骨上端髓腔內(nèi)，拔出實(shí)驗(yàn)檢測假體一骨水泥界面的結(jié)合強(qiáng)度，推出實(shí)驗(yàn)檢測骨一骨水泥界面的結(jié)合強(qiáng)度。 3、實(shí)驗(yàn)兔分為4組，每組20只：BC組應(yīng)用普通PMMA固定假體；HBC組應(yīng)用n-HA/PA66-PMMA固定假體；PBC組聯(lián)合應(yīng)用普通PMMA和n-HA/PA66實(shí)體材料制作的髓腔栓；PHBC組聯(lián)合應(yīng)用n-HA/PA-PMMA和髓

7、腔栓。n-HA/PA66-PMMA采用3：10的質(zhì)量比。左側(cè)股骨柄假體置換術(shù)后進(jìn)行股骨或髖關(guān)節(jié)正位x線攝片、硬組織骨切片組織學(xué)檢測、骨一骨水泥界面行掃描電鏡觀察、骨組織四環(huán)素?zé)晒鈽?biāo)記、IGF-1免疫組化染色觀察以及骨一骨水泥和假體一骨水泥界面強(qiáng)度測定。 結(jié)果：1、骨水泥型假體柄固定后遠(yuǎn)端髓腔內(nèi)壓力增高，BC組骨內(nèi)壓的變化較PBC組的變化明顯(P<0.05)。置換后兩組人工假體位置和功能良好，BC組柄遠(yuǎn)端可見骨水泥深入髓腔，PBC

8、組髓腔栓遠(yuǎn)側(cè)無骨水泥泄漏。假體一骨水泥界面的結(jié)合強(qiáng)度二組無顯著差異(P>0.05)，BC組骨一骨水泥界面的結(jié)合強(qiáng)度顯著低于PBC組(P<0.05)。電鏡結(jié)果發(fā)現(xiàn)PBC組骨一骨水泥之間結(jié)合緊密，BC組有的骨一骨水泥之間存在縫隙，骨水泥中空泡較多。 2、隨著加入n-HA/PA66顆粒的增多，n-HA/PA66-PMMA的物理學(xué)和生物學(xué)性能出現(xiàn)下列變化：(1)面團(tuán)時(shí)間縮短，粘度增加；(2)最高聚合溫度降低，固化時(shí)間延長；(3)壓縮強(qiáng)度

9、和抗彎強(qiáng)度：3：10以下質(zhì)量比的n-HA/PA66-PMMA的壓縮強(qiáng)度增高，4：10反而降低。(4)不同比例的樣本斷面微攝影和掃描電鏡發(fā)現(xiàn)3：10以下質(zhì)量比n-HA/PA66-PMMA中二者結(jié)合緊密，氣泡量少。顆粒量達(dá)到3：10和4：10后顆?？梢曰ハ噙B接，但4：10時(shí)孔隙率顯著增加。(5)體外固定兔人工股骨柄假體的生物力學(xué)發(fā)現(xiàn)，3：10及以下比例的n-HA/PA66-PMMA固定后拔出和推出實(shí)驗(yàn)無顯著差異(P>0.05)，4：10比例

10、的n-HA/PA66-PMMA固定后兩個(gè)界面的結(jié)合力顯著降低(P<0.05)。 3、(1)X線：術(shù)后2～4wBC組和HBC組，可見骨水泥套填塞不均，骨水泥周圍有透亮線或部分透亮線，而PBC組和PHBC組假體與骨結(jié)合緊密，骨水泥套充填均勻無透亮線；8～24w時(shí)HBC組和PHBC組骨水泥周圍骨密度逐漸增加，直至分不清骨與骨水泥邊界。BC組和PBC組晚期可出現(xiàn)假體松動和脫位，骨一骨水泥界面不規(guī)則骨吸收。 (2)組織學(xué)觀察：HB

11、C組和PHBC組n-HA/PA66顆粒直接與骨接觸，新生骨沿骨床逐漸長入其中，越過骨一骨水泥界面，最終在骨水泥中形成成熟的新生小梁骨。BC組和PBC組有一層結(jié)締組織位于骨和骨水泥間，無骨細(xì)胞長入，術(shù)后24w骨水泥周圍的骨內(nèi)可見到較多的破骨細(xì)胞。術(shù)后24w髓腔栓邊緣崩解，成骨進(jìn)入材料內(nèi)部，有板層骨結(jié)構(gòu)形成，但髓腔栓大部分還保留原始結(jié)構(gòu)，沒有降解。 (3)n-HA/PA66成骨能力觀察：HBC和PHBC組可見綠色熒光分布逐漸從n-

12、HA/PA66顆粒邊緣到整體，并進(jìn)入骨水泥中。BC組和PBC組骨水泥周圍骨內(nèi)有少量熒光帶分布。術(shù)后2w界面各組骨細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞呈IGF-1表達(dá)陽性，HBC和PHBC組一直維持到24w，BC組和PBC組4w后表達(dá)減弱。 (4)掃描電鏡骨一骨水泥界面觀察：HBC和PHBC組骨長入骨一骨水泥界面，結(jié)合緊密。BC組早期結(jié)合好，晚期可出現(xiàn)界面分離，骨水泥老化。髓腔栓與骨界面可以牢固結(jié)合。 (5)生物力學(xué)檢測：拔出實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明術(shù)后

13、24w和術(shù)后2w比較假體一骨水泥界面強(qiáng)度顯著降低(P<0.05)。推出實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明應(yīng)用髓腔栓術(shù)后2w，界面剪切強(qiáng)度均高于不用。HBC和PHBC組用復(fù)合骨水泥，骨一骨水泥界面抗剪強(qiáng)度在植入后8w至24w逐漸增強(qiáng)。 結(jié)論：1．骨水泥固定兔股骨柄假體時(shí)應(yīng)用髓腔栓技術(shù)，能提高髓腔近端骨一骨水泥界面的結(jié)合能力和減輕假體遠(yuǎn)端髓內(nèi)高壓。用我們設(shè)計(jì)的模型，兔假體置換后能基本替代正常關(guān)節(jié)功能，假體固定牢固，可復(fù)制性強(qiáng)，能模擬臨床人工關(guān)節(jié)置換。

14、 2．n-HA/PA66-PMMA中n-HA/PA66顆粒的質(zhì)量比不超過3：10時(shí)，其聚合過程接近于單純骨水泥，聚合后的機(jī)械強(qiáng)度能夠牢固固定兔人工股骨柄假體。 3．應(yīng)用髓腔栓技術(shù)可以提高兔骨水泥型人工股骨柄的早期固定效果，應(yīng)用3：10的n-HA/PA66-PMMA固定假體，新骨可以從骨床沿顆粒跨過骨-骨水泥界面，長入骨水泥內(nèi)部，使界面強(qiáng)度在術(shù)后24w內(nèi)逐漸增強(qiáng)，提高假體的晚期固定效果。 4．n-HA/PA66實(shí)體材料