n-HA-PA66-PMMA結合髓腔栓技術在兔人工股骨柄固定中的作用.pdf

1、人工關節(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。在長期負荷應力作用下，PMMA發(fā)生老化變性，會導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重。實驗研究表明，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合成骨，也能逐漸長入PMMA內部與之相接觸的材料，從而在PMMA內外跨過骨一骨水泥界面形成

2、相互的骨連接，在骨連接后能加強骨一骨水泥界面的結合強度。最初加入PMMA的成骨材料主要有無機骨粒、有機骨粒和脫鈣骨基質等，但實驗發(fā)現(xiàn)復合這些材料后PMMA的初始固定強度明顯下降，后來又有學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的結構松散，機械性能較差。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具有更好的傳導成骨活性和力學性能。髓腔栓作為一項關鍵的現(xiàn)代骨水泥技術，可以增加PMMA和骨之間的初始結合強度。我們實驗中首次嘗試將n-HA/PA66顆粒加入PMMA(n-HA/PA66-PMMA)，選擇合適的加入比例，并聯(lián)合應用髓腔栓技術，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、建立應用髓腔栓技術的兔骨水泥型人工股骨柄置換模型。 2、探討加入不同質量比例的n-HA/

4、PA66顆粒后復合骨水泥的物理學和生物學特性，選擇一種合適的n-HA/PA66和骨水泥比例，為其應用提供實驗依據(jù)和理論指導。 3、n-HA/PA66-PMMA固定兔人工股骨柄，并聯(lián)合應用n-HA/PA66實體材料制成的髓腔栓，觀察n-HA/PA66的成骨特點和骨一骨水泥一假體界面的結構和功能變化。 方法：1、設計制作兔股骨柄假體和n-HA/PA66髓腔栓，進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。檢測兩組股骨遠端髓腔內壓力、關節(jié)功能、X線片、骨一骨水泥界面和假體一骨水泥界面的結合力以及掃描電鏡觀察骨-骨水泥界面的結構特征。 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。檢測各組復合骨水泥的面團時間、最高聚合溫度和固化時間、

6、壓縮強度和抗彎強度，觀察樣本斷面微攝影和掃描電鏡下結構，并應用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，拔出實驗檢測假體一骨水泥界面的結合強度，推出實驗檢測骨一骨水泥界面的結合強度。 3、實驗兔分為4組，每組20只：BC組應用普通PMMA固定假體；HBC組應用n-HA/PA66-PMMA固定假體；PBC組聯(lián)合應用普通PMMA和n-HA/PA66實體材料制作的髓腔栓；PHBC組聯(lián)合應用n-HA/PA-PMMA和髓

7、腔栓。n-HA/PA66-PMMA采用3：10的質量比。左側股骨柄假體置換術后進行股骨或髖關節(jié)正位x線攝片、硬組織骨切片組織學檢測、骨一骨水泥界面行掃描電鏡觀察、骨組織四環(huán)素熒光標記、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度測定。 結果：1、骨水泥型假體柄固定后遠端髓腔內壓力增高，BC組骨內壓的變化較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組柄遠端可見骨水泥深入髓腔，PBC

8、組髓腔栓遠側無骨水泥泄漏。假體一骨水泥界面的結合強度二組無顯著差異(P>0.05)，BC組骨一骨水泥界面的結合強度顯著低于PBC組(P<0.05)。電鏡結果發(fā)現(xiàn)PBC組骨一骨水泥之間結合緊密，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的物理學和生物學性能出現(xiàn)下列變化：(1)面團時間縮短，粘度增加；(2)最高聚合溫度降低，固化時間延長；(3)壓縮強度

9、和抗彎強度：3：10以下質量比的n-HA/PA66-PMMA的壓縮強度增高，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以下質量比n-HA/PA66-PMMA中二者結合緊密，氣泡量少。顆粒量達到3：10和4：10后顆?？梢曰ハ噙B接，但4：10時孔隙率顯著增加。(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驗無顯著差異(P>0.05)，4：10比例

10、的n-HA/PA66-PMMA固定后兩個界面的結合力顯著降低(P<0.05)。 3、(1)X線：術后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組假體與骨結合緊密，骨水泥套充填均勻無透亮線；8～24w時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組有一層結締組織位于骨和骨水泥間，無骨細胞長入，術后24w骨水泥周圍的骨內可見到較多的破骨細胞。術后24w髓腔栓邊緣崩解，成骨進入材料內部，有板層骨結構形成，但髓腔栓大部分還保留原始結構，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，并進入骨水泥中。BC組和PBC組骨水泥周圍骨內有少量熒光帶分布。術后2w界面各組骨細胞和間充質細胞呈IGF-1表達陽性，HBC和PHBC組一直維持到24w，BC組和PBC組4w后表達減弱。 (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，結合緊密。BC組早期結合好，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合。 (5)生物力學檢測：拔出實驗結果表明術后

13、24w和術后2w比較假體一骨水泥界面強度顯著降低(P<0.05)。推出實驗結果表明應用髓腔栓術后2w，界面剪切強度均高于不用。HBC和PHBC組用復合骨水泥，骨一骨水泥界面抗剪強度在植入后8w至24w逐漸增強。 結論：1．骨水泥固定兔股骨柄假體時應用髓腔栓技術，能提高髓腔近端骨一骨水泥界面的結合能力和減輕假體遠端髓內高壓。用我們設計的模型，兔假體置換后能基本替代正常關節(jié)功能，假體固定牢固，可復制性強，能模擬臨床人工關節(jié)置換。

14、 2．n-HA/PA66-PMMA中n-HA/PA66顆粒的質量比不超過3：10時，其聚合過程接近于單純骨水泥，聚合后的機械強度能夠牢固固定兔人工股骨柄假體。 3．應用髓腔栓技術可以提高兔骨水泥型人工股骨柄的早期固定效果，應用3：10的n-HA/PA66-PMMA固定假體，新骨可以從骨床沿顆?？邕^骨-骨水泥界面，長入骨水泥內部，使界面強度在術后24w內逐漸增強，提高假體的晚期固定效果。 4．n-HA/PA66實體材料