硫酸鈣降解與新骨生長同步性的應(yīng)力調(diào)控研究.pdf

1、[目的]
　　骨科生物材料降解與新骨生長的同步性對于其臨床應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用，尤其是應(yīng)用于無輔助內(nèi)固定支撐的負重部位。若生物材料降解速度太快，新骨無法及時長入，會導(dǎo)致空洞產(chǎn)生和影響植入部位整體的力學(xué)強度。反之，則會阻礙新骨長入和延緩骨折愈合。
　　本研究的目的是探索能否通過外界的應(yīng)力調(diào)控來改善硫酸鈣降解與新骨長入兩者之間的同步性。
　　[研究方法]
　　將30只12周齡的雌性Sprague Dawley(S-

2、D)大鼠用10％水合氯醛腹腔內(nèi)注射麻醉，經(jīng)左大腿外側(cè)切口暴露股骨遠端，在股骨干骺端制作一個直徑和高度分別為3mm的圓柱體骨缺損。生理鹽水反復(fù)沖洗骨缺損后，將事先備好的經(jīng)過滅菌的硫酸鈣（Calcium Sulfate Cement, CSC）支架材料填入缺損內(nèi)。30只大鼠隨機分為三組（每組10只）：應(yīng)力調(diào)控組、恒定應(yīng)力組和對照組（無應(yīng)力）。機械應(yīng)力的施加是通過給予大鼠跑步鍛煉來實現(xiàn)的。術(shù)后7天，應(yīng)力調(diào)控組和恒定應(yīng)力組開始進行為期30天的跑

3、步鍛煉，每天跑步時間均為45分鐘。應(yīng)力調(diào)控組以跑步速度漸增的方式進行鍛煉，第一個10天以8 m/min的速度進行跑步鍛煉,每隔10天速度增加8 m/min，直至24 m/min；恒定應(yīng)力組則始終以8 m/min的速度進行跑步鍛煉（跑步鍛煉在專門的大鼠跑步機上完成）。對照組不給予跑步鍛煉，活動限制在狹小的籠子內(nèi)。在上述30只大鼠中，21只（每組7只）在術(shù)后7、17、27和37天給予連續(xù)的Micro-CT掃描，計算由硫酸鈣填充的骨缺損體積，

4、并在完成最后一次Micro-CT掃描之后，過量麻藥處死動物，取下左側(cè)股骨進行三點彎曲力學(xué)測試。除了本實驗固有三組之外，另額外添加正常股骨組和缺損組（缺損內(nèi)為空）進行力學(xué)測試。另外9只（每組3只）大鼠在術(shù)后37天時以同樣的方法處死，取下左側(cè)股骨進行組織學(xué)檢測（蘇木精-伊紅染色），觀察缺損內(nèi)硫酸鈣降解和新骨生長情況。
　　[結(jié)果]
　　在術(shù)后37天（硫酸鈣支架材料完全降解）時，機械應(yīng)力漸增的應(yīng)力調(diào)控組取得了骨缺損的完全愈合，股骨

5、的最大屈服載荷達到87.00±7.30 N，與正常股骨的力學(xué)強度無統(tǒng)計學(xué)上的差別(80.46±2.79 N, p=0.369)。但是，無論是恒定應(yīng)力組還是對照組，兩組都殘留不同程度的骨缺損，體積分別為1.47±0.44 mm3和4.08±0.89 mm3(p<0.001)。并且，應(yīng)力調(diào)控組和正常股骨組的股骨最大屈服載荷均顯著高于恒定應(yīng)力組（69.56±4.74 N），對照組(59.17±7.48 N)和缺損組（43.38±7.48 N）

6、（p<0.001）。組織學(xué)結(jié)果表明，在37天時，三組的硫酸鈣支架材料均完全降解，而僅應(yīng)力調(diào)控組的骨缺損達到完全愈合，恒定應(yīng)力組和對照組仍存在明顯的骨缺損。
　　[結(jié)論]
　　本實驗的研究結(jié)果表明，外界的應(yīng)力調(diào)控可以改善硫酸鈣降解與新骨長入的同步性。當(dāng)外加機械應(yīng)力的變化與生物材料降解曲線一致時，生物材料降解與新骨生長的同步性最好。應(yīng)力調(diào)控的方法值得進一步深入的探索以及應(yīng)力調(diào)控法在將來有可能作為一種臨床手段來改善骨科生物材料降解