生物材料在骨科的應(yīng)用進(jìn)展

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1、生物材料在骨科的應(yīng)用進(jìn)展生物材料是指“以醫(yī)療為目的，用于和活組織接觸以形成功能的無(wú)生命材料”，包括具有生物相容性的材料。在骨科應(yīng)用的生物材料按其性質(zhì)主要分為，醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用高分子材料和醫(yī)用無(wú)機(jī)非金屬材料等，現(xiàn)就其應(yīng)用綜述如下。1醫(yī)用金屬材料骨科生物金屬材料是指能夠植入人體，治療骨骼疾病、替換骨組織，恢復(fù)骨骼的正常生理功能的一種生物惰性材料，由于具有較高的強(qiáng)度和韌度，金屬材料是骨科中應(yīng)用最多的植入材料，廣泛用于骨科的各類(lèi)疾病的治療，金屬作為一種植入材料一般要求是：①有足夠的力學(xué)強(qiáng)度和抗疲勞性能；②有極

2、好的耐腐蝕性能，無(wú)磁性；③材料必須無(wú)毒、無(wú)致癌性與過(guò)敏反應(yīng)；④應(yīng)具有良好的光潔度[1]?，F(xiàn)在常用于臨床的醫(yī)用生物金屬材料主要包括醫(yī)用不銹鋼、鈷基合金、醫(yī)用形狀記憶合金等。醫(yī)用不銹鋼：根據(jù)臨床對(duì)硬度，韌度的要求，醫(yī)用不銹鋼的材料有多種，最好的不銹鋼合金是316L型，一直作為器具材料廣泛使用。具有較好的機(jī)械性質(zhì)，易于加工制造且價(jià)格便宜，但同鈷基合金相比有較大的局部腐蝕敏感性[2]，主要用于接骨板、骨螺釘、人工關(guān)節(jié)等。合金類(lèi)：主要包括①鈷基合金：鈷基合金具有良好的耐磨性和抗蝕性，適于長(zhǎng)期應(yīng)用于體內(nèi)承載條件苛刻

3、的植入，是目前醫(yī)用金屬材料中最優(yōu)良的材料之一，已列入ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但缺點(diǎn)是機(jī)械性能低于不銹鋼，而且加工困難、產(chǎn)量低、價(jià)格貴，常被選擇為永久性植入材料。多用于骨折固定和制作人工關(guān)節(jié)。②鈦合金：具有優(yōu)于前兩種材料的機(jī)械性能，質(zhì)輕，組織相容性良好，生物界面結(jié)合牢固，在機(jī)體內(nèi)有極高的惰性和抗腐蝕性，是理想的植入材料，缺點(diǎn)是耐磨損性差和難以加工。鈦合金微型鋼是頜骨骨折復(fù)位內(nèi)固定的首選內(nèi)固定物[3]，目前對(duì)膝、髖等大的人工關(guān)節(jié)多使用鈦合金。③如鈷、鎳、鉻及鉬合金，是通過(guò)多步驟精制而成的一種新型植入材料。其抗腐蝕性

4、和生物相容性與鍛造的鈷鉻合金相似，機(jī)械強(qiáng)度大，具有不銹鋼和鈷鉻合金的許多優(yōu)點(diǎn)，作為骨折內(nèi)固定物有廣闊的應(yīng)用前景。④鎳鈦記憶合金：該材料有形狀記憶效應(yīng)，其理化性能表現(xiàn)為強(qiáng)度高，耐磨、耐腐蝕、無(wú)磁、無(wú)毒等特點(diǎn)，而且其硬度和剛度跟人體骨組織最接近，被認(rèn)為是最理想的生物內(nèi)固定植入材料。金屬材料普遍的缺點(diǎn)是植入人體后，長(zhǎng)期存在人體，金屬中某些元素離子進(jìn)入人體組織液、血液、器官，如鉻、鎳離子對(duì)人體具有致敏作用，甚至誘導(dǎo)機(jī)體發(fā)生癌變，另外長(zhǎng)期受力的金屬還會(huì)發(fā)生金屬受力疲勞和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變，從而引起遠(yuǎn)期手術(shù)的失敗等問(wèn)題

5、。是其普遍缺陷。醫(yī)用高分子材料.1非生物降解型高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯等，具有穩(wěn)定性好，不發(fā)生降解，交聯(lián)或物理磨損等，而且有良好的機(jī)械性能，對(duì)機(jī)體不產(chǎn)生明顯毒副作用，主要用于制作組織工程軟、硬組織，人工器官等。如硅橡膠是含有硅原子的特種合成橡膠的總稱(chēng)，無(wú)毒、無(wú)味、通氣性能好，能耐高溫低溫，具有良好的生理惰性和抗凝血性能，有彈性，宜清洗、滅菌，在骨外科可作引流管、人工腱鞘等。利用輻射接枝改性技術(shù)可制成醫(yī)用硅橡膠水凝膠膜，該材料具有高純度、親水性、吸水后形成穩(wěn)定的水凝膠及生物相容性?xún)?yōu)良等特點(diǎn)。在治療骨關(guān)

6、節(jié)損傷疾患和肌腱斷裂手術(shù)中植入該膜，可預(yù)防組織粘連[4]。高密度聚乙烯：其用于制造人工髖臼的分子量多在200～500萬(wàn)左右，其摩擦系數(shù)低，約為～，抗沖擊性強(qiáng)，耐磨性強(qiáng)，年磨損率約為～mm，是目前國(guó)際上普遍用于制造人工關(guān)節(jié)的較好材料。.2生物降解型高分析材料有聚酯類(lèi)、膠原、甲殼素、纖維素等，其中最主要的是聚乙交酯(PGA)、聚丙交酯(PLA)及其混聚物，聚酯類(lèi)似一類(lèi)親水性非常強(qiáng)的高分子降解材料。聚酯類(lèi)能在體內(nèi)降解，最終被分解代謝成CO2和H2O2從人體排出。PLA具有一定機(jī)械強(qiáng)度和良好的加工性能。PGA可

7、支架誘導(dǎo)促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附增殖和分化，但其降解過(guò)快，且降解產(chǎn)物積聚會(huì)造成局部PH值下降，導(dǎo)致細(xì)胞中毒死亡。PGA與PLA形成的混聚物可通過(guò)二者的比例來(lái)調(diào)節(jié)其機(jī)械強(qiáng)度和降解速率[5]。聚酯類(lèi)生物降解材料可以制成棒、針、螺釘、接骨板等，受其降解速度限制，固定部分在愈合期間不能承受較大的應(yīng)力。是目前組織工程中廣泛應(yīng)用的支架，臨床上多用于固定骨折愈合相對(duì)較快的骨骼，亦可用于關(guān)節(jié)鏡下膝前十字韌帶的損傷后重建、半月板損傷的修復(fù)，在骨組織工程學(xué)領(lǐng)域也是一種很有前景的細(xì)胞培養(yǎng)支架材料[6]，但不適于長(zhǎng)骨干骨折固定，因其

8、臨床愈合所需時(shí)間較長(zhǎng)，骨折斷端應(yīng)力大。生物降解材料作為內(nèi)固定材料，在手術(shù)操作過(guò)程中不易割傷軟組織，即使在加壓情況下也不會(huì)損傷松質(zhì)骨[7]，在所固定的組織愈合之前能夠保持足夠的強(qiáng)度，可隨著骨組織的愈合機(jī)械強(qiáng)度適當(dāng)衰減，使骨折斷端得到正常的應(yīng)力刺激，沒(méi)有金屬材料存在的應(yīng)力遮擋、腐蝕反應(yīng)等缺點(diǎn)，可使患者避免清除植入物的第2次手術(shù)，亦不影響MR或CT等影像學(xué)復(fù)查，使用起來(lái)比金屬制品要安全和方便。但如果內(nèi)植物的降解產(chǎn)物超過(guò)組織的清除能力，可發(fā)生遲發(fā)性