中華實(shí)驗(yàn)外科雜志2008年2月第25卷第2期 Chin J Exp Surg, February2008,vol25,N2209實(shí)驗(yàn)研究連續(xù)碳纖維聚烯烴髓內(nèi)釘治療兔脛骨骨折薛鋒侯春林王以進(jìn)【摘要】目的觀察連續(xù)碳纖維增強(qiáng)聚烯烴復(fù)合材料髓內(nèi)釘對(duì)免脛骨骨折愈合的影響。方法雄性新西蘭兔39只,制作兔雙側(cè)脛骨中斷骨折髓內(nèi)釘固定模型,左側(cè)實(shí)驗(yàn)側(cè)以碳纖維復(fù)合材料髓內(nèi)釘固定,右側(cè)以不銹鋼髓內(nèi)釘做對(duì)照。24只動(dòng)物術(shù)后24、8、12周取材行大體觀察、影像學(xué)觀察和組織學(xué)檢查。另15只術(shù)后4、8、12周取材做愈合骨強(qiáng)度的生物力學(xué)分析。結(jié)果術(shù)后4周及8周,試驗(yàn)組礦化沉積率及平均類骨質(zhì)寬度均優(yōu)于對(duì)照組。愈合8周與12周,實(shí)驗(yàn)組骨愈合負(fù)載優(yōu)于對(duì)照組25~30%(P<0.05),彎曲強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)組高于對(duì)照組15%(P<0.05)。結(jié)論與不銹鋼髓內(nèi)釘比較,連續(xù)碳纖維增強(qiáng)聚烯烴復(fù)合材料髓內(nèi)釘更有利于兔脛骨骨折愈合?！娟P(guān)鍵詞】?jī)?nèi)固定;髓內(nèi)釘;碳纖維Effects of continuous- carbon fiber reinforced polyolefin composites intramedullary nails faxition onthe healing of rabbit tibia XUE Feng, HOU Chun-lin, WANG Yi-jin. Department of OrthopeadiSurgery, Fengxian Central Hospital, Shanghai 201400, ChinaAbstract] Objective To eveluate the effects of the intramedullary nailing of continuous carbonfiber reinforced polyolefin on the bone heal of expermental rabbit tibia fracture. Methods Thirty-nine rab.bits were administered and tibia fracture intramedullary nailing experimental models were made with con-tinuous carbon-fiber reinforced polyolefin( left side) nail and stainless steel(right side) nail fixation At2nd, 4th, 8th, 12th week postoperatioth, both sides of tibia in 24 rabbits were harvested. Gross observationroentgenography and histological observation were made. On the postoperative week 4, 8, 12, tibias of theother 15 rabbits were harvested and biomechanics test to the bone were made to evaluate the healing of thebones.Results At 4th, 8th and 12th week after the operation, mineralization appositional rate was higherand mean osteoid seam width greater in experimental group than in control group. The loading strength andbending strengthbone at 8th and 12th week showed much better in experimental group than incontrol group(P<0. 05). Conclusion The continuous carbon-fiber reinforced polyolefin composites intr-amedullary nail has better effects to the bone healing of expermental rabbit tibia fracture than stainlesteel nailing.Key words Intemal fixation; Intramedullary nai; Carbon fiber體外實(shí)驗(yàn)研究已證實(shí)連續(xù)碳纖維增強(qiáng)聚烯烴復(fù)合固定,右側(cè)為對(duì)照側(cè)(組),不銹鋼髓內(nèi)釘固定。3%戊材料具備良好的生物相容性及生物力學(xué)特性132。我巴比妥鈉(30mg/kg體重)耳緣靜脈麻醉,雙側(cè)小腿中們采用碳纖維增強(qiáng)聚烯烴復(fù)合材料髓內(nèi)釘固定兔脛骨段前外側(cè)15mm縱向切口,顯露脛骨中份,剝離10mm骨折,觀察其對(duì)兔脛骨骨折愈合的影響,以評(píng)價(jià)該材料區(qū)域骨膜,于脛骨中部,腓骨與脛骨結(jié)合處電鋸截?cái)嗝勛鰹闉閮?nèi)固定物的可靠性。骨。脛骨上端前內(nèi)側(cè)4mm處用2.2mm鈷頭開(kāi)口,擴(kuò)材料與方法髓,三棱錐形髓內(nèi)釘順行插入髓腔,穿過(guò)骨斷端。2.術(shù)后觀察與標(biāo)本取材:(1)大體觀察:肢體腫動(dòng)物分組及模型的建立實(shí)驗(yàn)動(dòng)物由上海市傷脹、活動(dòng)情況。(2)影像學(xué)觀察:術(shù)后48、12周X攝骨科研究所動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室提供實(shí)驗(yàn)材料髓內(nèi)釘上海杰片并CT掃描。經(jīng)圖像處理并計(jì)算出各組不同時(shí)期的事杰新材料公司提供。健康雄性新西蘭白兔39只,體骨痂灰度密度積分。(3)透射電鏡觀察:切取前側(cè)骨重為2500-300g組織學(xué)檢測(cè)組24只生物力學(xué)檢折端2m×2mm骨痂組織,觀察成骨細(xì)胞和和破骨測(cè)組15只。左側(cè)為實(shí)驗(yàn)側(cè)(組),采用碳纖維髓內(nèi)釘細(xì)胞脫鈣骨組織切片:標(biāo)本經(jīng)1中國(guó)煤化工切片機(jī)切片。測(cè)定四基金項(xiàng)目:中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(200303341);上海市科環(huán)素CNMH沉積率,結(jié)果作t檢委科技攻關(guān)項(xiàng)目(02Dzo12)作者單位:20100春賢區(qū)中心醫(yī)院上海第六人民醫(yī)院奉賢分驗(yàn)。(4)骨折愈合強(qiáng)度的力學(xué)檢測(cè):4812測(cè)量愈合院骨科(薛鋒);第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長(zhǎng)征醫(yī)院骨科(侯春林);上海大學(xué)骨標(biāo)本的強(qiáng)度和剛度,試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS10.0軟件生物力學(xué)研究所(王以進(jìn))進(jìn)行統(tǒng)計(jì),數(shù)據(jù)以線性回歸方法,經(jīng)最小二乘法加以處210中華實(shí)驗(yàn)外科雜志2008年2月第25卷第2期 Chin J Exp Surg, February2008,Vol.25,No2理統(tǒng)計(jì)方法采用t檢驗(yàn)。討論碳纖維復(fù)合材料因具有強(qiáng)度高、韌性好的特點(diǎn),更1.大體觀察:術(shù)后1周后肢雙小腿輕中度腫脹,術(shù)有放射通透性好、熱傳導(dǎo)性低、強(qiáng)度高、重量輕(為鋼后4周,雙后肢活動(dòng)基本恢復(fù)自如兩側(cè)肢體功能及外的20%)對(duì)CT及MR無(wú)干擾及低彈性模量有利于形基本相同。骨折愈合等臨床應(yīng)用上的優(yōu)點(diǎn),深受生物材料學(xué)及臨2.X線片及分析:術(shù)后2周骨痂生長(zhǎng)少,骨折線清床上廣泛青睞,文獻(xiàn)中報(bào)道了碳纖維復(fù)合材料接骨板晰,4周實(shí)驗(yàn)側(cè)骨痂量多于不銹鋼側(cè)。8周時(shí)兩組骨痂治療骨折的臨床結(jié)果3,但尚未見(jiàn)到采用復(fù)合材料髓量達(dá)高峰,骨折線模糊,實(shí)驗(yàn)組骨痂量仍優(yōu)于鋼板組。內(nèi)釘治療骨折的臨床及實(shí)驗(yàn)報(bào)道。12周骨痂增加速度減緩,骨折線消失。X線檢查骨痂在本實(shí)驗(yàn)中,采用了大體形態(tài)學(xué)、影像學(xué)、組織學(xué)灰度積分比較結(jié)果表明,12周時(shí)實(shí)驗(yàn)組優(yōu)于對(duì)照組及生物力學(xué)的方法,評(píng)價(jià)了碳纖維聚烯烴復(fù)合材料髓(P<0.01)。內(nèi)釘治療兔脛骨骨折的結(jié)果。從大體形態(tài)學(xué)的結(jié)果3.CT掃描及分析:術(shù)后8周及12周實(shí)驗(yàn)組脛骨看,采用碳纖維復(fù)合材料髓內(nèi)釘固定后,手術(shù)肢體外觀骨痂CT值大于對(duì)照組(P<0.05)。形態(tài)、步態(tài)以及愈合骨標(biāo)本的骨痂量,稍優(yōu)于不銹鋼釘4.透射電鏡:結(jié)果表明在2周時(shí)間兩組骨痂成熟固定組,表明實(shí)驗(yàn)材料能取得常規(guī)材料同樣的效果。程度無(wú)明顯差異。術(shù)后4、8、12周試驗(yàn)組骨痂成熟程從影像學(xué)的結(jié)果來(lái)看,實(shí)驗(yàn)組新生骨再生超過(guò)對(duì)照組,度優(yōu)于對(duì)照組?？梢?jiàn)實(shí)驗(yàn)材料更有利于骨折愈合。組織學(xué)檢測(cè)從細(xì)胞5.不脫鈣骨切片及分析:結(jié)果表明術(shù)后4周及8學(xué)及組織學(xué)形態(tài)學(xué)角度進(jìn)一步觀查到碳纖維復(fù)合材料周,試驗(yàn)組礦化沉積速率(MAR)及平均類骨質(zhì)寬度與骨組織有良好的生物相容性,更有利于新生骨生長(zhǎng)。[MOsW(μm)]均優(yōu)于對(duì)照組。愈合骨的力學(xué)強(qiáng)度的分析,從扭轉(zhuǎn)力學(xué)及彎曲力學(xué)強(qiáng)6、愈合骨的力學(xué)強(qiáng)度測(cè)試:(1)兔脛骨骨折髓內(nèi)度兩個(gè)方面進(jìn)一步證實(shí),采用碳纖維復(fù)合材料髓內(nèi)釘釘固定術(shù)后愈合骨的彎曲力學(xué)強(qiáng)度。①脛骨骨折愈合固定骨折愈合更加滿意。時(shí)負(fù)載及強(qiáng)度變化結(jié)果:兩種不同材料的髓內(nèi)釘固定低彈性模量?jī)?nèi)固定材料有利于骨折愈合,這一事下的骨愈合負(fù)載,愈合8周與12周時(shí),兩者比較差異實(shí)已得到充分證實(shí)6。連續(xù)碳纖維聚烯烴復(fù)合材料達(dá)25%~30%(P<0.05)。彎曲強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)組強(qiáng)度始終髓內(nèi)釘正是因其具有彈性模量接近人體皮質(zhì)骨及生物高于對(duì)照組15%(P<0.05)。②愈合骨彈性模量(E)相容性好的特點(diǎn),有利于克服應(yīng)力遮擋所帶來(lái)的骨質(zhì)的變化結(jié)果:兩種不同材料固定的骨折4周起兩者相疏松等問(wèn)題,有利于骨痂形成及骨折愈合。碳纖維復(fù)差7%,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。③愈合骨的彎合材料具有金屬內(nèi)固定材料不可比擬的優(yōu)點(diǎn),如果某曲橈度變化:兩組相差僅0.2%(P>0.05),在該指標(biāo)些材料加工難題得以解決,某種程度上將可部分替代下,兩種固定的效果相似。④愈合骨的彎曲剛度變化:金屬,成為新型骨折內(nèi)固定材料。實(shí)驗(yàn)組的彎曲變形能力優(yōu)于對(duì)照組,其差異在15%以參考文獻(xiàn)上,其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。⑤愈合骨的彎曲柔度變化:實(shí)驗(yàn)組的彎曲柔度小于對(duì)照組,兩者相差10年繞李林在法用圖用紅量果烴復(fù)合材科18%以上,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。(2)愈合骨2]侯春林薛鋒陳慶泉等硬組織修復(fù)材料碳纖維增強(qiáng)聚烯烴的的扭曲力學(xué)性能①骨折愈合后的強(qiáng)度變化:兔脛骨的[3] Baker D, Kadambande SS, Alderman PM. Carbon fibre plates in the扭矩隨著骨折愈合時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增加,增加的速eatmentInjury,2004,35:596率在開(kāi)始的4~8周較為緩慢,8周之后加快。②剪切[4」 Saidpur sh. Assessment of carbon fibre composite fracture fixation模量變化:實(shí)驗(yàn)組優(yōu)于對(duì)照組,但在數(shù)值上比較,兩者plate using finite element analysis. Ann Biomed Eng, 2006,34: 1157-相差不大,無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。③扭轉(zhuǎn)剛度:試驗(yàn)組與對(duì)照5] Huang ZM, Fujihara K. Stiffness and strength design of composite bone組的扭轉(zhuǎn)剛度基本相同,變化規(guī)律相似,兩者平均相差plates. Compos Sci Tech, 2005, 65: 73-85[6約5%,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05中國(guó)煤化工件板固定骨骨后骨折CNMHG收稿日期:200613)