骨質(zhì)疏松條件下椎弓根螺釘?shù)母男匝芯俊獦?gòu)建具有表面生物活性的低彈性模量的膨脹式椎弓根螺釘.pdf

1、在骨質(zhì)疏松(Osteoporosis,OP)條件下，椎弓根螺釘與周圍骨質(zhì)結(jié)合強(qiáng)度明顯下降，螺釘松動(dòng)、移位、脫出等并發(fā)癥時(shí)有發(fā)生。為了提高螺釘穩(wěn)定性和減少并發(fā)癥的發(fā)生，許多學(xué)者采用各種方法對(duì)螺釘行強(qiáng)化處理，均取得了一定的效果。近年來一些學(xué)者開始使用膨脹式椎弓根螺釘來提高螺釘?shù)姆€(wěn)定性，通過螺釘?shù)臋C(jī)械性膨脹，增加螺釘在椎體內(nèi)與骨的接觸面積，增大釘-骨界面的摩擦力，從而提高了螺釘?shù)姆€(wěn)定性。本課題組在前期研究工作中，自行研制開發(fā)了一種新型的膨脹式

2、椎弓根螺釘，在動(dòng)物體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)及臨床初步應(yīng)用中均取得了良好的療效。
　　但是由于螺釘自身材質(zhì)彈性模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于骨組織的彈性模量，特別是在OP條件下，這種螺釘與骨組織的彈性模量的不匹配更加明顯，可能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力不能很好的傳遞到螺釘周圍骨質(zhì)中去，從而產(chǎn)生“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)，造成螺釘周圍骨質(zhì)吸收，增加螺釘松動(dòng)的可能。同時(shí)由于螺釘自身材質(zhì)本身不具有生物活性，因而在螺釘-骨界面上，只能發(fā)生機(jī)械性的錨合而不可能發(fā)生生物化學(xué)性的嵌合，因此降低了螺釘-骨

3、界面的結(jié)合強(qiáng)度，從而增加了螺釘潛在松動(dòng)的可能。
　　目的：1.研究低彈性模量椎弓根螺釘對(duì)改善螺釘固定強(qiáng)度的作用；2.研究微弧氧化表面改性的椎弓根螺釘對(duì)提高螺釘固定強(qiáng)度的作用。
　　方法：
　　1.將普通椎弓根釘(pediclescrew,PS)，膨脹椎弓根螺釘(expandablepediclescrew,EPS)和低彈性模量(Ti24Nb4Zr7.9Sn,42GPa)膨脹椎弓根螺釘(lowelasticmodulus

4、expandablepediclescrew,L-EPS)以相同的方法制備釘?shù)?，植入OP生物力學(xué)模塊后，行X線檢查和軸向拔出實(shí)驗(yàn)；2.將EPS和L-EPS植入OP綿羊體內(nèi)12周后，行軸向拔出實(shí)驗(yàn)，Micro-CT分析和組織學(xué)分析；3.檢測(cè)經(jīng)MAO處理后材料表面的特征，并將大鼠成骨細(xì)胞(osteoblasts,OB)接種于材料試件表面，觀察OB在試件表面粘附、增值和分化能力；4.將MAO處理的L-EPS(MAOtreatedL-EPS，M

5、AO-L-EPS)和L-EPS植入OP綿羊體內(nèi)12周后，行軸向拔出實(shí)驗(yàn)、Micro-CT分析和組織學(xué)觀察。
　　結(jié)果：
　　1.OP骨質(zhì)疏松模塊實(shí)驗(yàn)中，L-EPS組和EPS組之間的最大軸向拔出力(themaximumpulloutstrength,Fmax)和能量吸收值(energyabsorbedtofailure,E)均顯著高于PS組(P<0.05)，但是兩組之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)；2.在OP綿羊體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)中

6、，L-EPS組的Fmax和E均顯著高于EPS組(P<0.05)，同時(shí)Micro-CT檢測(cè)和組織學(xué)檢測(cè)顯示L-EPS組螺釘周圍及膨脹縫隙內(nèi)骨小梁結(jié)構(gòu)、密度均顯著優(yōu)于EPS組(P<0.05)；3.經(jīng)過MAO處理，在材料表面形成一層均一的、多孔的富含Ca、P元素的氧化膜，成骨細(xì)胞在其表面的增值、粘附和分化能力均顯著優(yōu)于未處理組(P<0.05)；4.OP綿羊體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)中，MAO-L-EPS組的Fmax和E均顯著高于L-EPS組(P<0.05)

7、，Micro-CT檢測(cè)和組織學(xué)檢測(cè)顯示大量骨小梁在MAO-L-EPS組周圍形成，在骨小梁數(shù)量和質(zhì)量上均優(yōu)于L-EPS組(P<0.05)，掃描電鏡(Scaningelectronmicroscope，SEM)檢測(cè)顯示，MAO-L-EPS較L-EPS有更好的釘－骨界面，與骨組織結(jié)合更加緊密。
　　結(jié)論：
　　1．L-EPS和EPS一樣都能較PS顯著提高螺釘?shù)姆€(wěn)定性；
　　2．L-EPS通過降低螺釘?shù)膹椥阅Ａ浚瑴p少了因?yàn)槁葆?/p>

8、與骨質(zhì)彈性模量不匹配而導(dǎo)致的“應(yīng)力遮擋”效應(yīng)，使應(yīng)力能夠更好的傳遞到螺釘周圍的骨質(zhì)中去，促進(jìn)了螺釘周圍骨質(zhì)的生長(zhǎng)，減少了螺釘周圍骨質(zhì)的吸收，提高了螺釘在骨組織中的穩(wěn)定性，從而有利于螺釘在生物體內(nèi)的長(zhǎng)期生存；
　　3．經(jīng)過MAO處理的材料，其表面形成的特異性的氧化膜，有利于成骨細(xì)胞的粘附、增值和分化。
　　4．MAO-L-EPS通過MAO處理提高了螺釘表面的生物活性，使得螺釘與周圍骨組織的結(jié)合從單一的機(jī)械性錨合模式變成了機(jī)械性