可吸收材料在骨折内固定中的临床应用

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.04.023

摘要/Abstract

摘要：

背景：骨折治疗时选择合适的内固定物相当重要，否则极易导致治疗失败。临床上治疗骨折的内固定物以金属材料为主，在人体内易出现腐蚀和应力遮挡引起皮质骨疏松；另外骨折愈合后需二次手术拆除，可致再次骨折。
目的：分析可吸收材料的生物特性及治疗骨折的适应症，并比较可吸收材料在骨折内固定中的特点。
方法：收集不同可吸收材料治疗骨折的相关文献，找出治疗对象相似、疗效评价标准相同的病例进行分析。
结果与结论：采用可吸收材料治疗骨折具有显著优越性，可吸收材料不需要二次手术取出，对关节周围组织及关节本身损伤小，组织相容性好，并发症少，是骨折内固定治疗的发展方向之一。

关键词: 骨关节植入物, 骨关节植入物学术探讨, 生物材料, 可吸收材料, 可吸收螺钉, 骨折, 内固定

Abstract:

BACKGROUND: It is important to select the suitable fixity for the treatment of fractures, otherwise, it is easy to lead to the treatment failure. In clinic, the fixity used for the treatment of fractures is mainly the metal materials, but the metal materials are prone to corrosion and stress shielding cause cortical bone osteoporosis in human body; in addition, second surgery is needed to remove the materials after fracture healing which can cause the secondary fracture.
OBJECTIVE: To analyze the biological properties of the absorbing material and the indications of fracture treatment, and to compare the characteristics of absorbable materials in the fracture internal fixation.
METHODS: The articles related to the absorbable materials for the treatment of fractures were selected to find out the cases with the similar treatment objects and the same curative effect evaluation criteria for the comparative study.
RESULTS AND CONCLUSION: The absorbable materials for the treatment of fractures have significant advantages, removed without second surgery, little injury to the surrounding tissues of the joint and joint itself, good histocompatibility and fewer complications, and it has become one of the development directions for the internal fixation of fractures.

Key words: bone and joint implants, academic discussion of bone and joint implants, biomaterial, absorbable material, absorbable screw, fracture, internal fixation

中图分类号:

R318

王勇平，刘小荣，蒋垚. 可吸收材料在骨折内固定中的临床应用[J]. 中国组织工程研究, 2013, 17(4): 712-719.

Wang Yong-ping, Liu Xiao-rong, Jiang Yao. Clinical application of absorbable materials in the fracture fixa[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2013, 17(4): 712-719.

图/表（结果） 13

1 可吸收材料的种类

目前骨科常用的可吸收材料可分为高分子材料、无机材料和复合材料三大类。

1.1 可吸收高分子材料^[9] 可吸收高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。主要包括胶原、甲壳素、纤维素、聚氨基酸、聚酯类(如聚乳酸及聚羟基乙酸)等，常用作骨科内固定材料的主要是甲壳素及聚乳酸。

1.1.1 生物降解性聚酯是一类重要的合成医用高分子材料,具有良好的生物相容性及生物可降解性。因而易被自然界中的多种微生物或动植物体内酶分解、代谢，最终形成二氧化碳和水。有关这类聚酯的合成及性能研究备受重视，其中常被用作骨科材料的是聚乳酸。

1.1.2 甲壳素^[10] 是存在于自然界中的惟一一种带阳离子的糖类聚合物，能够被生物降解，产量仅次于纤维素。自然界中甲壳质大量存在于蟹、虾及昆虫等甲壳类动物中，俗称甲壳素。作为低等动物体内的一种纤维成分，兼具高等动物体的胶原和高等植物的纤维素两种生物功能，具有优异的生物相容性。其脱乙酰化的产物称为壳聚糖，壳聚糖经结构修饰又可得到一系列适合不同需要的性能优良的衍生物，研究证明，甲壳素、壳聚糖及其衍生物都有多种生物活性。

1.2 可吸收无机材料 可吸收无机材料主要是指生物降解类陶瓷即磷酸三钙。磷酸三钙在体内有较大的溶解度，稳定性较差，易发生水化作用，并通过体液的侵蚀和细胞的吞噬作用被机体部分或完全吸收而被取代。

1.3 可吸收复合材料 由两种或两种以上不同的可吸收材料优化组合而成的材料称为可吸收复合材料。可吸收复合材料主要分为高分子材料之间的复合、高分子材料与无机材料之间的复合以及材料与生物活性物质之间的复合。

1.3.1 高分子材料之间的复合^[11] 高分子材料和另外不同组成、不同形状、不同性质的物质复合黏结而成的多相固体材料，并且拥有界面的材料。高分子复合材料最大优点是博各种材料之长，如高强度、质轻、耐温、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质，根据应用目的，选取高分子材料和其他具有特殊性质的材料，制成满足需要的复合材料。

1.3.2 高分子材料与无机材料之间的复合^[12] 克服了单一材料和传统复合材料性能上的缺陷，使材料既具有无机材料的优点如刚性、高热稳定性和特殊的光电磁性能等，又具有高分子材料的优点，如弹性、介电性、延展性和可加工性等。

1.3.3 材料与生物活性物质之间的复合^[13] 具有骨传导能力的人工合成材料不具备骨诱导能力，将生物相容性好的有骨传导能力的并在体内可生物降解的人工材料与具有强大诱导骨活性的骨形态发生蛋白结合，可以使骨缺损修复材料拥有骨传导和骨诱导双重作用。在骨科治疗中，将骨形态发生蛋白、骨生长调节蛋白复合于内植物(或支架)中，对骨愈合产生有效调节作用。

2 理想可吸收材料的标准

因长期植入金属异物将会引发电解腐蚀、材料的断裂等并发症，而且很多内植物需要在骨折愈合后二次手术取出，为了克服这些缺点，国内外学者对内固定材料进行探索研究，从而开发满足临床需要的理想材料。采用可吸收材料修复骨组织的历史应追溯到20世纪60年代末期，在整个70年代这方面的研究报道还不多。其中应用最早的是颌面外科，以后才是骨折内固定的研究。目前国内外已有多种材料的可吸收内固定物应用于临床。

3 可吸收螺钉的研究历史

4 可吸收螺钉生物降解性和力学性能

可吸收螺钉的生物学降解方式是水解，降解方式分3步进行：首先发生解聚反应，然后解聚了的分子分解成单体，最后单体进入三羧酸循环，在酶的作用下分解成二氧化碳和水。

5 可吸收螺钉在骨折内固定中的应用

5.1 资料来源 骨折内固定材料的相关研究文献[23-24]，检索时间范围1999至2011年，以“骨折(Fracture)；内固定(Internal fixation)；可吸收螺钉(Absorbable screws)；金属材料(Metallic materials)；骨折内固定(Fracture fixation)；降解(Degradation)”为检索词，选取文献40篇[15-54]。

5.2 纳入标准 ①可吸收螺钉治疗骨折的临床研究。②可吸收螺钉在脊柱外科的应用。③可吸收螺钉治疗关节内骨折的临床应用。④可吸收螺钉与金属材料内固定治疗骨折疗效比较。

5.3 排除标准 ①排除不符合上述纳入标准者。②排除虽符合上述纳入标准,但拒绝采用可吸收螺钉进行内固定者或临床资料收集不全者。③排除合并有严重的心、肺、肝、肾等脏器疾患者。④重复研究的文章。

5.4 分析指标 ①可吸收螺钉对骨折愈合影响的研究。②可吸收螺钉与其他内固定材料治疗骨折疗效比较。③可吸收螺钉在骨折内固定中的研究与应用。④可吸收螺钉在骨科临床应用中的利弊。

5.5 可吸收螺钉治疗骨折的实验研究与临床应用

5.5.1 可吸收螺钉适应证随着对可吸收螺钉研究的不断深入，多种不同的可吸收螺钉已在骨科领域应用。可吸收螺钉在骨折内固定方面，展现了乐观的前景，同时也存在许多需要解决的问题。可吸收螺钉临床应用有一定的局限性，只有严格掌握其适应症，才能提高骨折内固定治疗的疗效，避免并发症。可吸收螺钉应用范围相关文献见表1。

5.5.2 可吸收螺钉治疗骨折的实验研究可吸收螺钉进行骨折内固定，避免了传统金属材料的应力遮挡作用、释放有害离子及需要二次手术拆除等不利因素，是骨折治疗方法上的一次重大革新。利用可吸收螺钉进行骨折内固定已有较多的实验研究。不同材料可吸收螺钉治疗骨折的实验研究文献见表2。

5.5.3 可吸收螺钉治疗骨折的临床应用可吸收螺钉是传统金属内固定材料的补充物，其在临床上的应用始于上世纪80年代。可吸收螺钉是高分子聚合物，植入人体内最终降解产物为二氧化碳和水直至完全吸收，因其可吸收的特性，在愈合过程中无金属腐蚀作用，因而有利于骨折愈合。可吸收螺钉治疗骨折的临床应用文献见表3。

5.6 可吸收螺钉治疗骨折的优缺点及并发症

5.6.1 可吸收螺钉治疗骨折的特点治疗关节骨折可靠的的原则是关节面解剖复位并坚强内固定。利用可吸收材料和金属材料进行骨折内固定，两者均有良好的内固定效果，有助于早期开始关节功能锻炼。然而，可吸收螺钉内固定更具有特点，但前提是必须明确适应症。可吸收螺钉治疗骨折的特点相关文献见表4。

5.6.2 可吸收螺钉治疗骨折的指征及优缺点可吸收螺钉治疗骨折的指征及优缺点见表5。

5.6.3 可吸收螺钉治疗骨折的并发症不论哪种可吸收螺钉都会出现一些特有的并发症，如内固定失效、无菌性炎症、关节僵硬、局限性骨质疏松等。因此，可吸收螺钉在骨折内固定中的并发症应引起重视。可吸收螺钉治疗骨折的并发症相关文献见表6。

无菌性炎症：内植物植入人体后，都有不同程度的无菌性炎症反应。但是与金属材料不同，可吸收螺钉在体内的理化特性是不断改变的。临床可见的无菌性炎症反应是机体清除力和材料降解速率不平衡的结果。因此，掌握可吸收螺钉在体内降解的几个阶段对于防治无菌性炎症反应十分重要。可吸收螺钉在体内降解过程包括^[49]：①愈合期和潜伏期：内植物结构无明显变化，被厚薄不等的纤维囊包裹，或与骨组织直接接触。②持续吸收期：内植物内部降解比较快，在其外层形成有裂隙的“斗篷^”[50]。降解产物释放，组织反应为巨噬细胞和多核巨细胞轻度或中度浸润。③吸收进展期：内植物进行性碎裂，大量降解产物释放，可引起严重的组织反应。④恢复期：内植物完全降解，为瘢痕或骨组织所取代。

炎性异物反应：炎性异物反应是机体对所有内植物的自然反应，如果可吸收内植物的降解产物超出组织的清除能力，就可能发生炎性异物反应，对机体产生不良影响，与感染性炎症的最大区别是它的迟发性和无菌性。

炎性异物反应的临床症状一般出现在吸收进展期，此时手术伤口已经愈合，患者处于损伤的恢复阶段。炎性异物反应在血运差的部位发生率高，在血运丰富、代谢旺盛部位的发生率低。炎性异物反应临床表现，见表7。

5.7 可吸收螺钉治疗骨折的注意事项和相关措施

常用的可吸收螺钉有聚乙交酯、聚酰胺、聚丙交酯等，可吸收螺钉虽然具有良好的生物相容性，但也会引起相关的并发症。因此应权衡利弊，谨慎选择可吸收螺钉。可吸收螺钉在骨折固定中的注意事项和相关措施见表8。

6 结论

可吸收材料在人体内可逐渐降解而被吸收，应用可吸收材料固定骨折，不需二次手术取出，而且在降解过程中强度逐渐下降，应力作用慢慢转移至骨折部位，避免应用金属内固定时的应力遮挡作用，刺激骨折端愈合。但尚存在一些不足，包括组织相容性、强度、降解速度等问题。虽然可吸收材料仍存在很多不足之处，特别是可吸收材料的无菌性炎症反应是影响临床推广的重要因素，目前尚缺乏有效的预防措施。但可吸收材料的出现是骨科的一大进展，随着材料科学技术的不断发展，可吸收材料的不断完善，可吸收材料在骨科领域会有更好的应用前景。

作者贡献：蒋垚进行实验设计，王勇平进行实验实施及评估，资料收集为刘小荣，王勇平成文，王勇平对实验进行审校并对文章负责。
利益冲突：课题未涉及任何厂家及相关雇主或其他经济组织直接或间接的经济或利益的赞助。
伦理要求：实验获得所在单位的伦理委员会批准，符合伦理学标准。
作者声明：文章为原创作品，数据准确，内容不涉及泄密，无一稿两投，无抄袭，无内容剽窃，无作者署名争议，无与他人课题以及专利技术的争执，内容真实，文责自负。

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