生物陶瓷宫内节育器的应用与安全性

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.43.004

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：
生物陶瓷：生物陶瓷是用作特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料，即直接用于人体或与人体直接相关的生物、医用、生物化学等的陶瓷材料，是一种新型的生物材料，具有耐高温、不老化等特点，且具有良好的生物相容性。
宫内节育器：目前临床使用的避孕工具可以大体分为3种类型：输卵管节育器、宫内节育器以及阴道用节育器。其中，宫内节育器是一种应用十分广泛的避孕工具，宫内节育器的构成材料是影响其使用效果的重要因素。

背景：宫内放置节育器是一种应用十分广泛的避孕方法，可通过一定的机械刺激或者化学物质干扰等方式达到避孕的效果。目前，关于生物陶瓷的优良性能及其生物相容性等方面的研究较多，但关于其应用于宫内节育器的效果少见报道。
目的：探讨应用生物陶瓷宫内节育器的避孕效果。
方法：90只雌性大鼠，随机分为3组，每组30只，分别设为空白对照组、金属裸铜组、生物陶瓷组。将生物陶瓷宫内节育器与金属裸铜宫内节育器置入大鼠子宫中段，空白对照组不做任何处理。置器30 d后，按照雌雄比3∶1的方式，对30只雄性大鼠与3组雌性大鼠进行交配。孕14 d。每组随机取10只大鼠，记录3组置器侧子宫胚胎数和受孕动物数，并计算避孕率。余下大鼠中每组随机取10只大鼠，取出金属裸铜组、生物陶瓷组节育器，再次进行交配实验。交配后14 d记录3组置器侧子宫胚胎数和受孕动物数，计算怀孕率。置器60 d后，处死3组剩余的大鼠，进行肝、肾组织与子宫内膜组织学观察。
结果与结论：①避孕情况：金属裸铜组和生物陶瓷组的置器侧子宫胚胎数和受孕动物数均显著低于空白对照组(P均 < 0.05)，避孕率均达到100%；②生育能力恢复情况：空白对照组和生物陶瓷组的置器侧子宫胚胎数、受孕动物数以及生育能力恢复率均显著优于金属裸铜组(P均< 0.05)，空白对照组和生物陶瓷组之间差异均无显著性意义(P均 > 0.05)；③子宫内膜组织形态学检查：生物陶瓷组可观察到腺体存在轻度扩张现象，腔内外均可观察到一定的中性粒细胞浸润，但程度较金属裸铜组相对较轻。各组大鼠肾、肝组织形态学检查均未出现异常；④结果表明，生物陶瓷宫内节育器与金属裸铜宫内节育器均可以获得理想的避孕效果，不会对大鼠的肾、肝组织产生异常影响。但生物陶瓷宫内节育器具有更好的生育力可逆性恢复能力，且对子宫内膜产生的刺激作用较轻。

ORCID: 0000-0002-8606-0623(杨爱芹)
中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

关键词: 生物材料, 材料相容性, 宫内节育器, 生物陶瓷, 金属裸铜, 避孕效果, 子宫内膜, 实验, 大鼠, 生育能力, 组织学观察

Abstract:

BACKGROUND: Intrauterine device (IUD), widely used for contraception, achieves contraceptive effect by mechanical stimulation or chemical interference. Biological ceramics have been reported to have good performance and biocompatibility, but its effect used for IUD is rarely reported.
OBJECTIVE: To explore the contraceptive effect of biological ceramic IUDS.
METHODS: Totally 90 female rats were randomly divided into three groups (n=30 per group).
The biological ceramic IUD and the bare copper IUD were respectively implanted into the middle of rat uterus, and blank control group received no intervention. One month later, according to the male and female ratio of 3:1, 30 male rats were selected to mate with female rats in the three groups. At 14 days after mating, 10 female rats were randomly selected from each group to detect the number of embryos in the implanted side and the number of pregnant rats, and the contraceptive rate was calculated. Ten rats among the remaining rats in each group underwent removal surgery of IUD, and mated with male rats again. After 60 days, the remaining rats were sacrificed to observe the morphology of liver, kidney and uterus.
RESULTS AND CONCLUSION: The number of uterine embryos and pregnant rats in the groups of biological ceramic and bare copper IUD was significantly lower than that in the blank control group (P < 0.05), and the contraceptive rate reached 100% in the former two groups. The number of uterine embryos of implanted side and pregnant rats, and fertility recovery rate in the blank control and biological ceramic IUD groups were significantly higher than those in the bare copper IUD group (P < 0.05), but no significant differences were found between blank control and biological ceramic groups (P > 0.05). In the biological ceramic IUD group, there existed mild gland expansion, and visible some neutrophils both inside and outside the uterine cavity, but these phenomena were milder compared with the bare copper IUD group. No abnormal changes occurred in the rat kidney and liver. These results show that the biological ceramic IUD and bare copper IUD both can obtain the ideal contraceptive effect but make no damage to the rat kidney and liver. Especially, biological ceramic IUD holds better reversible recovery of fertility ability with less endometrial stimulation.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

Key words: Biocompatible Materials, Intrauterine Devices, Contraception, Endometrium, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

杨爱芹，柴玉珍，宋敏. 生物陶瓷宫内节育器的应用与安全性[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(43): 6409-6415.

Yang Ai-qin, Chai Yu-zhen, Song Min.

Contraceptive effect and safety of a biological ceramic intrauterine device

[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2016, 20(43): 6409-6415.

图/表（结果） 5

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引言

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验。

1.2 时间及地点于2015年9至12月在济南市第三人民医院实验室完成。

1.3 材料

实验动物：90只雌性大鼠，30只雄性大鼠，均为SPF级，健康未孕，均有生殖能力。均由解放军第二军医大学(免疫学研究所)提供，许可证号：SYXK(沪) 2010-0101。研究相关方案均提交本院医学伦理部门审核，并经批准，符合相关伦理学要求。

主要试剂与仪器：戊巴比妥钠，济南亿飞科贸有限公司；庆大霉素，北京索莱宝科技有限公司；多聚甲醛，上海蓝星聚甲醛有限公司；苏木精-伊红，上海罗信新材料科技有限公司；乙醇，上海威奥生物科技有限公司；光学显微镜，上海光学仪器厂；切片机，温州顶历医疗器械有限公司。

节育器材料：①金属裸铜宫内节育器：由宿州市华阳医疗器械有限公司提供，由T型架［带铜管和(或)铜丝］和尾丝组成。放置器由放置管、定位块、推杆组成。节育器支架由混入医用硫酸钡的低密度聚乙烯材料注塑成型。铜管和(或)铜丝采用纯度为99.99%的高导无氧制成。尾丝采用高密度聚乙烯制成。金属裸铜宫内节育器产品满足生物学评价国家标准(GB/T 16886)对细胞毒性、致敏性、皮内刺激性、急性全身毒性、遗传毒性、生殖毒性、子宫内膜刺激性、肌肉植入试验、亚慢性毒性等全项检测的要求。②生物陶瓷宫内节育器：由湖北大禹医疗器械有限责任公司提供，主要成分为氧化铝。产品满足生物学评价国家标准(GB/T 16886)对细胞毒性、致敏性、皮内刺激性、急性全身毒性、遗传毒性、生殖毒性、子宫内膜刺激性、肌肉置入试验、亚慢性毒性等全项检测的要求。

1.4 实验方法

实验分组^[7]：90只雌性大鼠，随机分为3组，每组30只，分别设为空白对照组、金属裸铜组、生物陶瓷组。其中金属裸铜组、生物陶瓷组大鼠均予以戊巴比妥钠腹腔麻醉，将金属裸铜宫内节育器与生物陶瓷宫内节育器分别置入大鼠子宫中段，并用不可吸收手术缝线固定在子宫壁上，术后常规缝合切口，并予以庆大霉素抗感染。空白对照组不做任何处理。

动物交配^[8-9]：置器30 d后，制备阴道分泌物涂片，确定动情期。按照雌雄比3∶1的方式，30只雄性大鼠与3组雌性大鼠进行交配。观察交配结果，交配不成功者予以剔除。

避孕效果实验^[10-12]：经交配实验，入组大鼠均顺利完成交配，受孕的大鼠孕14 d。每组随机取10只大鼠，麻醉后处死，打开腹腔，暴露之前放置的宫内节育器，记录3组置器侧子宫胚胎数和受孕动物数，并计算避孕率。

生育能力可逆性观察实验^[13-15]：余下大鼠中每组随机取10只大鼠，戊巴比妥钠腹腔麻醉后取出金属裸铜组、生物陶瓷组节育器，缝合切口后进行通液试验，确认子宫恢复通畅后缝合切口。取器后对大鼠继续词养1个月，之后再次与雄性大鼠进行交配。交配后14 d，处死30只大鼠。打开腹腔，暴露之前放置的宫内节育器，记录3组置器侧子宫胚胎数和受孕动物数，并计算怀孕率。

组织形态学检查^[16-17]：置器60 d后，戊巴比妥钠腹腔麻醉后处死3组剩余的大鼠，取出金属裸铜组、生物陶瓷组置器段子宫，空白对照组取相应部位。对获得组织标本进行多聚甲醛固定，固定1 d之后常规制备切片，予以苏木精-伊红染色，利用光学显微镜观察各组的子宫内膜组织形态。并获得各组大鼠的肝、肾组织，按照上述相同的方式进行苏木精-伊红染色，观察各组的主要脏器组织形态学变化。

1.5 主要观察指标 ①各组大鼠避孕情况；②各组大鼠生育能力恢复情况；③各组大鼠子宫内膜组织形态学；④各组大鼠主要脏器组织形态学检查结果。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

讨论

目前临床使用的避孕工具可以大体分为3种类型：输卵管节育器、宫内节育器以及阴道用节育器^[18]。其中，宫内节育器是一种应用十分广泛的避孕工具，放置宫内节育器是是国内计划生育节育措施的主要方法，已被中国广大妇女所广泛接受，其原理是通过节育器的机械刺激以及化学物质干扰等方式达到避孕的目的^[19]。

以往常用的传统宫内节育器为带铜T型节育器，含铜宫内节育器中发挥避孕效果的是Cu²⁺，而非金属铜。利用铜离子的生物毒性增加对精子和卵子的毒性作用，使到达输卵管内的精子的数量、活力下降，从而阻碍卵子受精。同时含铜宫内节育器还通过干扰子宫内膜细胞的代谢，使受精卵着床及胚胎发育受到影响；但主要是阻碍受精为主而不是着床。但裸铜结构宫内节育器存在一定的不足之处。在置入人体之后，节育器上的铜离子会出现释放，但在释放速率控制方面的难度较大。铜的腐蚀产物及Cu²⁺加剧了子宫内膜的组织损伤、干扰宫腔内环境、影响子宫内膜的容受性而发挥避孕作用。随着时间的推移，铜表面会出现大量的沉积物，越来越粗糙^[20-22]。从而对女性产生一些不良的影响，导致一系列不良后果的出现，包括月经紊乱、出血以及疼痛等。为此，积极寻找更加安全有效的生物材料来提高宫内节育器的临床应用效果至关重要^[23-26]。

近年来，各种新型的生物材料开始被逐渐应用于宫内节育器的制备中。国内有学者利用家兔构建动物模型^[27]，并分析纳米铜复合材料宫内节育器对家兔子宫内膜超微结构的影响。研究发现，纳米铜宫内节育不会对实验家兔的子宫内膜超微结构产生过大的影响，对子宫内膜产生的刺激也较小，从而可能会减少置宫内节育初期各种不良反应的出现，包括子宫异常出血以及疼痛等。

生物陶瓷是一种新型的生物材料，具有耐高温、不老化等特点，且具有良好的生物相容性^[28-32]。生物陶瓷具有亲水性、能与细胞等生物组织表现出良好的亲和性，主要作为生物硬组织的代用材料，用于骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科等方面，生物陶瓷也可用于测量和诊断治疗等。

此次实验中，分别利用生物陶瓷宫内节育器与金属裸铜宫内节育器对大鼠进行处理，经观察发现，对各组的避孕情况进行检测和统计，金属裸铜组和生物陶瓷组的置器侧子宫胚胎数和受孕动物数均显著低于空白对照组，P均 < 0.05，避孕率均达到100%。上述结果表明，生物陶瓷宫内节育器与金属裸铜宫内节育器均可以获得理想的避孕效果。在临床应用各种宫内节育器的时候，需要考虑其可逆性，以保证人体正常的生育能力^[33-35]。理想的宫内节育器应当具备良好的可逆性，在取出节育器后之后可以立即恢复生育能力，而且对性生活无影响等。为此，在实验中还对2种宫内节育器相应的生育能力恢复情况进行了研究。研究结果显示，空白对照组和生物陶瓷组的置器侧子宫胚胎数和受孕动物数以及生育能力恢复率均显著优于金属裸铜组，空白对照组和生物陶瓷组之间经比较差异均无显著性意义。上述结果表明，生物陶瓷宫内节育器较之金属裸铜宫内节育器具有更好的生育力可逆性恢复能力，不会对大鼠的生育能力产生明显的影响，具有更高的临床应用价值。

宫内节育器本质上属于人体内的异物。而人体内的异物会造成局部组织的机械损伤和慢性炎症以及纤维化病变。考虑到子宫的特殊情况和环境，理想的宫内节育器应该具备良好的生物相容性，不会导致各种局部炎性反应等的出现^[36-38]。子宫内膜的形态及生物化学的成分在生殖过程中起着非常重要的作用；而这些因素的改变通过干扰精子的获能和子宫内膜的容受性从而影响生殖过程。传统观点认为，宫内节育器的构成材料是影响使用效果的重要因素。宫内节育器置入宫腔后直接接触接触子宫内膜，一方面对子宫内膜局部产生机械性压迫，另一方面因大量铜离子及其他腐蚀产物释放入宫腔，可损伤子宫内膜，影响局部组织细胞代谢功能，引起无菌性炎症反应比惰性宫内节育器严重。特别是在置器初期，由于铜离子的爆释，对子宫内膜的剌激最为明显。随着带器时间的延长，机体的适应而逐渐减轻。大体和显微镜水平上的形态学观察技术是病理学研究和学习的最传统技术，也是诊断和研究疾病的最基本方法。

此次实验中，对各组大鼠的肾、肝组织进行形态学检查，各组大鼠肾、肝组织形态学检查均未出现异常。但经子宫内膜组织形态学检查，生物陶瓷组可观察到腺体存在轻度扩张现象，腔内外均可观察到一定的中性粒细胞浸润，但程度较金属裸铜组相对较轻。金属裸铜组表现出以子宫内膜血管为中心环节的损伤与机体抗损伤的过程，表现为细胞及亚细胞的水肿，变性，血管扩张及液体的渗出，子宫内膜腺上皮及其血管内皮细胞的再生等炎症，生物陶瓷组则显著优于金属裸铜组。上述结果表明，金属裸铜宫内节育器容易对大鼠的子宫内膜产生一定的不良刺激，导致明显炎性反应的出现。但生物陶瓷具有较好的抗氧化性及腐蚀性，能够与生物体内的组织和血液中的生化成分相容，因此生物陶瓷宫内节育器具有良好的生物相容性，可以有效减少对子宫内膜的不良刺激^[39]。

综上所述，通过本次实验初步证实，生物陶瓷宫内节育器与金属裸铜宫内节育器均可以获得理想的避孕效果，不会对大鼠的肾、肝组织产生异常影响。但生物陶瓷宫内节育器具有更好的生育力可逆性恢复能力，且对子宫内膜产生的刺激作用较轻，具有较好的的临床应用前景。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程