EH复合材料人工颅骨的动物实验研究
作者：孙春明 崔 岗 周 岱
单位：苏州医学院附属第一医院脑外科 邮政编码：215006
关键词：羟基磷灰石 人工颅骨 实验研究
江苏医药991105 摘要 目的：通过动物实验研究，证实EH材料人工颅骨用于修补颅骨缺损的可行性。方法：将EH材料及硅橡胶人工颅骨分别植入狗颅骨，于术后3、6、12个月处死后取材，行病理学检查。结果：植入EH材料人工颅骨所有标本中，均未见排异反应，EH材料周围除骨组织外无其他组织生长，且新骨能长入EH材料表面的浅层内，EH材料及其表面HA颗粒均无吸收。而植入的硅橡胶人工颅骨与骨组织之间仅有纤维组织而无骨组织生长。结论：EH材料化学稳定，组织相容性好，具有骨传导作用，是良好的颅骨修补材料。
羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)是目前研究较多的生物材料，它具有生物相容性好、有骨传导作用等优点，作为骨移植替代材料被广泛应用，但其生物力学性能差、脆性大，且不易塑形是其不足。国内有学者用EAM树脂与羟基磷灰石按一定比例制成EH复合材料(简称EH材料)，改善了羟基磷灰石的生物力学性能[1]。本研究拟将EH材料制成人工颅骨通过动物实验以确定该材料用于颅骨修补的可靠性。
, 百拇医药
材料与方法
一、实验材料
实物动物 12只成年杂种狗，体重9.0～17.5kg，平均13.8kg。
植入材料 EH材料及硅橡胶，均制成直径为10.0mm，厚为3.0mm，略带球面的人工颅骨。
二、实验方法
材料植入 狗经5%戊巴比妥钠静脉麻醉，头部剃毛、碘酒、酒精消毒铺巾后，分别将狗的两侧颞顶骨暴露，用直径10.0mm的手摇钻钻孔，方向与颅骨面垂直，左右侧各钻三只孔，其中二只孔植入EH材料人工颅骨，一只孔植入硅橡胶人工颅骨。
病理学检查 术后按不同时间将狗处死，分为3、6、12个月三组，处死后连同其周围5.0mm的正常颅骨整块取下。用80%的酒精固定，有机玻璃包埋后进行不脱钙切片，制成50μm厚的切片，用Sirius Red染色(兼偏振光)观察标本。扫描电镜(SEM)观察标本取自试样纵断面，用2.5%戊二醛及1%锇酸双固定，梯度酒精脱水，在临界干燥仪干燥，喷涂碳金后，在JSM840扫描电镜下观察。
, 百拇医药
结 果
一、大体观察
3个月骨标本显示EH材料与骨组织紧密结合，没有明显分界线，而硅橡胶与骨组织没有结合，取材时自行脱落。6个月和12个月骨标本显示EH材料与骨组织交界处有骨组织增生隆起，EH材料表面部分或全部被骨组织覆盖，EH材料与周围组织紧密接触，未见明显结缔组织增生，硬膜也未见异常。硅橡胶标本被纤维组织完全包裹，与骨组织之间可见明显纤维间隔，内侧的硬膜明显增厚。所有标本均没有体积和形状的改变。
二、Sirius Red染色观察
3个月骨标本显示EH材料与骨组织紧密结合，界面无纤维组织存在，材料边缘有大量的新骨形成，6个月骨标本显示骨组织长入EH材料表面的浅层内部，并包绕材料表面的HA颗粒。12个月标本显示EH材料与骨组织完全融为一体，但长入EH材料内的深度与6个月骨标本相比没有明显增加。EH材料内未观察到有血管生长。
, 百拇医药
硅橡胶与骨组织之间仅有纤维组织存在而无骨组织。所有标本均未见炎症细胞。
三、偏振光观察
采用Sirius Red染色标本作偏振光观察，3个月标本显示EH材料与骨组织紧密结合，界面无纤维组织。6个月骨标本显示EH材料内部有骨组织长入。12个月骨标本也显示EH材料内有骨组织，且材料与骨组织完全融合成一体。
硅橡胶骨标本显示硅橡胶与骨组织之间仅有纤维组织而无骨组织。
四、扫描电镜(SEM)观察
3个月标本显示EH材料与骨组织结合较紧密，EH材料包绕试样并长入试样的凹陷内成镶嵌状。6个月骨标本显示骨组织长入EH材料包绕HA颗粒。12个月骨标本显示试样与骨组织结合成一体，无明显间隙，骨组织大量长入EH材料浅层。硅橡胶与骨组织之间仅有纤维组织存在。
, 百拇医药
讨 论
目前临床使用的颅骨修补材料主要有有机玻璃、硅化橡胶、自体骨及钛板等。其中以硅化橡胶及钛板应用最广，但这些材料各自存在不足之处。羟基磷灰石是生物体牙齿、骨组织的重要无机成分，自本世纪七十年代被人工合成后，经大量实验和临床研究证实，它具有组织相容性好，有骨传导作用，能与骨组织直接结合等优点[2～5]，于八十年代后期开始广泛用于颅骨修补[6～8]，被认为是目前理想的颅骨修补材料。但它的生物力学性能差，脆性大且没有伸展性，为克服上述缺点，国外已采用有机树脂或硫酸钙与羟基磷灰石颗粒混合[5，9]，国内有学者将EAM树脂与羟基磷灰石混合制成EH材料，以改善其性能[1]。本实验首次将EH材料植入动物颅骨缺损处，证明EH材料人工颅骨有下列特点：(1)无降解性，不被机体吸收转化，而羟基磷灰石的降解性及降解程度目前仍有分歧，材料是否具有生物降解性可能与材料的固有特性如烧制温度、气孔率、孔径大小等有关[10]。(2)无异物排斥反应，有良好的组织相容性，刘义荣等也证实EH材料细胞毒性一级，溶血率为0.5%，无热原及毒性反应[1]。(3)有骨传导作用，能与骨组织直接结合，但没有骨诱导作用。所谓骨传导指植入骨组织内的物质有良好的生物相容性，具有适合新骨沉积的生理支架作用，在材料周围形成新骨。(4)EH材料在硬化前有一定流动性，塑形方便，可制成各种形状。(5)该材料为致密型，血管及骨组织不能长入其深部。
, 百拇医药
EH材料能与骨组织形成直接结合是其一重要生物学特性。它们结合的机制是EH材料植入骨组织后，与骨交界面可出现一种钙磷固―液体平衡，维持这种平衡所需要的钙、磷离子分别来自周围骨组织和植入材料。这种钙磷媒介最终以生物性磷灰石的形式形成钙磷固体沉积在植入材料与骨交界面之间，形成材料与骨组织之间的直接结合或骨性结合[11]。用EAM树脂作为塑形剂与羟基磷灰石混合制成的EH材料既保留了羟基磷灰石的众多优点，又改善了羟基磷灰石的力学性能，是一种较理想的颅骨修补生物材料。
参考文献
[1] 刘义荣，等.口腔材料器械杂志 1993；2：12.
[2] Holmes RE，et al.Plast Reconstr Surg 1988；81：662.
[3] Costantino PD，et al.Plast Reconstr Surg 1992；90：174.
, 百拇医药
[4] Mmatukexs VJ， et al.J Neurosurg 1988；69：514.
[5] Rawlings CE， et al.J Neurosurg 1988；69：269.
[6] Waite PD， et al. Neurosurgery 1989；125：214.
[7] Ono I， et al.Plast Reconstr Surg 1993；92：819.
[8] Dujovny M，et al.Surg Neurol 1997；48：294.
[9] Higashi S， et al.Biomaterials 1986；7：183.
[10] Kitsugi T，et al.Clin Orthop 1988；234：280.
[11] Holinger JO，et al.Clin Orthop 1986；207：290.
(1999年1月24日收稿 同年4月26日修回), 百拇医药
单位：苏州医学院附属第一医院脑外科 邮政编码：215006
关键词：羟基磷灰石 人工颅骨 实验研究
江苏医药991105 摘要 目的：通过动物实验研究，证实EH材料人工颅骨用于修补颅骨缺损的可行性。方法：将EH材料及硅橡胶人工颅骨分别植入狗颅骨，于术后3、6、12个月处死后取材，行病理学检查。结果：植入EH材料人工颅骨所有标本中，均未见排异反应，EH材料周围除骨组织外无其他组织生长，且新骨能长入EH材料表面的浅层内，EH材料及其表面HA颗粒均无吸收。而植入的硅橡胶人工颅骨与骨组织之间仅有纤维组织而无骨组织生长。结论：EH材料化学稳定，组织相容性好，具有骨传导作用，是良好的颅骨修补材料。
羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)是目前研究较多的生物材料，它具有生物相容性好、有骨传导作用等优点，作为骨移植替代材料被广泛应用，但其生物力学性能差、脆性大，且不易塑形是其不足。国内有学者用EAM树脂与羟基磷灰石按一定比例制成EH复合材料(简称EH材料)，改善了羟基磷灰石的生物力学性能[1]。本研究拟将EH材料制成人工颅骨通过动物实验以确定该材料用于颅骨修补的可靠性。
, 百拇医药
材料与方法
一、实验材料
实物动物 12只成年杂种狗，体重9.0～17.5kg，平均13.8kg。
植入材料 EH材料及硅橡胶，均制成直径为10.0mm，厚为3.0mm，略带球面的人工颅骨。
二、实验方法
材料植入 狗经5%戊巴比妥钠静脉麻醉，头部剃毛、碘酒、酒精消毒铺巾后，分别将狗的两侧颞顶骨暴露，用直径10.0mm的手摇钻钻孔，方向与颅骨面垂直，左右侧各钻三只孔，其中二只孔植入EH材料人工颅骨，一只孔植入硅橡胶人工颅骨。
病理学检查 术后按不同时间将狗处死，分为3、6、12个月三组，处死后连同其周围5.0mm的正常颅骨整块取下。用80%的酒精固定，有机玻璃包埋后进行不脱钙切片，制成50μm厚的切片，用Sirius Red染色(兼偏振光)观察标本。扫描电镜(SEM)观察标本取自试样纵断面，用2.5%戊二醛及1%锇酸双固定，梯度酒精脱水，在临界干燥仪干燥，喷涂碳金后，在JSM840扫描电镜下观察。
, 百拇医药
结 果
一、大体观察
3个月骨标本显示EH材料与骨组织紧密结合，没有明显分界线，而硅橡胶与骨组织没有结合，取材时自行脱落。6个月和12个月骨标本显示EH材料与骨组织交界处有骨组织增生隆起，EH材料表面部分或全部被骨组织覆盖，EH材料与周围组织紧密接触，未见明显结缔组织增生，硬膜也未见异常。硅橡胶标本被纤维组织完全包裹，与骨组织之间可见明显纤维间隔，内侧的硬膜明显增厚。所有标本均没有体积和形状的改变。
二、Sirius Red染色观察
3个月骨标本显示EH材料与骨组织紧密结合，界面无纤维组织存在，材料边缘有大量的新骨形成，6个月骨标本显示骨组织长入EH材料表面的浅层内部，并包绕材料表面的HA颗粒。12个月标本显示EH材料与骨组织完全融为一体，但长入EH材料内的深度与6个月骨标本相比没有明显增加。EH材料内未观察到有血管生长。
, 百拇医药
硅橡胶与骨组织之间仅有纤维组织存在而无骨组织。所有标本均未见炎症细胞。
三、偏振光观察
采用Sirius Red染色标本作偏振光观察，3个月标本显示EH材料与骨组织紧密结合，界面无纤维组织。6个月骨标本显示EH材料内部有骨组织长入。12个月骨标本也显示EH材料内有骨组织，且材料与骨组织完全融合成一体。
硅橡胶骨标本显示硅橡胶与骨组织之间仅有纤维组织而无骨组织。
四、扫描电镜(SEM)观察
3个月标本显示EH材料与骨组织结合较紧密，EH材料包绕试样并长入试样的凹陷内成镶嵌状。6个月骨标本显示骨组织长入EH材料包绕HA颗粒。12个月骨标本显示试样与骨组织结合成一体，无明显间隙，骨组织大量长入EH材料浅层。硅橡胶与骨组织之间仅有纤维组织存在。
, 百拇医药
讨 论
目前临床使用的颅骨修补材料主要有有机玻璃、硅化橡胶、自体骨及钛板等。其中以硅化橡胶及钛板应用最广，但这些材料各自存在不足之处。羟基磷灰石是生物体牙齿、骨组织的重要无机成分，自本世纪七十年代被人工合成后，经大量实验和临床研究证实，它具有组织相容性好，有骨传导作用，能与骨组织直接结合等优点[2～5]，于八十年代后期开始广泛用于颅骨修补[6～8]，被认为是目前理想的颅骨修补材料。但它的生物力学性能差，脆性大且没有伸展性，为克服上述缺点，国外已采用有机树脂或硫酸钙与羟基磷灰石颗粒混合[5，9]，国内有学者将EAM树脂与羟基磷灰石混合制成EH材料，以改善其性能[1]。本实验首次将EH材料植入动物颅骨缺损处，证明EH材料人工颅骨有下列特点：(1)无降解性，不被机体吸收转化，而羟基磷灰石的降解性及降解程度目前仍有分歧，材料是否具有生物降解性可能与材料的固有特性如烧制温度、气孔率、孔径大小等有关[10]。(2)无异物排斥反应，有良好的组织相容性，刘义荣等也证实EH材料细胞毒性一级，溶血率为0.5%，无热原及毒性反应[1]。(3)有骨传导作用，能与骨组织直接结合，但没有骨诱导作用。所谓骨传导指植入骨组织内的物质有良好的生物相容性，具有适合新骨沉积的生理支架作用，在材料周围形成新骨。(4)EH材料在硬化前有一定流动性，塑形方便，可制成各种形状。(5)该材料为致密型，血管及骨组织不能长入其深部。
, 百拇医药
EH材料能与骨组织形成直接结合是其一重要生物学特性。它们结合的机制是EH材料植入骨组织后，与骨交界面可出现一种钙磷固―液体平衡，维持这种平衡所需要的钙、磷离子分别来自周围骨组织和植入材料。这种钙磷媒介最终以生物性磷灰石的形式形成钙磷固体沉积在植入材料与骨交界面之间，形成材料与骨组织之间的直接结合或骨性结合[11]。用EAM树脂作为塑形剂与羟基磷灰石混合制成的EH材料既保留了羟基磷灰石的众多优点，又改善了羟基磷灰石的力学性能，是一种较理想的颅骨修补生物材料。
参考文献
[1] 刘义荣，等.口腔材料器械杂志 1993；2：12.
[2] Holmes RE，et al.Plast Reconstr Surg 1988；81：662.
[3] Costantino PD，et al.Plast Reconstr Surg 1992；90：174.
, 百拇医药
[4] Mmatukexs VJ， et al.J Neurosurg 1988；69：514.
[5] Rawlings CE， et al.J Neurosurg 1988；69：269.
[6] Waite PD， et al. Neurosurgery 1989；125：214.
[7] Ono I， et al.Plast Reconstr Surg 1993；92：819.
[8] Dujovny M，et al.Surg Neurol 1997；48：294.
[9] Higashi S， et al.Biomaterials 1986；7：183.
[10] Kitsugi T，et al.Clin Orthop 1988；234：280.
[11] Holinger JO，et al.Clin Orthop 1986；207：290.
(1999年1月24日收稿 同年4月26日修回), 百拇医药