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编号:10287012
超高分子量聚D,L乳酸小夹板螺钉的组织反应与降解动物实验研究
http://www.100md.com 《华西口腔医学杂志》 1999年第1期
     作者:魏世成 郑 谦 赵宗林 刘 磊 王翰章 李声伟 熊成东 邓先模 罗福成 罗朝英

    单位:

    (魏世成,郑 谦,刘 磊,王翰章,李声伟)610041 华西医科大学口腔医学院,(赵宗林)成都军区总医院口腔科,(熊成东,邓先模,罗福成,罗朝英)中国科学院成都分院有机化学研究所

    关键词:聚D,L乳酸;组织反应;降解

    超高分子量聚D 摘要 目的:观察聚D,L聚乳酸小夹板、螺钉植入体内后的组织学反应及降解过程。方法:采用自身对照研究,用超高分子量生物降解材料聚D,L乳酸制作小夹板、螺钉,对10只狗进行颧弓骨折内固定,并与金属钛小夹板、螺钉内固定相比较,观察聚D,L乳酸小夹板、螺钉植入体内后的组织学反应及降解过程。结果:聚D,L乳酸小夹板、螺钉植入体内后对骨折愈合无任何不良影响,与金属钛小夹板、螺钉具有相似的软、硬组织学反应,无感染、异物反应等并发症发生;聚D,L乳酸小夹板、螺钉在体内3月内形态无明显变化,6月后呈大小不同的颗粒,12个月内完全降解消失。结论:超高分子量聚D,L乳酸生物相容性良好,用其制作小夹板、螺钉行骨内固定安全有效,体内降解时间适宜临床应用。
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    Tissue Reaction and Degradation of Super-high Molecular Weight

    Poly D, L-lactic Acid Mini-plates and Screws: An Animal Experiment

    Wei Shicheng, Zheng Qian, Liu Lei, et al

    College of Stomatology, West China University of Medical Sciences

    Zhao Zonglin

    Department of Stomatology, Chengdu Military Hospital
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    Xiong Chengdong, Deng Xianmo, Luo Fucheng,et al

    Chengdu Institute of Organic Chemistry, Chinese Academy of Sciences

    Abstract Objective:To investigate the tissue reaction and degradation processes of the super-high molecular weight(Mv=6.0×105 kD) poly D, L-lactic acid(PDLLA) mini-plates and screws through the internal fixation for zygomatic arch fracture.Methods: It was carried out by the self-contrast study method and comparing with the titanium mini-plates and screws.Results: There was no side-effects on bone healing. The reaction of soft and hard tissues to PDLLA mini-plates and screws was similar to that of the titanium mini-plates and screws. No complication had been seen with the use of PDLLA mini-plates and screws, including infection, foreign body reaction and underlying osteolysis. The PDLLA devices had no changes in shape after 3 months, and then became the grains in defferent sizes after 6 months, and were completely resorbed within 12 months in vivo. Conclusion: The super-high molecular weight PDLLA mini-plates and screws has good biocompatibility and proper degradation time. It is safe and effective to use the mini-plates and screws made of the super-high molecular weight PDLLA for internal fixation of bone.
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    Key words: poly D,L-lactic acid tissue reaction degradation

    聚乳酸生物相容性良好已为较多的动物实验及临床应用研究所证实。其中,聚L乳酸(poly L-lactic acid, PLLA)因合成的分子量可高达百万以上,机械性能较好而较多地应用于骨内固定的动物及临床实验研究[1,2]。但由于所用PLLA夹板、螺钉降解缓慢,可引起迟发性无菌性炎症反应,临床应用受到限制[2]。而以往合成的聚D,L乳酸(poly D,L-lactic acid, PDLLA)分子量较低,机械强度差,以其制作的夹板、螺钉等内固定装置不能维持骨段的稳定和支撑至骨段完全愈合,研究较少[3]。本文报道利用超高分子量PDLLA制作小夹板、螺钉,通过对狗颧弓骨折行骨内固定的实验研究,观察超高分子量PDLLA小夹板、螺钉植入体内后的组织学反应和降解过程。

    1 材料和方法
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    1.1 实验材料

    实验用PDLLA小夹板、螺钉的制作见参考文献[4]。

    1.2 实验方法

    实验方法见参考文献[4],术后观察实验动物伤口愈合情况,并分别于术后1、2、3、6、12月分批处死动物获取标本,每批各处死2只动物。对标本进行大体解剖学观察,组织切片光镜观察。收集标本中的PDLLA材料,清洗干燥后称重并测定分子量。

    2 结 果

    2.1 活体观察

    术后当日可正常活动及进食,实验侧和对照侧在术后3~4天伤口局部均有轻度肿胀,未见伤口感染及异物排斥反应,术后1周拆线时均见伤口无红肿,愈合良好,颧弓形态正常;术后各观察时间均无异常发现。
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    2.2 大体解剖学观察

    植入后1月,PDLLA及钛夹板周均形成明显包膜包裹夹板、螺钉,包膜较厚,但包膜及其周围组织无明显充血、水肿;对照侧除术后1月时软组织有轻度炎症反应,包裹夹板的包囊一直存在,术后软、硬组织反应与实验侧基本相同。

    2.3 组织学观察

    术后1月软组织改变,PDLLA及钛板周形成致密胶原纤维包囊,囊壁较厚但充血、水肿已不明显,有少许淋巴细胞、巨噬细胞;术后2月,包囊壁胶原纤维层减少,囊壁变薄,未见充血及血管扩张,淋巴细胞、巨噬细胞少见;术后3、6月,包囊壁薄,无血管扩张,淋巴细胞、巨噬细胞罕见。术后第12月,实验侧包囊消失,而对照侧包囊壁同术后3、6月时。术后12月,对照侧植入物及包囊明显可见,包囊壁较薄。术后第1、2、3、6月,实验侧在偏振光显微镜下可见包裹PDLLA板的囊壁数层胶原纤维之间有散在、大小不等的金黄色颗粒,大者为淋巴细胞的数倍,小者与淋巴细胞相近,术后12月消失,推测可能是高分子聚乳酸降解的次级产物——小分子量聚乳酸,并逐渐降解成乳酸单体而消失。对照侧各期均未见这种颗粒。术后各期硬组织的变化与普通骨折愈合过程无显著差异,PDLLA小夹板、螺钉对骨折愈合过程无不良影响(表1)。术后12月,对照侧植入物及包囊明显可见,包囊壁较薄。
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    表1 超高分子量PDLLA小夹板螺钉内固定后

    软硬组织反应

    术后观察时间

    (月)

    软组织炎症

    包囊

    骨折线

    骨愈合

    1

    不明显

    形成无积液

    无骨痂覆盖

    纤维愈合
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    2

    无

    壁薄无积液

    部分消失

    部分骨性

    3

    无

    壁薄无积液

    基本消失

    骨性愈合

    6

    无

    壁薄无积液
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    消失

    骨性愈合

    12

    无

    消失

    消失

    骨性愈合

    2.4 PDLLA降解

    PDLLA夹板、螺钉呈无色透明状,质硬,植入体内后其形态、质地、色泽逐渐变化,术后6月时夹板、螺钉完全崩解成0.5~2 mm大小不等的白垩色颗粒(表2)。PDLLA板、螺钉重量及分子量变化见表3。 表2 术后PDLLA小夹板形态、质地、色泽变化

    术后观察
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    时间(月)

    形态

    质地

    色泽

    1

    无变化

    质硬、弹性好

    表面白雾状半透明

    2

    无变化

    质硬、弹性减小

    白垩斑增多半透明

    3
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    边缘变钝

    质脆、易折断

    白垩色不透明

    6

    不均匀颗粒

    质脆

    白垩色不透明

    12------

    表3 术前、术后PDLLA小夹板、螺钉重量及分子量变化

    术后

    观察

    时间

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    数

    目

    (套)

    重量

    分子量

    术前

    (g)

    术后

    (g)

    降低率

    (%)

    术前

    (1×105kD)
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    术后

    (1×105kD)

    降解率

    (%)

    1

    2

    0.3055

    0.3032

    0.75

    6.0

    5.50

    8.33

    2
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    2

    0.2987

    0.2938

    1.64

    6.0

    0.99

    83.50

    3

    2

    0.2955

    0.2895

    2.03

    6.0
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    0.66

    89.00

    6

    2

    0.2927

    0.0697

    76.19

    6.0

    0.14

    97.67

    12

    2

    0.3014
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    0.0000

    100.00

    6.0----

    3 讨 论

    3.1 超高分子量PDLLA小夹板螺钉的生物相容性

    活体观察、大体解剖学观察以及组织学观察结果提示,超高分子量PDLLA和钛小夹板、螺钉对软组织创伤的愈合均无任何不良影响,机体对其亦无排斥反应,表明其软组织生物相容性良好。对骨创愈合影响的观察表明,骨愈合过程与普通骨愈合过程无显著差异。表明超高分子量PDLLA小夹板螺钉对骨创愈合无不良影响及不良刺激,对硬组织亦与钛具有相同的良好生物相容性。

    3.2 超高分子量PDLLA小夹板、螺钉的降解过程

    聚乳酸类材料,在体内水解脱脂生成乳酸单体,并在乳酸脱氢酶作用下氧化为丙酮酸,作为能量物质参加体内的三羧酸循环,终产物为CO2和H2O,经肺、肾、皮肤排泄[6]。超高分子量PDLLA小夹板、螺钉植入体内后1月,植入物形态、色泽、重量的变化说明此时PDLLA已有降解,测定分子量亦证明PDLLA已有降解,术后2、3、6月继续降解。此结果说明超高分子量PDLLA小夹板、螺钉在12个月降解、吸收完毕,第3个月后则显著降低;而分子量的降低在前一个月内较缓慢,第2个月时则降解较快,提示PDLLA重量与分子量的降低是不同步的。
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    3.3 PDLLA小夹板降解与骨折愈合的时相关系

    本实验结果显示:骨折内固定术后2月,骨折区以胶原纤维为主的纤维性愈合已经完成,并开始向骨性愈合转化。这时骨折断端所需要的防止骨折片移位的固位力宜逐渐减小。相反,骨断端需要的是适量的生理性应力,来刺激新骨的形成和改建。本研究采用的可吸收夹板,在术后1月仅有轻微降解,仍能发挥良好的内固定效果,这对于仅有纤维性愈合的骨折断端来说,这种固位力是必需的。术后2月已有骨性愈合时,PDLLA开始大幅度降解,夹板及螺钉松动,内固定作用明显下降,恰好可以让一定的应力传导到骨断端,加速骨的愈合。从而避免了金属夹板始终存在的应力阻断作用(effect of stress protection)。术后3月,骨性愈合基本完成,内固定夹板已完成其使命,此时,PDLLA夹板开始降解成碎片,并在较短的时间内吸收完毕,且无明显的组织反应,避免了金属夹板长期存留体内可能出现的一系列并发症。

    3.4 PLLA、PDLLA与异物反应
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    植入物与机体是否发生异物反应受多种因素影响,如植入物的形状、大小、体积等,已有研究表明PLLA制作的夹板、螺钉行颧骨骨折内固定在术后3年出现异物反应,其原因可能与PLLA呈结晶型,分子量较大,以及PLLA夹板、螺钉体积较大,导致PLLA在体内降解时间太长而长期刺激组织有关[4]。本研究用PDLLA为非结晶型,分子量较低,夹板、螺钉体积较小,因而在体内于12个月内可完成全部降解吸收过程,其体内降解时间较PLLA短;大体解剖及组织学观察均未见PDLLA小夹板、螺钉对软、硬组织有任何不良刺激作用,而且机体对PDLLA小夹板、螺钉的组织学反应与对金属钛小夹板、螺钉的反应基本相同。结果证明本研究用超高分子量PDLLA小夹板、螺钉不会产生异物反应。 本课题为国家863计划资助项目资助(编号 715-002-0140)及华西医科大学口腔医学院院基金资助项目

    4 参考文献

    1 Bos RRM, Rozema FR. Degradation of and tissue reaction to biodegradable poly(L-lactide) for use as internal fixation of fractures: a study in rats. Biomater, 1991,12(10):32
, 百拇医药
    2 Eppley BL, Sadove AM, Havlik RJ. Resorbable plate fixation in pediatric craniofacial surgery. Plast Reconstr Surg,1997, 100(1):1~7

    3 阮狄克,沈根标.可吸收聚乳酸接骨板的动物实验初步报道.生物医学工程杂志,1995,12(1):5~9

    4 魏世成,郑 谦,赵宗林,等.超高分子量聚D,L乳酸小夹板螺钉行颧弓骨折内固定的动物实验研究.华西口腔医学杂志,1999,17(1):63~65

    5 Bergsma JE, Rozema FR. Foreign body reactions to resorbable poly (L-lactide) bone plates and screws used for the fixation of unstable zygomatic fracture. J Oral Maxillofac Surg, 1993, 51(6):666~670

    6 Bostman OM. Current concept review absorbable implants for the fixation of fracture. J Bone Joint Surg, 1991, 73(A):148~153

    (1998-07-15收稿), 百拇医药