生物植骨材料在脊柱融合术中的应用

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1、生物植骨材料在脊柱融合术中的应用【关键词】硫酸钙1引言自1911年Albee与Hibbs报道第1例脊柱融合术至今近100年，各种脊柱内固定器械日新月异，大大提高了脊柱疾病的治疗成功率。然而，即使如此，融合失败及假关节的发生率仍然较高(5％～35％)，现有的手术方法完全可以达到对脊柱坚强的内固定，但始终不能完全避免融合失败的发生［1］。影响脊柱融合成功的因素有：(1)患者自身条件：如年龄、全身状况、营养、骨质疏松等；(2)植骨方式的选择：后外侧植骨、横突间植骨、去皮质、前路椎间植骨融合等；(3)植骨床的制

2、备；(4)植骨材料的选择。国内外学者一直寻求通过提高骨移植材料性能以提高脊柱的融合率。据统计在北美每年大约有5000,000例手术涉及骨移植，已经成为仅次于输血的第二大移植手术［2］。理想的骨移植材料应具备：无毒、无副作用、取材方便，价格低廉，同时具有骨形成、骨传导、骨诱导等生物活性。移植骨的种类目前应用于脊柱融合术的材料有自体骨、同种异体骨、异种骨、人工骨。自体骨具有与受区骨相同的骨性支架，保留有成骨细胞、细胞因子等生物活性物质且与受区组织相容性好，成骨迅速。自体骨具有骨诱导、骨传导、骨形成作用，同时

3、还有无免疫排斥反应、安全性高的优点，因而脊柱融合术中自体骨移植是骨移植的黄金标准［3］。然而自体骨移植存在一系列问题，如骨来源有限、术中失血增多及手术麻醉时间延长，还有一定并发症，如供区术后血肿假性动脉瘤，神经血管损伤、术后供区疼痛，取骨后供区骨折，及外观畸形［4、5］。而有些手术需要骨量往往比较大，自体骨移植往往不能满足充分植骨的要求［6］。同种异体骨移植可减少创伤，供骨量大，无自体取骨的并发症，而且形态多样(皮质骨、松质骨、去钙骨基质等)，异体骨提供支架具有骨传导作用，其中去钙基质因含骨形态发生蛋白

4、而兼有骨诱导功能。然而同种异体骨容易诱发宿主产生免疫排异反应，而且目前临床上多采用经冷冻、冻干或化学处理的同种异体骨，其细胞成分多已坏死，自身成骨作用和骨诱导活性严重消弱，植入骨骼系统以后，仅能引起纤维组织替代，形成瘢痕机械强度减弱的程度受组织相容性抗原差异大小的影响，易发生疲劳骨折，同时有可能导致交叉感染，所以目前异体骨的临床应用已经逐渐减少，甚至某些国家已经禁用。异种骨作为不同种属个体之间的骨组织移植物，是最早被研究的骨移植材料，特点是来源广泛，取材方便。避免2次手术，缩短手术时间，同时没有同种异体

5、骨可能导致交叉感染的危险，但其免疫排斥反应严重，生物相容性差，对骨形成有阻滞作用。基于以上种种原因，人们一直在寻找其它的骨移植替代品。理想的人工骨材料应该具有良好的生物相容性，能有效的充当新骨形成的支架，并能在体内逐渐发生降解，被骨组织替代［7］，同时还应具有诱导临近组织间充质细胞分化为成骨细胞或刺激成骨细胞加速增殖的一大类因子。　　人工骨的组成目前广泛应用的人工骨基本由支架材料和激活物组成部分还含有抗生素，支架材料主要起骨引导作用，作为一个物理支架吸附附近骨面或髓内的激活物来源于邻近骨面的种子细胞顺此

6、支架爬行、增殖并形成新骨。激活物是在骨修复过程中提供邻近组织间充质细胞分化为成骨细胞或刺激成骨细胞加速增殖的一大类因子或药物。．1支架材料随着科技的发展，人们通过各种理化方法提取或仿制骨的有效成分用于骨修复，可大批量生产弥补骨量的不足，但这些产品不具有任何细胞或激活物等活性物质。主要分为两类：一类是无机材料以羟基磷灰石(hydroxylapatite,HA)和磷酸三钙(tricalciumphosphate,TCP)及硫酸钙(calciumsulfate)为代表。优点具有较好的生物相容性，对组织无刺激，

7、强度及塑形好，为骨修复提供良好支架。缺点是不具备骨诱导，吸收降解慢，甚至有时影响新骨的形成。另外一种是有机高分子材料，以聚乳酸(polylacticacid，PLA)、聚乙醇酸或两者的共聚物为代表［8］。优点是可以与多种不同材料复合，缺点是亲水性较低，影响细胞的黏附和分布，并在体内容易引起异物反应，而且大分子材料降解周期明显延长。．激活物.骨生长因子骨生长因子是一类调控细胞间信号传导的低相对分子质量蛋白或肽类物质，具有诱导间充质细胞向成骨细胞分化的活性。它包括骨形态发生蛋白(bonemorphogene

8、ticprotEin,BMP)、骨形成蛋白Ops和其它一些生长分化因子。1979年Urist提取出比脱钙骨基质(decalcifiedbonematrix,DBM)的产物命名为BMP，BMP是一种可溶的、低分子跨膜糖蛋白，在局部其对膜内成骨和软骨内成骨均有诱导作用。BMP为可溶性，仅仅在局部起作用，它与细胞膜上的特定受体结合通过第二信使将信号传导入细胞核，激活成骨细胞表型的基因，使细胞分化为成骨细胞。BMP植入人体，间充质细胞首先渗入基质中