果胶聚乙烯醇复合水凝胶人工髓核的实验研究

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1、南方医科大学2007级博士学位论文果胶／聚乙烯醇复合水凝胶人工髓核的实验研究TheExperimentalStudyonPectin／PVAComposite(CoPP)HydrogelasProstheticNucleusPulposus课题来源：自选专业名称学位申请人指导教师答辩委员会主席答辩委员会成员外科学(骨科)姚女兆金大地教授邱贵兴院士余楠生教授夏虹教授柯雨洪教授王吉兴教授论文评阅人郑召民教授吕国华教授肖增明教授2010年5月10日广州博士学位论文㈣删㈣ff『『脚Y117,,,vv7“tlllolfill‘5ilJIIJ3JillIlolJill

2、]果胶／聚乙烯醇复合水凝胶人工髓核的实验研究博士研究生：姚女兆指导老师：金大地教授摘要研究背景腰椎间盘退变和突出是目前临床上引起下腰痛的主要病因。各种腰椎问盘切除手术由于解除了椎间盘组织对马尾神经和神经根的压迫，短期内具有良好的临床效果。但由于术后椎间盘承重作用的破坏，产生了一系列生物力学紊乱，晚期不可避免的出现关节突关节增生、椎管狭窄和腰椎不稳定，引起相应的症状。脊柱融合术虽能完全切除退变椎间盘组织，稳定病变节段，但由于融合后应力转移集中至相邻节段，又会开始加速邻近椎间盘退变过程，导致恶性循环。此外，脊柱融合术还会带来髂骨等供骨区疼痛、植骨块不融合、假关

3、节形成以及内固定断裂等并发症。腰椎人工髓核置换术由于在治疗腰椎退行性病变的同时保留了脊柱的运动功能，理论上可以克服单纯腰椎间盘摘除术和腰椎融合术的缺点。近年来，国内外学者进行了深入的研究，随访结果报告这种方法的短期临床疗效较好，但随着随访时间的延长，部分患者出现软骨终板损伤及假体下沉。有学者认为此种并发症可能与髓核假体弹性模量过高有关。为寻求更理想的髓核材料，本课题组研制了一种新型人工髓核材料⋯果胶／聚乙烯醇复合(Pectin／PVAcomposite，CoPP)水凝胶。通过对该材料的力学性能、溶涨性能等相关基础研究发现果胶／聚乙烯醇复合水凝胶是一种软而韧

4、、缓冲载荷能力较强、渗透性好的粘弹性材料，力学特性更接近人体正常髓核，弹性模量约为2．8Mpa，有望成为理想的人工髓核材料。中文摘要为进一步探讨果胶／聚乙烯醇复合水凝胶作为人工髓核材料应用的价值，本题在对果胶／聚乙烯醇复合水凝胶作为人工髓核假体的基础研究之上，继续完其生物组织相容性；将果胶／聚乙烯醇复合水凝胶铸成正常髓核外形的假体，入新鲜人体腰椎标本评价其生物力学性能；最后建立兔腰椎髓核置换手术的物模型，并比较果胶／聚乙烯醇复合水凝胶和聚乙烯醇水凝胶作为髓核假体对抑椎间盘退变的作用。研究目的1．评价果胶／聚乙烯醇复合水凝胶作为新型人工髓核材料的生物组织相容

5、性。2．评价果胶／聚乙烯醇复合水凝胶人工髓核植入对腰椎稳定性的影响；并与腰椎前路融合比较，评价对邻近节段运动范围和椎间盘内压的影响。3．建立动物模型，评价果胶／聚乙烯醇复合水凝胶人工髓核置换延缓腰椎间盘退变的治疗作用。研究方法1．按照国家标准GB／T1686的要求，对果胶／聚乙烯醇复合水凝胶进行了全身急性毒性试验、致敏试验、溶血试验、Ames试验、小鼠骨髓细胞微核试验和哺乳细胞体外染色体畸变试验等基本评价试验的毒理学测试。2．采用6具新鲜人体腰椎标本(L3～L5)进行生物力学实验。经过肉眼观察和X线摄片排除明显退变、畸形等异常。剔除周围附着的肌肉，保留腰椎

6、韧带、椎间盘、关节囊和附件等结构的完整性。将标本固定在机器人脊柱测试系统上，通过位移加载控制的方式加载，设置最大位移值是前屈200，余运动方向为150。加载的速度是lo／秒。以L4／5椎间盘为手术椎间盘，在前屈后伸、左右侧屈及左右轴向旋转等不同运动方向下，观察正常椎间盘、CoPP人工髓核置换和腰椎前路cage植入三种状态下L4／5和L3／4的运动范围以及L3／4椎间盘内压的变化情况。在测试过程中每10分钟向测试标本喷洒生理盐水，保证标本的湿度。每种状态重复加载三次，消除标本的粘弹性，记录第三次U博士学位论文的数据用来分析结果。在中立位轴向加载前后比较正常椎

7、间盘组、髓核摘除组与CoPP人工髓核植入组三种不同状态下椎间隙高度变化。通过分组比较分析，评价CoPP人工髓核的生物力学特征。3．取48只成年新西兰大白兔，建立腰椎髓核置换的动物模型，从左前外侧经腹膜外显露L3／4，L4，5两个椎间盘，可接受四种不同的处理：A：只显露不作其他处理(假手术椎间盘组)；B：针刺损伤(穿刺椎间盘组)；c：聚乙烯醇水凝胶植入(PVA椎问盘组)；D：果胶／聚乙烯醇水凝胶植／X．(CoPP椎间盘组)。其中一椎间盘接受A、B组中的一个处理方式，另一椎间盘则接受C、D组中的一个处理方式，一共得到四种组合结果(即A+C、A+D、B+C、B+

8、D)，48只大白兔按随机数字表分组，每种组合组各占12只。由此，全