不同固定表面生物型人工膝關節(jié)假體的骨長入實驗研究

張子寬 何偉

摘要：本文目的是比較人工膝關節(jié)不同孔徑的固定表面生物型假體植入兔體內的骨長入情況，為人工膝關節(jié)生物學固定方法的改進提供理論依據(jù)。方法是自行設計制作兔部分限制型人工全膝關節(jié)表而置換假體，股骨和脛骨平臺假體固定表面用激光焊接兩層不銹鋼網(wǎng)，一組設計為兩層不銹鋼網(wǎng)孔大小相同，網(wǎng)孔均為（2x2）mm，稱大孔假體（實驗組假體）。另一組設計為兩層不銹鋼網(wǎng)孔大小不同，大網(wǎng)孔大小為（2x2）mm，小網(wǎng)孔大小為（1.5x1.5）mm，大網(wǎng)孔鋼網(wǎng)焊接在緊貼假體固定表面，小網(wǎng)孔疊放在其外面，稱小孔假體（對照組假體）。兩組假體兩層鋼網(wǎng)均錯開焊接。30只成年新西蘭大白兔隨機分成兩組，每組15只，分別行左側人工膝關節(jié)置換術，骸骨不置換。術后1、3、6個月處死動物取材，每個時間點各5只，進行硬組織切片染色，計算假體骨界面新生骨形成率，假體與骨界而的骨結合率。結果是假體骨界面新生骨形成率，假體與骨界面的骨結合率，實驗組大于對照組（P<0.05）。結論生物型人工膝關節(jié)假體的固定表而孔徑不同影響假體與骨界面的骨長入，大孔假體骨界面新生骨形成率及假體與骨界面的骨結合率要優(yōu)于小孔假體。

關鍵詞：不同固定表面；生物型；人工膝關節(jié)；假體；骨長入；實驗研究

1前言

近年來，人工膝關節(jié)置換術取得了越來越好的效果，尤其是復雜的人工膝關節(jié)初次置換術和人工膝關節(jié)翻修術，積累了寶貴的經(jīng)驗。非骨水泥型（即生物型）人工膝關節(jié)的使用，能保存骨量并且避免骨水泥的使用，從而減少骨水泥所導致的并發(fā)癥。生物型固定人工膝關節(jié)的臨床研究國內較少報道，而且病例均來自國外圈。人工膝關節(jié)的生物學固定作用的實驗研究在國內也不多，主要集中在人工膝關節(jié)，盡管各種微孔、巨孔及表面涂層假體相繼問世，假體遠期松動問題仍未能根本解決。筆者前期已成功設計出兔用生物型人工膝關節(jié)，證實其生物力學性能好于骨水泥固定的假體。本研究在此基礎上，進一步觀察不同孔徑和厚度的固定表面人工膝關節(jié)骨長入情況。

2材料與方法

2.1實驗材料

（一）兔膝關節(jié)假體的設計和分組

本研究設計為兔部分限制型人工膝關節(jié)表面置換假體，其股骨骼和脛骨平臺固定表面用兩層不銹鋼網(wǎng)用激光焊接，不銹鋼網(wǎng)厚度均為0.25mm，網(wǎng)孔形狀為菱形，大網(wǎng)孔鋼網(wǎng)之網(wǎng)孔大小為（2x2）mm；小網(wǎng)孔鋼網(wǎng)之網(wǎng)孔大小為（1.5x1.5）mm，兩層不銹鋼網(wǎng)孔大小相同，網(wǎng)孔大小為（2x2）mm，稱為大孔假體，為實驗組假體。兩層不銹鋼網(wǎng)孔大小不同，大網(wǎng)孔大小為（2x2）mm，小網(wǎng)孔大小為（1.5x1.5）mm，大網(wǎng)孔鋼網(wǎng)焊接在緊貼假體固定表面，小網(wǎng)孔疊在其外面，稱為小孔假體，為對照組假體。并注意制備相近型號假體多款，以備術中選擇。

（二）實驗動物及方法

選取4-5月齡健康清潔級新西蘭大白兔30只，雌雄不限，體重2.5-3.2kg，平均3.0kg。單籠飼養(yǎng)，自由飲水和進食，動物房溫度（26±3）°C，相對濕度（60±5）%。按隨機數(shù)字法隨機分成兩組，每組巧只，每個時間點各5只，均行左側膝關節(jié)置換術，骨骼不置換。

手術方法：20%烏拉坦麻醉成功后采用膝關節(jié)前正中皮膚切口，股骨旁內側入路，切開股四頭肌腱，將股骨向外側牽開，顯示股骨及股骨平臺。屈膝90°，保留后交叉韌帶，在股骼中心點擴髓至滿意，根據(jù)髓腔大小選取假體型號并經(jīng)試用滿意。用磨鉆及骨刀對股骨截骨3mm。與脛骨平臺截骨3mm，測試股骨及脛骨殘端大小，選擇合適大小假體，分別插入人工股骨假體和人工脛假體，打入器打壓，至人工膝關節(jié)固定牢固。術后不固定，單籠喂養(yǎng)，任其早期負重行走。術后1，3，6個月采用空氣栓塞法分別處死動物，取帶假體之股骨和脛骨備用。

2.2方法

（一）帶金屬假體骨切片的制作

每組隨機各取1例帶有假體之股骨和脛骨標本，經(jīng)10%的甲醛溶液固定，包埋，EXAKT300CPC點式硬組織鋸片機切片，切片部位為股骨和脛骨平臺與假體界面，切片厚度200-300微米，以水為研磨劑，放在EXAKT400C磨片機上，分別用200目，500目，600目，800目，1000目的砂紙，將切片磨成約25微米厚的磨片，甲苯胺藍染色，在顯微鏡下進行觀察。

（二）新生骨形成率的計算

各隨機抽取1張經(jīng)染色的脛骨和股骨不脫鈣骨組織切片，在光學顯微鏡下觀察假體界面與周圍的新生骨，并經(jīng)德國KONTRONIBAS2.5全自動圖像分析系統(tǒng)，及ScionImageB402圖像分析軟件采集包含植入體在內的整體圖像，作顯微攝影，每張切片隨機取4個視野，計算假體一骨界面的新生骨形成率，其計算公式為：新生骨形成率（%）=新生骨組織面積/總面積x100%。

（三）骨結合率的計算

各隨機抽取1張經(jīng)染色的脛骨和股骨不脫鈣骨組織切片，在光學顯微鏡下觀察假體界面與周圍的骨結合，并經(jīng)計算機圖像系統(tǒng)采集包含植入體在內的整體圖像，作顯微攝影，每張切片隨機取4個視野，測量視野內界面骨性結合的長度和界面總長度，按Branemark提出的骨性結合的定義，即為光鏡下正常的改建骨組織，與種植體形成的直接接觸。在圖像分析系統(tǒng)下，以骨結合率作定量分析，骨結合率計算公式為：骨一假體骨性結合長度/骨一假體界面總長度x100%。

3統(tǒng)計學處理

采用SPSS13.0統(tǒng)計軟件包進行分析，實驗數(shù)據(jù)以（均數(shù)士標準差）表示。組間、組內比較均采用配伍方差分析，P<0.05為有統(tǒng)計學意義。

4結果

1.大體觀察：經(jīng)甲苯胺藍法染色后，類骨質呈紫色，術后1個月實驗組，染色較淡，有新生骨長入，有纖維組織。術后1個月對照組，類骨質較少，與假體貼附不緊密，術后6個月實驗組，板狀骨長入假體周圍，與假體貼附緊密。術后6個月對照組，板狀骨長入假體孔隙內，與假體貼附不緊密。

2.骨與假體界面的新生骨形成率比較，大孔假體在術后1，3，6個月大于小孔假體（表1）。

3.骨與假體界面的骨結合率比較，大孔假體在術后1，3，6個月大于小孔假體（表2）

5結束語

生物型假體的最終目標，是假體的骨長入從而達到假體與骨的長久固定，假體內外骨質溝通和橋接多，假體與骨接觸面積增大，孔隙內長入的骨小梁相互交聯(lián)成網(wǎng)，且孔隙內骨小梁與假體外骨小梁連接成網(wǎng)，應力更分散，該多孔層改造增強了假體生物學固定的效果，骨結合率大，骨形成率越高，假體生物學固定的效果就會越好，松動就越不易發(fā)生。

在形態(tài)學研究中，本實驗觀察到，生物型人工膝關節(jié)假體，其表面的不同處理方式，對骨長入效果有影響，雖然小孔在外假體亦有一定的骨長入，但大孔在外假體，其骨長入效果比小孔在外假體骨長入效果更好。

參考文獻：

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