连续碳纤维聚烯烃髓内钉治疗兔胫骨骨折

中华实验外科杂志2008年2月第25卷第2期 Chin J Exp Surg, February2008,vol25,N2209实验研究连续碳纤维聚烯烃髓内钉治疗兔胫骨骨折薛锋侯春林王以进【摘要】目的观察连续碳纤维增强聚烯烃复合材料髓内钉对免胫骨骨折愈合的影响。方法雄性新西兰兔39只,制作兔双侧胫骨中断骨折髓内钉固定模型,左侧实验侧以碳纤维复合材料髓内钉固定,右侧以不锈钢髓内钉做对照。24只动物术后24、8、12周取材行大体观察、影像学观察和组织学检查。另15只术后4、8、12周取材做愈合骨强度的生物力学分析。结果术后4周及8周,试验组矿化沉积率及平均类骨质宽度均优于对照组。愈合8周与12周,实验组骨愈合负载优于对照组25~30%(P<0.05),弯曲强度实验组高于对照组15%(P<0.05)。结论与不锈钢髓内钉比较,连续碳纤维增强聚烯烃复合材料髓内钉更有利于兔胫骨骨折愈合。【关键词】内固定;髓内钉;碳纤维Effects of continuous- carbon fiber reinforced polyolefin composites intramedullary nails faxition onthe healing of rabbit tibia XUE Feng, HOU Chun-lin, WANG Yi-jin. Department of OrthopeadiSurgery, Fengxian Central Hospital, Shanghai 201400, ChinaAbstract] Objective To eveluate the effects of the intramedullary nailing of continuous carbonfiber reinforced polyolefin on the bone heal of expermental rabbit tibia fracture. Methods Thirty-nine rab.bits were administered and tibia fracture intramedullary nailing experimental models were made with con-tinuous carbon-fiber reinforced polyolefin( left side) nail and stainless steel(right side) nail fixation At2nd, 4th, 8th, 12th week postoperatioth, both sides of tibia in 24 rabbits were harvested. Gross observationroentgenography and histological observation were made. On the postoperative week 4, 8, 12, tibias of theother 15 rabbits were harvested and biomechanics test to the bone were made to evaluate the healing of thebones.Results At 4th, 8th and 12th week after the operation, mineralization appositional rate was higherand mean osteoid seam width greater in experimental group than in control group. The loading strength andbending strengthbone at 8th and 12th week showed much better in experimental group than incontrol group(P<0. 05). Conclusion The continuous carbon-fiber reinforced polyolefin composites intr-amedullary nail has better effects to the bone healing of expermental rabbit tibia fracture than stainlesteel nailing.Key words Intemal fixation; Intramedullary nai; Carbon fiber体外实验研究已证实连续碳纤维增强聚烯烃复合固定,右侧为对照侧(组),不锈钢髓内钉固定。3%戊材料具备良好的生物相容性及生物力学特性132。我巴比妥钠(30mg/kg体重)耳缘静脉麻醉,双侧小腿中们采用碳纤维增强聚烯烃复合材料髓内钉固定兔胫骨段前外侧15mm纵向切口,显露胫骨中份,剥离10mm骨折,观察其对兔胫骨骨折愈合的影响,以评价该材料区域骨膜,于胫骨中部,腓骨与胫骨结合处电锯截断胫做为为内固定物的可靠性。骨。胫骨上端前内侧4mm处用2.2mm钴头开口,扩材料与方法髓,三棱锥形髓内钉顺行插入髓腔,穿过骨断端。2.术后观察与标本取材:(1)大体观察:肢体肿动物分组及模型的建立实验动物由上海市伤胀、活动情况。(2)影像学观察:术后48、12周X摄骨科研究所动物实验室提供实验材料髓内钉上海杰片并CT扫描。经图像处理并计算出各组不同时期的事杰新材料公司提供。健康雄性新西兰白兔39只,体骨痂灰度密度积分。(3)透射电镜观察:切取前侧骨重为2500-300g组织学检测组24只生物力学检折端2m×2mm骨痂组织,观察成骨细胞和和破骨测组15只。左侧为实验侧(组),采用碳纤维髓内钉细胞脱钙骨组织切片:标本经1中国煤化工切片机切片。测定四基金项目:中国博士后科学基金资助项目(200303341);上海市科环素CNMH沉积率,结果作t检委科技攻关项目(02Dzo12)作者单位:20100春贤区中心医院上海第六人民医院奉贤分验。(4)骨折愈合强度的力学检测:4812测量愈合院骨科(薛锋);第二军医大学附属长征医院骨科(侯春林);上海大学骨标本的强度和刚度,试验数据采用SPSS10.0软件生物力学研究所(王以进)进行统计,数据以线性回归方法,经最小二乘法加以处210中华实验外科杂志2008年2月第25卷第2期 Chin J Exp Surg, February2008,Vol.25,No2理统计方法采用t检验。讨论碳纤维复合材料因具有强度高、韧性好的特点,更1.大体观察:术后1周后肢双小腿轻中度肿胀,术有放射通透性好、热传导性低、强度高、重量轻(为钢后4周,双后肢活动基本恢复自如两侧肢体功能及外的20%)对CT及MR无干扰及低弹性模量有利于形基本相同。骨折愈合等临床应用上的优点,深受生物材料学及临2.X线片及分析:术后2周骨痂生长少,骨折线清床上广泛青睐,文献中报道了碳纤维复合材料接骨板晰,4周实验侧骨痂量多于不锈钢侧。8周时两组骨痂治疗骨折的临床结果3,但尚未见到采用复合材料髓量达高峰,骨折线模糊,实验组骨痂量仍优于钢板组。内钉治疗骨折的临床及实验报道。12周骨痂增加速度减缓,骨折线消失。X线检查骨痂在本实验中,采用了大体形态学、影像学、组织学灰度积分比较结果表明,12周时实验组优于对照组及生物力学的方法,评价了碳纤维聚烯烃复合材料髓(P<0.01)。内钉治疗兔胫骨骨折的结果。从大体形态学的结果3.CT扫描及分析:术后8周及12周实验组胫骨看,采用碳纤维复合材料髓内钉固定后,手术肢体外观骨痂CT值大于对照组(P<0.05)。形态、步态以及愈合骨标本的骨痂量,稍优于不锈钢钉4.透射电镜:结果表明在2周时间两组骨痂成熟固定组,表明实验材料能取得常规材料同样的效果。程度无明显差异。术后4、8、12周试验组骨痂成熟程从影像学的结果来看,实验组新生骨再生超过对照组,度优于对照组。可见实验材料更有利于骨折愈合。组织学检测从细胞5.不脱钙骨切片及分析:结果表明术后4周及8学及组织学形态学角度进一步观查到碳纤维复合材料周,试验组矿化沉积速率(MAR)及平均类骨质宽度与骨组织有良好的生物相容性,更有利于新生骨生长。[MOsW(μm)]均优于对照组。愈合骨的力学强度的分析,从扭转力学及弯曲力学强6、愈合骨的力学强度测试:(1)兔胫骨骨折髓内度两个方面进一步证实,采用碳纤维复合材料髓内钉钉固定术后愈合骨的弯曲力学强度。①胫骨骨折愈合固定骨折愈合更加满意。时负载及强度变化结果:两种不同材料的髓内钉固定低弹性模量内固定材料有利于骨折愈合,这一事下的骨愈合负载,愈合8周与12周时,两者比较差异实已得到充分证实6。连续碳纤维聚烯烃复合材料达25%~30%(P<0.05)。弯曲强度实验组强度始终髓内钉正是因其具有弹性模量接近人体皮质骨及生物高于对照组15%(P<0.05)。②愈合骨弹性模量(E)相容性好的特点,有利于克服应力遮挡所带来的骨质的变化结果:两种不同材料固定的骨折4周起两者相疏松等问题,有利于骨痂形成及骨折愈合。碳纤维复差7%,差异无统计学意义(P>0.05)。③愈合骨的弯合材料具有金属内固定材料不可比拟的优点,如果某曲桡度变化:两组相差仅0.2%(P>0.05),在该指标些材料加工难题得以解决,某种程度上将可部分替代下,两种固定的效果相似。④愈合骨的弯曲刚度变化:金属,成为新型骨折内固定材料。实验组的弯曲变形能力优于对照组,其差异在15%以参考文献上,其差异有统计学意义(P<0.05)。⑤愈合骨的弯曲柔度变化:实验组的弯曲柔度小于对照组,两者相差10年绕李林在法用图用红量果烃复合材科18%以上,差异有统计学意义(P<0.05)。(2)愈合骨2]侯春林薛锋陈庆泉等硬组织修复材料碳纤维增强聚烯烃的的扭曲力学性能①骨折愈合后的强度变化:兔胫骨的[3] Baker D, Kadambande SS, Alderman PM. Carbon fibre plates in the扭矩随着骨折愈合时间的延长而不断增加,增加的速eatmentInjury,2004,35:596率在开始的4~8周较为缓慢,8周之后加快。②剪切[4」 Saidpur sh. Assessment of carbon fibre composite fracture fixation模量变化:实验组优于对照组,但在数值上比较,两者plate using finite element analysis. Ann Biomed Eng, 2006,34: 1157-相差不大,无统计学意义。③扭转刚度:试验组与对照5] Huang ZM, Fujihara K. Stiffness and strength design of composite bone组的扭转刚度基本相同,变化规律相似,两者平均相差plates. Compos Sci Tech, 2005, 65: 73-85[6约5%,差异无统计学意义(P>0.05中国煤化工件板固定骨骨后骨折CNMHG收稿日期:200613)