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1、前言 骨组织在动物或人体中起着维持形态与贮存钙的作用，而整形外科骨的作用以前者为主。正常组织的钙化除牙齿以外就只有骨，其基体组织是由胶原与无机磷灰石的晶体组成的复合材料，并具有合适的强度。为维持这种构造，生成骨的骨牙细胞、吸收骨细胞及骨的碎骨细胞是必要的。在骨生成的初始阶段，骨以软骨形式存在，血管长入其中，软骨逐渐生成骨。骨折时必须对骨组织进行修复，骨再生了骨折方可痊愈。这时骨组织本身也有再生骨的能力，骨生成骨的作用称之为骨传导。一方面，在没有骨细胞的肌肉内放入用酸脱钙的基体物质，骨生成时发生了一连串的细胞分化，形成了新的骨。在无骨处形成新骨的现象称之为骨诱导。骨诱导因子（BMP）又可视之为成长因子，其作用不言自明。 2、生物材料的骨结合及骨传导 在骨上开孔，将生物材料插入，于是材料与骨的间隙及材料表面形成了骨。因此要求材料的组织相容性好，且不能妨碍骨的形成。氧化铝、钛金属及烧结磷灰石等具有上述功能，这种现象就是骨传导。烧结羟基磷灰石、生物玻璃等陶瓷材料适合作生物材料，与骨直接结合且能生成新骨。这些材料表面在体内具有形成与骨类似的磷灰石的特性，并与骨磷灰石结合。另一方面，将材料表面加工成多孔体，通过骨传导，骨长入其中，骨与材料就牢固地结合在一起。采用等离子喷镀将钛表面制成多孔体，再将钛离子焊接。接着在多孔体表面用羟基磷灰石、骨结合性好的陶瓷进行涂层，以促进骨长入其中。 3、材料的骨结合能 下面来分析磷酸钙系陶瓷的骨结合。在骨基体组织中60~70%为磷酸钙，成分以羟基磷灰石为主。血清中的Ca离子与磷酸离子的浓度足以使磷灰石的晶核成长，但形成磷灰石的晶核不充分。生物体中的磷灰石形成对晶核的形成是必要的。生物材料表面有反应基，如果能诱导磷灰石的核形成，材料的表面则可能形成磷灰石。事实上，在与血清相同的含无机离子的模拟体液（SBF）中再现了磷灰石的形成。利用该体系，一连串一连串了具有骨结合能的晶体化玻璃A-W，结果发现磷灰石形成时起作用的不是Ca、磷酸，而是表面形成的硅烷基醇基（-Si-OH）。再采用硅胶-凝胶法制成了钛或氧化锆或钽等的凝胶，在SBF中研究了磷灰石的形成，所有的材料表面均形成了磷灰石，并断定是金表面的羟基在起作用。再任其发展，在钛金属表面形成了羟基，金属钛有了与陶瓷一样的骨结合能。对钛进行表面处理的方法有很多，其中碱加热处理就是一种，其它还有过氧化氢处理、阳极氧化等，其中碱处理是最简便的方法，将碱处理的钛制人工关节已应用在临床上。 4、碱加热处理的方法与骨结合性 碱加热处理就是将钛或钛合金浸渍于按5规定的氢化钠溶液中24小时。于是在表面的氧化钛层形成了钛酸钠，其形态呈现出微量的网目结构。钛酸钠层在数微米的表面范围内最大，再深一些，则呈现出减少的倾斜结构。再着施以500℃热处理使其达到稳定化。只有碱处理才能得到骨结合能，但结合层的强度不足就会影响结合强度，所以通过热处理达到稳定化是必要的。浸渍于SBF中，表面的钠与模拟体液中的羟基离子相互交替，其表面形成了Ti-OH。这里钙离子与磷酸离子按顺序吸附，形成了磷灰石。 为了调查钛与骨的实际结合强度，采用家兔与成犬进行了研究。 对家兔进行实验时，粘附强度试验是在非荷载条件下进行的，而后肢胫骨置换试验则是在荷载条件下进行的。对成犬进行实验时，在小猎兔犬的大腿骨部通过一侧的皮质骨埋入了圆柱状的样品（∮3.5mm），过了一段时间取出，并切出了含样品的骨片，进行了冲孔试验。并分别对表面平滑的和碱处理过的多孔体表面的样品进行了研究。通过碱加热处理，骨结合能无论荷载还是非荷载，也不论是家兔还是成犬，均具有骨结合能。 这些结果表明，碱处理过的钛或钛合金具有与烧结磷灰石一样的骨结合性。 5、骨结合材料多孔体的「骨传导」 将具有骨结合性的烧结磷灰石多孔体植入骨时骨传导使骨浸入了多孔体中形成了骨。但通常情况下，无机材料磷灰石、三磷酸钙等无骨诱导能。即使植入肌肉内也不会形成骨。但1996年，在南非的Ripamonti将维持ィンタ-ポァ-公司构造的珊瑚的碳酸钙置换成磷灰石，多孔体的羟基磷灰石埋入了灵长类的肌肉骨形成了骨。1999年中国的Yuan等人将合成的羟基磷灰石多孔体埋入成犬背部的肌肉中，也观察到形成了骨，这以后，生物玻璃、三磷钙、钽多孔体金属经磷灰石涂层等也形成了骨，并确认磷酸钙多孔体的产生了骨诱导。 6、碱加热处理的钛多孔体的同质异能性的骨形成 磷酸钙系陶瓷多孔体中的骨形成与碱处理的钛的骨结合性相同。如果碱加热处理的多孔体钛金属制成的话，期待着与磷灰石一样的同质异能性的骨形成。多孔钛的形成方法有多种，但本文作者选择了二种材料。一种是人工关节采用了钛的等离子喷镀法，在基座上吹进了钛粉，制作了多孔钛层，从基座上切出多孔体；另外一种方法就是已经在临床上应用的钛纤维加固使之形成多孔体的方法。无论是哪种材料，均形成了100μm直径的多孔体，其气孔率达40%。再对此进行碱处理，浸渍于SBF中，直到孔中形成了磷灰石。再将这种材料埋入成犬背部的肌肉中，过一段时间后取出，观察其硬组织。所有的样品均在三个月时未观察到骨的形成，但在一年时只有碱加热处理的等离子喷镀多孔钛中观察到了骨形成。未碱加热处理的经喷镀制成的样品即便是加工成纤维也未形成骨。由纤维加工成的样品，即便进行碱加热处理也未形成骨。由此看来，钛表面的处理及多孔形态与骨诱导能有关 7、多孔钛的骨诱导能的意义 生物村料可能应用于多种领域，下面是研究多孔钛的骨诱导能的意义。 1)磷酸钙系多孔体的骨诱导过程中，Ca与P有可能析出，否定了其效果； 2)材料的表面性状与骨形成有关； 3)骨形成是需要花费时间的； 4)微孔构造与材料表面的微孔构造对骨诱导来说很重要； 5)即便是其它材料如果能控制2)点，那么就有可能制作具有骨诱导能的多孔体 6)只有金属材料才能诱导组织分化的可能性。 8、今后展望 烧结磷灰石、三磷酸钙等陶瓷具有骨的结合能，相容性也优良，但也有缺点。金属的强度虽好，但与骨的相容性不如陶瓷。为了弥补这些缺点，尽可能地开发有临床意义的材料。碱加热处理的钛也可以说解决了一些问题。其方法原理不局限于钛，也可应用于其它金属。已经证明碱加热处理的钽也有助于骨结合。阳极氧化处理中的钛晶体对磷灰石的形成有很重要的作用，特别是锐钛矿构造作用更好。因此，处理方法不同，钛以外的金属也同样具有骨诱导能。 |
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