超高分子量聚D,L乳酸小夹板螺钉行颧弓骨折内固定的动物实验研究

      摘要 目的:观察新型可吸收性骨夹板的骨内固定效果。方法:采用自身对照研究方法,用超高分子量生物降解材料聚D,L乳酸制作小夹板、螺钉内固定装置,对10只狗进行颧弓骨折内固定,并与金属钛小夹板、螺钉内固定相比较。结果:对颧弓凹陷性骨折,分子量高达60万kD以上的超高分子量聚D,L乳酸小夹板螺钉的机械性能足够维持骨段的稳定性并支撑其愈合。结论:聚D,L乳酸小夹板、螺钉同金属钛小夹板、螺钉内固定一样,对颧弓骨折具有良好的骨内固定效果,对骨折愈合过程无任何不良影响,其显著优点是无需二次手术取出。 

　　Abstract Objective:To investigate the internal fixation effects of super high molecular weight(Mv=6.0×105 kD) poly D, L-lactic acid(PDLLA) mini-plates and screws. Methods: 10 dogs were utilized in this experiment with the self-contrast study method, comparing with the titanium mini-plates and screws.Results: The mechanical properties of the PDLLA mini-plates and screws appeared to be sufficient to enable undisturbed healing of depressed zygomatic arch fracture.Conclusion: The good fixation effect of PDLLA mini-plates and screws was as same as that of the titanium mini-plates and screws without the need of secondary operation.
　　Key words: poly D,L-lactic acid　internal fixation　biodegradable materials

　　利用生物降解材料聚乳酸(poly lactic acid,PLA)制作的夹板或(和)螺钉等骨内固定装置施行骨内固定已有较多的动物实验及临床应用研究报道［1,2］。尤其是以结晶型聚L乳酸(poly L-lactic acid,PLLA)制作的夹板、螺钉等内固定装置,以其良好的生物相容性和机械性能,在颅颌面畸形矫治、颌骨损伤中取得良好的骨内固定效果［2,3］。但由于其体内降解时间较长,可能引起异物反应,临床应用受到一定限制［4］。本文报道作者在利用非结晶型聚D,L乳酸(poly D,L-lactic acid,PDLLA)制作小夹板行颌面部骨折内固定初步实验的基础上［5］,采用自身对照研究方法,观察用超高分子量PDLLA制作小夹板、螺钉行颧弓骨折内固定的效果。
　　1 材料和方法
　　1.1 材料
　　PDLLA夹板、螺钉,PDLLA材料由院成都分院有机化学研究所合成,平均分子量6.0×105 kD,为多孔非结晶型,抗弯强度120 MPa。用压模法在高温160℃下利用不锈钢模制作成的PDLLA 4孔小夹板及螺钉,呈无色透明状,夹板30 mm×5 mm×1 mm,螺钉杆径2 mm,长3 mm,螺距1 mm,螺纹深0.5 mm。
　　1.2 实验动物
　　华西医科大学动物实验中心提供本地健康杂种狗10只,无头颈部外伤,雌雄不限,体重18～20 kg,狗龄1～2岁。
　　1.3 方法
　　1.3.1 研究方法与观察时间 利用狗颧弓为双侧对称性骨的特点,采用自身对照研究方法,将左侧颧弓作实验侧,右侧作对照侧。实验侧采用PDLLA 4孔小夹板、螺钉作颧弓骨折内固定,对照侧采用4孔钛小夹板、螺钉作颧弓骨折内固定。分别于术后1、2、3、6、12月分批处死动物获取标本,每批各处死2只。对标本采用大体解剖学观察、X线摄影观察;组织切片光镜观察,以及四环素活体骨组织标记、荧光显微镜观察。
　　1.3.2 骨折模型的建立与内固定 在全麻下于颧弓上方2 cm处作长5～6 cm切口,向下分离暴露颧弓,于颧弓中段及根部用高速金刚砂片从外侧切开骨皮质,用特制骨折钳折断颧弓,使中段骨折线完全折断分离,根部骨折线呈青枝状骨折,并使折断骨块向内侧移位,形成颧弓凹陷性骨折模型。然后采用骨膜剥离器撬起骨折断端,复位后于颧弓中段骨折处外侧钻孔,分别用PDLLA、钛小夹板螺钉行内固定。分层缝合伤口,术后肌注青霉素抗感染,80万单位,每天2次,共3天。
　　2 结 果
　　2.1 大体解剖学结果
　　实验侧术后各个时期骨折愈合情况及PDLLA小夹板、螺钉稳定情况(表1)。颧弓形态完全恢复,植入部位无明显突起,与实验侧相比,对照侧骨断端复位固定后的骨段稳定性、骨折线及骨愈合情况与实验侧无明显差异,但钛小夹板、螺钉在术后各期均稳固,形态质地亦无明显变化,而实验侧PDLLA小夹板、螺钉至术后2月开始见松动,术后3月时明显松动,且部分脆裂;术后6月时崩解成大小不一颗粒,12月时完全消失。
表1 实验侧骨折愈合情况大体解剖学结果
术后观察
　　时间(月)
 骨断端稳定性 骨折线 骨愈合情况 板钉稳定性 
1 稳定无移位 无骨痂覆盖 纤维愈合 稳定 
2 稳定无移位 部分消失 部分骨性愈合 部分轻度松动 
3 稳定无移位 基本消失 骨性愈合 松动部分脆裂 
6 　 消失 骨性愈合 崩解为颗粒 
12 　 消失 骨性愈合 
　　2.2 X线摄片
　　实验侧PDLLA夹板、螺钉X线片呈非阻射影,术后1月时骨折线、螺钉固定孔明显可见;术后2月骨折线部分消失,骨孔仍明显;术后3月骨折线基本消失,但骨密度明显低于邻近骨组织,骨孔模糊;术后6、12月骨折线、骨孔完全消失,骨密度与邻近骨组织无异。对照侧金属钛夹板、螺钉X线片呈阻射影,清晰可见,术后骨折线变化情况基本同实验侧。
　　2.3 显微镜观察
　　骨折断端硬组织改变在术后第1月,可见骨断端间有大量成束状排列的胶原纤维,骨断端附近可见少许散在新生骨小梁,在荧光显微镜下可见该新生骨小梁表面沉积的新骨较少;术后2月,可见新生骨小梁将骨断端间隙完全充满,但骨小梁稀疏、细长、排列紊乱,中间有大量束状胶原纤维、成纤维细胞、成骨细胞以及软骨细胞,亦可见少量淋巴细胞、巨噬细胞;荧光显微镜下可见新生骨小梁表层有四环素荧光带沉积。术后3月,骨折间隙已由新生骨小梁连接,骨小梁间间隙变小,骨小梁融合成板状,骨小梁内可见少量哈弗氏管状系统。术后6月,骨小梁进一步改建融合成致密板状骨,排列方向与邻近骨皮质一致。术后12月见骨小梁改建与骨重建完成。上述过程对照侧与实验侧基本一致。
3 讨 论
　　3.1 PLLA、PDLLA的骨内固定
　　目前应用于骨内固定研究最多的是PLLA,因其呈结晶型,分子量可高达百万以上,机械强度较高,以其制作的夹板、螺钉等骨内固定装置足够支撑和维持骨断端的稳定,应用于颅面畸形矫治截骨块固定、颌骨及颧骨骨折固定等获得良好临床效果［2～4］,然其体内降解时间较长,可达3年以上,已有报道观察到出现异物反应［4］,术后3年,在植入部位出现迟发性无菌性炎症反应。临床应用价值受到质疑。PDLLA为非结晶型,有报道应用PDLLA制作夹板行兔股骨骨折内固定失败,可能与其分子量、分子空间结构等有关［6］。作者利用分子量60万kD的PDLLA制作夹板用于狗下颌骨、颧弓骨折内固定,短期观察获得良好固定效果,术后7个月未见任何不良反应［5］。本研究在此基础上对颧弓凹陷性骨折进行内固定实验,PDLLA小夹板、螺钉对颧弓凹陷性骨折具有良好 的固位作用,体内降解时间少于12月,其降解速度明显快于PLLA。此结果提示分子量60万kD左右的PDLLA是降解时间适宜、有较强机械性能的骨内固定材料。由于PDLLA小夹板、螺钉体内降解速度快,较PLLA夹板、螺钉出现后期炎症反应或异物反应的可能性相对较小,因此较PLLA安全。
　　3.2 钛与PDLLA小夹板、螺钉内固定
　　金属钛是生物相容性良好的非降解材料,已广泛应用于临床。利用钛制作的小夹板、螺钉骨内固定装置已在临床成功应用。因其生物相容性良好及机械强度足够,研究生物降解材料的动物实验及临床研究大多以其作参照对象［7］。本研究亦以钛小夹板、螺钉作参照,并采用自身对照研究方法,结果表明PDLLA和钛小夹板、螺钉对颧弓凹陷性骨折的骨折愈合均未见明显不良影响,与对照侧比较骨愈合无明显差异。钛夹板、螺钉固定属刚性坚固内固定,理论上可产生不利于骨愈合的应力阻断作用(effect of stress protection),而本研究用PDLLA小夹板、螺钉固定则属非刚性内固定,且随着PDLLA夹板螺钉的降解、崩裂,其应力阻断作用逐渐降低直至完全消失,便于生理性应力的传导和加快骨的形成及改建。另外,钛夹板如不行二次手术取出,患者难于彻底消除异物感。时间过长亦难免出现异物反应,而本研究用PDLLA小夹板、螺钉可于12个月内在体内完全降解吸收,既可避免行二次手术,又可无需顾虑异物问题。 
　　研究结果提示,以分子量60万kD的超高分子量PDLLA材料制作的小夹板、螺钉骨内固定装置能满足颧弓凹陷性骨折内固定的需要,能获得同金属钛小夹板、螺钉相同的骨内固定效果,而且在一年以内可于体内完全降解消失,生物相容性良好,是较PLLA理想的生物降解骨内固定材料。此结果还需进一步的临床研究证实,颧弓骨折模型不同于有较多肌肉附着或需承受负荷的颌骨、四肢骨等骨折或截骨术后的情况,本研究用的PDLLA夹板、螺钉参数是否适合其他部位的骨折断端或截骨块固定,以及固定装置的形式则有待进一步的研究,但可以预见,超高分子量PDLLA是一种适合的、可能替代金属的生物降解骨内固定材料。
　　本课题为国家863计划资助项目(编号 715-002-0140)及华西医科大学口腔医学院院基金资助项目
　　
　　1　Jan Tams. High-impact poly(L/D-lactide) for fracture fixation: in vitro degradation and animal pilot study. Biomater,1995, 16(14):1409～1415
　　2　Eppley BL, Sadove AM, Havlik RJ. Resorbable plate fixation in pediatric craniofacial surgery. Plast Reconstr Surg, 1997, 100(1):1～7
　　3　Bos RRM, Rozema FR. Bioabsorbable plates and screws for internal fixation of mandibular fracture. Int J Oral Maxillofac Surg, 1989, 18(6):365
　　4　Bergsma JE, Rozema FR. Foreign body reactions to resorbable poly(L-lactide) bone plates and screws used for the fixation of unstable zygomatic fracture. J Oral Maxillofac Surg, 1993, 51(6):666～670
　　5　郑 谦,魏世成,赵宗林,等.可吸收D,L-聚乳酸夹板行颌面部骨折内固定的实验研究.华西口腔医学杂志,1996,14(4):254～257
　　6　阮狄克,沈根标.可吸收聚乳酸接骨板的动物实验初步报道.生物医学工程杂志,1995,12(1):5～9
　　7　Harada K, Enomoto S. Stability after surgical correction of mandibular prognathism using the sagittal splint ramus osteotomy and fixation with poly-L-lactic acid(PLLA) screws. J Oral Maxillofac Surg, 1997, 55(5):464～468