骨水泥及磷酸钙生物活性骨水泥
骨水泥及磷酸钙生物活性骨水泥
陈东方
（化科院，0811化学，08114032）
摘 要:聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥作为骨修复材料在骨修复和硬组织置换中发挥着重要作用。由于其自身的某些缺点,用新型骨修复材料取代聚甲基丙烯酸甲酯已成为必然,并取得了很大进展。磷酸钙骨水泥高的生物相容性和易于塑型的特点使其成为研究热点。本文综述了聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥及新型骨水泥,特别是磷酸钙生物活性骨水泥的研究进展。
关键词:聚甲基丙烯酸甲酯,磷酸钙生物活性骨水泥,生物相容性,水化硬化
11 前 言
作为替代、修复人体硬组织的生物材料,骨修复材料广泛应用于骨外科、整形外科及牙科领域。人体因外伤、炎症、肿瘤和先天畸形造成骨缺损或肢体不全者不计其数,需要量极大因此,骨修复材料的研究和开发是全球性的问题,是生物材料研究中一个非常活跃的领域。从来源看,骨修复材料主要有三种,即自体骨、异体骨和人工合成材料。虽然自体骨是理想的骨移植材料,但供骨来源有限,且二次手术给患者带来痛苦,供骨区可能出现形态和功能障碍;异体骨存在免疫排异反应,有导致传染疾病和肿瘤生成的可能。因此各国科学家都在努力对现有骨移植材料进行改进或研究、开发新型骨修复材料。骨水泥是在骨矫形修复过程中,用于填补缺损和固定移植体的材料。早期曾使用过石膏等。自1996 年英国医生Charnley[1 ,2 ]首次将聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA) 用于固定矫形移植体以来,PMMA 骨水泥的应用对人工关节的发展起过巨大推动作用,并在骨缺损、骨癌刮除后的空洞填充修复中得到了广泛应用。PMMA骨水泥由两相组成,固相为聚甲基丙烯酸甲酯,为高聚物成分;液相为甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体,两种成分混合后很快发生聚合反应,放出热量,约10 分钟后固化。虽然PMMA 骨水泥成型容易,使用方便,但由于其生物相容性差,与人体骨是非骨性结合,近年来研究人员不断
对PMMA 骨水泥进行改进。同时,研究开发了一些生物相容性好,固化过程放热少,组成与人体硬组织相近的磷酸钙生物活性骨水泥。21PMMA 骨水泥的改进为了克服PMMA 的缺点和不足,研究人员对PMMA 骨水泥进行了改进,取得了较好的成果。在PMMA 骨水泥中加入磷酸钙陶瓷粉末,可以提高PMMA 骨水泥的生物相容性[3 ] 。但由于PMMA 密实不透,加入的磷酸钙陶瓷粉末,其活性可能被掩盖,不利于其与活体组织发挥骨传导作用。国内外为改进PMMA 与骨
结合状况,将PMMA 改为多孔结构[4 ] ,使骨组织长入骨水泥后,修复体得到生物学固定,在一定程度上减缓了松动发生。王善沅等将该网孔结构骨水泥材料作为甲氨喋呤(MTX ,一种广谱抗肿瘤药物) 的载体,进行了药物释放速度的试验[5 ] 。并将庆大霉素加入具有网孔结构的PMMA
中,在人工髋关节置换手术中作了60例临床应用[6 ] 。该骨水泥具有小孔,孔径在0.1 - 150.μm 之间,大孔孔径在150μm 以上,大孔占所有孔洞面积的10 - 20 %。结果表明,载有庆大霉素的网孔结构PMMA 骨水泥,其界面剪切应力强度比普通骨水泥高30 %。临床使用表明,具有网孔结构负载庆大霉素的PMMA 骨水泥是目前一种高效、低毒、比较理想的骨水泥,对预防感染和减少假体下沉有良好作用。有网孔的载药PMMA ,具有载药和骨水泥双重功能,若将磷酸钙陶瓷粉末加入其中,磷酸钙陶瓷的活性不被掩盖,有利于发挥后者的骨传导作用,更能加强界面结合,防止假体松动下沉。郑昌琼等[7 ]将羟基磷灰石(HA) 与PMMA复合,用于动物骨缺损修复后的组织形态学观察表明,在骨与骨水泥之间无纤维层,材料系骨性结合。植入4 周后界面上即有新骨形成,8周形成成熟的新骨组织层,新的骨层与骨和骨水泥结合紧密,改善了骨水泥与骨结合的强度,有望解决骨水泥植入后期松动问题。31 磷酸钙生物活性骨水泥对PMMA 骨水泥的改进,虽然能改善其某些性能,但毕竟PMMA 是生物相容性不好的异物,人们一直在寻求新型的生物活性骨水泥来替代。替代材料主要是磷酸钙生物活性骨水泥。它是由两种或两种以上磷酸钙粉末,加上调和剂,调成糊状注入修复部位,能在人体内环境和温度下硬化,其成分最终转化为HA。这种骨水泥可组合成与天然骨类似的组成,植入人体后可参加新陈代谢使骨组织生长,逐步重建成耐久的承重骨。此新工艺、新材料集成型、临床使用一体化,可根据缺损部位任意塑型,操作简便,克服了使用粉料和颗粒料成型困难,力学性能差,易于流失等问题。此非烧结体具有更大生物降解性,也克服了块状CPC 料晶化程度高,成型加工困难,在矫形外科上应用受环境限制的缺点。这种材料能取代生物相容性差的PMMA 骨水泥,因此成为研究热点。自80 年代中期以来,世界各国都投入力量对这种生物材料进行研究。研究主要包括各种类型磷酸钙陶瓷(CPC) 生物活性骨水泥配方的筛选及优化,调和剂的选择,磷酸钙生物活性骨水泥水化固化的动力学、影响因素及反应最终产物的测定和磷酸钙生物活性骨水泥生物相容性的研究等。已研究的内容介绍如下。
表1 不同磷酸钙组成的各类骨水泥
编号 编号骨水泥基料组成 简况 著者及文献
1 DCPD + TTCP ;
DCPD + TTCP + HA 研制出世界上第一个磷酸钙骨水泥,随HA 含量增加,凝固时间由22 分钟缩至8 分钟 Brown and
Chow
2 MCPM + P - TCP 用水调和成膏状,2 分钟固化;Mirtchi et al. 其最终产物为DCPD Lemaitre et al. [9
Mirtchi et al
3 α- TCP + DCPD 用水调和成膏状后,9 - 30 分钟内固化,反应产物为OCP Monna et al
4 CaO - SiO2 - P2O5 -
CaF2
生物玻璃陶瓷 将生物玻璃陶瓷粉碎到平均直径为5μm 粉料, 用(NH4) 2HPO4 溶液调和成膏状,在室温下6 分钟固化 Nishimura
et al.
5 α- TCP + MCPM + CaO
+ HA 用水调和,根据组成、粒度、料/ 水比等变化可制得用于牙科缺损和矫形的骨水泥 Bermudz
et al.
6 α- TCP 为基础
+ MCPM + CaCO3 用Na3 PO4 溶液调和成膏状,10 分钟固化变硬,固体产物为含CO2 -3 和Na + 的非化学计量的HA ,12 小时后材料抗压强度5. 5MPa ,抗张强度2.
1MPa Constanty
et al.
7 MCPM ,DCPD ,TTCP ,
α- TCP ,β- TCP ,
OCP ,CaO ,CaMgO2 等
组配成108 个配方 对不同的配方用水调和,进行凝结时间测定,来研究反应物之间的反应及产物的种类 Drissens
et al.
8 MCPM ,DCPD ,DCP ,
Ca (OH) 2 ,α- TCP ,
β- TCP ,TTCP ,SHA 和
CaO ,MgO 为原料组配成
450 个配方 对不同配方用水调和,进行终凝时间,反应产物,抗压强度等研究,筛选出产物分别为DCPD ,CMP ,OCP 和CDHA 的四种类型骨水泥 Drissens
et al.
3．1 不同种类的磷酸钙骨水泥
不同著者研制的不同种类磷酸钙骨水泥如表1 所示。从以上各种磷酸钙骨水泥的研究看出,骨水泥一般采用二种(也有某一种如ɑ- TCP) 或两种以上的磷酸钙粉末,其中一种偏酸性,一种偏碱性,混合后用水或水溶液调和,在室温或接近人体环境温度下发生水解反应和(或) 产物间反应固化为骨水泥。配方及工艺条件对骨水泥的凝结时间、产物种类及骨水泥强度有很大影响,进一步介绍如下。
3．2 磷酸钙骨水泥配方的筛选及工艺条件的优化
虽然各种磷酸钙盐间的组合都有可能成为磷酸钙生物活性骨水泥,但是要达到临床使用的一般要求,如初凝、终凝时间、强度以及人体骨组成所需的微量元素,为改善凝固动力学有时加入一些添加剂作为晶种,或加速或延缓凝固时间等,必须对各种磷酸钙生物活性骨水泥配方进行筛选和优化。Driessens 等[15 ]根据大多数磷酸钙生物活性骨水泥凝固前为含有一种酸性磷酸钙和一种碱性磷酸钙粉末,用水或水溶液调和后的固化过程中会形成各种中间产物,考虑人体的需要,在磷酸钙粉末中配加钠、镁、钾、锌、碳酸盐、氯化物等。用各种磷酸钙(见表1 ,No. 7) 配组108 种骨水泥配方,对初凝和终凝时间进行测定,测定结果表明不同配方在实验条件下的初凝时间在1 - 60 分钟以上变化,终凝时间在2- 60 分钟以上变化。认为测定凝固时间是最快速评定骨水泥性能的方法,该论文对体系的反应物之间是否发生反应和反应生成何物未进行检测。此后,Driessers 等人[16 ]又根据预定反应产物是否生成,是否在60 分钟内终凝,在37 ℃的Ringer’s 溶液中浸泡一天后的抗压强度是否高于2MPa的原则,对450
种不同配方进行了研究。结果发现15 种配方完全满足上述筛选原则。15 种配方归结为四种类型,即3 种DCPD型骨水泥,6 种OCP 型骨水泥,3 种CDHA 型骨水泥和3 种CMP 型骨水泥。其中DCPD 型骨水泥在凝固过程中呈酸性,并将保持较长的时间;OCP 型骨水泥在凝固过程中及凝固反应完成后均呈现中性;CDHA 型骨水泥在凝固过程中呈中性或碱性,而反应完成后呈中性;一种CMP 型骨水泥在凝固过程中或凝固反应完成后均呈中性,另两种CMP 型骨水泥在凝固过程中和凝固反应终了时均呈现碱性。这几种骨水泥的抗压强度最高达90MPa 。O.Bermudz
等入[13 ]对α- TCP、MCPM 和CaO 骨水泥组成粉末的颗粒大小、摩尔%、HA或β- TCP 的含量及液/ 固比进行了研究,获得三种产品。其中产品1 为MCPM + CaO +α-TCP 骨水泥,具有相对较短的凝固时间(14 分钟) ,在4 小时内达到其最大强度。产品2 为单独的α- TCP 骨水泥,抗压强度为35MPa ,在12 小时达到其最大强度。产品3 为MCPM +α- TCP + HA(晶种) ,抗压强度为12MPa ,在10小时内达到其最大强度。同时,O. Bermudz 等人[17 ]根据磷酸钙骨水泥组成粉末的大小、组成摩尔%、HA 的加入量以及液/ 固等对骨水泥强度的影响进行了优化实验。结果发现最佳Ca/ P 比为1. 36 ±0. 03 ,X射线衍射发现反应产物为OCP。而HA 的加入量超过3 %将显著降低骨水泥的最终强度。但是在骨水泥中加入2 % 的HA , 在37 ℃Ringer’s 溶液中浸泡后,可保持骨水泥的抗压强度为30 ±5MPa ,并能将初凝时间由27. 5 分钟缩短到10 分钟,将终凝时间由65 分钟缩短到40 分钟,同时还能将骨水泥达到最大强度的时间由36 小时缩短到14 小时以内。最佳的液/ 固比为0. 30g/ g。O. Bermudz 等人[18 ] 对MCPM 和CaO 组合的优化研究发现, 混合物的最佳Ca/ P 摩尔%为1. 35 ±0. 02 ,最佳液/ 固比为0.
骨水泥总结
--
-- 骨水泥技术
任 中 义
骨水泥及其应用技术
骨水泥是一种用于填充骨与植入物间隙或骨腔并具有自凝特性的生物材料。化学名称是聚甲基丙烯酸甲酯(ｐｏlymｅtｈylmethａｃrｙlatｅ PMＭA),也称丙烯酸骨水泥。自从1958年Ｃharney首次应用骨水泥固定股骨假体成功施行全髋关节置换以来,骨水泥己广泛应用于骨科临床,骨水泥固定可保证术后假体的即时稳定,在骨组织-骨水泥-假体界面上无任何微动，允许术后早期负重,疗效肯定。
第一代骨水泥技术假体松动率为２9％-4０%，除了假体设计方面的因素之外,主要是存在于假体和骨质两个界面之间的PMMＡ微粒（直径≥1００ｕm）引起的假体周围骨溶解和骨水泥界面的老化、破裂,最终导致假体的远期无菌性松动,即所谓“骨水泥病”。采用改进后的第二代骨水泥技术假体松动率为3%(术后3年)，第三代骨水泥技术假体松动率为3%（术后20年)。非骨水泥固定或称生物固定解决了一些由骨水泥带来的问题,但术后10年的远期随访发现与骨水泥固定相似，同样存在假体周围的骨溶解和松动现象，因此认为,骨水泥身并不是人工关节置换术的薄弱环节,而使用方法不当才是真正的薄弱环节。
本文对骨水泥的发展历史、骨水泥的特点、骨水泥技术、抗生素骨水泥等与临床应用的相关问题作一复习。
--
-- PMMＡ于1927年由Hiｌl和Crawｆoｌd发明,19３7年在医学上首先用于口腔科。1９53年由Habouｓh首先用于髋关节双杯置换术,195８年经过Ｃharnｌey系统的临床与实验研究被骨科医生广泛接受。
一、 组成成份
常用的五种品牌骨水泥成份比较见文末附表。
骨水泥包括两部分灭菌包装。第一部分是PMMＡ颗粒粉剂(直径10-1５0um)，含有10%不透Ｘ线的硫酸钡（BaSO4)或氧化锆(ZrＯ2）、1％二甲基甲苯胺（DMPT)引发剂和微量过氧化苯酰(ＢＰ）抑制剂。第二部分是甲基丙烯酸甲酯单体的液体,含有3％DMPT和减少单体自发聚合的微量BP。
骨水泥有没有副作用,骨水泥对人体的意义是什么？【新知识】
骨水泥有没有副作用，骨水泥对人体的意义是什么？
文章导读
骨水泥是用来修复创伤和填充病变部分的，可以通过填充的方法，帮助我们的身体达到最佳的功效，但是在给人体进行填充的过程当中，也会出现一些副作用，比如患者可能会因为骨腔内的压力升高，而导致脂肪滴进入血管，引起栓塞的问题，每一个人的骨骼不同，所以在使用过程当中，也会发生不同的变化，需要特别小心，做好注意事项的准备。
应用及发展
当然，骨水泥也有一些缺点，如填充时偶尔可引起骨髓腔内高压，致使脂肪滴进入血管，引起栓塞。另外，它毕竟与人体骨骼不同，时间过久，人工关节仍可能发生松动。为了克服骨水泥的缺点，更好地为病人造福，医生和技术人员正从多方面加以改进提高。一方面改进材料配方，另一方面改进置换技术。如采用专门的骨水泥枪进行填充，放置减压管，可以减少并发症，且更为安全。再如在骨水泥中加入适当比例的骨粒，日后骨粒吸收，人体骨骼组织即慢慢长入骨水泥内部，可达到自身固定的目的，不易松动。相信随着科学技术的不断发展，骨水泥更将受到医学界的青睐。
相关
关节是人体运动的枢纽，由于创伤或病变，可能"报废"，这时医生常将"报废"关节切除，换上人造关节。人体关节是具有活力的器官，换上的人工关节，都是无活力的假体。如何以死代生，"弄假成真"，将两者牢固连接，并保持日久天长也不松动呢?医生便想要发明一种特殊的材料，专门用来固定人工关节。
研究进展
经过多年研究，骨水泥在20世纪60年代初终于问世。为了便于保存、运输，骨水泥
磷酸钙骨水泥作为药物缓释载体的研究进展
２９７
磷酸钙骨水泥作为药物缓释载体的研究进展
吴胜祥刘泉牛国旗
作者单位：２３３０００安徽蚌埠，蚌埠医学院第一附属医院骨科组织移植安徽省重点实验室作者简介：吴胜祥（１９７６一），硕士研究生．研究方向：关节外科
通信作者：刘泉，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｕｑｕａｎｂａｎｇｂｕ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ
【摘要】目的：探讨磷酸钙骨水泥的优良性质，以作为骨骼系统理想药物载体的应用。方法：检索
万方数据库，ＣＮＫＩ．ＰＵＢＭＥＤ１９９８年１月一２００８年１２月期间的相关文章，检索词为“药物载体，药物缓
释，磷酸钙骨水泥”，并对资料进行提炼与分析。结果：磷酸钙骨水泥是一种自固化、生物陶瓷璎骨水泥，
与周围组织相容性高，具有大量的微孑Ｌ结构，不改变药物的特性。结论：磷酸钙骨水泥所载药物释药稳
定，具有可注射性、低温自固化，以及良好的生物相容性和骨传导性，有望成为治疗多种骨骼系统疾病
理想的药物载体。
【关键词】缓释；药物；载体；磷酸钙；骨水泥
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－７１６３．２００９．０４．０２８【中图分类号】Ｒ４５３【文献标识码】Ａ【文章编号】１６７１－７１６３（２００９）０４－０２９７－０３
ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＣａｌｃｉｕｍＰｈｏｓｐｈａｔｅＣｅｍｅｎｔａｓＤｒｕｇＤｅｆｉｖｅｒｙＣａｒｒｉｅｒ
ＷＵＳｈｅｎｇ－ｘｉａｎｇ，ＬＩＵＱｕａｎ，ＮＩＵＧｕｏ—ｑｉ．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＯｒｔｈｏｐａｅｄｉｃｓ，ｔｈｅｆｉｒｓｔＡｆｆｉｌｉａｔｅｄＨｏｓｐｉｔａｌｏｆＢｅｎｇｂｕＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｌｏｇｅ，ＡｎｈｕｉｋｅｙｌａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＴｉｓｓｕｅＴｒａｎｓｐｌａｎｔａｔｉｏｎ，Ｂｅｎｇｂｕ，Ａｎｈｕｉ２３３００４，Ｃｈｉｎａ【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ：Ｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｃａｌｃｉｕｍｐｈｏｓｐｈａｔｅｃｅｍｅｎｔａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｓａｓａｔ—
骨水泥强化空心钉治疗老年肱骨外科颈骨折62例
骨水泥强化空心钉治疗老年肱骨外科颈骨折62
例
孙强罗伟张晓明（
通化市人民医院，
吉林通化134000）
〔
关键词〕
骨水泥；
强化空心钉；
肱骨外科颈骨折
〔
中图分类号〕R683.41〔
文献标识码〕A〔
文章编号〕1005-9202（2012）02-0393-02；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2012.02.084
第一作者：
孙强（1972-），
男，
副主任医师，
主要从事骨创伤的临床研
究。肱骨外科颈骨折多发生于老年人，
约占该年龄段骨折的1/
3，
多伴有大结节骨折、
肩袖损伤，
且肩关节挛缩、
关节僵硬等并
发症常见。
本文回顾性分析骨水泥强化空心钉治疗肱骨外科
颈骨折的疗效。
1
资料与方法
1.1
一般资料2003
年8
月至2009
年2
月我院收治老年肱
骨外科颈骨折病人125
例，
男59
例，
女66
例，
年龄60～76〔
平
均（71.6±5.5）〕
岁。
致伤原因：
跌伤72
例，
交通伤53
例，92
例
合并有内科疾病。
按Neer
分型，
二部分骨折69
例，
三部分骨折
45
例，
四部分骨折11
例，
合并脱位16
例。
受伤至手术时间1～
8d，
平均4d。
1.2
治疗方法将患者随机分为两组，
空心钉组62
例，
采用
骨水泥强化空心钉固定；
钢板组63
例，
采用肱骨近端解剖钢板
固定。
手术方法：
手术在臂丛麻醉下进行。
患者取仰卧位，
患
肩略垫高，
采用标准的肩关节前侧切口。
切开皮肤、
皮下组织
后，
在三角肌、
胸大肌间沟内解剖寻找并保护头静脉，
适当剥离
显露骨折端，
清除血肿及关节内游离骨快，
根据局部解剖标志
确定骨折移位情况，
肱骨近端骨折解剖复位，
可加用克氏针临
时固定。
在C
臂X
光机下监视骨折端对位满意后采用螺钉、
钢
板固定，
拔出临时内固定的克氏针。
空心钉组采用骨水泥，
后
在骨质疏松之断端骨折接触面及钉道内将调好的骨水泥在可
操作时间内均匀注入，
以3.5mm
空心钻头钻孔，
钉道内注入调
匀且在工作时间内的骨水泥，
拧入空心钉，1～3
枚钉以同样方
法交叉固定。
钢板组采用肱骨近端解剖钢板进行固定，
磷酸钙骨水泥的新进展
生物骨科材料与临床研究 ＯＲＴＨＯＰＡｉＥＤＩＣ ＢＩＯＭＥＣＨＡＮＩＣＳ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＣＬＩＮＩＣＡＬ ＳＴＵＤＹ ２００７年０２月 第４卷第１期
文章编号：ｓｗｇｋ２００６－１ ２－０１８１
磷 酸 钙 骨 水 泥 的 新 进 展
余晓鸣 李万万孙康
［摘要］磷酸钙骨水泥（ＣＰＣ）以其优良的生物相容性、自固化能力以及易塑性成为极具优势和潜力的骨
修复材料，它在牙科、整形外科以及脑外科等也有着广泛的应用前景。本文主要讨论了磷酸钙骨水泥各种
基本性能与临床应用间的差距，总结了各种制备条件对其基本性能的影响，并介绍了近年来人们为改善这
些性能所做工作的进展。
［关键词］磷酸钙骨水泥；性能；影响因素；临床研究
［中图分类号］Ｒ３１８．０８ ［文献标识码］Ａ
Ｒｅｃｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆＣａｌｃｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ Ｃｅｍｅｎｔ
Ｙｕ Ｘｉａｏｍｉｎｇ，Ｌｉ ＷａｎＷ￣ｌｌ，Ｓｕｎ Ｋａｎｇ．Ｔｈｅ ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂ ｏｆＭｅｔａｌＭａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏ Ｔｏｎｇ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００３０
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 Ｃａｌｃｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ Ｃｅｍｅｎｔ（ＣＰＣ）ｉｓ ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ ｂｏｎｅ ｒｅｐａｉｒ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｂｉｏｃｏｍ—
ｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，ｓｅｌｆ－ｓｅｔｔｉｎｇ ａｎｄ ｆａｃｉｌｉｔｙ ｔｏ ｂｅ ｓｈａｐｅｄ．Ｉｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ｗｉｄｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｄｅｎｔｉｓｔｒｙ，ｏｒｔｈｏｐａｅｄｉｃｓ ｅｔｃ．Ｉｎ
ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｇａｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂａｓｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＣＰＣ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｌｉｎｉｃａｌ ｕｓｅ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ
磷酸钙骨水泥及其作为抗生素载体研究进展
国际骨科学杂志２００８年１１月 第２９卷第６期ｌｎｔ Ｊ Ｏｒｔｈｏｐ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２５，２００８，Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．６ 磷酸钙骨水泥及其作为抗生素载体研究进展 李刚徐永清唐辉 摘要具有良好生物相容性、生物活性、自固化性、可注射性和可塑性的磷酸钙骨水泥，已成为临床 应用最多的生物材料之一。磷酸钙骨水泥的凝结时间测定和改变使其更具操作性，机械性能如抗压强 度、抗剪切力等的改进增加了适应证，生物相容性、骨传导性和再吸收性的研究为临床应用提供了理论基 础。磷酸钙骨水泥的结构特点也决定了其可作为抗生素缓释载体。抗生素掺入磷酸钙骨水泥对其理化 性质影响、抗生素在体内外释放过程和干预的研究，近年受到重视。 关键词磷酸钙；骨水泥；抗生素；缓释 骨缺损并发感染的防治难度大，易转变为慢性病变， 局部血运差。抗生素无论静滴还是口服，均很难进入感 染深部杀灭细菌，而增加抗生素剂量和延长治疗时间会 增加治疗费用和不良反应（耳毒性、肾毒性）发生率。虽 然局部植入负载硫酸庆大霉素的聚甲基丙烯酸甲酯 （ＰＭＭＡ）可获得良好的控制骨感染效果，但ＰＭＭＡ在体 内不能吸收，数月后必须再次手术取出并替代以新的 ＰＭＭＡ或其他材料。其他抗生素载体如磷酸钙陶瓷体 内吸收率低，难以塑形出复杂的形状来满足不同类型和 大小的骨缺损。磷酸钙骨水泥（ＣＰＣ）具有良好的生物相 容性、生物活性、自固化性、可注射性和可塑性等，已成为 临床应用最多的生物材料之一。负载抗生素的ＣＰＣ因 在体内可吸收且缓慢释药，避免再次手术，缩短住院时间 和降低治疗费用，已成为研究的热点。本文就ＣＰＣ理化 性质、抗生素掺入后对ＣＰＣ理化性质的影响及其相互作 用研究进展作一综述。 １ ＣＰＣ理化性质 １．１ 固化反应 ＣＰＣ的固化过程是磷酸钙在水溶液系统中溶解，产 生钙离子和磷离子，然后磷离子以羟基磷灰石（ＨＡ）形式 沉淀。首次固化后，花瓣样或针样晶体向外扩大、粘附及 交联，最终变硬。２小时后，更多的颗粒结晶，晶体呈棒 状。２４小时后，晶体完全形成，在高密度区紧密结合，同 时在多孔疏松区分离。 ］，通常情况下唯一的产物是ＨＡ。 磷酸钙的初始固化时间为１５４２０分钟，不同的测试方法 对结果有一定的影响 ］。有学者采用４００ｇ维卡测试针 进行测试，初凝时间为测试针不能穿透２ｍｍ厚标本的时 间，终凝时问为测试针不能在标本表面形成明显压痕的 时间 。而指压法更简便 一，初始固化时间即为观测到 骨水泥指压后不再有压痕的时间，有研究报道该法的误 差为１分钟。 对于临床应用，ＣＰＣ固化时间较长，因此有学者将中 性磷酸盐加入磷酸钙液相中，这可使固化时间减少至５４ ８分钟。这是因为在骨水泥固化过程中，ＨＡ形成和磷酸 基金项目：云南省自然科学基金（２００７Ｃ２５１Ｍ） 作者单位：６５（Ｘ）３１，成都军区昆明总医院（昆明医学院临床学院）骨科 通讯作者：徐永清Ｅｍａｉｌ：ｘｕｙｏｎｇｑｉｎｇｔｈ＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｒ／ ・ ３９５ ・ 二钙溶解以线性方式进行，避免了ＨＡ早期形成；而未加 入中性磷酸盐的磷酸钙早期形成的ＨＡ可包裹那些还未 发生反应的磷酸二钙微粒，并将其分隔开，致使磷酸二钙 不能溶解，最终导致固化时间延长＿５］。ＢＯｈｎｅｒＬ 在Ｃｔ－磷酸 三钙（ＴＣＰ）骨水泥系中加入二水合硫酸钙（ＣａＳＯ４・ ２Ｈ２（），ＣＳＤ），结果发现骨水泥固化时间明显缩短，这是因 为ＣＳＤ可快速释放钙离子，在骨水泥混合初期的浆体中 高浓度的钙离子结合磷酸根促进了水合反应的进行。此 外，聚丙烯酸等添加物的促凝机制为，它们在与ＣＰＣ中 的碱性物质发生酸碱中和反应，并很快凝固形成水凝胶。 其他影响ＣＰＣ固化时问的因素有固相微粒大小、液相温 度和ＨＡ在固相中的比例。但体外试验证实，这些因素 对ＣＰＣ固化时间的影响不明显。 １．２机械性能 限制ＣＰＣ在临床上广泛应用的关键，是其机械性能 上的缺点如易碎、抗扭力和抗剪力强度弱，而植入１２周 后ＣＰＣ抗压强度为正常松骨质的４～１０倍（６０～ ７０ＭＰａ）。造成ＣＰＣ机械性能脆弱的重要原因之一是其 多孔性，易导致骨水泥块上微小或巨大的裂隙。ＣＰＣ孔 径为８～１２ ｍ，骨水泥凝结后孑Ｌ隙率为４３ 。调整固相 微粒直径和固液相比例在一定程度上可控制孔隙率。 Ｉｓｈｉｋａｗａ等 ］研究发现，如果ＣＰＣ孔隙率为零，其抗张力 为１０３ＭＰａ。ＣＰＣ密度增高会降低其孑Ｌ隙率，导致新骨难 以长入，而孔隙率增加会显著减少ＣＰＣ初凝时间和抗压 强度 。其他影响ＣＰＣ机械性能的因素有骨水泥颗粒大 小、固相填充材料的掺和、固液相比例及不同的液相。有 学者在ｃＰＣ中掺入不同的填充剂以改善ＣＰＣ的机械性 能，掺人填充剂的依据是添加坚强的填充剂可阻止裂隙 扩大。但此方法存在两个问题，一是当ＣＰＣ以固定的固 液相比例｝昆合时，填充剂的添加会改变ＣＰＣ的理化性质 和生物学性能；二是ＣＰＣ与填充剂混合物植入人体后，填 充剂的快速溶解可导致ＣＰＣ初始阶段力学性能急剧下 降，且其结构也不稳定。在ＣＰＣ固相中添加脱钙骨可使 更多的血管化组织向ＣＰＣ内生长，添加聚偏磷酸钠可增 强ＣＰＣ的稳定性和可注射性，但这两种添加剂均可导致 ＣＰＣ固化时间延长和机械性能下降。Ｓｕｎ等 在ＣＰＣ中 添加一定比例的壳聚糖后测定混合物凝结时间，发现较 单纯ＣＰＣ凝结时问缩短，而抗弯曲力为单纯
羧甲基壳聚糖／磷酸钙骨水泥生物复合材料探讨
第３３卷第２期 ２０１２年６月 《陶瓷学报》 ＪＯＵＲＮＡＩ ＯＦ ＣＥＲＡＭＩＣＳ Ｖｏ１．３３。Ｎｏ．２ Ｊｕｎ．２０１２ 文章编号：１０００—２２７８（２０１２）０２—０１４９—０４ 羧甲基壳聚糖／磷酸钙骨水泥生物复合材料探讨 赵萍 赵太荣 任学华。 储新宏 （１．山东轻ｍ，＿ｌｋ学院，玻璃与功能陶瓷加工与测试技术山东省重点实验室，山东济南２５０３５３；２．济南市第三人 民医院，山东济南２５０１０１；３．济南新峨嵋实业有限公司，山东济南２５０１１７） 摘要 为了提高 一磷酸三钙骨水泥的力学性能，利用可溶性羧甲基壳聚糖良好的生物活性和胶黏性，制得羧甲基壳聚糖／ 一磷 酸三钙骨水泥生物复合材料，并检测了含不同添加剂复合材料的力学性能、产物组成和微观结构。方法：按不同配比称量相应质量 的羧甲基壳聚糖与ｄ一磷酸三钙骨水泥粉体，混合均匀，以蒸馏水为调和液，成型（测凝固时间）养护后获得４ｒａｍ×４ｍｍ×２５ｍｍ 条形试样，测样品的抗弯强度、气孔率，采用ＸＲＤ检测复合材料的产物组成，ＳＥＭ观察断口微观结构。结果：羧甲基壳聚糖可以改 善磷酸钙骨水泥的力学性能，但并不是随其加入量呈正比关系，而是有最佳值，当ＪＪｎ２，．量为Ｏ．５％时增强效果最明显，抗折强度比 未加羧甲基壳聚糖时提高３８．１３％；ＸＲＤ及ＳＥＭ检测发现，羧甲基壳聚糖的加入会影响磷酸钙骨水泥的水化结晶，当羧甲基壳聚 糖添加量过高后，骨水泥浆体不能水化形成羟基磷灰石结晶体。 关键词羧甲基壳聚糖；磷酸钙骨水泥；复合材料 中图分类号：ＴＱ１７４．７５文献标识码：Ａ ０引言 磷酸钙骨水泥（ＣＰＣ）粉体与调和液混合后呈浆 状，能任意塑形，水化过程放热不明显，固化产物为羟 基磷灰石，生物性能优良。骨水泥的这些特陛，符合临 床对于形状不规则的骨缺陷填充、修复等操作要求， 从而受到广泛关注【１】。但是，在应用过程中发现，磷酸 钙骨水泥存在机械强度低，脆性大，降解速度慢等缺 点。为提高磷酸钙骨水泥的力学性能，国内外研究人 员通过粉体基料复合增强的方法取得了不断的进展， 主要包括在骨水泥粉体中掺入无机盐、纤维、大分子 物质、有机生物活性物质、晶须及无机陶瓷颗粒等 ８１。 本实验采用羧甲基壳聚糖作为骨水泥的增强添 加剂，以充分利用其可溶性、胶黏性以及高分子物质 优良的韧性及塑性，用于提高骨水泥的力学性能，同 时，亦可改善其脆性及降解特性。水溶性壳聚糖衍生 物对钙离子具有较好的络合作用 ，因此，向ＣＰＣ固 体粉料中加入羧甲基壳聚糖，水化过程中，希望通过 收稿日期：２（｝１２—０１—１２ 通讯联系人：赵萍，Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｌ１ａ０ｐｉｎｇ６１０ｌ＠１６３．ｃｏｒｎ 钙离子与壳聚糖间的键合作用，使新生成的羟基磷灰 石颗粒通过聚合物连接在一起，产生聚合物交联增强 的作用，从而提高骨水泥的力学性能。 １实验 １．１实验原料 羧甲基壳聚糖（ｃＭｃｓ）：青岛海汇生物有限公司 生产，取代度９０．５％，脱乙酰度９０．６％；自制磷酸钙骨 水泥。 １．２磷酸钙骨水泥的制备 将分析纯ＣａＨＰＯ４＂２Ｈ２０与分析纯ＣａＣＯ．￣细粉 按２：ｌ（ｍｏ１）均匀混合，然后煅烧至１２５０℃，保温１～ ３ｈ后在空气中急冷，获得仪相磷酸三钙，磨细至过 ２５０目筛，添加６％羟基磷灰石（ＨＡ）作晶种，在星形球 磨机上球磨混合三个小时，即得磷酸三钙骨水泥粉 体。在仅磷酸三钙的烧制过程中，由于在１１７０℃存 在仅相向Ｂ相的转变，因此冷却速度尤其重要［９１。一
骨水泥分类-概述说明以及解释
骨水泥分类-概述说明以及解释
1.引言
1.1 概述
骨水泥是一种常用的医用材料，用于骨折修复和骨质疾病治疗。随着医疗技术的不断发展，骨水泥的种类和分类方法也在不断丰富和完善。本文旨在探讨骨水泥的分类方法，并从中总结出其在医疗中的重要性和未来的发展趋势。通过对骨水泥的研究和探讨，有望为医疗领域提供更多的选择和解决方案。
1.2文章结构
1.2 文章结构
本文将首先介绍骨水泥的定义和用途，为读者提供对骨水泥的基本认识。接着将详细讨论骨水泥的分类方法，包括传统分类方法和现代分类方法，以及它们的优缺点。然后，我们将深入探讨骨水泥的特点和应用领域，以便读者更好地了解其在医疗领域的重要性和广泛应用。最后，我们将总结骨水泥分类的重要性，展望未来骨水泥分类的发展趋势，并得出结论。通过本文的阐述，读者将对骨水泥的分类有更深入的了解，并了解其在医疗领域的重要性和前景。
1.3 目的
本文的目的在于对骨水泥的分类方法进行系统性的介绍和总结，为读者提供关于骨水泥分类的全面了解。通过深入探讨骨水泥的不同分类方法，可以帮助人们更好地认识和理解骨水泥的特性和应用领域。同时，本文旨在强调骨水泥分类的重要性，指导人们在不同情境下正确选择适用的骨水泥类型。通过阐述骨水泥分类的发展趋势，我们也希望为骨水泥产业的未来发展提供一些参考和启示。最终，通过对骨水泥分类的详尽研究和讨论，我们希望可以促进骨水泥领域的进步与发展，为临床医疗和生物医学领域提供更多有益的知识和信息。
2.正文
2.1 骨水泥的定义和用途
骨水泥是一种用于骨折修复和骨密度增强的生物材料，主要由生物活性玻璃、钙磷陶瓷等成分组成。它具有优良的生物相容性和生物活性，可以促进骨细胞的生长和再生，有助于骨折愈合和骨质疏松症的治疗。
骨水泥广泛应用于骨科手术中，如关节置换术、椎体成形术等。在骨折修复中，骨水泥可以填充骨折间隙，提供支撑和稳定，促进骨折愈合。在骨密度增强中，骨水泥可以注入椎体或骨折部位，增加骨骼的机械强度，预防骨折的发生。
磷酸钙骨水泥技术要求
磷酸钙骨水泥技术要求
磷酸钙骨水泥是一种用于修复骨折或骨缺损的生物医用材料，具有优异的生物相容性和骨愈合能力。为了确保磷酸钙骨水泥的质量和安全性，制定了一系列的技术要求。本文将从原材料选择、生产工艺、产品性能等方面详细介绍磷酸钙骨水泥的技术要求。
一、原材料选择
1. 磷酸盐原料：应选择高纯度的磷酸盐原料，如氢氧化钙、氢氧化二氢铵等，确保制备出的磷酸钙骨水泥无杂质，并且具有较高的生物活性。
2. 钙源材料：应选用高纯度的氢氧化钙或碳酸钙作为钙源材料，确保产品无铅、汞等重金属杂质。
3. 添加剂：磷酸钙骨水泥的添加剂包括凝结剂、改性剂等，应符合相关药典规定的限量要求，且应选择对骨组织无毒副作用的添加剂。
4. 掺杂物：应注意避免在原材料中掺入有害的掺杂物，确保产品不含任何对人体有害的成分。
二、生产工艺
1. 反应温度控制：生产过程中需严格控制反应温度，确保磷酸钙骨水泥的反应过程能够完全进行，且避免产生不良反应产物。
2. 反应时间控制：确保磷酸钙骨水泥的反应时间符合临床应用的要求，既能在适当的时间内固化成坚硬的骨样物质，又能给予临床医生一定的操作时间。
3. 温湿度控制：生产车间需具备良好的通风排气系统，且对生产环境的温度和湿度进行严格控制，避免杂质进入产品，确保产品质量和安全。
三、产品性能
1. 凝结时间：磷酸钙骨水泥的凝结时间应在临床使用范围内，一般控制在5-15分钟之间。
2. 抗压强度：磷酸钙骨水泥固化后的抗压强度应满足相关标准，一般要求在20MPa以上。
3. 生物相容性：磷酸钙骨水泥应具有良好的生物相容性和生物活性，不会引起过敏或排异反应，并且能够促进骨愈合。 4. 可塑性：磷酸钙骨水泥应具有一定的可塑性，便于临床医生在手术中进行成型和固化。
磷酸钙骨水泥的技术要求涉及原材料选择、生产工艺和产品性能等多个方面。只有严格按照相关要求进行生产，才能保证产品的质量和安全，为临床医疗提供有效的支持。
骨水泥及应用技术
骨水泥及应用技术
骨水泥是一种专门用于骨科手术中的生物医用材料，也称为骨固定材料。它通常由粉末和液体混合而成，其中粉末由钙磷化合物制成，液体是一种双组份单体。混合后，骨水泥可以迅速固化和硬化，具有优异的生物相容性和可塑性。骨水泥不仅用于骨折固定，还可以填充骨缺损、修复骨肿瘤等。
骨水泥的主要组成是钙磷化合物，最常用的一种是氢氧化三钙（HAP）和磷酸三钙（TCP）。这两种化合物是与骨骼组织相似的结构，可以在体内迅速与周围骨组织结合，形成牢固的生物活性附着面。此外，骨水泥中的液体成分通常是甲基丙烯酸酯和二氧化硅等单体，这些单体可以与钙磷化合物发生化学反应，产生强大的粘接力和耐久性。
骨水泥的应用技术主要有两种：手术外置法和内置法。手术外置法是将患者的骨折或骨缺损区域暴露出来，然后将骨水泥直接涂抹在骨表面，用力压实，使其与骨组织牢固结合。这种技术适用于一些较小的骨折和骨缺损修复。然而，由于骨水泥的密度较高，刺激骨髓腔，患者可能会感到一定的疼痛和不适。
内置法是将骨水泥注射到骨髓腔中，通过外科手术或穿刺注射的方式进行。内置法具有操作简便、创伤小、恢复快的优点，可以在较短的时间内恢复患者的骨骼功能。这种技术适用于骨折的治疗和骨肿瘤的修复。在骨肿瘤修复中，骨水泥可以填充肿瘤空腔，固定受损的骨骼，并有效减轻疼痛。
总的来说，骨水泥具有以下优点：首先，它具有良好的生物相容性，能够与周围的骨组织紧密结合，减少了植入物被人体排斥的风险；其次，骨水泥固化速度快，可以迅速修复骨折和骨缺损，缩短了患者的康复时间；此外，骨水泥还可以填充肿瘤空腔，减轻疼痛，提高患者的生活质量。
然而，骨水泥也存在一些缺点：首先，骨水泥的刚性较大，缺乏弹性，可能导致植入处的骨骼负荷失衡，增加了骨折附近骨折的风险；其次，骨水泥的耐久性较差，容易发生龟裂和脱落，需定期进行检查和修复。
在使用骨水泥时，医生需要根据患者的具体情况和手术需要，选择合适的骨水泥材料和应用技术。此外，患者术后应遵循医生的指导，定期进行复查和康复锻炼，以确保骨水泥的固定效果和术后恢复。