生物热熔胶与同种异体骨板治疗胫骨骨折的实验研究

郭永继，徐亚非，李瑞山，戎利民，蔡道章

基础研究

生物热熔胶与同种异体骨板治疗胫骨骨折的实验研究

郭永继，徐亚非，李瑞山，戎利民，蔡道章

目的观察生物热熔胶与同种异体骨板治疗犬胫骨骨折的疗效，探讨应用同种异体骨板联合生物热熔胶治疗长骨骨折的可行性。方法将32只Labrador犬的一侧胫骨制成横行骨折模型，随机分为粘接固定组16只，用生物热熔胶与冻干同种异体骨板粘接固定；金属接骨板固定组16只，用金属接骨板与螺丝钉内固定。记录两组的手术时间和术中出血量。于术后2、4、8、12周分别取材，进行大体观察和X线片检查，并检测粘接固定组胫骨试件的机械性能。结果与金属接骨板固定组比较，粘接固定组手术时间短，术中出血少（P＜0.05）。术后12周两组骨折均愈合。结论生物热熔胶联合同种异体骨板治疗犬胫骨骨折手术时间短，创伤小，固定牢靠，能够提供与金属接骨板相似的治疗结果。

胫骨骨折；骨移植；移植，同种；热熔胶；狗

骨折内固定物多使用金属材料制造，但金属与骨的生物力学性能有别，可引起应力遮挡效应，骨折愈合后还需二次手术取出，因此，人们开始探索新的内固定方式和置入材料[1-3]。同种异体皮质骨具有一定的生物力学强度和支架功能，生物热熔胶能够即时粘接和固定骨组织，为此，本实验应用生物热熔胶与同种异体骨板对骨折动物模型进行粘接内固定，旨在探讨该内固定方式的可行性及治疗效果。

1 材料与方法

1.1 实验动物及主要材料

1.1.1 实验动物及分组 Labrador犬36只，年龄18～24月，体重（10.0±1.8）kg，雌雄不拘。随机选取4只作为同种异体骨板供体，另32只随机分为粘接固定组16只，金属接骨板固定组16只。

1.1.2 主要材料和仪器（1）生物热熔胶棒：以高分子化合物乙烯丙烯酸共聚物（ethylene acrylic acid，EAA，杭州都邦热熔胶膜科技有限公司）作为主料，与松香甘油酯（增黏剂）、石蜡（熔体黏度调节剂）及脱钙骨基质按比例搅拌均匀后加热至186℃，倒入模具冷却后制成生物热熔胶棒。（2）金属接骨板（常州市康辉医疗器械有限公司）：为钛质3.5 mm重建接骨板，配用全螺纹皮质骨螺钉。（3）THK-150W型熔胶枪（东莞永旭电子有限公司）。（4）XA90-BZ8001型多功能力学实验台（北京中西远大科技有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 制取新鲜同种异体骨板 4只Labrador犬处死后取其长骨（包括肱骨、尺骨、桡骨、股骨、胫骨和腓骨），去除干骺端，仅留取皮质骨，将骨膜、骨髓彻底清除，生理盐水冲洗5次，放入无菌袋内进行无菌热封口，之后先放入—4℃冰箱，12 h后再放入—80℃的冰箱内贮藏[4]。1周后于无菌条件下制作长12 cm、宽2 cm、高0.4 cm的骨板，并使骨板髓腔面稍呈弧形曲面，备用。

1.2.2 制作动物模型 32只犬侧卧位固定于手术台上，按30 mg/kg体重于耳缘静脉注入3%戊巴比妥钠溶液进行静脉麻醉。备皮、清毒、铺巾，于一侧胫骨中段前外侧做皮肤切口，逐层切开暴露胫骨，以线锯锯断胫骨制成横行骨折模型。

1.2.3 内固定

1.2.3.1 同种异体骨板加生物热熔胶粘接固定 在骨折两侧平行有限切开骨膜，将熔胶枪对准骨折两端侧面，扳动叩机，使熔化的胶水均匀涂于远、近骨折段两侧，然后再涂抹异体骨板的髓腔面，使其贴于骨干两侧的涂胶面上；以复位钳夹持复位，轻轻挤压0.5 min，骨折两端和骨板即紧密贴合在一起；将切开的骨膜贴敷于骨板表面，冲洗切口，逐层缝合。

1.2.3.2 金属接骨板固定 按骨折端直径的4倍选择加压接骨板，将钢板塑形后贴附于胫骨前外侧，行骨折端间加压固定。

1.3 观察指标

1.3.1 手术时间和出血量 分别记录两组手术时间和出血量。

1.3.2 X线片影像学检查 于取材前摄胫骨正侧位X线片，了解骨折愈合过程中骨折线和骨痂的变化，评估骨折愈合情况。

1.3.3 大体观察 于术后2、4、8、12周各处死4只动物，取其胫骨进行大体观察。

1.3.4 粘接固定组胫骨试件的机械性能

1.3.4.1 抗拉强度 将胫骨试件一端固定在多功能力学实验台的夹具上，另一端与牵引钢绳相连，以25 mm/min的拉伸速度进行拉伸试验，直至胫骨骨折端拉断，测试抗拉强度。

1.3.4.2 抗弯强度 将热熔胶和同种异体骨板固定的胫骨试件固定于多功能实验台上，于骨折端处进行三点弯曲试验，支承跨距为80 mm，加载速度5 mm/min，测试其抗弯强度。

1.4 统计学处理

应用SPSS 11.5统计软件包进行统计学处理，对两组手术时间和术中出血量的比较采用t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

全部动物术后当天开始进食，手术切口Ⅰ期愈合，无动物死亡。

2.1 手术时间和出血量

如表1所示，比较粘接固定组和金属接骨板固定组的手术时间和出血量，差异有统计学意义（P＜0.05）。

2.2 X线片影像学检查

粘接固定组术后2周骨折端及骨板骨密度降低，骨折线清晰；4周后骨密度逐步恢复正常，骨折线稍模糊，有少量骨痂生成；8周时骨痂增多，骨折线更加模糊；12周骨痂量较前减少，骨折线消失，骨折愈合。

金属接骨板固定组术后2周骨折端骨密度稍有降低；4周时钢板对侧有少量骨痂生成，骨折线较同期粘接固定组略显清晰；术后8周骨折线渐模糊；12周时骨折线均已消失，骨折愈合。

2.3 大体观察

粘接固定组术后2周骨折端可见少量纤维组织连接，骨折周围软组织黏连，未见骨痂生长，1例出现同种异体骨板的部分吸收；术后4周骨折端周围纤维组织进一步增加，断端间被黏连软组织包裹；8周时充填于骨折断端和髓腔内的纤维组织逐渐转化为软骨组织；术后12周软骨硬化成为骨组织。金属接骨板固定组术后2～4周骨折周围有纤维组织附着，骨痂逐渐形成；术后8周钢板表面被纤维组织覆盖，对侧有散在骨痂；术后12周钢板表面为纤维组织所缠绕，骨折线消失。

2.4 粘接固定组胫骨试件的机械性能

如表2所示，粘接固定术后胫骨试件骨折两端的抗拉强度随时间推移呈逐步减少趋势。从第2周开始，胶板固定的骨折抗弯强度开始减弱，8周后再逐渐增加至初始水平。

3 讨论

医用胶必须具有以下特性：对人体组织无毒、无害、无致癌性；同时具有良好的生物相容性，在一定时间内可自行被人体吸收。作为粘接剂，医用胶在骨折治疗领域的应用近年来文献报道有增多趋势。2001年，Davis等[5]采用医用胶治疗皮肤损伤，用于加速伤口愈合，效果良好。吕波等[6]在新西兰大白兔体内采用α-氰基丙烯酸正辛酯（N Octyl Cyanoacrylate，N-OCA）粘接固定胫骨中段横断骨折，实验效果理想，但因其胶层脆性大，分解时有甲醛等有害物质产生，且粘接强度不高，因此在临床上难以推广应用。

本实验采用的生物热熔胶是近年来获得较快发展的胶粘剂[7]，为灰白色、无毒、无味的蜡状固体，熔点186℃，熔融指数200 g/10 min。其主体聚合物为EAA树脂，由乙烯和丙烯酸共聚而成，分子结构中含有极性的羧基，对极性物质如金属、玻璃、骨等胶接强度高，且本身可被碱分解。

采用生物热熔胶作为骨折粘接剂具有如下优势：（1）对组织无明显毒害作用；使用时无需专门溶剂，毒性进一步降低。（2）具有生物降解性，碱性环境中易被分解。（3）组织相容性好。（4）主料中加有增黏剂、熔体黏度调节剂及具有引导性骨再生潜能的脱钙骨基质，不仅大大提高了胶粘剂的把持力及胶粘强度，而且还可以加速骨细胞生长，促进骨再生。（5）粘接速度快，对胶贴面处理要求低。但其本身也存在不足，如胶体稳定性差，熔融后黏度高、较难涂布均匀等，仍需不断进行改进。

研究表明，同种异体骨板置入物治疗长骨骨折优势明显：（1）同种异体骨基质中存在的成骨蛋白OP-1具有诱导成骨作用[8]，同种异体骨板置入体内后可通过爬行替代和骨诱导作用来加快骨折端的愈合[9]；（2）去抗原性处理后的骨板组织相容性好[10]，骨折愈合后骨板即成为受体骨质的一部分，无需二次手术；（3）双侧骨板固定骨折端相当于内夹板治疗，固定可靠，能有效阻止骨折端的侧向移位，术后可早期活动。

表1 两组手术时间和出血量的比较（±s，n=16）

表1 两组手术时间和出血量的比较（±s，n=16）

粘接固定组金属接骨板固定组t值P值手术时间（min）33.7±1.3 35.4±1.4 3.363 0.002出血量（mL）110.7±5.6 117.5±7.4 2.959 0.006

表2 粘接固定组胫骨试件的机械性能测试结果（±s，n=4）

表2 粘接固定组胫骨试件的机械性能测试结果（±s，n=4）

抗拉强度（MPa）抗弯强度（N）2周8.4±0.1 75.3±0.1 4周7.8±0.2 59.5±0.2 8周7.1±0.1 68.2±0.2 12周6.5±0.3 74.6±0.3

预防感染和排异反应是决定实验能否成功的重要因素。Burchardt等[11]认为，同种异体骨移植与宿主的愈合主要受移植骨抗原的影响。因此，对获取的新鲜同种异体骨板应进行骨髓、骨膜脱脂，骨板消毒及去抗原性处理。为使骨板保持良好特性，本实验选用冷冻法对骨板进行去抗原性处理[4]。即使这样，仍不能完全消除移植骨本身的抗原性。本实验中有1例出现骨板吸收，推测可能与宿主免疫反应有关。

本实验研究显示，生物热熔胶在术后8周开始被动物体所吸收，此后，胶体的黏附力逐渐下降，但术后12周骨干、骨板之间的抗拉强度仍可达到（6.5±0.3）Mpa。起爬行替代作用的同种异体骨板术后2周结构开始疏松，原骨板强度减弱，抗弯强度由原来的（75.3±0.1）MPa减少到（59.5± 0.2）MPa，这可能与初期排异反应所导致的局部炎症有关[12]；而后期炎症消退，骨质生长加速，抗弯强度开始逐渐恢复，并最终接近初始水平。对两组X线片检查的结果显示，生物热熔胶同种异体骨板粘接固定与金属骨板固定有相似的近期疗效，其远期效果值得深入研究。

[1]龚泰芳,任少斌,陈文,等.免骨髓源成骨细胞作为骨组织工程实验细胞的研究[J].中国骨与关节损伤杂志,2008,23 (12):999-1002.

[2]Liptak JM,Edwards MR,James SP,et al.Biomechanical characteristics of allogeneic cortical bone pins designed for fracture fixation[J].Vet Comp Orthop Traumatol,2008,21 (2):140-146.

[3]García-Páez JM,Carrera-Sanmartin A,Jorge-Herrero E,et al. Mechanical resistance of a new biomaterial,ostrich pericardium,and a new method of joining tissues combining suturing and a biological adhesive[J].J Biomed Mater Res B Appl Biomater,2005,72(1):9-16.

[4]游永刚,唐辉,徐永清.不同骨移植材料骨诱导活性的研究现状[J].现代生物医学进展,2008,8(7):1338-1340.

[5] Davis SC,Eaglstein WH,Cazzaniga AL,et al.An octyl-2-cyanoacrylate formulation speeds healing of partialthickness wounds[J].Dermatol surg,2001,27(9):783-788.

[6]吕波,屠重琪,裴福兴,等.α-氰基丙烯酸正辛酯黏接兔桡骨横断骨折的效果[J].中国临床康复,2006,10(17):51-53,插3.

[7]吴永升.国内外热熔胶工业发展的现状和发展趋势[J].中国胶粘剂,2007,5:46-50.

[8]解芳,滕利.骨髓基质细胞成骨诱导过程中细胞因子及细胞外基质蛋白作用的研究进展[J].组织工程与重建外科, 2010,6(1):49-51.

[9]马振杰,综述;田清业,唐胜建,审校.同种异体骨移植的基础研究与临床应用[J].中国矫形外科杂志,2007,15(10):752-754.

[10]裴国献.同种异体肢体移植[M].北京:人民卫生出版社, 2009:47-68.

[11]Burchardt H.The biology of bone graft repair[J].Clin orthop Relat Res,1983,174:28-42.

[12]Wang Y,Cui FZ,Hu K,et al.Bone regeneration by using scaffold based on mineralized recombinant collagen[J].J Biomed Mater Res B Appl Biomater,2008,86(1):29-35.

Experimental study on the treatment of tibial fractures with biological hot melting adhesive and allogeneic bone plates*

GUO Yongji,XU Yafei,LI Ruishan,RONG Limin,CAI Daozhang.*Department of Orthopaedics, the Third People's Hospital of Nanhai District,Foshan,Guangdong 528241,China.

ObjectiveTo observe the curative effect and the feasibility of the treatment of tibial fractures with biological hot melting adhesive and allogeneic bone plates in dogs.MethodsThirty-two Labrador dogs'tibia were cutten by saw to make transverse fracture models.They were randomly divided into two groups,adhesive fixation group(16 dogs)treated with biological hot melting adhesive and allogeneic bone plates,and metal plate fixation group(16 dogs)treated by internal fixation of metal plates and screws.Operative time and estimate blood loss were recorded in two groups.Dogs were killed at 2,4,8,12 weeks after the treatment.Gross anatomic observation and X-ray were underwent and compared in two groups.At the same time,mechanical features of tibial samples after adhesive fixation were examined in adhesive fixation group.ResultsBetween the groups there were statistical differences in operative time and estimate blood less(P＜0.05).Fractures in two groups all healed at 12 weeks after surgery.ConclusionTreatment of tibial fractures with biological hot melting adhesive and allogeneic bone plates has the advantage of short operative time,less surgical injury and rigid fixation which can provide similar therapeutic effects as metal plates.

Tibial fractures;Bone transplantation;Transplantation,homologous;Hot-melt adhesive;Dogs

R683.423，R687.34

A

1674-666X(2011)03-0207-04

2011-05-13；

2011-07-16）

（本文编辑 白朝晖）

10.3969/j.issn.1674-666X.2011.03.009

广东省佛山市医学科技攻关项目（编号201008120）

528241佛山，南海区第三人民医院（郭永继，徐亚非，李瑞山）；510630广州，中山大学第三附属医院（戎利民，蔡道章）

E-mail：guoyisheng@126.com