可降解镁合金骨植入对大鼠肝肾功能影响的实验研究

张亚男，谢 文，肖 鹏，罗亚鸽，孙 瑞，冯 坤

（1.湖南中医药大学针灸推拿与康复学院，湖南 长沙 410000；2.河南省洛阳正骨医院/河南省骨科医院医学检验中心，河南 洛阳 471000；3.河南省正骨研究院医学实验研究中心/河南省骨科医疗器械工程技术研究中心，河南 洛阳 471000）

目前骨科内固定多以不锈钢、钛合金、钴合金等金属材料为主，这些金属材料因不可降解，需要二次手术取出。有研究表明[1，2]，不锈钢、钛合金、钴合金等材料在人体中会产生对身体有害的因子。基于此，镁合金作为新型骨植入材料研究成为热点。WE43镁合金相对于传统骨修复材料，在可降解性、生物相容性、骨诱导性和价格方面有显著的优势，是一种新的理想型的骨科植入材料[3-6]。WE43 镁合金含有少量的重金属和稀土元素，其良好的力学性能和易加工性使其具有骨生物材料应用价值，但该合金的体内实验研究报告不多。本研究通过在大鼠股骨植入WE43 镁合金，观察镁合金在大鼠体内降解后血常规和肝肾功能指标的变化情况，为新型医用镁合金生物安全性评价提供依据，现报道如下。

1 材料与方法

1.1 实验动物与材料 SD 大鼠12 只，体重200～300 g，雌雄各半，购自河南省实验动物中心。本实验大鼠遵循动物实验伦理的要求。WE43 镁合金圆型棒材，合金元素含量为3.8%钇（Y）、2.4%稀土、0.5%锆（Zr）、0.2%锌（Zn），余量为镁（Mg）。棒材用数控车床加工成Φ2 mm×4 mm 的圆柱试样，所有试样清洁后高温灭菌备用。血常规检测指标采用XE-5000 全自动血细胞分析仪（SYSMEX 株式会社）分析，试剂为SYSMEX 公司产品。肝、肾功能指标采用LABOSPECT 008AS 全自动生化分析仪（日立公司）分析，试剂为WAKO 公司产品。病理学观察采用OLYMPUS-BX41 显微镜拍照，制片和染色试剂为罗恩AR 纯试剂。

1.2 方法 根据随机数字表法分成对照组和实验组，每组6 只。大鼠术前禁食24 h，用3%戊巴比妥钠腹腔注射麻醉（50 mg/kg），剪毛备皮，常规无菌条件下进行股骨髁骨缺损植入手术。实验组经皮暴露左右两侧股骨踝位置，骨膜下剥离显露骨质，电钻垂直于骨干方向用钻头钻出Φ2 mm×4 mm 骨缺损，术中用生理盐水冲洗降温。把镁合金小棒植入大鼠的骨缺损处，完毕后冲洗并缝合伤口，碘伏消毒后胶带缠住缝合部位，以防动物疼痛撕咬。X 线片观察植入部位。给予庆大霉素肌肉注射，2 万U/（只·d），连续注射3 d。对照组同等条件下只切开皮肤即缝合，不做植入处理，术后同样抗菌素处理、饲养条件同实验组。大鼠术后饲养3 个月，腹腔麻醉，通过腹腔静脉采血制备全血和血清，用于血常规和肝、肾功能指标检验。血常规检测项目为白细胞（WBC）、红细胞（RBC）、血红蛋白（Hb）、红细胞压积（Hct）和血小板（PLT）。肝功能检测指标为天门冬氨酸氨基转移酶（AST）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）和碱性磷酸酶（ALP）。肾功能检测指标为尿素氮（BUN）、肌酐（Cr）和尿酸（UA）。过量麻醉处死动物，取肝脏、肾脏和脾脏组织于甲醛溶液中固定，常规切片HE 染色进行组织病理学观察。

1.3 统计学分析 实验数据录入Excel 表，建立数据库。用SPSS 22.0 软件进行统计分析，计量资料采用独立样本t检验分析，结果以（）表示，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组血常规指标比较 实验组WBC、RBC、Hb、Hct、PLT 水平均低于对照组，但差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 两组血常规指标比较（）

表1 两组血常规指标比较（）

2.2 两组肝功能指标比较 实验组ALT、AST、γ-GT指标高于对照组，ALP 指标低于对照组，差异无统计学意义（P＞0.05），见表2。

表2 两组肝功能指标比较（，U/L）

表2 两组肝功能指标比较（，U/L）

2.3 两组肾功能指标比较 实验组BUN、Cr 指标低于对照组，但差异无统计学意义（P＞0.05）；实验组UA 低于对照组，差异有统计意义（P＜0.05），见表3。

表3 两组肾功能指标比较（）

注:*与对照组比较，P＜0.05

2.4 组织病理学观察 两组大鼠肝小叶结构未见明显变化，无组织水肿、炎症等异常变化，肝细胞结构正常；肾组织结构未见异常改变，肾小球结构清晰，内皮细胞数目正常。周围的肾小管也正常，无变性或充血，未见炎性细胞浸润，提示可降解镁合金骨植入后大鼠肝脏和肾脏组织结构形态没有实质性改变。两组脾脏组织结构正常，见图1。

图1 组织病理学切片（HE×100）

图1 组织病理学切片（HE×100）（续）

3 讨论

WE43 镁合金是目前研究较多的可降解骨生物材料之一，应用其体内降解性能制造骨内固定器械可避免二次手术，降低医疗费用、减少手术风险。体内植入物的生物安全性实验是生物材料研究的重要工作之一，血液指标能很好地反映植入物对机体造成的影响。王义生等[7]发现在大白兔体内植入镁合金后，肝肾功能各项生化指标在植入材料前后各时间点无明显波动，说明镁合金未对动物循环、免疫、泌尿等系统造成明显影响。Xue B 等[8]发现在大鼠体内植入镁合金后，肝肾功能各项生化指标在植入材料前后无明显差异，HE 染色显示气管、肝脏、心脏和肾脏组织无病理改变。Tie D 等[9]采用新西兰大白兔进行镁合金骨植入，观察到16 周后植入合金的降解过程对血液学、心脏损伤、炎症、肝功能和代谢过程等16 项主要指标无明显影响。刘天甲等[10]研究发现新型生物可降解镁合金颅骨固定系统植入健康新西兰大白兔后，实验组术后不同时间点的WBC、RBC、Hb、Hct、PLT、ALT、AST、ALP、BUN 和Cr 与对照组比较无差异，两组各项指标均维持在较稳定的状态。

本实验通过检测大鼠血常规和肝、肾功能指标，来了解含有稀土元素的可降解镁合金在骨植入后对实验大鼠肝、肾组织结构和功能的影响。结果发现可降解镁合金骨植入3 个月后，除了UA 低于对照组动物外，实验组动物血常规和肝功能、其他肾功能指标无明显变化，与既往报道[11-13]相似，提示镁合金骨植入后降解释放的元素未对动物肝、肾组织造成明显损害。病理检查结果也显示，动物镁合金骨植入3 个月时肝脏、肾脏和脾脏组织结构未见异常改变。实验观察到的镁合金骨植入后UA 含量降低目前未查阅到其他报道，具体原因不清。本实验结果表明镁合金的骨植入虽然对动物生理指标有一定的影响，但是并没有发现肝、肾、脾组织发生实质性变化。

由于实验动物血常规和肝、肾功能测定易受动物品种、年龄、雌雄及样本采集、所用仪器及试剂、人为操作[14]等外界因素影响，可能影响检测值。进一步的生物安全实验研究需要更加严格地控制各种影响因素，且需要加大样本量，延长实验周期来系统评估镁合金骨植入后可能的安全风险。