丙烯酸酯类骨水泥材料的临床应用与研究进展资料下载.pdf
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传统治疗脊柱骨折的骨水泥会影响骨细胞生长,无法与骨骼融合,硬固时热积聚温度高达100,可使原本骨骼表面的细胞纤维化而形成空隙,甚至可能令骨骼逐渐坏死。
2丙烯酸酯类骨水泥组分的改进SadaoMorita等3曾制备了一种改良型丙烯酸酯骨水泥,主要是在MMA中添加羟乙基均苯三酸4-甲基丙烯酯(4-META)作为促粘剂,同时在固相中添加羟磷灰石(HA)粉末以提高骨相容性。
数据表明未添加4-META的骨水泥的强度随HA含量增加明显下降,而添加了4-META的骨水泥材料强度未受HA粉末的影响。
PascualB等4采用乙氧基三缩二乙二醇的甲基丙烯酸甲酯作为骨水泥的改性物。
DurtanN等5将聚甲基丙烯酸丁酯微球与聚甲基丙烯酸甲酯共混制备低模量聚甲基丙烯酸甲丁酯(PBMMA)骨水泥,其弹性模量远低于普通PMMA骨水泥。
与PMMA相比,PBMMA的柔性使材料耐81口腔材料器械2010年第19卷第2期磨性能提高,可有效减少磨损粒屑的形成。
聚甲基丙烯酸甲酯类丙烯酸树脂又被称为第1代直接充填树脂,其主要成分为MMA的均聚物或丙烯酸酯类的共聚物以及MMA单体。
而双酚A双甲基丙烯酸缩水甘油酯(BisphenolAglycidyldime-thacrylate,简称Bis-GMA)复合树脂被称为是第2代树脂。
1962年Bowen发明了Bis-GMA并首先应用于口腔领域。
Bis-GMA具有反应活性高,可用自由基引发聚合,固化后机械性能优良等优点,但是也存在吸水率大的不足。
为了克服此不足及提高机械性能,可通过掺杂改性的方法解决。
有研究证实,在Bis-GMA中加入5%的亚甲基丁内酯,可以使树脂单体转化率增加至75%,残留单体量显著降低,可以提高复合树脂的机械性能和生物安全性等。
还有不少研究者采用顺丁烯二酸酐来改性Bis-GMA树脂(简称EAM树脂),可获得优良的综合性能,许多复合树脂均使用了EAM树脂作为树脂基质6。
3PMMA基生物活性骨水泥PMMA广泛用作人工骨替代材料,尽管它有较好的力学性能,但是它不能直接诱导骨组织生长,与宿主骨之间的界面结合力低,长期植入后材料容易老化,引起松动,导致植入失败。
很多研究表明,要在人工替代材料与天然骨组织间建立一种强的化学键合,就要在材料与骨间形成类骨过渡层,由与骨组织成分相似的钙磷沉积层组成。
也就是说,要赋予材料一定的生物活性。
以PMMA作为基质,掺入一定比例的HA粉末,是一种较为有效的,也是众多研究者采用比较多的改善生物活性的方法,因为HA是人体硬组织的主要无机组分,是生物活性较好的一种无机材料,与骨组织有良好的相容性和亲和力,能诱导其周围骨组织的生长。
要在提高材料生物活性上取得满意的效果,要求HA晶粒应该具有小的尺寸,以及在有机基质中具有良好的分散性。
AmrMM等7将幼鼠的颅盖骨造骨细胞与传统PMMA以及PMMA/HA复合材料复合培养,8天以后发现PMMA/HA复合材料表面已有骨形网状组织生成,而PMMA表面则没有,这证明HA确实能够提高骨水泥对骨的诱导作用。
在吴其胜8的研究中发现,当HA的掺入量超过10%时,由于无机相破坏了材料的整体性,使骨水泥的拉伸强度、冲击韧性等各项力学性能指标都开始下降。
WeamF.Mousa等9将硅烷化的磷灰石-灰硅石玻璃陶瓷(AW-GC)粉体与高分子量PMMA粉体混合作为固相(前者占总70%),以MMA为液相制备生物活性骨水泥。
部分试样中加入少量过氧化苯甲酰(BPO)和N,N-二甲基对甲苯胺,其成面团时间不超过4min,固化时间小于12min。
弯曲强度90MPa116MPa,压缩强度高达125MPa,拉伸强度35MPa40MPa,杨氏模量约为918GPa。
在鼠胫骨缺损试验中,8周后骨水泥与骨之间形成骨连接,表现出良好的骨引导性。
在PMMA中加入生物活性玻璃陶瓷可减少单体的数量,从而可减少聚合时放出的热量,减少聚合引起的收缩,增强骨水泥的力学性能,并有较高的通过磷灰石层与骨直接结合的能力。
GotoK等10研究了纳米TiO2颗粒对PMMA基骨水泥的改性情况,用4种样品来检测其性能:
普通PMMA,含50wt%TiO2的PMMA(T50C),含50wt%用硅烷处理过的TiO2的PMMA(ST50C),含60wt%用硅烷处理过的TiO2的PMMA(ST50C)。
他们将这4种样品分别植入鼠的胫骨中,6星期后和12星期后取出观察,发现ST50C和ST60C试样与骨直接长在了一起,而T50C和PMMA却没有。
ST60C的骨诱导性明显要比其他3种试样好,而其抗压强度与PMMA相当。
SangHoonRhee等11用溶胶/凝胶法制备出生物活性好的PMMA/纳米SiO2复合骨修复材料。
体外研究结果显示,复合材料在36.5生物模拟液(SBF)中浸泡1星期后表面即产生结晶碳酸羟磷灰石,X射线衍射分析结果显示其产生机理与玻璃陶瓷表面产生结晶碳酸羟磷灰石是一致的。
TimmieTL等12用钛纤维改性PMMA骨水泥,结果发现,钛纤维的加入使材料的冲击韧性由1.25MPa/cm2提高到2.25MPa/cm2,提高了80%,材料的可塑性并没有因为纤维的加入而变差。
目前用于颅骨缺损修复材料大致可分为:
金属类、陶瓷类、高分子类、自体或异体骨等。
单独应用上述材料,均存在一定的不足,临床应用受到限制。
金属材料导热系数高,使用金属材料,患者头部对外界温差反应变得非常敏感,长期温差变化将损伤患者脑组织。
生物活性磷酸钙陶瓷虽然具有骨传导作用,但存在材料可塑性差,材料和骨结合的稳定性较差。
可降解聚合物虽有降解活性,但代谢产物易引发炎症。
高分子材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PM-MA)、聚碳酸酯和硅橡胶等,其中PMMA为国内外大量采用。
这是因为它与机体的相容性尚可、比重轻、强度较高和加工成型方便13。
近年来随着社会老龄人群的增加,骨质疏松性82口腔材料器械2010年第19卷第2期椎体压缩性骨折患者逐渐增多,据不完全统计,美国每年新增70万病例,其中1/3变为慢性疼痛。
有人预言到2050年全世界骨质疏松性骨折的发生率将上升3倍,而50%将发生在亚洲。
骨质疏松性骨折是老年人最常见的脊柱疾患之一。
因骨质随年龄的增加而变脆,即使轻度创伤甚至无创伤也可引发骨折。
按照创伤机理可将骨质疏松性骨折分为前屈性压缩型及轴向压缩型两类。
前者尽管伴有脊柱后凸的增加,但通常可自行愈合且愈后良好,而后者则可因骨折碎片突入椎管而造成脊髓受压。
急性骨折及骨折不愈合可引起疼痛,多节段骨折可导致进行性畸形及身高短缩,而骨折碎片压迫脊髓可造成下肢瘫痪。
为了治疗此类骨质疏松性骨折,90年代临床上出现了一种经皮椎体成型技术。
该疗法针对骨质强度减弱这一导致骨折的最根本原因,通过微创性手术,在影像设备导视下将注射针经椎弓根插入椎体,向椎体内注入骨水泥而对椎体本身进行加固。
整个手术过程可在局麻及镇静药下进行。
到目前为止的效果令人鼓舞,那些通常因疼痛而需卧床数周的患者基本上可在手术次日下床活动,疼痛缓解。
经皮椎体成形术自1987年由法国医师Galibert首创以来,已在全世界范围得到推广,应用病例数已超过几百万。
作为经皮椎体成形术的注射充填材料主要还是采用了传统的PMMA骨水泥,因其有很好的生物力学特性,能迅速的稳定病变椎体、缓解症状。
临床报告显示骨水泥被作为微创手术广泛运用于椎体压缩性骨折后,70%80%椎体成形患者疼痛缓解。
虽然在强化椎体时临床运用最多是PM-MA,但临床医生也注意到其存在主要缺陷是骨相容性欠佳,不能和骨表面有较强的结合,以及聚合温度较高;
有试验证明在PMMA中添加具有活性成分的羟磷灰石可以明显改善生物活性。
在椎体成形的生物力学研究多集中在胸腰椎的单个椎体或单个脊柱单元的测试,试验证明成形后明显增强椎体的最大压缩力或强度和刚度14。
传统的PMMA骨水泥虽然已在骨科临床中应用了有近50年,但其由于游离单体存在较强的毒性以及在固化时形成过高的热积聚温度易造成周围组织及脊髓损伤,并且由于PMMA不能降解,刚度太高,会出现很多的并发症以及邻近椎体的继发性骨折等。
因此使PMMA骨水泥在脊柱损伤中的应用受到限制。
目前有许多研究者都在努力寻找替代品来弥补或改善PMMA骨水泥的不足和提高修复材料的生物相容性。
包括在PMMA的基质中加入一些人体骨粒或具有活性成分的羟磷灰石类物质,以及开发生物活性骨水泥等一类研究1517。
4Bis-GMA基医用复合树脂医用复合树脂是一类颗粒增强型聚合物复合材料,主要成分为有机树脂基质和无机填料以及引发体系。
双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯(Bis-GMA)是使用较多的基质,Bis-GMA是Bowen于1962年用双酚A和GMA原料合成的。
其优势在于有相对低的聚合收缩率,固化速度快,挥发性低以及较好的机械性能。
但是Bis-GMA也具有高黏度、水易感性、较低的双键转化率、易脆断裂和易磨损等缺点,从而促使对Bis-GMA类似物和替代物的合成研究18。
近40多年来,对Bis-GMA复合树脂的研究和应用已取得了飞速进展,现在已成为口腔科牙体缺损修复治疗必不可少的一大类重要材料,在临床得到了大量的应用。
国际标准化组织ISO为准确反映这一类材料,将其命名为树脂基修复材料(resin-basedre-storativematerials),并将其分为2型:
型:
用于涉及到牙齿面修复的材料。
用于除面以外牙齿其他部位修复的材料。
每型又分为3类:
类:
化学固化材料即自凝固化材料。
通过外部能源(如蓝光、热)使其固化的材料。
又分为:
直接修复用,在口腔内完成固化,包括传统的复合树脂和聚酸改性复合树脂两种材料。
间接修复用,在口腔外完成固化,最后黏固到牙齿上,主要用于制作嵌体、冠、桥等修复。
为双重固化(dualcuring)材料,既可以自凝固化,又可通过外部能源固化,为桩核用材料19。
无机填料是复合树脂中的重要组成,其主要作用是赋予材料良好的物理机械性能,减少树脂的聚合收缩、降低热膨胀系数,有些填料还具有X射线阻射和提高生物相容性的作用。
无机填料的种类、所占的体积分数、粒度大小和分布、X射线阻射性以及硬度等因素对复合树脂的物理力学性能和临床应用有重要影响。
无机填料通常使用SiO2、Al2O3、羟磷灰石、氧化锆、陶瓷粉和玻璃粉以及纳米金刚石等,其加入的主要作用是提高树脂的机械性能,如强度、模量、韧性、硬度、耐磨性和生物相容性等2024。
83口腔材料器械2010年第19卷第2期以Bis-GMA树脂为基的复合树脂已是当今国际流行并通用的牙体缺损修复材料,为各国口腔科医生广泛接受和使用。
目前在我国销售和应用的几种牙齿修复树脂材料均以Bis-GMA树脂为基质材料,如德国DMG公司生产的LUxaCore-Dual光固化复合树脂,无机填料为钡、焦棓酸盐和氧化硅;
美国BISCO公司生产的ChoiceTM双固化树脂水门汀,无机填料为无定形二氧化硅、玻璃粉,光固化复合树脂(商品名:
FiltekSupremeXTUniversalRestorative)无机填料为氧化锆、二氧化硅;
贺利氏古莎齿科有限公司生产的CHARISMA(卡瑞斯玛)复合树脂,无机填料为钡铝玻璃和二氧化硅;
列支敦士登义获嘉-伟瓦登特公司生产的复合树脂,无机填料为填料为玻璃钡、三氟化镱;
德国DENTSPLYDeTreyGmbH生产的复合树脂,无机填料为铝硼硅酸钡、铝硼硅酸氟钡和高分散二氧化硅;
日本德山曹达牙科公司生产的牙科复合树脂填充材料,无机填料为二氧化硅和氧化锆;
日本松风公司生产的光固化复合树脂充填材料,无机填料为氟化铝硼硅酸玻璃和三氧化二铝;
日本可乐丽医疗器材公司生产的复合树脂填,无机填料为石英粉和二氧化硅类微填料。
这些Bis-GMA类复合树脂材料均在临床有多年的应用历史,作为三类医疗器械牙体缺损修复材料被证明安全和有效。
5Bis-GMA基骨水泥Bis-GMA基复合材料除了在口腔科被大量用作补牙材料之外,经过改性研究和添加进磷灰石类无机生物活性填料后作为骨缺损充填、修复材料也得到广泛应用25-27。
卢建熙等将Bis-GMA基复合骨水泥材料(由硅铝陶瓷粉40.60wt%、聚合体颗粒23.67wt%、Bis-GMA基质35.73wt%组成)植入家兔股骨和胫骨髁的骨缺损中,24w后等组织学观察表明,复合材料呈现生物惰性反应,不产生明显的生物降解28。
TYamamuro等29将CaO-SiO2-P2O5-MgO-CaF2(AW玻璃陶瓷)粉体和Bis-GMA共混,制备成面团状和可注射两种类型生物活性骨水泥该水泥能在10min内固化成型,反应温度远低于PMMA骨水泥。
与PMMA相比压缩、弯曲和拉伸强度较高。
动物实验显示它有优良的生物活性,与骨之间可直接结合,其周围在1个月左右就有骨小梁生成。
该骨水泥现已用于老年人股骨和踝骨缺损修复。
香港大学骨科实验中心自1997年起经过多年研究,制成了一种含锶羟磷灰石与Bis-GMA树脂组合的活性骨水泥30,31。
研究显示,这种新型生物骨水泥有利于细胞生长。
通过对26个新鲜猪的脊柱标本的加载试验,当断裂后,脊柱的硬度明显下降(为完整脊柱的47.5%)。
注射骨水泥后脊柱的即刻硬度恢复至完整脊柱的107.8%。
经过3000和20000个疲劳负荷周期后,由骨水泥修复的脊柱其硬度分别为完整脊柱的93.5%和94.4%(P0.05)。
平均断裂强度在注射骨水泥并经过疲劳负荷周期后,分别为5056N(经3000个疲劳周期)和5301N(经20000个疲劳周期)。
放射学和断层摄影的观察结果表明,骨水泥和骨的结合以及对于缺损的充填均良好。
加入锶的骨水泥较传统骨水泥,不但容易与骨骼接合,更有促进新骨形成之效;
锶本身是治疗骨质疏松的药物,有止痛作用,同时可刺激成骨细胞加快生长,促进骨细胞多生成70%。
该新材料已成功地试用于临床,如中山大学附属第二医院骨科临床使用此骨水泥对23例(36个椎体)患者行经皮椎体成形术,其中骨质疏松性椎体压缩骨折18例,脊椎血管瘤3例,多发性骨髓瘤2例。
术后X线片显示含锶磷灰石骨水泥应用于经皮椎体成形术有较好的临床疗效和安全性32,33。
刘义荣等34,35将羟磷灰石颗粒同改性的Bis-GMA树脂(简称EAM树脂)、引发剂、促进剂等按一定比例混合(粉剂:
羟磷灰石陶瓷颗粒50wt%,甲基丙烯酸甲酯聚合体50wt%,BPO(过氧化二苯甲酰)引发剂1.2wt%。
液剂:
改性Bis-GMA树脂80wt%,甲基丙烯酸甲酯20wt%,N,N-2-甲基对甲苯胺促进剂1.09wt%),制备出在室温下可塑形、可固化的EH复合型人工骨。
经一系列理化性能和生物学性能测定,结果表明,EAM/HA比例为3/2时抗压强度可达125.85MPa,接近骨皮质的抗压强度,其抗拉强度达24.52MPa,抗弯强度可达44.87MPa,远高于骨松质,从而说明EAM/HA树脂复合材料具有很好的机械强度。
生物学性能检测结果也显示EAM/HA树脂复合材料符合骨种植材料的使用要求。
由于EAM/HA树脂复合材料能在一定时间内塑形,因此可满足临床上各种复杂形状的骨缺损修复治疗的要求。
此产品可在医生手术时于手术台上将粉剂、液剂按比例调和后,直接填入骨缺损部位,待其固化后即可形成所需修复的骨缺损部位的形状。
所以说此产品既保持了羟磷灰石优良的生物相容性,又能按要求塑制成各种复杂的形状,使用方便,克服了羟磷灰石难以成型的缺陷。
并且还可在84口腔材料器械2010年第19卷第2期手术前按术者的要求事先制成各种所需形状的定制体,再于手术时植入骨缺损部位,从而扩大了羟磷灰石的临床应用范围,有很大的临床应用前景。
徐耀增36-39和孙春明40-42也分别对EAM/HA树脂复合材料在骨科和脑外科应用的可能性开展了卓有成效的临床应用基础研究,证明是一种较为理想的骨置换种植材料。
穆雄铮等43,44应用此材料成功治疗外伤性眼眶及眶周复杂畸形,手术后观察36个月,该材料无感染和排异反应,修复外形精致。
范先群等45,46应用于眼眶骨折修复眼球内陷复位取得满意疗效。
徐耀增等47,48在1994年起应用EAM/HA树脂复合材料定制的颈椎融合器治疗脊髓型颈椎病,从而避免了取病人自体髂骨的伤害,减少了感染的危险性。
经二年的随访效果良好。
手术结果显示,它能有效地恢复和维持椎间隙的高度,改善颈椎生理弧度。
此外EAM/HA树脂复合材料还可以用于治疗胫骨平台骨折49、颅颌面部各类骨缺损及畸形的整复50。
特别是近年来随着计算机辅助设计(ComputerAidedDesign,CAD)、计算机辅助制造(ComputerAidedManufacture,CAM)技术的普及和快速成型技术(RapidPrototyping,RP)的发展,使得在脑颅骨创伤方面的应用如颅骨板的计算机三维重建和个性化设计制造成为可能,并且结合生物活性人工骨EAM/HA材料的应用,从而能为复制出与患者颅骨缺损部位几何形态高度吻合、具有良好骨融合性的颅骨定制体提供了强有力的技术保障。
另方面也可给医生的临床操作使用带来极大的方便,有效缩短临床手术实施过程,同时也可以大大提高临床治疗效果和修复美学效果5162。
6展望丙烯酸酯类有机骨水泥作为人体硬组织的置换、修复材料,国内外虽然已开发出了很多的品种,但或多或少都存在一些问题和缺陷。
例如有的力学强度不足,只能用于修复一些非承重部位的骨缺损;
有的产品聚合热过高及单体释放,易损伤周围的活组织细胞,引起骨组织坏死,对人体造成伤害;
有的生物活性较差,难以与骨组织形成骨性结合,长期使用会造成松动、失效等,因此有必要从多方面角度考虑来提高材料性能。
这其中除了对树脂基质的化学改性之外,还可考虑通过与纤维(如碳纤维、纳米管、钛酸钾晶须等)复合的途径改善材料的机械强度和断裂韧性,扩大产品的应用范围和延长使用寿命。
在提高生物学活性方面,可考虑采用更胜一筹的锶磷灰石来替代羟磷灰石作为粉剂主要原料,因为掺锶羟磷灰石材料在组织相容性、骨诱导性和骨融合能力方面具有更优良的特性63,64。
参考文献1徐长明,吴海山.与骨水泥相关的死亡.国外医学.骨科分册,2003,24
(2):
109111.2王雨,王爱民.与骨水泥相关的肺栓塞.中国矫形外科杂志,2005,13(8):
615616.3SadaoMorita,KohtaroFuruya.Performanceofadhesivebonece-mentcontaininghydroxyapatiteparticles.Biomaterials,1998,19:
16011606.4PascualB,GurruchagaM,GoniI,etal.Mechanicalpropertiesofamodifieda
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