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编号:10282227
几种珊瑚植入大鼠颅骨缺损的比较研究
http://www.100md.com 《军医进修学院学报》 2000年第4期
     作者:林松杉 章禾 韩亮

    单位:海军总医院口腔科,北京 100037

    关键词:珊瑚;植骨材料

    军医进修学院学报000415 [摘要] 目的:评价不同珊瑚的生物学性能。方法:将致密澄黄滨珊瑚、疏松澄黄演珊瑚、普哥滨珊瑚、鸡冠蔷薇珊瑚四种珊瑚分别植入大鼠标准颅骨缺损区,分别于 4 周、8 和 12 周时行大体观察、X线检查、及组织学检查。结果:珊瑚的生物性能与其形态结构密切相关,致密澄黄滨珊瑚具有吸收慢、生物相容性好的优点,明显优于其他几种珊瑚。结论:致密澄黄滨珊瑚有可能成为临床修复骨缺损的有效材料。

    中图号:R78 文献标识码:A

    文章编号:1005-1139(2000)04-0285-03
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    Compare of several coral as bone graft substitute implanting mice cranial defects

    LIN Song-shan, ZHANG He, HAN Liang

    (Department of stomatology, Navy General Hospital, Beijing 100037, China)

    [Abstract] Objective:This study was attempted to evaluate several coral biologic ability.Methods:Loose Porites lutea, compact Porites lutea, Porites pukonsis and Montipora sp. Cf. M implanted mice cranial critical size defects, The animals were sacrificed at 4,8,12 weeks respectively after operation and biologic ability was evaluated by histomorphometry, radiography and histology.Results:The degradate rate of compact Porites lutea was lower than other kinds of coral, and compact Porites lutea had good biocompatibility. Conclusion:compact Porites lutea will be a hopeful bone substitute to be used in repairing bone defect.
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    Key words:coral; bone graft substitute

    珊瑚作为植骨材料要求材料的加工成型性好,最好为块状,有一定的机械性能,孔隙均匀,目前国内外较常用于植骨材料研究的主要为滨珊瑚科中的角孔珊瑚属及滨珊瑚属[1]。根据以上标准,本研究选择了三种块状滨珊瑚(致密澄黄滨珊瑚、疏松澄黄滨珊瑚、普哥滨珊瑚)及鸡冠蔷薇珊瑚作为实验材料,关于材料的制备、处理、理化性能、机械性能的检测将另文报道,笔者重点介绍四种珊瑚植入大鼠颅骨后的吸收性和组织学反应,比较其生物学性能差异。

    1 材料和方法

    1.1 植入材料 疏松澄黄滨珊瑚(海南三亚),致密澄黄滨珊瑚(西沙永兴岛),普哥滨珊瑚(西沙永兴

    岛),鸡冠蔷薇珊瑚(西沙永兴岛)。将四种块状珊瑚分别分割为形状相同的盘状圆片(直径 8 mm,厚 1.5 mm)各 12 块,清洗、消毒。
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    1.2 动物实验 大鼠颅骨缺损骨移植实验取雄性 Sprague-Dawley大鼠 38 只随机分为 5 组,在颅顶造成直径 8 mm圆形全层骨缺损,植入圆盘状珊瑚。① A组(12 只)植入普哥滨珊瑚;②B组(12 只)植入疏松澄黄滨珊瑚;③C组(12 只)植入鸡冠蔷薇珊瑚;④D组(12 只)植入致密澄黄滨珊瑚;E组为空白对照,不植入任何材料,术后不作固定,骨膜不缝合,严密缝合皮肤。于术后 4 周、8 周、12 周处死 A、B、C、D 组各 4 只,E组 12 周处死。

    1.3 观察指标 观察动物术后情况,植入植物入后的反应;于各期取材时观察植入物的形状、颜色、吸收程度、宿主骨界面情况和周围软组织情况;由专人同一条件下拍摄 X 线片观察植入物阻射密度及吸收情况;标本脱钙,组织切片,HE 染色,光镜组织学观察。

    2 结 果

    2.1 动物术后反应 大鼠无一例死亡,术后饮食、起居正常,C组大鼠材料植入后 1 周有两只局部伤口感染、裂开,材料暴露,其余各组大鼠伤口无感染,材料无脱出。
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    2.2 标本大体观察 材料植入 4 周时 A 组、C 组材料已无整块形状,材料均匀吸收,分解成小颗粒状,中间长入纤维结缔组织,骨缺损区周边,材料与宿主骨之间纤维组织长入,无明显骨形成。B 组、D 组材料表面可见植入材料仍为整块状,颜色变黄,吸收不明显,与宿主骨结合紧密处部分区域连接紧密,说明有骨组织形成,部分区域结合不紧密,有纤维组织长入。8 周时 A 组材料已近全部吸收,仅留下少许白色小颗粒,骨缺损区中央由纤维结缔组织长入;B 组材料无整块形状,材料均匀吸收,分解成小颗粒状,中间及与宿主骨结合处长入纤维结缔组织;C 组材料也已近全部吸收,白色小颗粒多于 B 组材料;D 组材料仍可见大块状形状,表面有吸收,边界与宿主骨结合不紧密处有纤维组织长入,材料有吸收,与骨结合紧密的部位也有骨组织连接。12 周时A 组、B 组、C 组材料均全部吸收,B 组骨缺损区边界有明显新生骨,缺损面积变小,A 组、C 组缺损区面积无明显变小;D 组材料也有明显吸收,仅剩颗粒状材料,颗粒中间软组织充填,边界有明显新生骨组织形成,缺损区面积明显变小;空白对照组缺损区被软组织充填,面积无明显变小。
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    2.3 X 线观察 4 周时植入 A 组、C 组材料标本 X 线显示植入材料已部分吸收,阻射区不均匀,部分区域为 X 线透射区;B 组、D 组 X 线示:材料阻射区为均匀的块状。8 周时 A 组、C 组 X 线示缺损区为透射区域;B 组、D 组缺损区阻射影不均匀,有部分透射影,D 组阻射影面积、灰度均大于 B 组。12 周 A 组、B 组、C 组缺损区均为透射影,无明显阻射颗粒,D 组 X 线片可见缺损区中有散在阻射影;空白对照组 12 周时 X 线片显示骨缺损区为完全透射影,缺损不能自行修复。

    2.4 组织学观察 4 周时各组材料均可见有大量成纤维细胞、纤维母细胞、纤维组织和少量血管长入材料孔隙内,但其中 A 组、C 组材料的大孔隙内有炎细胞浸润及少量巨噬细胞,材料的孔隙结构不清,材料与宿主骨之间由于纤维组织长入,无明显骨形成;B 组、D 组在材料的边缘,与宿主骨结合处有少量骨形成,但不均匀,有的区域材料内有骨生长的,长入的骨组织与材料之间无纤维组织间隔,但有的区域长入纤维组织,无明显骨形成,材料周围和孔隙内均未见明显炎细胞。8 周,A 组、C 组植入材料区域基本被纤维结缔组织所取代,未见骨细胞、软骨细胞、B 组、D 组材料周围出现巨噬细胞,材料分解吸收,吸收的部分由纤维结缔组织取代,宿主骨与材料结合处,部分区域骨从周边向中心部位生长,成骨有明显的梯度,靠近骨界面区成骨明显,材料中心吸收区域被纤维组织取代,无骨组织生长,镜下观察 D 组材料吸收量小于 C 组材料吸收量,因此成骨量稍多,部分区域材料与骨之间有软组织长入,无骨生长。12 周,A 组、C 组、空白对照组骨缺损区边缘有少量成团簇状的骨细胞和类骨质局限在缺陷区边缘,中央形成纤维结缔组织膜,血管不多,无成骨;B 组、D 组骨缺损区边缘有少量新骨形成,中央也形成纤维结缔组织膜,D 组在骨缺损区仍有未吸收完的材料遗留。
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    3 讨 论

    3.1 关于动物实验模型 本实验的骨缺损动物模型是参照基准大小缺损(critical size defect, CSD)设计的,Schmitz[2]综述了头颅、颌面部骨不连实验模型的基准大小缺损,认为大鼠颅骨的 CSD 为 8 mm,在颅骨造成这样大的缺损,动物自身无法修复,只有这样,观察植骨材料的修复能力才是可靠的。本实验采用这一模型,在大鼠颅骨造成 8 mm的全层缺损,空白对照组显示 12 周时,缺损不能自行修复,从而为评价材料的骨修复能力排除了干扰。颅骨作为颌面部骨修复材料的实验部位是最为常用和有效的选择,具有以下优点[2]:①从形态学和胚胎发生上,颅骨与颌骨均为单一的膜性骨(下颌骨、蝶骨大翼除外),从解剖学上,颅骨由两层皮质骨内夹松质骨构成,与下颌骨相似,从生理的角度,颅骨的皮质骨与萎缩的下颌骨相似。②颅骨与其它部位骨相比,血供差、骨髓少、骨再生能力弱,相对小的缺损不能自行愈合。③相对于下颌骨模型,颅骨作为评价植骨材料的实验部位还有其特殊的优点:手术操作简便,便于掌握尺寸,重复性、可比性好,植入材料后无需固定,植入物受外力的影响小,术后一般不影响动物的进食。所以颅骨缺损模型是评价生物植骨材料的良好方法。
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    3.2 关于珊瑚植骨材料 理想的骨移植替代材料应该是可以降解的,材料植入后缓慢溶解,逐渐被宿主骨所取代。苗林等对我国海南滨珊瑚(疏松)的生物学性能进行的全面检测表明:珊瑚具有良好的细胞相容性,溶血程度符合要求,无全身毒性作用,并用这种珊瑚修复兔颅骨 15 mm圆形缺损,12 周后植入物被完全降解,珊瑚的降解主要是细胞介导的吞噬作用所致。影响珊瑚在体内吸收的因素很多,其中与珊瑚本身有关的因素有:孔隙率、表面积、结晶度和微晶大小,与受体有关的因素有:动物种类,植入物的位置和植入物的应力负荷情况[3]

    珊瑚作为骨移植材料已有近 30 年的历史,珊瑚的种类多达两百余种,不同属种的珊瑚形态、结构不一。目前国内外较常用于植骨材料研究的主要为滨珊瑚科中的角孔珊瑚属及滨珊瑚属[1]。而滨珊瑚属又有 6 个不同的种,不仅各种之间存在形态结构差异,而且即使同种珊瑚由于所处海域的位置不同、生长时间的长短不同、珊瑚杯的大小不同等因素而其物理形状和机械性能有明显差异,因此合理选择一种适合植骨材料的珊瑚十分重要,基于这一目的我们进行了这项研究,在十几种珊瑚中筛选了致密澄黄滨珊瑚、疏松澄黄滨珊瑚、普哥滨珊瑚、鸡冠蔷薇珊瑚四种珊瑚,进行生物学性能比较实验,结果表明:材料的吸收性与骨引导性密切相关,由于材料的吸收被纤维组织取代,骨组织就无法长入:致密澄黄滨珊瑚由于孔隙小,密度大,吸收慢,骨引导作用好,而相对密度较小的同一种属的疏松澄黄滨珊瑚吸收较快,而普哥滨珊瑚、鸡冠蔷薇珊瑚由于孔隙更大而吸收更快,骨引导作用差。另外,珊瑚孔隙过大还增加感染的机会,本实验鸡冠蔷薇珊瑚孔隙最大,植入缺损区后一周有两只动物感染排出。从以上结果我们可以看出:各种珊瑚的生物学性能不同,其生物学性能与形态结构密切相关,形态结构影响其吸收性、生物相容性、骨引导特性,从而影响材料植入后的骨生成。因此合理选择具有良好形态结构,在珊瑚的应用上应制定统一的标准,合理采集、合理应用,选择形态结构符合要求的材料是极为重要的,这一选择与珊瑚的种属,采集的地点相关,采集后还要进行测定、筛选,才能找到合乎标准的珊瑚植骨材料。
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    合适的珊瑚可以具有良好的生物相容性,但仅具有骨引导作用,目前珊瑚应用于植骨材料研究主要解决材料的机械性能、吸收性能、以及骨形成的问题,各种研究主要是减慢珊瑚的吸收(如与胶原、聚乳酸等材料复合)以及加快骨形成(与BMP复合、骨细胞、软骨细胞培养组织工程等)。在珊瑚这类的选择方面,我们认为:致密澄黄滨珊瑚材料本身就具有明显优于其它珊瑚的机械性能,吸收较慢,材料孔隙均匀,加工性能好,不易碎。因此致密澄黄滨珊瑚有可能成为临床修复骨缺损的有效材料。

    基金项目:“九五”海军科研基金项目(97-3318)

    作者简介:林松杉(1962-),男,吉林省四平市人,1985 年第四军医大学口腔系毕业,1992 年军医进修学院博士毕业,海军总医院口腔科副主任医师、科室主任;发表论文15篇。电话:(010)66958281

    [参考文献]

, http://www.100md.com     [1]Souyris F, Pellequer C, Payrot C, et al. Coral, a new biomedical material: experimental and frist clinical investigation on Madreporaeia[J]. J Maxfac Surg, 1985,13:64-69.

    [2]Schmiz JP, Hollinger JD. The critical size defect as an experimental model for craniomandibulofacial nonunion[J]. Clin Orthop, 1986,205:299-309.

    [3]苗林,刘宝林块状珊瑚兔颅骨骨膜下种植[J] 中华口腔医学杂志,1997,32:221233.

    收稿日期:2000-04-20; 修回日期:2000-05-10, 百拇医药