不同灭菌法对深冻及冻干人骨拉力螺钉生物力学性能的影响
作者：石瑾 欧阳钧 傅群武 赵卫东 王兴海 原林
单位：广州，第一军医大学临床解剖学研究所 510515
关键词：灭菌；骨；骨螺丝；生物力学
中华骨科杂志000813
【摘要】目的测试不同灭菌法对深冻及冻干人骨拉力螺钉(lag-screwmadewithhumanbon e，LHB)的剪切和扭转生物力学性能的影响。方法取青壮年新鲜尸体标本的股骨干，经深冻 后制成48枚直径为5mm的LHB，随机等分成6组(A～F)。分别作如下处理:A组:单纯深冻；B组: 深冻+环氧乙烷(ethyleneoxide,EO)熏蒸；C组:深冻+60Co照射；D组:深冻+冻干；E组:深 冻+冻干+EO熏蒸；F组:深冻+冻干+60Co照射。在生物材料测试系统上分别对LHB的光杆 部及螺纹部行剪切强度测试，再行扭转强度测试。结果A～F组LHB光杆部及螺纹部的剪切强 度分别为1140、1099、897、1226、1112、891及386、491、309、484、414、336N，螺纹部C 组与B、D组，光杆部C、F组与A、B、D、E组间的差异有显著性意义(P<0.05)；A～F组的最大 扭矩分别为1.11、1.21、1.13、1.29、1.00、1.04Nm，各组间的差异无显著性意义(P>0.05) 。结论中小剂量60Co照射使深冻及冻干的LHB的剪切强度明显下降，而对扭转强度影响较小 ；其余处理方法对LHB生物力学性能影响不大。
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Effect of sterilization on the biomechanical character of deep- frozen and deep- frozen dehydrated lag- screw made with human bone
SHI Jin OUYANG Jun FU Qunwu et al
(Institute of Clinical Anatomy, The First Military Medical University,Guangzhou 510515, China)
【 Abstract】 Objective To study the effect of sterilization on the character of shear and torsion of deep- frozen and deep- frozen dehydrated lag- screw made with human bone(LHB). Methods After deep- frozen, specimens from diaphysis of femurs from fresh adult cadavers were procured and made into 48 LHBs with diameters of 5 mm. The LHBs were divided into 6 groups randomly, and were treated as follows: group A: deep- frozen only, group B: sterilized by ethylene oxide(EO), group C: radiated by 60Co, group D: deep- frozen dehydrated, group E: deep- frozen dehydrated+sterilized by EO, group F: deep- frozen dehydrated+ radiated by 60Co. Then, the LHBs were tested on MTS to determine the shear strength in the part with thread and the part without, following the torsion strength test. Results The shear strength in the part without thread and the part with thread in group A- F was 1 140, 1 099, 897, 1 226, 1 112, 891 and 386, 491, 309, 484, 414, 336 N respectively. There were significant differences both between group C and B, D at the parts with
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thread (P< 0.05), and between group C, and A, B, D, E at the parts without thread (P< 0.05). The maximum torsion moments of force among group A- F were 1.11, 1.21, 1.13, 1.29, 1.00, 1.04 Nm respectively. There were no statistic differences between the different groups. Conclusion Moderate and small dose of 60Co radiation decreased the shear strength of deep- frozen and deep- frozen dehydrated LHB significantly, while there was little effect on the maximum torsion moment of force. The other methods of sterilization had no evident influence on the biomechanical character of LHB.
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【 Key words】 Sterilization; Bones; Bone screws; Biomechanics
对同种异体骨的灭菌，目前通常采用环氧乙烷(ethyleneoxide,EO)气体熏蒸或γ射线照射[1]。自1996年，我所自行研制开发的人骨拉力螺钉(lag-screwmadewithhumanbone,LHB)应用于临床，取得了较好的临床疗效[2]。我们曾对不同直径及部位的深冻LHB的生物力学性能作了测试[3]。为了解常规剂量的EO及γ射线对深冻及冻干LHB生物力学性能的影响，我们对相同直径LHB的不同部位进行了剪切及扭转强度测试。
材料与方法
一、LHB材料的制备
截取青壮年尸体标本的股骨中段15根，剔除软组织后，置于深低温冰箱(-80℃)深冻半年以上。加工前自行解冻，流水冲洗骨髓腔。将骨干加工成直径为5mm，光杆部及螺纹部长分别为20～25mm，螺芯为3mm，螺纹间距为2mm的LHB。
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二、方法
取48枚经深冻处理的、直径为5mm的LHB，随机均分成6组。处理及分组如下:单纯深冻(A组)、深冻+EO熏蒸(B组)、深冻+60Coγ射线照射(C组)、深冻+冻干(D组)、深冻+冻干+EO熏蒸(E组)、深冻+冻干+60Coγ射线照射(F组)。EO浓度为1000mg/L，温度20℃～30℃，作用时间12h。60Coγ射线辐照剂量率(Pf)为0.112Mrad/h，辐照时间为17h，辐照剂量1.9Mrad。将深冻LHB置于冷冻干燥机中，在无人为干预的前提下升华脱水144h。
(一)测量光杆部直径:实验前，在每枚LHB的光杆部任选一点，用千分尺测量其直径三次，取平均值。D～F组在冻干后再测量同一处的直径三次，取平均值。比较冻干对LHB直径的影响。
(二)剪切试验:在MTS858双轴液压生物材料测试系统(美国MTS公司)上对试件的光杆部及螺纹部分别行剪切强度测试，加载速率为5mm/min。
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(三)扭转试验:聚甲基丙烯酸甲酯包埋LHB(注意光杆部及螺纹部各保留5mm)，再将试件置于MTS试验机上进行扭转强度测试，加载速率为5°/min。
(四)统计学分析:将测得的数据作配对t检验或作单向分类方差分析，再将均数两两比较(Student-Newman-Keuls法)，观察各处理组间的差异有无统计学意义。
结果
一、冻干处理对LHB直径的影响
LHB的光杆部在冻干前后的直径分别为(5.00±0.07)mm、(4.91±0.08)mm，冻干后收缩率为1.83%，冻干前后试件直径间的差异有显著性意义(P<0.05)。
二、剪切试验结果
各组LHB光杆部和螺纹部的剪切强度如表1所示，光杆部深冻+60Coγ射线照射(C)组及深冻+冻干+60Coγ射线照射(F)组与非γ射线照射组间剪切强度的差异有显著性意义(P<0.05)。螺纹部深冻+60Coγ射线照射(C)组的剪切强度与深冻+冻干(D)及深冻+环氧乙烷熏蒸(B)组间的差异有显著性意义(P<0.05)。其余各组间剪切强度的差异均无显著性意义(P>0.05)。深冻或冻干后行不同方法处理对试件剪切强度的影响(变化率)见表2，3。由表2，3的结果可以看出，有些数据间虽然没有统计学意义，但从变化率的角度来分析，有的变化却高达20%～30%，且多数呈下降趋势。
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表1不同灭菌处理后LHB不同部位剪切强度(
±s,N)
分组 样本数 光杆部 螺纹部 A 8 1140±53 386±83 B 8 1099±64 491±96 C 8 897±69 309±92 D 8 1226±160 484±136 E 8 1112±106 414±98 F 8 891±134 336±160 表2深冻后行不同处理方法对LHB剪切强度影响
处理方法 样本数 光杆部 螺纹部 剪切强度(N) 变化率(%) 剪切强度(N) 变化率(%) 深冻 8 1140 0 386 0 深冻+冻干 8 1226 +7.5 484 +25.4 深冻+EO 8 1099 -3.6 491 +27.2 深冻+γ射线 8 897* -21.3 309 -19.9 深冻+冻干+EO 8 1112 -2.5 414 +7.3 深冻+冻干+γ射线 8 891* -21.8 336 -13.0
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注:以单纯深冻(A组)为基准，+增加,-下降；*P<0.05
表3冻干后行不同处理方法对LHB剪切强度的影响
处理方法 样本数 光杆部 螺纹部 剪切强度(N) 变化率(%) 剪切强度(N) 变化率(%) 深冻+冻干 8 1226 0 484 0 深冻+冻干+EO 8 1112 -9.3 414 -14.5 深冻+冻干+γ射线 8 891* -27.3 336 -30.6
注:以深冻+冻干为基准，+增加,-下降；*P
三、扭转试验结果
A～F组LHB扭矩分别为1.11±0.14、1.21±0.18、1.13±0.21、1.29±0.28、1.00±0.22、1.04±0.20Nm，各组间的差异均无显著性意义(P>0.05)。深冻或冻干后行不同处理方法对试件扭矩的影响(变化率)见表4，5。由表4，5的结果可以看出，深冻后行单一因素的处理时，试件的扭矩略有上升，尤以冻干为甚，达16%。冻干后行EO熏蒸及γ射线辐照等处理与单纯深冻组相比较，其扭矩略有下降(-10%～-5%)；但与单纯冻干组相比较，其扭矩下降幅度较大(20%左右)。
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表4深冻后行不同处理方法对LHB扭转强度的影响
处理方法 样本数 扭矩(±s,Nm) 变化率(%) 深冻 8 1.11±0.14 0 深冻+冻干 8 1.29±0.28 +16.2 深冻+EO 8 1.21±0.18 +9.0 深冻+γ射线 8 1.13±0.21 +1.8 深冻+冻干+EO 8 1.00±0.22 -9.9 深冻+冻干+γ射线 8 1.04±0.20 -6.3
注:以深冻为基准，+增加，-下降
表5冻干后行不同处理方法对LHB扭转强度的影响
处理方法 样本数 扭矩(Nm) 变化率(%) 深冻+冻干 8 1.29 0 深冻+冻干+EO 8 1.00 -22.5 深冻+冻干+γ射线 8 1.04 -19.4
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注:以深冻+冻干为基准，-下降
讨论
一、深冻后LHB直径的变化
本实验所用的LHB深冻后的直径均为5mm，但经冻干、γ射线辐射及EO熏蒸后，其直径有所变化，其中冻干对直径影响最大，收缩率为1.83%，这可能对实验结果产生一定的影响。
二、EO及γ射线灭菌的优点及其剂量的选定
EO及γ射线均有较强的穿透能力，能对骨制品深部进行灭菌，可二次灭菌[1,4,5]。γ射线对细菌、霉菌及病毒(包括AIDS和肝炎病毒等)均有杀灭作用[4,5]；EO对细菌繁殖体、芽胞和真菌均有强大的杀灭作用，对多种病毒(包括AIDS及肝炎病毒)亦有灭活作用[5]，且可穿透塑料袋，故允许实行预包装[1,4]。另外，辐照还有助于降低组织的抗原性[1,4]。但是，较大剂量的γ射线不仅严重降低骨的诱导能力，且因增高了骨胶原和聚糖胺的溶解度，骨基质纤维网遭到破坏，从而使骨的生物力学性能大受影响[6,7]。美国组织库协会(AATB)建议辐射灭菌剂量的下限为1.5Mrad，实际灭菌剂量应控制在1.5～2.5Mrad[8]。孙世荃等[9]认为1.5Mrad既能达到灭菌又不致于引起组织的损伤。本实验在处理LHB时，选取γ射线的辐射剂量约为1.9Mrad。Munting等[10]认为灭菌剂量的EO可使同种骨几乎完全失去骨诱导能力。胡蕴玉、桑宏勋等[5,11]认为中等剂量的EO(400～800mg/L，作用时间2～5h)既能完全灭菌，且对骨诱导活性影响较小，用于颗粒状骨移植物的灭菌效果良好。本实验在处理LHB时，选取EO的剂量为1000mg/L，作用时间为12h。
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三、中小剂量γ射线辐照对LHB机械性能的影响
孙磊等[6]认为3Mrad剂量以下的辐照对骨的力学特性影响较小，其扭转强度仅较正常对照组减少10%；而6Mrad的辐照可使骨扭转强度下降35%。Pelker和Anderson等[12,13]认为对骨的辐照强度大于3Mrad或辐照与冻干同时进行时，可导致骨的弯曲和扭转强度明显降低，极限强度亦减小，而弹性模量增加，总的影响是抗折强度减弱。Zhang等[8]认为2～2.5Mrad的辐照对骨的机械强度无影响，是安全的辐照灭菌剂量。但通过本实验却发现，即使采用中小剂量的辐照(1.9Mrad)都会使深冻及冻干LHB的剪切强度明显下降(约20%)，但对其扭转强度几乎无影响。辐照前是否行冻干处理对LHB的剪切及扭转强度几乎无影响。冻干后辐照，其剪切及扭转强度相对于单纯冻干组明显下降(分别约为30%和20%)。这提示我们，即使采用中小剂量辐照都会使深冻及冻干LHB的剪切强度明显下降，但对其扭转强度影响不大。冻干后辐照组相对于单纯冻干组，其剪切及扭转强度下降的幅度更大，这可能与冻干后其剪切及扭转强度上升有关。
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四、中等剂量的EO对LHB机械性能的影响
EO对骨制品的灭菌效果及对骨诱导活性的影响已有报道[10,11]，但其对骨制品机械性能影响的报道却较少。本实验发现，虽然EO处理对深冻及冻干LHB的剪切及扭转强度的影响差异无显著性意义，但对深冻LHB螺纹部的剪切强度影响却较大(上升约30%)，对扭转强度也有一定影响(上升约10%)，而对光杆部的剪切强度几乎无影响。其对冻干LHB光杆部和螺纹部的剪切强度均有一定的影响(分别下降约10%、15%)，对扭转强度的影响更为明显(下降约20%)。这提示我们，在临床上应用冻干后行EO灭菌的LHB时，应仔细操作，以防螺钉折断。
参考文献
1，孙世荃.同种骨移植物的制备与临床应用的新进展.中华外科杂志,1994,32:771-774.
2，何飞熊,张春,石瑾,等.骨钉和脱钙骨在骨创伤和骨缺损中的应用.中国临床解剖学杂志,1 997,16:174-175.
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3，石瑾,王兴海,欧阳钧,等.不同径人皮质骨拉力螺钉的生物力学性能究.医用生物力学 ,1999,14:79-81.
4，李元,张沪生,杨庆铭,等.骨库的建立及临床应用.中华骨科杂志,1995,15:573-574.
5，胡蕴玉.骨库的建立与管理.中华骨科杂志,1995,15:54-56.
6，孙磊,胡蕴玉,宁志杰.同种异体骨移植生物学.中国矫形外科杂志,1996,3:56-58.
7，Burchardt H.The biology of bone graft repair. Clin Orthop, 1983, (174) :28- 42.
8，Zhang Y, Homsi D, Gates K, et al. A comprehensive study of physical 9，9，10，9，parameters,biomechanical properties and statistical
, 百拇医药
10，correlations of iliac crest bone wedges used in spinal fusion surgery Ⅳ :effect of gamma irradiation on mechanical and material properties. Spine,1994, 19:304- 308.
9，孙世荃,刘赫臣,石占城,等.皮肤和骨移植物辐照生物效应的研究.辐射研究与辐射工艺学 报,1993,11:121-122.
10，Munting E ,Wilmart JF ,Wijne A ,et al. Effects of sterilization on osteoinduction:comparison of five methods in demineralized
rat bone.
, 百拇医药
11，Anderson MJ, Keyak JH, Skinner HB. Compressive mechanical properties of human cancellous bone after gamma irradiation. J Bone Joint Surg(Am), 1992, 74: 747- 752. Acta Orthop Scand, 1988, 59:34- 38.
12，桑宏勋,胡蕴玉,孙怡群，等.环氧乙烷和电离辐射对骨移植材料灭菌效果的对比分析.中华 杂志， 1996, 34: 457- 459.
13，Pelker RR, Friedlaender GE, Markham TC. Biomechanical properties of bone allografts. Clin Orthop, 1983, (174): 54- 57
(收稿日期:1999-08-03), 百拇医药
单位：广州，第一军医大学临床解剖学研究所 510515
关键词：灭菌；骨；骨螺丝；生物力学
中华骨科杂志000813
【摘要】目的测试不同灭菌法对深冻及冻干人骨拉力螺钉(lag-screwmadewithhumanbon e，LHB)的剪切和扭转生物力学性能的影响。方法取青壮年新鲜尸体标本的股骨干，经深冻 后制成48枚直径为5mm的LHB，随机等分成6组(A～F)。分别作如下处理:A组:单纯深冻；B组: 深冻+环氧乙烷(ethyleneoxide,EO)熏蒸；C组:深冻+60Co照射；D组:深冻+冻干；E组:深 冻+冻干+EO熏蒸；F组:深冻+冻干+60Co照射。在生物材料测试系统上分别对LHB的光杆 部及螺纹部行剪切强度测试，再行扭转强度测试。结果A～F组LHB光杆部及螺纹部的剪切强 度分别为1140、1099、897、1226、1112、891及386、491、309、484、414、336N，螺纹部C 组与B、D组，光杆部C、F组与A、B、D、E组间的差异有显著性意义(P<0.05)；A～F组的最大 扭矩分别为1.11、1.21、1.13、1.29、1.00、1.04Nm，各组间的差异无显著性意义(P>0.05) 。结论中小剂量60Co照射使深冻及冻干的LHB的剪切强度明显下降，而对扭转强度影响较小 ；其余处理方法对LHB生物力学性能影响不大。
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Effect of sterilization on the biomechanical character of deep- frozen and deep- frozen dehydrated lag- screw made with human bone
SHI Jin OUYANG Jun FU Qunwu et al
(Institute of Clinical Anatomy, The First Military Medical University,Guangzhou 510515, China)
【 Abstract】 Objective To study the effect of sterilization on the character of shear and torsion of deep- frozen and deep- frozen dehydrated lag- screw made with human bone(LHB). Methods After deep- frozen, specimens from diaphysis of femurs from fresh adult cadavers were procured and made into 48 LHBs with diameters of 5 mm. The LHBs were divided into 6 groups randomly, and were treated as follows: group A: deep- frozen only, group B: sterilized by ethylene oxide(EO), group C: radiated by 60Co, group D: deep- frozen dehydrated, group E: deep- frozen dehydrated+sterilized by EO, group F: deep- frozen dehydrated+ radiated by 60Co. Then, the LHBs were tested on MTS to determine the shear strength in the part with thread and the part without, following the torsion strength test. Results The shear strength in the part without thread and the part with thread in group A- F was 1 140, 1 099, 897, 1 226, 1 112, 891 and 386, 491, 309, 484, 414, 336 N respectively. There were significant differences both between group C and B, D at the parts with
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thread (P< 0.05), and between group C, and A, B, D, E at the parts without thread (P< 0.05). The maximum torsion moments of force among group A- F were 1.11, 1.21, 1.13, 1.29, 1.00, 1.04 Nm respectively. There were no statistic differences between the different groups. Conclusion Moderate and small dose of 60Co radiation decreased the shear strength of deep- frozen and deep- frozen dehydrated LHB significantly, while there was little effect on the maximum torsion moment of force. The other methods of sterilization had no evident influence on the biomechanical character of LHB.
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【 Key words】 Sterilization; Bones; Bone screws; Biomechanics
对同种异体骨的灭菌，目前通常采用环氧乙烷(ethyleneoxide,EO)气体熏蒸或γ射线照射[1]。自1996年，我所自行研制开发的人骨拉力螺钉(lag-screwmadewithhumanbone,LHB)应用于临床，取得了较好的临床疗效[2]。我们曾对不同直径及部位的深冻LHB的生物力学性能作了测试[3]。为了解常规剂量的EO及γ射线对深冻及冻干LHB生物力学性能的影响，我们对相同直径LHB的不同部位进行了剪切及扭转强度测试。
材料与方法
一、LHB材料的制备
截取青壮年尸体标本的股骨中段15根，剔除软组织后，置于深低温冰箱(-80℃)深冻半年以上。加工前自行解冻，流水冲洗骨髓腔。将骨干加工成直径为5mm，光杆部及螺纹部长分别为20～25mm，螺芯为3mm，螺纹间距为2mm的LHB。
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二、方法
取48枚经深冻处理的、直径为5mm的LHB，随机均分成6组。处理及分组如下:单纯深冻(A组)、深冻+EO熏蒸(B组)、深冻+60Coγ射线照射(C组)、深冻+冻干(D组)、深冻+冻干+EO熏蒸(E组)、深冻+冻干+60Coγ射线照射(F组)。EO浓度为1000mg/L，温度20℃～30℃，作用时间12h。60Coγ射线辐照剂量率(Pf)为0.112Mrad/h，辐照时间为17h，辐照剂量1.9Mrad。将深冻LHB置于冷冻干燥机中，在无人为干预的前提下升华脱水144h。
(一)测量光杆部直径:实验前，在每枚LHB的光杆部任选一点，用千分尺测量其直径三次，取平均值。D～F组在冻干后再测量同一处的直径三次，取平均值。比较冻干对LHB直径的影响。
(二)剪切试验:在MTS858双轴液压生物材料测试系统(美国MTS公司)上对试件的光杆部及螺纹部分别行剪切强度测试，加载速率为5mm/min。
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(三)扭转试验:聚甲基丙烯酸甲酯包埋LHB(注意光杆部及螺纹部各保留5mm)，再将试件置于MTS试验机上进行扭转强度测试，加载速率为5°/min。
(四)统计学分析:将测得的数据作配对t检验或作单向分类方差分析，再将均数两两比较(Student-Newman-Keuls法)，观察各处理组间的差异有无统计学意义。
结果
一、冻干处理对LHB直径的影响
LHB的光杆部在冻干前后的直径分别为(5.00±0.07)mm、(4.91±0.08)mm，冻干后收缩率为1.83%，冻干前后试件直径间的差异有显著性意义(P<0.05)。
二、剪切试验结果
各组LHB光杆部和螺纹部的剪切强度如表1所示，光杆部深冻+60Coγ射线照射(C)组及深冻+冻干+60Coγ射线照射(F)组与非γ射线照射组间剪切强度的差异有显著性意义(P<0.05)。螺纹部深冻+60Coγ射线照射(C)组的剪切强度与深冻+冻干(D)及深冻+环氧乙烷熏蒸(B)组间的差异有显著性意义(P<0.05)。其余各组间剪切强度的差异均无显著性意义(P>0.05)。深冻或冻干后行不同方法处理对试件剪切强度的影响(变化率)见表2，3。由表2，3的结果可以看出，有些数据间虽然没有统计学意义，但从变化率的角度来分析，有的变化却高达20%～30%，且多数呈下降趋势。
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表1不同灭菌处理后LHB不同部位剪切强度(
±s,N)分组 样本数 光杆部 螺纹部 A 8 1140±53 386±83 B 8 1099±64 491±96 C 8 897±69 309±92 D 8 1226±160 484±136 E 8 1112±106 414±98 F 8 891±134 336±160 表2深冻后行不同处理方法对LHB剪切强度影响
处理方法 样本数 光杆部 螺纹部 剪切强度(N) 变化率(%) 剪切强度(N) 变化率(%) 深冻 8 1140 0 386 0 深冻+冻干 8 1226 +7.5 484 +25.4 深冻+EO 8 1099 -3.6 491 +27.2 深冻+γ射线 8 897* -21.3 309 -19.9 深冻+冻干+EO 8 1112 -2.5 414 +7.3 深冻+冻干+γ射线 8 891* -21.8 336 -13.0
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注:以单纯深冻(A组)为基准，+增加,-下降；*P<0.05
表3冻干后行不同处理方法对LHB剪切强度的影响
处理方法 样本数 光杆部 螺纹部 剪切强度(N) 变化率(%) 剪切强度(N) 变化率(%) 深冻+冻干 8 1226 0 484 0 深冻+冻干+EO 8 1112 -9.3 414 -14.5 深冻+冻干+γ射线 8 891* -27.3 336 -30.6
注:以深冻+冻干为基准，+增加,-下降；*P
三、扭转试验结果
A～F组LHB扭矩分别为1.11±0.14、1.21±0.18、1.13±0.21、1.29±0.28、1.00±0.22、1.04±0.20Nm，各组间的差异均无显著性意义(P>0.05)。深冻或冻干后行不同处理方法对试件扭矩的影响(变化率)见表4，5。由表4，5的结果可以看出，深冻后行单一因素的处理时，试件的扭矩略有上升，尤以冻干为甚，达16%。冻干后行EO熏蒸及γ射线辐照等处理与单纯深冻组相比较，其扭矩略有下降(-10%～-5%)；但与单纯冻干组相比较，其扭矩下降幅度较大(20%左右)。
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表4深冻后行不同处理方法对LHB扭转强度的影响
处理方法 样本数 扭矩(
±s,Nm) 变化率(%) 深冻 8 1.11±0.14 0 深冻+冻干 8 1.29±0.28 +16.2 深冻+EO 8 1.21±0.18 +9.0 深冻+γ射线 8 1.13±0.21 +1.8 深冻+冻干+EO 8 1.00±0.22 -9.9 深冻+冻干+γ射线 8 1.04±0.20 -6.3注:以深冻为基准，+增加，-下降
表5冻干后行不同处理方法对LHB扭转强度的影响
处理方法 样本数 扭矩(Nm) 变化率(%) 深冻+冻干 8 1.29 0 深冻+冻干+EO 8 1.00 -22.5 深冻+冻干+γ射线 8 1.04 -19.4
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注:以深冻+冻干为基准，-下降
讨论
一、深冻后LHB直径的变化
本实验所用的LHB深冻后的直径均为5mm，但经冻干、γ射线辐射及EO熏蒸后，其直径有所变化，其中冻干对直径影响最大，收缩率为1.83%，这可能对实验结果产生一定的影响。
二、EO及γ射线灭菌的优点及其剂量的选定
EO及γ射线均有较强的穿透能力，能对骨制品深部进行灭菌，可二次灭菌[1,4,5]。γ射线对细菌、霉菌及病毒(包括AIDS和肝炎病毒等)均有杀灭作用[4,5]；EO对细菌繁殖体、芽胞和真菌均有强大的杀灭作用，对多种病毒(包括AIDS及肝炎病毒)亦有灭活作用[5]，且可穿透塑料袋，故允许实行预包装[1,4]。另外，辐照还有助于降低组织的抗原性[1,4]。但是，较大剂量的γ射线不仅严重降低骨的诱导能力，且因增高了骨胶原和聚糖胺的溶解度，骨基质纤维网遭到破坏，从而使骨的生物力学性能大受影响[6,7]。美国组织库协会(AATB)建议辐射灭菌剂量的下限为1.5Mrad，实际灭菌剂量应控制在1.5～2.5Mrad[8]。孙世荃等[9]认为1.5Mrad既能达到灭菌又不致于引起组织的损伤。本实验在处理LHB时，选取γ射线的辐射剂量约为1.9Mrad。Munting等[10]认为灭菌剂量的EO可使同种骨几乎完全失去骨诱导能力。胡蕴玉、桑宏勋等[5,11]认为中等剂量的EO(400～800mg/L，作用时间2～5h)既能完全灭菌，且对骨诱导活性影响较小，用于颗粒状骨移植物的灭菌效果良好。本实验在处理LHB时，选取EO的剂量为1000mg/L，作用时间为12h。
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三、中小剂量γ射线辐照对LHB机械性能的影响
孙磊等[6]认为3Mrad剂量以下的辐照对骨的力学特性影响较小，其扭转强度仅较正常对照组减少10%；而6Mrad的辐照可使骨扭转强度下降35%。Pelker和Anderson等[12,13]认为对骨的辐照强度大于3Mrad或辐照与冻干同时进行时，可导致骨的弯曲和扭转强度明显降低，极限强度亦减小，而弹性模量增加，总的影响是抗折强度减弱。Zhang等[8]认为2～2.5Mrad的辐照对骨的机械强度无影响，是安全的辐照灭菌剂量。但通过本实验却发现，即使采用中小剂量的辐照(1.9Mrad)都会使深冻及冻干LHB的剪切强度明显下降(约20%)，但对其扭转强度几乎无影响。辐照前是否行冻干处理对LHB的剪切及扭转强度几乎无影响。冻干后辐照，其剪切及扭转强度相对于单纯冻干组明显下降(分别约为30%和20%)。这提示我们，即使采用中小剂量辐照都会使深冻及冻干LHB的剪切强度明显下降，但对其扭转强度影响不大。冻干后辐照组相对于单纯冻干组，其剪切及扭转强度下降的幅度更大，这可能与冻干后其剪切及扭转强度上升有关。
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四、中等剂量的EO对LHB机械性能的影响
EO对骨制品的灭菌效果及对骨诱导活性的影响已有报道[10,11]，但其对骨制品机械性能影响的报道却较少。本实验发现，虽然EO处理对深冻及冻干LHB的剪切及扭转强度的影响差异无显著性意义，但对深冻LHB螺纹部的剪切强度影响却较大(上升约30%)，对扭转强度也有一定影响(上升约10%)，而对光杆部的剪切强度几乎无影响。其对冻干LHB光杆部和螺纹部的剪切强度均有一定的影响(分别下降约10%、15%)，对扭转强度的影响更为明显(下降约20%)。这提示我们，在临床上应用冻干后行EO灭菌的LHB时，应仔细操作，以防螺钉折断。
参考文献
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13，Pelker RR, Friedlaender GE, Markham TC. Biomechanical properties of bone allografts. Clin Orthop, 1983, (174): 54- 57
(收稿日期:1999-08-03), 百拇医药