作者:刘会枝
来源:《校本教研》2012年第07期
钙和磷是机体内含量最多的常量矿物质元素,占平均体重的1%~2%。其中98%~99%的钙和80%的磷主要存在于骨骼和牙齿中,其余的存在于软组织的体液中。钙和磷对畜禽体有什么样的作用呢?
一、钙对畜禽的营养作用
(1)构成骨骼和牙齿。畜禽体内有98%~99%的钙存在于骨骼和牙齿中,它和磷一起构成骨骼和牙齿的主要成分,形成畜体的支架和轮廓,骨骼和牙齿如果缺乏钙和磷,骨骼就会弯曲、变形,牙齿就会变得疏松、易脱落,就失去了支架的作用和咀嚼食物的作用,这将严重影响畜禽体的生命活动。(2)维持神经、肌肉的正常功能。畜禽体内约1%~2%的钙存在于血液和软组织中。钙离子能维持神经的正常兴奋性和肌肉的正常收缩力,当血液中钙离子浓度升高时,会使神经、肌肉兴奋性增强。(3)激活多种酶的活性。如凝血酶,促进血液凝固过程。(4)调节内分泌。
二、磷对畜禽的营养作用
(1)构成骨骼和牙齿。畜禽体内有80%的磷存在于骨骼和牙齿中,和钙一起构成骨骼和牙齿。(2)参与能量代谢,是三磷酸腺苷(ATP )等的成份。(3)促进脂类物质的吸收和转运。当畜体缺磷时,会影响脂肪类物质的吸收利用。(4)是细胞膜的重要成份。(5)同遗传物质DNA 、RNA 的合成有关。(6)与蛋白质及动物产品形成有关。
三、影响钙、磷吸收的主要因素
(1)钙、磷比例。一般为1~2:1,产蛋家禽为4~5:1。(2)维生素D 。提供充分的维生素D ,可增进钙磷的吸收。(3)乳糖。对钙的吸收起促进作用。(4)蛋白质。饲料中若蛋白质含量充分,有利于钙的吸收。(5)饲料中磷的存在形式。是影响机体对磷的吸收的重要因素,植物性饲料中的磷为植物磷,是有机物,难于被机体吸收利用,特别是猪和禽,利用率 只有30%;动物性饲料中的磷为磷酸盐,是无机物,吸收利用率高。所以饲料中磷 的存在形式不同,其吸收利用率也不一样。
四、畜禽钙、磷缺乏症的表现形式
钙和磷在满足畜禽需要时,能表现出正常的生命活动,那么钙和磷不足时,会有哪些方面的表现呢?主要有以下几点:(1)食欲不振,生长缓慢,生产力下降,特别是繁殖力下降。
(2)异食癖。指鸡啄食鸡蛋壳、羽毛,家禽啃食泥土、砖、石等异物的现象。(3)幼畜出现
佝偻病。(4)成年家畜出现骨质疏松症(溶骨症)。(5)家禽缺钙蛋壳变薄、粗糙、脆弱,甚至产软壳蛋,产蛋量明显下降。(6)水牛缺磷出现血红蛋白尿。
从上边的讲述中我们知道钙磷缺乏时,会对机体造成很大影响。那么,过多呢,会对机体有影响吗?是的,因为钙磷过多时,会影响锌、铜、镁的吸收利用,造成缺乏及营养代谢病。
【doc】糖尿病鼠的骨和钙磷代谢紊乱及胰岛素的防治作用
糖尿病鼠的骨和钙磷代谢紊乱及胰岛素的
防治作用
z~,-177
中华内辑杂志199Z年第3l卷第11期
百春璐垫--
糖尿病鼠的骨和钙磷代谢紊乱
及胰岛素的防治作用
北京医科大学
第一医院内科
.
!兰施曼珠JR7J北京医科大学
第三医院骨科—;E而?.,第三医院骨科党耕叮?
摘要我们应用非脱钙骨组织形态测量单光子吸收扫描和骨物理测量方法对链尿 佐菌素所致的糖晟病鼠,胰岛索早期和晚期治疗糖尿病鼠及正常鼠的骨组织形态,骨的
生长,骨矿物质音量和辑磷代谢进行了14周的观察和研究.结果提示:耱尿病鼠存在严
重的骨和矿物质代谢紊乱胰岛素早期治疗可以预防晚期治疗可以纠正糖晟病gl起的骨
量减少,骨重建单位负平衡和骨生长受抑糖尿痛的代讲紊乱和(或)胰岛素缺乏对骨的
改变可能有直接作用.胰岛索的治疗作用是直接作用于骨组织本身的结果,还是通过改
善代谢,纠正羁磷代谢紊乱的站耀衍需进一步探讨.
关键词将屎病骨疾病胰岛紊
糖屎病合并骨和矿物质l陡谢紊乱,已经一
些临床研究和动物实验所证实.由于临康 情况的错综复杂和实验条件的不一致,各研究 结果不同.观点各异.长期睫岛素缺乏对骨和钙 磷代谢的影响及糖尿病晚期已发生明显的骨组 织形态改变后胰岛素的治疗作用的研究国内外 见报道较少.因此我们应用非脱钙骨组织形态 测量,单光子吸收扫描和骨物理测量法对糖尿 病鼠,胰岛素早期和晚期治疗糖尿病鼠及正常 鼠的骨组织形态,骨生长,骨矿物质含量和钙 磷代谢进行了观察和研究.以进一步探讨胰岛 素早期治疗能否预防,晚期治疗能否纠正已发 生的骨组织形态异常和钙磷代谢紊乱. 材料与方法
丰实验选用体重160—2口OgWistar鼠雌雄各半 每只鼠分别饲养在代谢笼中.每日给予10小时光照, 饲料中约含钙1.2,磷O.8.自由饮永摄食. 适应本实验条件1周后,随机选为糖尿病的鼠经 乙醚麻醉后,蛤予新鲜配制的2链尿佐菌素(柠檬酸 缓冲液pH4.5)6omg/kg体重,尾静脉注射.正常 鼠仅注射缓冲液天之后择血辖>22.,Immcl/I的 鼠48只为糖尿病组,并按体重和性别搭配进一步分 为:糖屎病组(DM).辖尿病早期治疗组(Long—term insulintreatment,LTI).蓿尿病晚期治疗组(Short— terminsulintreatment.ST1),10只正常鼠为正常 对照组(C).
糖尿病早期治疗组于实验第5,98天接受NPH 胰岛素治疗,3,6u/天分两次皮下注射.晚期治疗 级于实验第49~9g天接受胰岛素治疗(剂量和方苦 同早治组).胰岛素剂量按每只鼠每日尿糖和每周血
糖水平进行调整.所有鼠每周测体重1次.处死前5 天每只鼠路予盐酸四环素3Omg/kg体重.腹腔内注 射.3天后重复注射.处死前l天收集所有鼠24小 时尿.
实验第98天上午所有鼠经乙醚麻醉后,自腹主动 脉抽取垒身血量至死.取出右侧胫骨立且口放^Millo— nig?s液中固定24小时.然后用甲基丙稀酸甲酯包 埋,待包埋剂完垒聚合后用切片机平荇于胫骨焉IL轴行 非连续切片数张,厚度分别为5pm翱15m.5m 切片采用Goldner染色【"t在Opton—III型显撒镜? Ziss—II型目镜测量盘下行骨组织形态测量:.包括l (1)橙质骨体积(TIiV),(2)皮质骨平均厚度(CMT), 邮政编码IOOO3
I最彗i,饕,』古
(3)骨小粱骨样组轵表面(Tos),(4)骨小粱破骨吸 收表面,(5)骺板平均厚度,(B)骨内骥下四环素荧 光标记测量.
每只鼠右侧股骨取出仔细别除软组织后.立即蒯 其湿重,体积,长度,然后将其置入50oc烤箱,48小 时后取出测千重,并用单光子吸收扫描蒯股骨远端矿 物质含量.
所有鼠血标本均测血pH,血糖血钙,血磷,血 肌酐,血总蛋白,白蛋白,血碱性硅酸酶.屎标本均铡 尿糖定量,屎钙,碌磷,屎羟脯氪酸(Hyp),血甲状 旁腺激素(PTH),降钙素(cT).胰岛素均用放免法 测定.
'675'
垒部数据均采用平均值?标准差表示.4组闻差
别的显着性采用方差分析,数据转换后方差分析或非 参数统计秩和检验.统计分析采用计算机程序处理 结果
一
,生化结果糖屎病鼠胰岛素显着缺乏,
血糖,屎糖明显增高.两治疗组血糖恢复正
常,但尿糖未完全降至正常.
血钙在4组鼠问均无显着性差异.与正常
组相比糖尿病组血磷明显增高,两治疗组血磷
无显着性差异(表1).
与正常组相比糖屎病鼠血碱性磷酸酶和屎
衰1正常鼠(c),糖尿病鼠(D),早涪鼠(LTI),晚治鼠(STI)各项血屎生化指标 "糖屎耩组与其它三组相比有显砻性差异tP<0?05) '抬疗组与正常组相比有显着性差异<P<0.05) 羟脯氨酸显着增高,两治疗组虽有明显降低但
未能达到正常(表1)
与正常组相比糖屎病鼠屎钙磷明显增高,
两治疗组屎磷明显增高屎钙无显着性差异
(表1).
与正常组相比糖屎病鼠血肌酐明显增高,
血白蛋白明显减少,两治疗组无显着性差异.
血PTH和CT各组间无显着性差异
二,骨物理测量结果与正常组相比糖屎
病鼠股骨的长度,体积,重量,重量/体积显
着减少,治疗组接近正常组,两治疗组间无显
着性差异(表2).
裹2正常鼠(c),糖尿病鼠(D),早涪鼠(LTI),境沿鼠(STI)骨物理测量结果 糖屎病组与其它三组相比有显着性差异<P<0.O5)
三,骨密度结果:与正常组相比糖屎病鼠 骨矿物质含量显着减少,两治疗组均高于正常 组,早治组明显高于晚冶组(表3). 四,骨组织形态测量结果
1.反映骨量的参数——栓质骨体积(TB— v):糖屎病组明显减少,糖尿病早治组较正常 组增多,晓治组接近正常组(表3);皮质骨平 均厚度(CMT):糖尿病组明显减少,治疗组较 正常组略有增加(表3).
2.反映骨重建的参数——骨小粱骨样组 织表面(TOS)糖屎病组明显减少,治疗组与 正常组之间无显着性差异;骨小粱破骨吸收表 面(TORS)糖屎病组与各组问均无显着性差 异r表3).
褒3正常鼠(c),糖尿病鼠(D),早治鼠(LTI),晚涪鼠(sT胫骨骨组织形态测量分碲骨矿
含量结果
糖尿病鼠与其他三组鼠相地有显着性差异cP<o.05)
3.反映骨生长的参数——骨骺板厚度;糖 尿病组骨骺板明显变薄,治疗组接近正常组 (表3).
4.骨四环素荧光标记——与正常鼠相比 糖尿病鼠骨内膜下四环素荧光标记明显减弱, 双标记线间距明显缩小,两治疗组与正常组间 无显着性差异.
讨论
我们对链尿佐菌素所致糖尿病鼠,糖屎病 早期治疗和晚期治疗鼠及正常鼠进行了14周 观察和研究.未治疗糖尿病鼠钙磷代谢紊乱的
特点与Shires[的结果及我们对7周糖尿病鼠 的观察绪果一致.主要表现为高尿钙,高尿磷, 高血磷而血钙水平正常.
本实验未治疗糖尿病鼠骨量显着减少.骨 形成和矿化不良,骨生长严重受抑,胫骨骺端 骨小梁数量及厚度较7周糖尿病鼠减少更为明 显.此结果提示:骨量减少与糖尿病病程明显 相关.在严重缺乏胰岛素,代谢控制差的情况 下,病程越长骨量减少越明显.
本实验无论早期胰岛素治疗或在晚期(7 周后)已发生明显骨组织学改变方给予胰岛素 治疗,均能使所有反映骨量,骨重建和骨生长 的参数恢复正常.橙质骨体积和皮质骨平均厚 度两治疗组均超过正常组,早治组较晓治组为 高.骨样组织表面早治组超过正常组,晚治组 接近正常组.骨骺板厚度及骨物理测量结果两 治疗组均接近正常.此结果提示:胰岛素早期 治疗可以预防,晚期治疗可以纠正糖尿病鼠骨 组织形态异常.这一结果与Hought等对7 周糖尿病鼠胰岛素治疗后骨组织形态改变结果 一
致.
目前认为胰岛素缺乏可直接影响骨的重建 和转换.一些体外实验证明:成骨细胞表面存 在胰岛素受体,胰岛素可促进骨细胞内某些氨 基酸的蓄积,刺激骨胶原的合成和核苷酸的 形成,刺激骨的吸收.胰岛素还可促进软 骨内成骨和间叶细胞的增生此外,胰岛素对 骨细胞还有许多代谢作用如改变细胞膜对糖的
渗透性,增强氨基酸的转运和钾离子的交换 等.本实验给予胰岛素治疗的糖尿病鼠在 糖代谢尚未完垒控制正常,尿糖,尿磷排出量 仍高于正常鼠的情况下骨量却较正常鼠增多这 一
现象亦提示,胰岛素对骨代谢可能有直接作 用.
热卡丢失,营养不良,代谢性酸中毒及肾 功能减退等均可严重影响骨内环境的稳定.蛋 白质缺乏可影响骨转换和骨生长.代谢性酸中 毒对骨胶原的转换,肾小管对钙的重吸收以及 1,25(ott)D.在肾脏的生成均有直接影响.肾 功能减退可使尿磷减少,血磷增高,血钙降低. 本实验糖尿病鼠血pH未发生明显改变,血肌 酐较正常鼠明显增高,血自蛋白较正常鼠明显 减少.但根据我们对7周糖尿病鼠的观察:在 血肌酐和白蛋白与正常鼠相比尚无显着性差异 的情况下,骨量减少和骨生长受抑却已很明显 这一现象,我们认为血肌酐增高和血自蛋白减 少在本实验糖尿病鼠骨代谢异常的发生机制中 有一定作用而非主要作用.
本文结果提示,链尿佐菌素所致糖尿病鼠 可有高尿钙,高尿磷,高血磷,显着的骨量减 少,骨形成和矿化不良,骨生长受抑.骨量减 少与病程呈正相关.血PTH和CT在实验性
糖尿病鼠骨代谢异常发生机制中的作用f;5j不能 肯定.胰岛素早期冶疗可以预防,晚期治疗可 以纠正糖尿病鼠的骨组织形态异常,使骨量,
骨重建和骨生长恢复正常,钙磷代谢紊乱得以
改善.胰岛素的治疗作用是直按作用于骨组织
本身的结果.还是通过改善心谢紊乱的间接作
用仍需进一步探讨.
参考文献
1.Albr培htF,etalParathyroidglandsandmetabo一
】ichonedI5easeSelwctedstudle3Wil】Jamsand
Wl】kinsBa【timore,1979I150.
3.L*vinME.ttaiEffect$ofdiabetesme]1itusOn bonemassiniuveni】eandadulton础6iabotes.N
En91,Med1976I294:241.
3.StephenHought,eta】Correetionofabnormal
boneandmineralmetabolism】nchronicstrePto—
zotocin—induceddinbetesmeititusiatheratby insulintherapYEndocrinO【.gy1991}1992229.
4.J曲8nVorhaeghe,eta1.Bonemineralhomeostasi* ?6霄
spordaneousl9rdiabeticBBrat5IIImpaired boneturnoveranddecreasedosteocaic】synthesis.
Endocrino[ogy19B9:124.573
5.RoyShires,etalTheeffectofstreptozotocin—
inducedchron;cdiabetesmel】ltusoItboneand
mineralhomeostasisintherattLabClinMed 1981)97:23L
6.HeathH.eta1.Diabetesmelli'usandriskof sk01etalfrRctureNEnglJMed1999,303597.
7.IonesR.McClungAHandbook0rmicrosc0pica】
technique.ed3.PaulBHoeher,NewYork,249, 1950.
8.LEvy,R.a1.Demonstrationofinsulinreceptors
andmodulationofa】kalincPhosphataseactivitY byinsuliainratost~ob]asticceltsEndocrinology
1986,119:1786.
9.KreamBE.etalCharacterizationofinsulinon
collagensynthe~Asinf~talratbone-Endoorinology
1985?116:295.
10.merzWA,et矾0uanti扭lestructuralanalysis ofhumaacancellousbone.ActaAnatfBase1)l970=
75:86.
(收稿{1991一吡一l2修回;1991—06—28)
急性淋巴细胞臼血病伴溶骨及骨髓纤雏化一例
一一…南压院…陈张:军周成康
患者男,2g岁.胸背疼痛伴头昏乏力半年,活动
受限1个月,千1991年3月4日入院.重度贫血貌,
骑部皮肤可见教在出血点,颈部淋巴结绿豆至花生米
大小,垒身多部位压痛,以骑骨及背部为甚,心肺正
常,肝髀未及.血象Hb56g/L.WBC0.9×lo./L,
分类中幼粒0.01,晓幼粒0.04,杆状棱0.05,中妊
分叶棱0.13,嗜酸分叶粒0.01,单棱9.02,幼潍0.02,
成熟淋巴0.72,血小板(BPC)6×10./L.有棱红细胞
3:1O0,网织红细胞0.01ESR55mm/h,尿本周蛋
白(一).蛋白电诛,免疫球蛋白聂肝肾功能正常.血
钙2.7mmol/L,磷1,6mmol/L;尿钙7.3mmol/
24h,磷1.5mmol/24h,AKP93IU/L,Coombs试
验(一)X线片示头颅,耻坐骨,髓骨聂股骨均可见
散在大小不一,不规刚的穿凿样骨质破坏.髂前上韩,
髂后上棘,棘赛聂胸骨穿刺均系干抽,仅二次抽取的少
量姨红色渡体无骨渣或脂肪空施,镜捡示有棱细胞增
生明显低下,粒红二系极少见,以淋巴细胞系统为主,
占0.780~0.905,原淋0.225~0.蛐5,幼淋B'23O一 0.245.Pox(-),PAS(?一+).骨髓活捡骨质巯 辁呈网状,骨髓组织中见增生的幼稚淋巴细胞呈片 团状分布.Foot染色见细胞间有丰富的网状纤维. 照像提示骨髓增生活跃.诊断急性淋巴细胞白血病 (简称急潍)伴骨髓纤维他经VitD,30万u,肌注, 每周2次,外周血象逐渐回升.AKP升至348IU/L, 后降为114IU/L,后经VP(长春新碱泼尼按)方案 二疗程,COMP(环磷酰胺长春新碱巯嘌呤泼尼按) 方案二疗程,患者头昏乏力,骨痛聂出血倾向消失, 淋巴结肿大及胸背压痛消失,AKP又升至451IU/L. Hb116g/L,WBC5.9×10./L,分类t中性0.80,淋 巴9.20,BPC106x19./L.骨穿及骨髓活捡均示急 淋完垒缓解.Foot染色示细胞间少量网状纤维.x线 片承骨质破坏区痛灶较前减少,缩小.患者住院治疗 115天后病情完垒缓解出院
《牧稿;1991-08-02修回;199l一11—98) 邮政箱码639038?进修医筛
多孔双相钙磷陶瓷在脊柱后路融合中成骨作用和降解特性的组织学观察
多孔双相钙磷陶瓷在脊柱后路融合中成骨作用和降解特性的组织学
观察
多孔双相钙磷陶瓷在脊柱后路融合中成骨作用和降解特性的组织学
观察
作者:谢幼专,朱振安,张蒲,汤亭亭,卢建熙,戴尅戎【摘要】 ,目
的,了解多孔双相钙磷陶瓷在人体脊柱后路融合中的成骨变化及降解
过程。,方法,对20例脊柱后路融合的双相钙磷陶瓷活检标本行不脱
钙硬组织切片检查。观察陶瓷周围和内部的新生组织、陶瓷的形态改
变、降解颗粒及伴随的细胞吞噬反应。其中14例标本行组织形态计
量,根据患者的年龄、植入时间及临床结果分组比较成骨及材料降解
的速度。,结果,所有的双相钙磷陶瓷标本均可见新生骨组织,与自
体骨接触越多,陶瓷内的新生骨组织越多。绝大部分陶瓷内可见降解
颗粒,部分颗粒位于巨噬细胞内。不同标本的新生骨和材料降解速度
差异较大。陶瓷内的新生骨随植入时间的增加而增多,但随患者年龄
的增大而减少。陶瓷的降解率随患者年龄的增大而减少,但不受植入
时间的影响。后路融合成功组的活检标本的新生骨量高于融合失败
组,但材料降解率则反之。,结论,多孔双相钙磷陶瓷是一种骨传导
材料,但植入体内降解缓慢,不能被新生骨组织完全替代。植入时必
须将陶瓷与自体骨充分混合以获得良好的骨长入。陶瓷产生的降解颗
粒及诱发的细胞吞噬反应必须引起注意。 【关键词】 脊柱后路融合;
双相钙磷陶瓷; 骨形成; 生物降解 Abstract:,Objective,To
reveal the osteogenesis, the biodegradation and tissue reactions of the porous biphasic calcium phosphate ceramic (PBC) in human spine.,Method,The histological study was carried out on 20 PBC samples retrieved from posterior spinal fusion. All the PBC samples were treated by undecalcified histological preparation. The tissue in or around the material, the change of ceramic shape,the particles and the presence of macrophages were observed. The quantitative study was performed in 14 samples with sufficient size. The residual material and the
newly formed bone were analyzed according to the patient age,
the duration in vivo and clinical results.,Result,Newly formed
bone was found in all the samples. More new bone was formed in those samples closely in contact with autogenous bone. The PBC degradation particles were present both in the macrophages and around the tissue. But those phenomena were highly variant among the samples. New bone formation increased with time and decreased with the age. The material degradation decreased with the age, but it did not differ greatly with time. New bone formation was higher and the residual material was lower in the fusion group than in the non fusion group.,Conclusion,The
PBC is a kind of osteoconductive material and does not transform into new bone after a relatively long time. The PBC should be well mixed with the autogenous bone in order to achieve high new bone colonization. The PBC degradation particles and related active phagocytotic activity have been noted. Key words:posterial spinal fusion; calcium phosphate ceramic; osteogenesis; biodegradation 退行性椎间盘病变、脊柱不稳和脊
柱侧弯等疾病的手术治疗常需进行脊柱后路融合。自体骨移植是促进
融合的金标准方法,但自体骨供区并发症的发生率可高达24%。此外,
自体骨的取骨量有限,不能满足日益增加的翻修手术需求。尽管融合
时也可采用同种异体骨,但免疫排斥反应及潜在传播传染性疾病的可
能又使其应用受到一定的限制。近年来,人工合成的多孔双相钙磷陶
瓷日益受到重视并应用于临床,且在动物,1,和人体,2,的脊柱后
路融合中取得了良好的效果。然而,大多数临床研究主要以影像学改
变和临床症状、体征的改善为评判标准,组织学活检观察甚少。大多
数组织学观察来源于动物实验研究,但由于物种的差异,低等脊椎动
物的实验结果不能完全代表人体的生物学改变。由于组织学观察能最
直观地了解这些材料在人体内的生物学变化,因此,本研究对20例
脊柱后路融合手术的多孔双相钙磷陶瓷活检标本进行组织学观察,以
较真实地了解其在人体的生物学改变。 1 材料与方法 1.1 病例资料
1993,2002年法国Calot医院共收集20例多孔双相钙磷陶瓷活检标本,均取自脊柱后路融合的患者。其中男2例,女18例;年龄11,70岁(平均45.2岁)。原发性诊断包括先天性脊柱侧凸畸形(1例),特发性脊柱侧凸畸形(11例),退变性脊柱侧凸畸形(7例),腰椎不稳(1例)。最大融合范围从T1至骶骨。每例融合手术均使用内固定器械固定,双相钙磷陶瓷和自体骨混合植骨。活检时间为术后2,56个月(平均24个月)。所有活检均在患者行第,次脊柱后路手术时进行。患者接受,次手术的原因包括内固定器械拆除(6例)、融合失败(8例)、融合区临近节段椎间盘突出(3例)、腰椎不稳(2例)、重置内固定(1例)。活检标本来源于腰段(15例)、胸腰段(1例)、胸段(1例),有3例标本取自的节段未详细记载。 1.2 植入材料 本组患者中,17例应用条状双相钙磷陶瓷(5 mm×5 mm×20 mm),3例应用颗粒状陶瓷(直径1,3 mm)。该陶瓷由磷酸三钙(40%)和羟基磷灰石(60%)组成,孔径为300,600 μm,孔隙率约为50%?10%。脊柱后路融合采用混合植骨,即双相钙磷陶瓷与局部去皮质骨粒(16例)或自体髂骨(2例)混合移植。2例自体骨来源记载不明。 1.3 组织形态学观察及计量 所有标本在取材后立即用10%中性福尔马林浓液固定,14 d后用梯度乙醇浓液脱水,甲苯透明后用甲基丙烯酸甲酯包埋。应用Leica锯式切片机切片,切片初始厚度约为200 μm,研磨至约50 μm厚,抛光后用苦味酸-品红溶液染色。 每个标本观察2张连续切片。观察指标有:双相钙磷陶瓷周围和内部的新生组织;陶瓷形态的改变;颗粒及伴随的细胞反应。本组标本中,6例因体积过小,无法进行定量研究,仅进行形态学观察;其余14例标本较大,且均为条状陶瓷,进行组织形态计量学测量。测量的指标主要有 (1)新骨形成率(VPB)=陶瓷内部形成的新骨面积/陶瓷孔的总面积; (2)材料残余率(VRM)=残存的陶瓷面积/植入陶瓷的总面积; (3)新骨占孔率(NbB)=形成新骨的孔数/总的孔数; (4)材料周边的骨接触率(PIB)=与骨接触的材料周长/材料的总周长。 1.4 统计学处理 所有结果用均数表示。植入时间与新骨形成率(VPB)、新骨占孔率(NbB)之间的关系采用Spearman秩相关分析,同法分析材料周边的骨接触率(PIB)和新骨形成率(VPB)、新骨占孔率(NbB)之间的关系。 2
结 果 所有的双相陶瓷标本均可见新骨形成,但不同病例的新骨形成率差异较大。11例陶瓷标本内可见大量的新骨形成(图1a),9例标本仅在陶瓷周围的孔内形成新骨(图1b)。与自体骨紧密接触的陶瓷中形成的新骨较多。仅形成少量或未形成新骨的陶瓷孔内可见纤维组织形成。从整体上看,双相钙磷陶瓷的骨架结构变化不大,孔连接径大小很不均一。陶瓷周围和内部可见降解颗粒,其中19例标本观察到数量不等的材料降解颗粒,颗粒周围可伴随活跃的多核巨细胞,细胞内可见吞噬的降解颗粒(图2a,2b)。一些降解颗粒和吞噬细胞位于材料的表面,但在形成新骨的陶瓷表面,未见降解颗粒。 14个标本行组织形态学计量测量,植入时间为2,43个月,新生骨组织为33%(VPB)或38%(NbB)。陶瓷周边的骨接触率为19%。材料残余率为52%,与植入前变化不大。 根据患者年龄将14例陶瓷标本分为3组:少年组(20岁)3例;青中年组(20,50岁)6例;老年组(50岁)5例。结果表明材料的残余率随年龄增大而增多,新生骨随年龄组增大而减少。新骨形成率最大的病例出现在少年组内,达81.8%(图3);新骨形成率最小的病例出现在青中年组内,仅0.6%。 根据陶瓷植入体内的时间分3组:1年内3例,1,2年5例,2年以上6例。结果发现材料内新生的骨组织随植入时间的延长而增多,材料残余率随植入时间变化不大。 根据最终是否融合成功分为2组:融合成功组9例,融合失败组5例。结果显示融合成功组新骨形成率(VPM,37%;NbM, 41%)明显大于融合失败组(VPM,24%;NbM, 33%)。材料的残余率则融合成功组(51%)低于融合失败组(53%),即融合成功组的材料降解较快。 相关分析研究发现植入时间与新骨形成率VPB(r=0.05, P=0.86)、新骨占孔率NbB(r=0.14, P=0.62)无显着相关,但材料周边的骨接触率PIB与新骨形成率VPB(r=0.84, P0.01)、新骨占孔率NbB(r=0.81, P0.01)呈显着相关。 3 讨 论 应用多孔双相钙磷陶瓷促进脊柱后路融合已取得较好的临床效果。双相钙磷陶瓷由磷酸三钙和羟基磷灰石组成,具有与骨基质相同的化学成份,多孔结构有助于骨髓基质干细胞移行、贴附、增殖和分化为成骨细胞,可作为骨传导性支架促进骨长入,因此本研究中的所有陶瓷均形成不同数量的新骨。但不同病例的新生骨量的差异较大,这是由于脊柱的融合
过程还受到如患者年龄、植入材料、植入部位的机械环境及植骨床的
准备情况等因素的影响。
多孔双相钙磷陶瓷在脊柱后路融合中成骨作用和降解特性的组织学观察_论文
多孔双相钙磷陶瓷在脊柱后路融合中成骨
作用和降解特性的组织学观察
作者:谢幼专~朱振安~张蒲~汤亭亭~卢建熙~戴尅戎
【摘要】 ,目的,了解多孔双相钙磷陶瓷在人体脊柱后路融合中的成骨变化及降解过程。,方法,对20例脊柱后路融合的双相钙磷陶瓷活检标本行不脱钙硬组织切片检查。观察陶瓷周围和内部的新生组织、陶瓷的形态改变、降解颗粒及伴随的细胞吞噬反应。其中14例标本行组织形态计量~根据患者的年龄、植入时间及临床结果分组比较成骨及材料降解的速度。,结果,所有的双相钙磷陶瓷标本均可见新生骨组织~与自体骨接触越多~陶瓷内的新生骨组织越多。绝大部分陶瓷内可见降解颗粒~部分颗粒位于巨噬细胞内。不同标本的新生骨和材料降解速度差异较大。陶瓷内的新生骨随植入时间的增加而增多~但随患者年龄的增大而减少。陶瓷的降解率随患者年龄的增大而减少~但不受植入时间的影响。后路融合成功组的活检标本的新生骨量高于融合失败组~但材料降解率则反之。,结论,多孔双相钙磷陶瓷是一种骨传导材料~但植入体内降解缓慢~不能被新生骨组织完全替代。植入时必须将陶瓷与自体骨充分混合以获得良好的骨长入。陶瓷产生的降解颗粒及诱发的细胞吞噬反应必须引起注
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意。
【关键词】 脊柱后路融合, 双相钙磷陶瓷, 骨形成,
生物降解
Abstract:,Objective,To reveal the osteogenesis,
the biodegradation and tissue reactions of the porous biphasic calcium phosphate ceramic (PBC) in human spine.,Method,The histological study was carried out on 20 PBC samples retrieved from posterior spinal fusion. All the PBC samples were treated by undecalcified histological preparation. The tissue in or around the material, the change of ceramic shape,the particles and the presence of macrophages were observed. The quantitative study was performed in 14 samples with sufficient size. The residual material and the newly formed bone were analyzed according to the patient age~
the duration in vivo and clinical results.,Result,
Newly formed bone was found in all the samples. More new bone was formed in those samples closely in contact with autogenous bone. The PBC degradation particles were present both in the macrophages and around the tissue. But those phenomena were highly variant among the samples. New bone formation increased with time and
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decreased with the age. The material degradation decreased with the age, but it did not differ greatly with time. New bone formation was higher and the residual material was lower in the fusion group than in the non fusion group.,Conclusion,The PBC is a
kind of osteoconductive material and does not transform into new bone after a relatively long time. The PBC should be well mixed with the autogenous bone in order to achieve high new bone colonization. The PBC degradation particles and related active phagocytotic activity have been noted.
Key words:posterial spinal fusion; calcium
phosphate ceramic; osteogenesis; biodegradation
退行性椎间盘病变、脊柱不稳和脊柱侧弯等疾病的手术
治疗常需进行脊柱后路融合。自体骨移植是促进融合的金标
准方法~但自体骨供区并发症的发生率可高达24%。此外~
自体骨的取骨量有限~不能满足日益增加的翻修手术需求。
尽管融合时也可采用同种异体骨~但免疫排斥反应及潜在传
播传染性疾病的可能又使其应用受到一定的限制。近年来~
人工合成的多孔双相钙磷陶瓷日益受到重视并应用于临床,
且在动物,1,和人体,2,的脊柱后路融合中取得了良好的
效果。然而~大多数临床研究主要以影像学改变和临床症状、
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体征的改善为评判标准~组织学活检观察甚少。大多数组织学观察来源于动物实验研究~但由于物种的差异~低等脊椎动物的实验结果不能完全代表人体的生物学改变。由于组织学观察能最直观地了解这些材料在人体内的生物学变化~因此~本研究对20例脊柱后路融合手术的多孔双相钙磷陶瓷活检标本进行组织学观察~以较真实地了解其在人体的生物学改变。
1 材料与方法
病例资料
1993,2002年法国Calot医院共收集20例多孔双相钙磷陶瓷活检标本~均取自脊柱后路融合的患者。其中男2例~女18例,年龄11,70岁,平均岁,。原发性诊断包括先天性脊柱侧凸畸形,1例,~特发性脊柱侧凸畸形,11例,~退变性脊柱侧凸畸形,7例,~腰椎不稳,1例,。最大融合范围从T1至骶骨。每例融合手术均使用内固定器械固定~双相钙磷陶瓷和自体骨混合植骨。活检时间为术后2,56个月,平均24个月,。所有活检均在患者行第,次脊柱后路手术时进行。患者接受,次手术的原因包括内固定器械拆除,6例,、融合失败,8例,、融合区临近节段椎间盘突出,3例,、腰椎不稳,2例,、重臵内固定,1例,。活检标本来源于腰段,15例,、胸腰段,1例,、胸段,1例,~有3例标本取自的节段未详细记载。
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植入材料
本组患者中~17例应用条状双相钙磷陶瓷,5 mm〓5 mm〓20 mm,~3例应用颗粒状陶瓷,直径1,3 mm,。该陶瓷由磷酸三钙,40%,和羟基磷灰石,60%,组成~孔径为300,600 μm~孔隙率约为50%〒10%。脊柱后路融合采用混合植骨~即双相钙磷陶瓷与局部去皮质骨粒,16例,或自体髂骨,2例,混合移植。2例自体骨来源记载不明。
组织形态学观察及计量
所有标本在取材后立即用10%中性福尔马林浓液固定~14 d后用梯度乙醇浓液脱水~甲苯透明后用甲基丙烯酸甲酯包埋。应用Leica锯式切片机切片~切片初始厚度约为200 μm~研磨至约50 μm厚~抛光后用苦味酸-品红溶液染色。
每个标本观察2张连续切片。观察指标有:双相钙磷陶瓷周围和内部的新生组织,陶瓷形态的改变,颗粒及伴随的细胞反应。本组标本中~6例因体积过小~无法进行定量研究~仅进行形态学观察,其余14例标本较大~且均为条状陶瓷~进行组织形态计量学测量。测量的指标主要有:
(1)新骨形成率,VPB,=陶瓷内部形成的新骨面积/陶瓷孔的总面积,
(2)材料残余率,VRM,=残存的陶瓷面积/植入陶瓷的总面积,
(3)新骨占孔率,NbB,=形成新骨的孔数/总的孔数,
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(4)材料周边的骨接触率,PIB,=与骨接触的材料周长/材料的总周长。
统计学处理
所有结果用均数表示。植入时间与新骨形成率,VPB,、新骨占孔率,NbB,之间的关系采用Spearman秩相关分析~同法分析材料周边的骨接触率,PIB,和新骨形成率,VPB,、新骨占孔率,NbB,之间的关系。
2 结 果
所有的双相陶瓷标本均可见新骨形成~但不同病例的新骨形成率差异较大。11例陶瓷标本内可见大量的新骨形成(图1a)~9例标本仅在陶瓷周围的孔内形成新骨(图1b)。与自体骨紧密接触的陶瓷中形成的新骨较多。仅形成少量或未形成新骨的陶瓷孔内可见纤维组织形成。从整体上看~双相钙磷陶瓷的骨架结构变化不大~孔连接径大小很不均一。陶瓷周围和内部可见降解颗粒~其中19例标本观察到数量不等的材料降解颗粒~颗粒周围可伴随活跃的多核巨细胞~细胞内可见吞噬的降解颗粒(图2a~2b)。一些降解颗粒和吞噬细胞位于材料的表面~但在形成新骨的陶瓷表面~未见降解颗粒。
14个标本行组织形态学计量测量~植入时间为2,43个月~新生骨组织为33%,VPB,或38%,NbB,。陶瓷周边的骨接触率为19%。材料残余率为52%~与植入前变化不大。
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根据患者年龄将14例陶瓷标本分为3组:少年组,50岁,5例。结果表明材料的残余率随年龄增大而增多~新生骨随年龄组增大而减少。新骨形成率最大的病例出现在少年组内~达%(图3),新骨形成率最小的病例出现在青中年组内~仅%。
根据陶瓷植入体内的时间分3组:1年内3例~1,2年5例~2年以上6例。结果发现材料内新生的骨组织随植入时间的延长而增多~材料残余率随植入时间变化不大。
根据最终是否融合成功分为2组:融合成功组9例~融合失败组5例。结果显示融合成功组新骨形成率,VPM~37%,NbM, 41%,明显大于融合失败组,VPM~24%,NbM, 33%,。材料的残余率则融合成功组,51%,低于融合失败组,53%,~即融合成功组的材料降解较快。
相关分析研究发现植入时间与新骨形成率VPB,r=, P=,、新骨占孔率NbB(r=, P=)无显著相关~但材料周边的骨接触率PIB与新骨形成率VPB,r=, P 3 讨 论
应用多孔双相钙磷陶瓷促进脊柱后路融合已取得较好的临床效果。双相钙磷陶瓷由磷酸三钙和羟基磷灰石组成~具有与骨基质相同的化学成份~多孔结构有助于骨髓基质干细胞移行、贴附、增殖和分化为成骨细胞~可作为骨传导性支架促进骨长入~因此本研究中的所有陶瓷均形成不同数量的新骨。但不同病例的新生骨量的差异较大~这是由于脊柱
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的融合过程还受到如患者年龄、植入材料、植入部位的机械环境及植骨床的准备情况等因素的影响。
图1a 双相陶瓷的周围孔及中心孔均可见新骨形成~陶瓷周围与自体骨(星号)紧密接触。,苦味酸,品红染色~〓, 图1b 双相陶瓷的周围孔形成少量类骨质,箭头,和矿化骨,星号,~中心孔见纤维组织形成~无新骨。注意陶瓷周围无自体骨。,苦味酸,品红染色~〓, 图2a 双相陶瓷的孔内可见新骨形成~周围有大量的降解颗粒。,苦味酸,品红染色~〓50, 图2b 高倍视野下可见陶瓷降解颗粒位于多核巨细胞内或细胞外。,苦味酸,品红染色~〓100, 图3 来源于19岁患者的双相钙磷陶瓷标本~可见大量新骨,类骨质:黄绿色,矿化骨:红色,形成~陶瓷表面覆盖新生骨~未见降解颗粒。,苦味酸,品红染色,〓25,
从材料结构上分析~双相钙磷陶瓷的孔与孔连接的不均一可引起本研究中不同病例间新生骨量的差异。研究表明孔径为300 ,600 μm的陶瓷适于骨组织长入,3,~孔连接径为30 μm的陶瓷比60 μm的陶瓷形成的纤维组织多~孔连接径大于50 μm能确保矿化骨的形成,3,。本组材料具有良好的孔径,300,600 μm,~但孔连接径大小很不不均一~而导致新生骨量的差异。此外~羟基磷灰石在体内难以降解~而磷酸三钙植入体内,周后就开始降解~因此~当双相钙磷陶瓷的磷酸三钙成分开始降解后~羟基磷灰石仍未降解~材
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料的大体骨架仍然存在~材料的孔与孔连接也不会发生显著改变。本组钙磷陶瓷植入后残余材料的孔隙率与植入前变化不大~表明材料本身的结构未发生明显的改变或材料未降解。有些陶瓷植入体内长达4年余~但仍未能降解消失或转化成骨组织~因此~双相钙磷陶瓷仅是一种骨传导性支架~而非骨替代物~双相钙磷陶瓷不会被新骨完全替代,4,。近年研究表明引入干细胞或诱导因子能促进其成骨,5,。
本研究发现陶瓷内新生骨量随年龄增加而减少~随植入时间的延长而增加,一少年患者植入双相钙磷陶瓷38个月后~陶瓷活检标本显示其新生骨量最大~达%。这一结果表明双相陶瓷的成骨量受患者的年龄和植入时间的影响:青少年的成骨活动较活跃~新生骨量也较大。此外~陶瓷内成骨量还与融合技术有关。近年研究表明双相陶瓷必须与自体骨,如局部去皮质骨粒,混合植入~与自体骨紧密接触的陶瓷的新生骨明显增多,1,。本研究发现未接触自体骨的双相钙磷陶瓷成骨量较低(%,22%)~相关分析表明植入钙磷陶瓷与自体骨接触越紧密、越多~陶瓷内部形成的新骨越多~与文献报道一致~这是因为植骨床、植骨块或去皮质骨粒在新骨长入的过程中起重要的作用。去皮质良好的植骨床及局部骨片能提供含骨髓干细胞的骨髓~而良好的接触能确保来自于植骨床或自体骨块的骨髓基质干细胞抵达陶瓷~从而促进陶瓷内部和周围形成新骨~因此~行脊柱后路融合时必须将植
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骨床充分去皮质化~并使植骨块或去皮质骨粒与钙磷陶瓷充分混合~使其相互接触~才能确保较多地骨长入。双相钙磷陶瓷的生物降解过程较复杂~机械磨擦、化学溶解、细胞吞噬及细胞活动产生的酸性环境都能使其降解,6,。此外~陶瓷的烧结工艺对陶瓷的降解有重要的影响。为了保证双相钙磷陶瓷中的有效成份~烧结温度往往较低~使磷酸三钙颗粒、羟基磷灰石晶体间的连接较弱~植入体内后易形成降解颗粒~诱发细胞吞噬反应,6, 7,。由于羟基磷灰石颗粒较难溶解~细胞吞噬后会引起细胞损伤~从而影响骨形成和脊柱融合,7,。由于本研究中最早的病例和最迟的病例相差达8年之多~使用的双相陶瓷可来自不同的批号~这些因素都可影响本研究中各标本的成骨和降解。
本研究所有病例在植骨融合的同时都进行了内固定术~因此所有植入的双相陶瓷具有稳定的生物力学环境~但从严格意义上说~脊柱后侧和后外侧融合的生物力学环境不尽相同~动物实验表明横突间融合术陶瓷的新骨形成率明显低于椎板间融合术。本研究部份病例的融合部位在腰段~标本的取材部位可为椎板、关节突或横突间。由于具体活检部位的记载不够详尽~因此不能进一步分析这些差异~今后根据不同植入部位进一步研究有助于阐明这些差异。
4 致 谢
感谢法国Calot医院骨科Chopin医师和Morin医师热
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情地提供临床标本~感谢法国Littoral大学生物材料和生
物技术研究所Hardouin教授对研究所作的悉心指导。
【参考文献】
,1, Delecrin J, Deschamps C, Romih M, et al. Influence of bone environment on ceramic osteointegration in spinal fusion: comparison of bone
poor and bone rich sites,J,. Eur Spine J,
2001,10:110-113.
,2, Fujibayashi S, Shikata J, Tanaka C, et al. Lumbar posterolateral fusion with biphasic calcium phosphate ceramic,J,. J Spinal Disord, 2001,
14:214-221.
,3, Flautre B, Descamps M, Delecourt C, et al. Porous HA ceramic for bone replacement:role of the pores and interconnections experimental study in the rabbit,J,. J Biomed Mater Res,2001,12:679-682.
,4, Totoribe K, Tajima N, Chosa E, et al. Hydroxyapatite block for use in posterolateral lumbar fusion: a report of four cases,J,. Clin
Orthop,2002,399:146-151.
,5, 许卫兵~贾连顺~卢建熙,等. 兔骨髓基质干细
胞体外培养复合β-磷酸三钙进行胸椎后侧融合实验研究
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,J,. 中国矫形外科杂志,2017,22:1736-1738.
,6, Lu J, Descamps M, Dejou J, et al. The biodegradation mechanism of calcium phosphate biomaterials in bone,J,. J Biomed Mater
Res,2002,63:408-412.
,7, Lu J, Blary MC, Vavasseur S, et al. Relationship between bioceramics sintering and micro
particles induced cellular damages,J,. J Mater
Sci Mater Med,2017,15:361-365.
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多孔双相钙磷陶瓷在脊柱后路融合中成骨作用和降解特性的组织学观察_1149
多孔双相钙磷陶瓷在脊柱后路融合中成骨作用和降解特性的组织学观察
作者:谢幼专,朱振安,张蒲,汤亭亭,卢建熙,
戴尅戎
【摘要】 [目的]了解多孔双相钙磷陶瓷在人体脊柱后路融合中的成
骨变化及降解过程。[方法]对20例脊柱后路融合的双相钙磷陶瓷活
检标本行不脱钙硬组织切片检查。观察陶瓷周围和内部的新生组织、陶
瓷的形态改变、降解颗粒及伴随的细胞吞噬反应。其中14例标本行组
织形态计量,根据患者的年龄、植入时间及临床结果分组比较成骨及材
料降解的速度。[结果]所有的双相钙磷陶瓷标本均可见新生骨组织,
与自体骨接触越多,陶瓷内的新生骨组织越多。绝大部分陶瓷内可见降
解颗粒,部分颗粒位于巨噬细胞内。不同标本的新生骨和材料降解速度
差异较大。陶瓷内的新生骨随植入时间的增加而增多,但随患者年龄的
增大而减少。陶瓷的降解率随患者年龄的增大而减少,但不受植入时间
的影响。后路融合成功组的活检标本的新生骨量高于融合失败组,但材
料降解率则反之。[结论]多孔双相钙磷陶瓷是一种骨传导材料,但植
入体内降解缓慢,不能被新生骨组织完全替代。植入时必须将陶瓷与自
体骨充分混合以获得良好的骨长入。陶瓷产生的降解颗粒及诱发的细胞
吞噬反应必须引起注意。
【关键词】 脊柱后路融合; 双相钙磷陶瓷; 骨形成; 生物降解
Abstract:[Objective]To reveal the osteogenesis, the
biodegradation and tissue reactions of the porous biphasic
calcium phosphate ceramic (PBC) in human spine.[Method]The
histological study was carried out on 20 PBC samples retrieved
from posterior spinal fusion. All the PBC samples were treated
by undecalcified histological preparation. The tissue in or
around the material, the change of ceramic shape,the particles
and the presence of macrophages were observed. The
quantitative study was performed in 14 samples with sufficient size. The residual material and the newly formed bone were
analyzed according to the patient age,the duration in vivo and clinical results.[Result]Newly formed bone was found in
all the samples. More new bone was formed in those samples
closely in contact with autogenous bone. The PBC degradation
particles were present both in the macrophages and around the
tissue. But those phenomena were highly variant among the
samples. New bone formation increased with time and decreased
with the age. The material degradation decreased with the age,
but it did not differ greatly with time. New bone formation
was higher and the residual material was lower in the fusion
group than in the nonfusion group.[Conclusion]The PBC is a kind of osteoconductive material and does not transform into
new bone after a relatively long time. The PBC should be well
mixed with the autogenous bone in order to achieve high new
bone colonization. The PBC degradation particles and related
active phagocytotic activity have been noted.
Key words:posterial spinal fusion; calcium phosphate ceramic; osteogenesis; biodegradation
退行性椎间盘病变、脊柱不稳和脊柱侧弯等疾病的手术治疗常需
进行脊柱后路融合。自体骨移植是促进融合的金标准方法,但自体骨供
区并发症的发生率可高达24%。此外,自体骨的取骨量有限,不能满足
日益增加的翻修手术需求。尽管融合时也可采用同种异体骨,但免疫排
斥反应及潜在传播传染性疾病的可能又使其应用受到一定的限制。近年来,人工合成的多孔双相钙磷陶瓷日益受到重视并应用于临床,且在动
物[1]和人体[2]的脊柱后路融合中取得了良好的效果。然而,大多
数临床研究主要以影像学改变和临床症状、体征的改善为评判标准,组
织学活检观察甚少。大多数组织学观察来源于动物实验研究,但由于物
种的差异,低等脊椎动物的实验结果不能完全代表人体的生物学改变。
由于组织学观察能最直观地了解这些材料在人体内的生物学变化,因
此,本研究对20例脊柱后路融合手术的多孔双相钙磷陶瓷活检标本进
行组织学观察,以较真实地了解其在人体的生物学改变。
1 材料与方法
1.1 病例资料
1993~2002年法国Calot医院共收集20例多孔双相钙磷陶瓷活检
标本,均取自脊柱后路融合的患者。其中男2例,女18例;年龄11~70岁(平均45.2岁)。原发性诊断包括先天性脊柱侧凸畸形(1例),特发性脊柱侧凸畸形(11例),退变性脊柱侧凸畸形(7例),腰椎不稳(1例)。最大融合范围从T1至骶骨。每例融合手术均使用
内固定器械固定,双相钙磷陶瓷和自体骨混合植骨。活检时间为术后
2~56个月(平均24个月)。所有活检均在患者行第2次脊柱后路手术时进行。患者接受2次手术的原因包括内固定器械拆除(6例)、融合失败(8例)、融合区临近节段椎间盘突出(3例)、腰椎不稳(2例)、重置内固定(1例)。活检标本来源于腰段(15例)、胸腰段(1例)、胸段(1例),有3例标本取自的节段未详细记载。
1.2 植入材料
本组患者中,17例应用条状双相钙磷陶瓷(5 mm×5 mm×20 mm),3例应用颗粒状陶瓷(直径1~3 mm)。该陶瓷由磷酸三钙
(40%)和羟基磷灰石(60%)组成,孔径为300~600 μm,孔隙率约为50%?10%。脊柱后路融合采用混合植骨,即双相钙磷陶瓷与局部去
皮质骨粒(16例)或自体髂骨(2例)混合移植。2例自体骨来源记载
不明。
1.3 组织形态学观察及计量
所有标本在取材后立即用10%中性福尔马林浓液固定,14 d后用梯度乙醇浓液脱水,甲苯透明后用甲基丙烯酸甲酯包埋。应用Leica锯式切片机切片,切片初始厚度约为200 μm,研磨至约50 μm厚,抛光后用苦味酸-品红溶液染色。
每个标本观察2张连续切片。观察指标有:双相钙磷陶瓷周围和内
部的新生组织;陶瓷形态的改变;颗粒及伴随的细胞反应。本组标本中,6例因体积过小,无法进行定量研究,仅进行形态学观察;其余14例标本较大,且均为条状陶瓷,进行组织形态计量学测量。测量的指标
主要有:
(1)新骨形成率(VPB)=陶瓷内部形成的新骨面积/陶瓷孔的总面积;
(2)材料残余率(VRM)=残存的陶瓷面积/植入陶瓷的总面积;
(3)新骨占孔率(NbB)=形成新骨的孔数/总的孔数;
(4)材料周边的骨接触率(PIB)=与骨接触的材料周长/材料的总周长。
1.4 统计学处理
所有结果用均数表示。植入时间与新骨形成率(VPB)、新骨占孔率(NbB)之间的关系采用Spearman秩相关分析,同法分析材料周边的
骨接触率(PIB)和新骨形成率(VPB)、新骨占孔率(NbB)之间的关系。
2 结 果
所有的双相陶瓷标本均可见新骨形成,但不同病例的新骨形成率差
异较大。11例陶瓷标本内可见大量的新骨形成(图1a),9例标本仅在陶瓷周围的孔内形成新骨(图1b)。与自体骨紧密接触的陶瓷中形成的
新骨较多。仅形成少量或未形成新骨的陶瓷孔内可见纤维组织形成。从
整体上看,双相钙磷陶瓷的骨架结构变化不大,孔连接径大小很不均
一。陶瓷周围和内部可见降解颗粒,其中19例标本观察到数量不等的
材料降解颗粒,颗粒周围可伴随活跃的多核巨细胞,细胞内可见吞噬的
降解颗粒(图2a,2b)。一些降解颗粒和吞噬细胞位于材料的表面,但
在形成新骨的陶瓷表面,未见降解颗粒。
14个标本行组织形态学计量测量,植入时间为2~43个月,新生骨组织为33%(VPB)或38%(NbB)。陶瓷周边的骨接触率为19%。材料残余率为52%,与植入前变化不大。
根据患者年龄将14例陶瓷标本分为3组:少年组(<20岁)3例;青中年组(20~50岁)6例;老年组(>50岁)5例。结果表明材料的
残余率随年龄增大而增多,新生骨随年龄组增大而减少。新骨形成率最
大的病例出现在少年组内,达81.8%(图3);新骨形成率最小的病例出
现在青中年组内,仅0.6%。
根据陶瓷植入体内的时间分3组:1年内3例,1~2年5例,2年以上6例。结果发现材料内新生的骨组织随植入时间的延长而增多,材
料残余率随植入时间变化不大。
根据最终是否融合成功分为2组:融合成功组9例,融合失败组5例。结果显示融合成功组新骨形成率(VPM,37%;NbM, 41%)明显大于融合失败组(VPM,24%;NbM, 33%)。材料的残余率则融合成功组
(51%)低于融合失败组(53%),即融合成功组的材料降解较快。
相关分析研究发现植入时间与新骨形成率VPB(r=0.05, P=0.86)、新骨占孔率NbB(r=0.14, P=0.62)无显著相关,但材料周边
的骨接触率PIB与新骨形成率VPB(r=0.84, P<0.01)、新骨占孔率nbb(r=0.81,>0.01)、新骨占孔率nbb(r=0.81,><0.01)呈显著相关。>0.01)呈显著相关。>
3 讨 论
应用多孔双相钙磷陶瓷促进脊柱后路融合已取得较好的临床效果。
双相钙磷陶瓷由磷酸三钙和羟基磷灰石组成,具有与骨基质相同的化学
成份,多孔结构有助于骨髓基质干细胞移行、贴附、增殖和分化为成骨
细胞,可作为骨传导性支架促进骨长入,因此本研究中的所有陶瓷均形
成不同数量的新骨。但不同病例的新生骨量的差异较大,这是由于脊柱
的融合过程还受到如患者年龄、植入材料、植入部位的机械环境及植骨
床的准备情况等因素的影响。
图1a 双相陶瓷的周围孔及中心孔均可见新骨形成,陶瓷周围与
自体骨(星号)紧密接触。(苦味酸-品红染色,×3.125) 图1b 双
相陶瓷的周围孔形成少量类骨质(箭头)和矿化骨(星号),中心孔见
纤维组织形成,无新骨。注意陶瓷周围无自体骨。(苦味酸-品红染
色,×3.125) 图2a 双相陶瓷的孔内可见新骨形成,周围有大量的
降解颗粒。(苦味酸-品红染色,×50) 图2b 高倍视野下可见陶瓷降解颗粒位于多核巨细胞内或细胞外。(苦味酸-品红染色,×
100) 图3 来源于19岁患者的双相钙磷陶瓷标本,可见大量新骨
(类骨质:黄绿色;矿化骨:红色)形成,陶瓷表面覆盖新生骨,未见
降解颗粒。(苦味酸-品红染色,×25)
从材料结构上分析,双相钙磷陶瓷的孔与孔连接的不均一可引起本
研究中不同病例间新生骨量的差异。研究表明孔径为300 ~600 μm的
陶瓷适于骨组织长入[3],孔连接径为30 μm的陶瓷比60 μm的陶
瓷形成的纤维组织多,孔连接径大于50 μm能确保矿化骨的形成[3]。本组材料具有良好的孔径(300~600 μm),但孔连接径大小很不不均一,而导致新生骨量的差异。此外,羟基磷灰石在体内难以降
解,而磷酸三钙植入体内4周后就开始降解,因此,当双相钙磷陶瓷的
磷酸三钙成分开始降解后,羟基磷灰石仍未降解,材料的大体骨架仍然存在,材料的孔与孔连接也不会发生显著改变。本组钙磷陶瓷植入后残
余材料的孔隙率与植入前变化不大,表明材料本身的结构未发生明显的
改变或材料未降解。有些陶瓷植入体内长达4年余,但仍未能降解消失或转化成骨组织,因此,双相钙磷陶瓷仅是一种骨传导性支架,而非骨
替代物,双相钙磷陶瓷不会被新骨完全替代[4]。近年研究表明引入干细胞或诱导因子能促进其成骨[5]。
本研究发现陶瓷内新生骨量随年龄增加而减少,随植入时间的延长
而增加;一少年患者植入双相钙磷陶瓷38个月后,陶瓷活检标本显示其新生骨量最大,达81.8%。这一结果表明双相陶瓷的成骨量受患者的
年龄和植入时间的影响:青少年的成骨活动较活跃,新生骨量也较大。
此外,陶瓷内成骨量还与融合技术有关。近年研究表明双相陶瓷必须与
自体骨(如局部去皮质骨粒)混合植入,与自体骨紧密接触的陶瓷的新
生骨明显增多[1]。本研究发现未接触自体骨的双相钙磷陶瓷成骨量
较低(0.6%~22%),相关分析表明植入钙磷陶瓷与自体骨接触越紧密、
越多,陶瓷内部形成的新骨越多,与文献报道一致,这是因为植骨床、
植骨块或去皮质骨粒在新骨长入的过程中起重要的作用。去皮质良好的
植骨床及局部骨片能提供含骨髓干细胞的骨髓,而良好的接触能确保来
自于植骨床或自体骨块的骨髓基质干细胞抵达陶瓷,从而促进陶瓷内部
和周围形成新骨,因此,行脊柱后路融合时必须将植骨床充分去皮质
化,并使植骨块或去皮质骨粒与钙磷陶瓷充分混合,使其相互接触,才
能确保较多地骨长入。双相钙磷陶瓷的生物降解过程较复杂,机械磨
擦、化学溶解、细胞吞噬及细胞活动产生的酸性环境都能使其降解
[6]。此外,陶瓷的烧结工艺对陶瓷的降解有重要的影响。为了保证
双相钙磷陶瓷中的有效成份,烧结温度往往较低,使磷酸三钙颗粒、羟
基磷灰石晶体间的连接较弱,植入体内后易形成降解颗粒,诱发细胞吞噬反应[6, 7]。由于羟基磷灰石颗粒较难溶解,细胞吞噬后会引起细
胞损伤,从而影响骨形成和脊柱融合[7]。由于本研究中最早的病例和最迟的病例相差达8年之多,使用的双相陶瓷可来自不同的批号,这
些因素都可影响本研究中各标本的成骨和降解。
本研究所有病例在植骨融合的同时都进行了内固定术,因此所有植
入的双相陶瓷具有稳定的生物力学环境,但从严格意义上说,脊柱后侧
和后外侧融合的生物力学环境不尽相同,动物实验表明横突间融合术陶
瓷的新骨形成率明显低于椎板间融合术。本研究部份病例的融合部位在
腰段,标本的取材部位可为椎板、关节突或横突间。由于具体活检部位
的记载不够详尽,因此不能进一步分析这些差异,今后根据不同植入部
位进一步研究有助于阐明这些差异。
4 致 谢
感谢法国Calot医院骨科Chopin医师和Morin医师热情地提供临床标本,感谢法国Littoral大学生物材料和生物技术研究所Hardouin
教授对研究所作的悉心指导。
【参考文献】
[1] Delecrin J, Deschamps C, Romih M, et al. Influence of
bone environment on ceramic osteointegration in spinal fusion:
comparison of bonepoor and bonerich sites[J]. Eur
Spine J, 2001,10:110-113.
[2] Fujibayashi S, Shikata J, Tanaka C, et al. Lumbar
posterolateral fusion with biphasic calcium phosphate ceramic
[J]. J Spinal Disord, 2001, 14:214-221.
[3] Flautre B, Descamps M, Delecourt C, et al. Porous HA
ceramic for bone replacement:role of the pores and
interconnectionsexperimental study in the rabbit[J]. J Biomed Mater Res,2001,12:679-682.
[4] Totoribe K, Tajima N, Chosa E, et al. Hydroxyapatite
block for use in posterolateral lumbar fusion: a report of
four cases[J]. Clin Orthop,2002,399:146-151.
[5] 许卫兵,贾连顺,卢建熙,等. 兔骨髓基质干细胞体外培养复合
β-磷酸三钙进行胸椎后侧融合实验研究[J]. 中国矫形外科杂志,2005,22:1736-1738.
[6] Lu J, Descamps M, Dejou J, et al. The biodegradation
mechanism of calcium phosphate biomaterials in bone[J]. J Biomed Mater Res,2002,63:408-412.
[7] Lu J, Blary MC, Vavasseur S, et al. Relationship between
bioceramics sintering and microparticlesinduced cellular damages[J]. J Mater Sci Mater Med,2004,15:361-365.
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20岁)3例;青中年组(20~50岁)6例;老年组(>