PLDLA接骨材料行下颌骨骨折内固定的实验研究

　　作者：邓润智　胡勤刚　陈强　余国建　黄晓峰　王志勇

　　【关键词】  聚乳酸

　　［摘要］  目的：评价新型L/DL聚乳酸（poly-L/DL-lactide，PLDLA）接骨材料行兔下颌骨骨折坚强内固定的可行性及其在动物体内的组织学反应。方法：分别采用PLDLA接骨材料和纯钛接骨材料行兔下颌骨骨折内固定术，术后1、2、4、8周进行大体标本、影像学、骨生物力学测试和组织学检查。结果：所有实验动物下颌骨骨折断端均对位良好。PLDLA组的愈合骨折力学强度测试结果与钛板组无统计学差异。PLDLA接骨板在动物机体内无明显不良反应。结论：PLDLA接骨材料对兔下颌骨骨折具有良好的内固定作用，对骨折愈合过程无不良影响。

　　［关键词］  聚乳酸  坚强内固定  下颌骨骨折  生物降解

　　Bioabsorbable Plates and Screws For Internal Fixation of Mandibular Fracture in Rabbits.

　　DENG Run-zhi, HU Qin-gang, CHEN qiang, et al.

　　Stomatological Hospital Affilliated College of Medicine, Nanjing University,Nanjing 210008

　　［Abstract］Objective: To investigate the poly(L/DL-Lactide)（PLDLA）internal fixation effects in vivo. Methods: A total of 24 New Zealand rabbits were involved in the study. After mandibular body fracture models were created, 16 rabbits were fixed with PLDLA plates as the experimental group. Others were fixed with titanium plates as control. All the rabbits were sacrificed at 1,2,4,8 weeks after operation. Gross observation, radiographical, histologic  and bony mechanics examinations of the fracture site were carried out after rabbits were sacrificed. Results: Bony union of both groups was good. The PLDLA plates with sufficient mechanical properties produced the same effect of internal fixation as the titanium plates. The reaction of soft and hard tissues to PLDLA plates and screws was similar to that of the titanium plates and screws. Conclusion: The function of PLDLA plates was similar to that of titanium plates in the fixation of experimental mandibular fractures in rabbits. There was no side-effects on bone healing.

　　［Key words］  Polylactic acid  Rigid internal fixation  Mandibular fracture  Biodegradation

    可吸收聚乳酸接骨材料如，消旋聚乳酸（poly-DL lactic acid, PDLLA）的降解速度较快，通常在半年以内即可完成，但材料强度较小，不能满足应力较强部位的骨折内固定；左旋聚乳酸（poly-L-lactide, PLLA）的结晶度较大，强度大，但降解速度慢，后期会出现非特异性炎症反应。因此寻找合适的材料，即具有较高的力学强度和合适的降解速度已成为临床医学和材料科学关心的问题。本研究采用国产新型L/DL聚乳酸（poly-L/DL-lactide，PLDLA）接骨材料制作而成接骨板和螺钉固定兔下颌骨体部骨折，并与常规的钛接骨材料作对照，观察其接骨效能、骨折愈合过程和生物相容性等，为材料的进一步改性和临床应用提供参考。

　　1  材料与方法

　　1.1  实验动物与分组  新西兰大白兔32只，体重2.5~3.0 kg，雌雄不限，随机分成2组，实验组（PLDLA组）16只、对照组（钛板组）16只，由南京军区军事医学研究所提供。

　　图1  PLDLA接骨板及螺钉    略

　　1.2  骨折内固定材料  PLDLA接骨板及螺钉：接骨板：30 mm×8 mm×2 mm ， 4孔；螺钉：长9 mm、螺纹内径2.5 mm、外径3.5 mm，螺距1.5 mm，由南京大学化学化工学院合成，见图1。钛接骨板及螺钉：四孔小型板、螺钉（西安中邦）。

　　1.3  实验方法

　　1.3.1  动物模型的制备及内固定  动物麻醉后沿下颌骨下缘作平行切口，逐层分离，暴露下颌骨颊舌侧骨面。用细裂钻在咬肌前缘将下颌骨体颊侧皮质及部分舌侧骨皮质切开，用特制骨凿劈开下颌骨体部，使之完全离断。充分止血后将骨折复位，并沿下颌骨下缘上方8 mm处，在骨折线两侧钻孔， PLDLA接骨板采用丝锥预攻钉道后旋入PLDLA螺钉固位，而钛板则采用自攻的方式钛钉固位。操作时注意避免穿通口腔。术后2 h即给予常规颗粒饲料，分笼喂养，每天肌注庆大霉素4万U，连续3 d。

　　1.3.2  观察方法  于术后1、2、4、8周分批处死动物取出标本，每批8只，PLDLA组每次处死4只，钛板组每批处死4只；1只用于组织学观察，3只用于骨生物力学测试。对兔下颌骨标本采用大体标本观察、影像学检查、组织学切片观察和骨折侧下颌骨三点弯曲强度测试。愈合骨痂的三点弯曲强度测试：样本置于跨度20 mm的Instron 4 466万能材料测试仪样品台上，将压头对准骨折线，缓慢加压至骨折区断裂，记录最大断裂力(单位：N)。

　　2  结果

　　2.1  一般情况  实验动物全部存活，术后第2天即可正常进食，未发生接骨板外露，无咬合错位，无张口受限。其中PLDLA组2只实验动物创口局部出现感染（分别为4周组与8周组各1只），经局部处理后创口顺利愈合。

　　2.2  大体标本观察  PLDLA接骨板均发生部分降解吸收，其术后各个时期骨折愈合情况如表1。

　　表1  PLDLA组骨折愈合情况大体解剖学结果　略

　　2.3  影像学检查  术后1周，下颌骨侧位X线片示PLDLA组及钛板组骨折线清晰，断端边缘光整，对位良好；术后2周， X线片示PLDLA接骨板内固定侧骨折线较宽，清晰可见，但较1周组骨折线密度增高，已可见明显的骨膜反应，邻近骨折区的骨小梁结构紊乱；钛板内固定侧骨折线亦清晰可见，邻近骨小梁结构较乱对位良好。术后4周，下颌骨侧位X线片示：骨折线稍显模糊，断端边缘密度稍增高，仍清晰可见，骨髓腔内可见稀疏的骨痂影，邻近骨小梁结构仍较紊乱；PLDLA接骨板固定侧较钛接骨板固定侧模糊。术后8周，下颌骨侧位X线片示：骨折线密度继续增高，已较模糊。PLDLA接骨板固定侧牙槽嵴处骨折线消失；钛板侧骨折线仍模糊可见，邻近骨小梁长入骨折区，见图2、图3。

　　图2 － 图3  略

　　2.4  组织学检查

　　2.4.1  植入材料周围组织观察  PLDLA组术后2周，可见胶原纤维包裹较厚，成纤维细胞增多，有大量的毛细血管，明显的血管扩张充血，可见有一定数量的炎性细胞。术后8周，毛细血管数量减少，无明显的血管扩张，炎性细胞数量减少，以淋巴细胞多见，少量的多核巨细胞，胶原纤维包裹变薄，见图4。

　　2.4.2  骨折愈合组织学表现  光镜下（×200）观测，术后1周，PLDLA组成纤维细胞明显增殖，较多幼稚的成软骨细胞和成骨细胞以及少量的骨基质的形成；术后2周，可见少量新生的骨小梁，排列方向紊乱，骨折区纤维性成骨与软骨化成骨并存，成骨细胞较1周成熟。术后4周，骨断端间有大量成束状排列的胶原纤维，骨断端附近可见较多的散在新生骨小梁，排列紊乱，中间有大量的成束状胶原纤维。PLDLA组的成骨量与钛板组未见明显的不同。术后8周，已有广泛成骨，新生骨小梁已将骨断端之间的间隙充满，骨小梁排列较前显规则，见图5。

　　图4 － 图5 略

　　2.5  骨折侧下颌骨三点弯曲强度测试  骨折后1周，骨断端处为纤维性组织连接，无固定作用，故未测量其强度。 两组各取材时间点骨三点弯曲强度值见表2。测试值经双样本等方差t检验表明，PLDLA组与钛板组无显著的统计学差异（P>0.05）。

　　表2  两组骨力学测定值　略

　　3  讨论

    骨的自然愈合过程是在非坚强或半坚强内固定条件下通过纤维骨痂和软骨骨痂中介转化的间接骨愈合。而与此相对，直接骨愈合在组织学上没有纤维骨痂和软骨骨痂形成，表现为直接骨化愈合。虽然以无骨痂形成，通过骨小梁直接愈合为特征的原发性骨愈合是理论上理想的骨愈合形式，但在临床及实验中得以实现的却不多［1］。Suuronen等［2~4］对羊下颌骨切开后，采用PLLA板及螺钉进行固定，此类可吸收板或螺钉都应用于髁状突颈部或下颌骨前部，固位效果与金属装置相当，在骨切开部位均有厚骨痂形成。Serlo［5，6］将PLDLA板和螺钉应用于儿童的颅成形术中，固位稳定，可靠，术后半年内无明显并发症。本实验采用国产新型PLDLA接骨材料作兔下颌骨骨折内固定，术后第2周即有骨痂形成，至术后4周，大体标本上的骨痂量形成达到了顶峰，并且其骨痂的钙化程度明显大于2周组。随着继发性骨性骨痂的形成、骨组织改建，实验8周组的骨痂量较4周有所减少，其钙化程度更高，此时骨折线在肉眼已经很难分辨出。由于PLDLA接骨板内固定的骨折愈合过程中伴随骨痂的形成与改建，直至临床愈合，因此属继发性骨愈合。组织学上，术后1周，大量成纤维细胞增殖，少量低矿化骨基质形成，X线表现骨折线清晰；术后2周，可见到少量新生的骨小梁，排列方向紊乱，边缘可见到大量的成骨细胞，骨折区纤维性成骨与软骨化成骨并存，X线表现为骨折线较1周组密度增高，已可见明显的骨膜反应，邻近骨折区的骨小梁结构紊乱；术后4周，骨断端附近可见较多的散在新生骨小梁，表面有新骨沉积；小梁稀疏、细长、排列紊乱，X线表现与此相符，骨折线稍模糊，断端边缘密度稍增高，邻近骨小梁结构仍较紊乱；术后8周，已有广泛成骨，新生骨小梁已将骨断端之间的间隙充满，骨小梁排列较前规则，此时X线片示骨折线模糊，牙槽嵴处骨折线已消失。

    本研究使用的PLDLA可吸收接骨板，在无辅助固位的情况下，能够使兔下颌骨骨折在对位良好的情况下愈合，无1例出现骨折错位，说明此种PLDLA接骨材料刚度和强度能够承受兔下颌骨负荷的应力，有效地防止骨折段受应力影响而移位。本研究亦以小型钛板参照,结果表明PLDLA和钛板对下颌骨骨折的愈合均未见明显不良影响，PLDLA组与钛板组X线表现基本相同，愈合骨的三点弯曲强度无显著差异,PLDLA接骨板与传统钛板的下颌骨骨折的内固定效果基本相当。

    钛接骨板、螺钉固定属于刚性的坚强内固定，理论上可产生不利于骨折愈合的应力遮挡作用。而本研究中随着PLDLA接骨板、螺钉的降解、崩裂,其应力阻断作用逐渐降低直至完全消失,便于生理性应力的传导和加快骨的形成及改建。实验结果显示：骨折内固定术后8周，骨折区以胶原纤维为主的纤维性愈合已经完成，并开始向骨性愈合转化。这时骨折断端所需要的固位力亦逐渐减小。此时骨断端需要适量的生理性应力刺激新骨的形成和改建，加速骨折愈合。PLDLA接骨板，在术后4周有部分降解，接骨板产生轻微的形变，有部分通过骨断端的应力可由新形成的骨痂承担，但接骨板本身仍能发挥一定的内固定效果，这对于未完全愈合的骨折断端来说，这种固位力是必需的，而同时一定的应力有利于骨痂的形成和改建。术后8周已有骨性愈合时，PLDLA开始大幅度降解，夹板及螺钉松动，强度丧失很快，内固定作用明显下降，更多的应力传导到骨断端，加速骨的愈合，从而避免了金属夹板始终存在的应力遮挡作用，同时接骨板松动，对于皮质骨的压迫减轻，不再影响其正常的血液循环。本次实验中钛板组与PLDLA组的骨愈合的强度无显著性差异，其原因可能是由于下颌骨血运丰富，因而钛板对于皮质骨的血运干扰较少，应力遮挡作用并不十分明显，二者的骨折愈合强度无明显差异。当然，由于本次实验的观察周期仅为8周，愈合骨质的改建尚未完成，长期的骨折愈合结果仍需要进一步进行观察。     生物降解材料引起的异物反应目前认为主要有以下两个原因：一是由于降解产物的释放速度过快，超过了机体局部的异物清除能力而产生，以快降解的PGA内固定材料尤为明显；二是可吸收材料中的结晶区域比无定形区域的抗降解能力更强，因此当材料发生降解时，无定形部分优先降解，同时释放出大量不易降解的小结晶体，而这些不易降解的结晶体即成为迟发性异物反应产生的原因［7］。聚乳酸在机体内的非特异性异物反应主要表现为无菌性瘘道、局部肿胀等无菌性炎性异物反应外，部分患者也存在骨质溶解的现象，对于结晶度较高的聚乳酸材料，其非特异性异物反应在术后数年发生［8，9］。Kallela在47例患者的X线检查中观察到原为3 mm直径的SR-PLLA螺钉钉道有5名患者出现了钉道骨质溶解，孔径增大为5.8 mm（4~10 mm）。钉道孔径的增大出现开始在术后6周， 24周达到了高峰。本组病例短期随访骨质溶解的发生率达到了11%％。长期随访观察2~4年，有7名患者的螺钉孔径平均增大为4.6 mm（4~7 mm），13名患者随访达到3年，出现6例类似现象（46%）。早期出现的钉道骨质溶解可能是由于螺钉与骨质之间的微动所造成的。而后期的骨质溶解则可能是由于降解碎片的局部聚集，渗透压增加或异物反应，单核巨噬细胞和多核异物巨细胞释放前列腺素、白介素和各种酶，刺激破骨细胞产生临床所见的骨质溶解现象［9］。本次实验中，PLDLA接骨板在8周之内只发生了部分降解，无明显的不良组织反应发生，影像学上并未观察到骨质溶解现象发生，大体标本结果与此相符，PLDLA组不同周期的标本，螺钉孔的大小未见到明显的变化。

　　4  结论

    本研究通过大体解剖学观察、影像学检查、骨力学测试及组织学检查研究，结果表明PLDLA在8周之内发生了部分降解，对骨折愈合过程无不良影响，对组织无明显的不良刺激。

　　参考文献

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　　［6］  Serlo W, Kaarela OI, Peltoniemi H, et al. Use of self-reinforced polylactide osteosynthesis devices in craniofacial surgery :a long-term follow-up study ［J］. Scand J Plast Reconstr Surg  Hand Sury, 2001, 35∶285-292

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