鎂及鎂合金植入體在骨科臨床中的應(yīng)用分析

王世欣

鎂及鎂合金植入體在骨科臨床中的應(yīng)用分析

王世欣

目的 探討并分析鎂及鎂合金植入體在骨科臨床中的應(yīng)用。方法 回顧性分析關(guān)于鎂及鎂合金在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域及骨科臨床中的應(yīng)用情況, 并對結(jié)果進(jìn)行參考和總結(jié)。結(jié)果 鎂合金具有良好的生物相容性及可降解性和生物安全性等優(yōu)點(diǎn), 并且其資源豐富, 可在生理電解質(zhì)環(huán)境中通過腐蝕而發(fā)生降解的特性, 展示了其在骨科領(lǐng)域巨大的潛在應(yīng)用前景, 在骨科臨床中的應(yīng)用效果顯著。結(jié)論 鎂及鎂合金是未來生物醫(yī)用植入材料重要的發(fā)展方向之一, 值得臨床推廣應(yīng)用。

鎂；鎂合金；可吸收材料；金屬材料；骨科

生物材料是和生物系統(tǒng)相作用, 用以對生物體進(jìn)行診斷、治療修復(fù)和置換損壞的組織、器官或增進(jìn)其功能的材料［1］。由于各種醫(yī)用植入材料植入體內(nèi)后都將與組織和細(xì)胞直接接觸, 因此, 用于體內(nèi)的金屬材料必須具備良好的力學(xué)性能和生物安全性能。鎂是可被人體吸收的常量元素, 因此鎂合金作為生物材料的一種, 在醫(yī)用生物材料方面具有明顯的優(yōu)勢, 如鎂在體內(nèi)可以降解成可溶的無毒氧化物從腸道排泄出去, 而且鎂合金在降解過程中釋放出鎂離子, 能夠促進(jìn)成骨反應(yīng)［2,3］；良好的生物相容性和生物可降解性［4,5］使鎂有望發(fā)展成為一種新型金屬可降解植入材料。本文就近年來生物可降解鎂合金材料作為骨科植入物的研究作出回顧與總結(jié), 為鎂及鎂合金在骨科等臨床應(yīng)用方面提供生物學(xué)依據(jù)。現(xiàn)將結(jié)果匯報(bào)如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 檢索2000～2013年P(guān)ubMed數(shù)據(jù)庫及CNKI數(shù)據(jù)庫有關(guān)鎂離子合金在醫(yī)療領(lǐng)域的研究進(jìn)展等方面的文獻(xiàn)。英文關(guān)鍵詞為“magnesium; magnesium alloy; biodegradable; biomaterials；the orthopaedics”。中文關(guān)鍵詞為“鎂；鎂合金；可降解；生物醫(yī)用材料；骨科”。英文文.168篇, 中文文獻(xiàn) 81篇。

1.2 方法 檢索文獻(xiàn)入選標(biāo)準(zhǔn)：檢索與鎂合金植入物, 鎂合金棒、鎂合金螺釘、鎂合金接骨板在骨科應(yīng)用的相關(guān)文獻(xiàn)；選擇近期發(fā)表在權(quán)威雜志上的文章。排除標(biāo)準(zhǔn)：重復(fù)性研究報(bào)告；未發(fā)表的文章；內(nèi)容不可靠者；需電話追蹤和手工檢索逐一分析的文章。質(zhì)量評估：納入考慮范圍的都是發(fā)表在國內(nèi)外權(quán)威期刊上的文獻(xiàn), 研究內(nèi)容新穎可靠, 具有較高學(xué)術(shù)價(jià)值的基礎(chǔ)研究及綜述類文獻(xiàn), 對納入符合標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)分析。

對篩選出的文獻(xiàn)進(jìn)行綜合分析, 初步制定了分析的指標(biāo),如文獻(xiàn)發(fā)表的時(shí)間、期刊及文獻(xiàn)的來源、文獻(xiàn)類型、發(fā)表文章較多的作者分析、申請基金情況等。對指標(biāo)進(jìn)行分析后,做出初步總結(jié)并詳細(xì)記錄。

2 結(jié)果

2.1 鎂合金作為生物醫(yī)用植入材料, 從上世紀(jì)的上半葉開始, 國內(nèi)外對鎂合金各方面的研究層出不窮, 本文通過研究分析, 鎂元素屬于人體必需的微量元素之一, 幾乎參與人體內(nèi)所有的新陳代謝過程, 所以鎂可用作骨折固定的材料, 加速骨愈合能力, 參與蛋白質(zhì)的合成, 減少血液中膽固醇的含量。就人體循環(huán)系統(tǒng)而言, 鎂可引起血管擴(kuò)張, 有效防止“三高”、動(dòng)脈硬化及心肌梗死等癥狀, 在一定程度上增強(qiáng)了心血管的抗病毒能力［6-8］。但鎂具有一定的腐蝕性, 若腐蝕速度過快, 降解過程中會(huì)產(chǎn)生大量的對人體有害的氫氣, 容易給患者造成皮下氣腫、血壓過低、肌肉麻痹及呼吸疾病等,難以在骨科固定中順利應(yīng)用。

2.2 鎂及鎂合金具有良好的生物相容性。鎂合金具有與人骨最為接近的倔強(qiáng)強(qiáng)度和機(jī)械性能, 鎂合金中低鋅含量有利于增加合金強(qiáng)度、延展性和耐腐蝕性能, 植入人體后, 可有效緩解人骨與鎂合金之間的應(yīng)力遮擋效應(yīng), 有效促進(jìn)了骨組織的生長和愈合, 從而達(dá)到治療的需求。另外, 鎂具有很低的標(biāo)準(zhǔn)電極電位, 在人體體液中生成的鎂離子可被周圍機(jī)體組織吸收, 然后通過體液排出體外。

2.3 生物安全性。人體內(nèi)鎂的正常含量在21～25 g, 而且在人體內(nèi)具有特定分布區(qū)域, 在機(jī)體新陳代謝過程中, 參與細(xì)胞合成及骨生成和所有膜的結(jié)構(gòu)。研究表明［9-11］, 鎂可通過改善耐腐蝕性來消除其溶血的作用。鎂還是能量傳輸、貯存和利用的關(guān)鍵元素, 能調(diào)節(jié)RNA和DNA的結(jié)構(gòu), 對維持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長具有重要作用。具有降低癌癥發(fā)病率及誘導(dǎo)骨生長的作用。

2.4 鎂及鎂合金具有良好的可降解性, 高純度的鎂合金具有良好的可降解性。據(jù)研究表明, 高純度的鎂合金已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段。醫(yī)用金屬材料植入人體后將長期處于弱酸環(huán)境中, 材料的腐蝕極易發(fā)生。如果腐蝕速度適中, 鎂合金釋放出的鎂離子對人體是有益的。因此, 控制鎂合金的降解速度是將其投入臨床使用前亟待解決的關(guān)鍵問題之一, 避免進(jìn)行二次手術(shù)取出器械, 最大程度的減輕了患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和精神壓力, 緩解了患者的痛苦, 提高了患者的治療效果。

2.5 控制鎂合金的腐蝕速度作為生物醫(yī)用材料, 必須考慮到無毒性和耐生理腐蝕性兩個(gè)主要因素。另外的力學(xué)性質(zhì)、物理性狀、結(jié)構(gòu)類型等需根據(jù)具有的臨床需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。研究表明［12,13］, 純金屬鎂的腐蝕速度過快, 不適合直接作為植入體, 鈣是人體所必需元素之一, 也是人骨的重要元素組成。鎂鈣合用可極大提高合金的強(qiáng)度和耐腐蝕性能且無毒性, 兩者共同作用能更加有利于人骨對鈣的吸收, 從而加快傷口的愈合和修復(fù)。

3 討論

鎂及鎂合金具有良好的生物相容性、可降解性和生物安全性等優(yōu)點(diǎn), 并且其資源豐富, 價(jià)格低廉, 適合大工業(yè)生產(chǎn),可在生理電解質(zhì)環(huán)境中通過腐蝕而發(fā)生降解的特性, 展示了其在骨科領(lǐng)域巨大潛在應(yīng)用前景, 在骨科臨床中的應(yīng)用效果顯著。研究表明［14,15］, 鎂合金具有明顯的誘導(dǎo)動(dòng)物機(jī)體新骨生成的作用, 鎂合金的植入并未對動(dòng)物機(jī)體的循環(huán)、免疫、泌尿系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響, 其降解產(chǎn)物可經(jīng)動(dòng)物的腎臟代謝,但動(dòng)物血液中的鎂離子含量保持相對穩(wěn)定。對于鎂合金植入體內(nèi)易發(fā)生腐蝕和降解的缺點(diǎn), 目前, 合金工業(yè)已作出初步的調(diào)整, 加強(qiáng)了鎂及鎂合金的研究和分析, 降低其中的雜質(zhì)含量, 在選擇鎂合金的加入元素時(shí), 考慮對合金的力學(xué)性能,生物相容性, 耐腐蝕性等性能影響的同時(shí), 還應(yīng)考慮該元素的無毒性, 開發(fā)高純度的鎂合金及新型可植入合金, 既能有效提高鎂合金的耐腐蝕性能又能促進(jìn)患者恢復(fù)健康。實(shí)驗(yàn)證明, 鎂及鎂合金是未來生物醫(yī)用植入材料重要的發(fā)展方向之一, 值得臨床推廣應(yīng)用。

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Analysis the magnesium and magnesium alloys as metal implants in orthopedics

WANG Shi-xin.
Department of Orthopedic, Laiyang Center Hospital, Laiyan.265200, China

Objective To explore and analyze magnesium and magnesium alloy implant clinical application in orthopedics. Methods Retrospective analysis about magnesium and magnesium alloys in the medical field and orthopedic clinical situation and reference and summary of the Results. Results Magnesium alloys have good application prospect in the biomedical implant material, especially, in the degradable hard issue implant material areas with prominent superiorities, such as good biocompatibility and biodegradability. Conclusion Magnesium and magnesium alloys are the future biomedical and it is the implant materials direction of development, worthy of clinical application.

Magnesium; Magnesium alloys; Absorbable material; Metal material; Orthopaedics

265200 山東煙臺(tái)市萊陽中心醫(yī)院骨科