負載抗結(jié)核藥物骨水泥生物力學(xué)實驗研究

余涌杰 賴 震 費 駿 胡勝平

晚期關(guān)節(jié)結(jié)核嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量，隨著關(guān)節(jié)置換技術(shù)的發(fā)展，越來越多的學(xué)者嘗試將關(guān)節(jié)置換術(shù)用于治療關(guān)節(jié)結(jié)核[1-3]。如何降低關(guān)節(jié)置換術(shù)后結(jié)核的復(fù)發(fā)具有重要的臨床意義。研究發(fā)現(xiàn)，在水泥中混入抗結(jié)核藥物是提高結(jié)核病灶局部藥物濃度的有效方法[4]，然而隨著藥量的增加，骨水泥顆粒周圍藥物層增加，影響骨水泥的生物力學(xué)性能。本研究將一線抗結(jié)核藥物分別按不同劑量加入骨水泥中，觀察其對材料生物力學(xué)性能的影響，報道如下。

1 材料與方法

1.1 實驗材料 利福平膠囊（浙江醫(yī)藥股份有限公司新昌制藥廠，規(guī)格：0.15g，批號180406），乙胺丁醇片（杭州民生藥業(yè)有限公司，規(guī)格：0.25g，批號T18K004），異煙肼片（杭州民生藥業(yè)有限公司，規(guī)格：0.1g，批號T18H044），吡嗪酰胺膠囊（沈陽紅旗制藥有限公司，規(guī)格：0.25g，批號1810061），骨水泥（德國Heraeus 公司，批號8814786）。

1.2 方 法

1.2.1 實驗分組 以無載藥的骨水泥作為對照組，根據(jù)負載藥物劑量的不同將載藥骨水泥分為R1 組予負載0.75g 利福平，R2 組予負載1.5g 利福平，R3組予負載2.25g 利福平，H1 組予負載0.3g 異煙肼，H2 組予負載0.6g 異煙肼，H3 組予負載0.9g 異煙肼，E1 組予負載0.75g 乙胺丁醇，E2 組予負載1.5g 乙胺丁醇，E3 組予負載2.25g 乙胺丁醇，Z1 組予負載1.5g吡嗪酰胺，Z2 組予負載3.0g 吡嗪酰胺，Z3 組予負載4.5g 吡嗪酰胺，每組6 個，共制成78 個試驗樣品。

1.2.2 負載抗結(jié)核藥骨水泥樣品制作 將40g 骨水泥分別與不同劑量的利福平、異煙肼、乙胺丁醇、吡嗪酰胺，在無菌條件下真空攪拌，并加入骨水泥單體15mL，制成直徑6mm、厚度3mm 的矮圓柱體實驗樣品，每組各制6 個。

1.2.3 負載藥物骨水泥生物力學(xué)性能測定（1）骨水泥壓縮強度測定：測定每組骨水泥圓柱體的直徑，并記錄；實驗開始前，將模具、蓋板混合實驗裝置和骨水泥在（23±1）℃環(huán)境中放置16h，并且在該溫度環(huán)境下進行實驗；將圓柱體置于實驗機上，圓柱體和實驗機之間不放任何襯墊；開動實驗機速度為20～25.4mm/min，作出形變一負載曲線，當(dāng)圓柱體破裂或通過上屈服點時停機；對于每個圓柱體，記錄引起破裂的力或2%屈服負載或上屈服點負載，將該力除以圓柱體原始橫截面積，所得的商即為壓縮強度。（2）骨水泥彎曲強度和彎曲模量測定：將骨水泥對稱置于三點彎曲實驗裝置上，開動彎曲試驗機，取橫梁速度為（5±1）mm/min，記錄作為受力函數(shù)的板條中心偏離，不斷增加力直至實驗板條斷裂，記錄15N 和50N時發(fā)生的偏離，并記錄斷裂時的力。通過楊氏模量表式計算彎曲強度及彎曲模量[4]。

1.2.4 統(tǒng)計學(xué)方法 應(yīng)用SPSS 22.0 統(tǒng)計程序包（SPSS 公司，美國），計量數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t 檢驗，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 骨水泥壓縮強度測定 載藥骨水泥壓縮強度較標(biāo)準(zhǔn)骨水泥均有不同程度的降低，載藥量越大壓縮強度降低越明顯。與對照組比較，低劑量載藥組（R1組、H1 組、E1 組、Z1 組）和中劑量載藥組（R2 組、H2組、E2 組、Z2 組）壓縮強度差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），高劑量載藥組（R3 組、H3 組、E3 組、Z3 組）壓縮強度降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P 均＜0.05）。見表1。

2.2 抗結(jié)核藥物對骨水泥彎曲強度和彎曲模量影響結(jié)果 載藥骨水泥的彎曲強度和彎曲模量較對照組標(biāo)準(zhǔn)骨水泥均有不同程度的降低，隨著載藥量越大彎曲強度和彎曲模量降低越明顯。與對照組比較，低劑量載藥組（R1 組、H1 組、E1 組、Z1 組）彎曲強度和彎曲模量，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），中劑量載藥組（R2 組、H2 組、E2 組、Z2 組）和高劑量載藥組（R3組、H3 組、E3 組、Z3 組）彎曲強度和彎曲模量降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P 均＜0.05）。見表1。

3 討論

骨關(guān)節(jié)結(jié)核的治療過程中，抗結(jié)核藥物很難在病灶局部達到有效濃度[5]，常導(dǎo)致術(shù)后假體松動，甚至脫位，嚴(yán)重影響術(shù)后療效。研究顯示，在骨關(guān)節(jié)結(jié)核病灶中，病灶周圍的硬化骨會阻礙抗結(jié)核藥物向病灶滲透，血液和病灶外圍健康組織中的結(jié)核藥物不能充分?jǐn)U散到患者結(jié)核病灶膿腫和干酪組織壞死中，因此在病灶部位填充一定的生物材料，填充材料可在局部長期緩慢釋放抗結(jié)核藥物，提高療效[6-8]。載抗結(jié)核藥骨水泥在人工關(guān)節(jié)置換治療關(guān)節(jié)結(jié)核中的應(yīng)用逐漸得到重視。將抗結(jié)核藥加入到骨水泥中制成載抗結(jié)核藥骨水泥，在臨床使用中能達到固定人工假體、填補骨質(zhì)缺損部位和持續(xù)釋放抗結(jié)核藥的多重效果[9]。載藥骨水泥可以使抗結(jié)核藥物在結(jié)核病灶局部緩慢釋放，達到長時間維持有效濃度的效果，提高抗結(jié)核效果。

表1 各組抗結(jié)核藥物對骨水泥壓縮強度、彎曲強度和彎曲模量的影響（Mpa，）

表1 各組抗結(jié)核藥物對骨水泥壓縮強度、彎曲強度和彎曲模量的影響（Mpa，）

注：R1～R3 組分別為負載0.75g、1.5g、2.25g 利福平骨水泥；H1～H3 組分別為負載0.3g、0.6g、0.9g 異煙肼骨水泥；E1～E3 組分別為負載0.75g、1.5g、2.25g 乙胺丁醇骨水泥；Z1～Z3 組分別為負載1.5g、3.0g、4.5g 吡嗪酰胺骨水泥；與對照組比較，aP＜0.05

研究顯示，載藥骨水泥中的藥物會導(dǎo)致骨水泥黏度降低，骨水泥凝固成團時間延長甚至成團困難，從而改變骨水泥生物力學(xué)特性，降低骨水泥機械強度影響臨床使用[10]。研究發(fā)現(xiàn)，由于在攪拌不同物質(zhì)時，不能完全確保均勻混合，而且在實際操作時個人的狀態(tài)、習(xí)慣也有差異，對載藥骨水泥力學(xué)強度造成一定影響[11]。骨水泥凝固過程中，藥物的逐漸釋放也會留下許多細小孔隙，對骨水泥的生物力學(xué)性能產(chǎn)生影響。本實驗研究發(fā)現(xiàn)，骨水泥中載入低劑量的抗結(jié)核藥物不會對骨水泥的力學(xué)性能產(chǎn)生明顯的影響。低劑量載藥組（R1 組、H1 組、E1 組、Z1 組）與對照組比較，壓縮強度、彎曲強度和彎曲模量差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。隨著添加抗結(jié)核藥物劑量的增加，骨水泥的壓縮強度、彎曲強度和彎曲模量逐漸減少。但壓縮強度減少的程度低，中劑量載藥組（R2組、H2 組、E2 組、Z2 組）與對照組相比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），而彎曲強度和彎曲模量減少的程度快，中劑量載藥組（R2 組、H2 組、E2 組、Z2 組）與對照組相比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），高劑量載藥組（R3 組、H3 組、E3 組、Z3 組）壓縮強度、彎曲強度和彎曲模量與對照組相比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。這可能是因為抗結(jié)核藥物增加骨水泥凝固過程中的孔隙率，凝固過程中隨著骨水泥中抗結(jié)核藥物的釋放，勢必會在骨水泥中留下很多細小的空隙，抗結(jié)核藥物載入越多，殘留孔隙越大，生物力學(xué)強度下降越明顯。采用現(xiàn)代骨水泥技術(shù)將抗結(jié)核藥與骨水泥在真空無菌條件下混合，可最大限度降低負載抗結(jié)核藥物對骨水泥的影響。本實驗采用的真空攪拌技術(shù)成熟，能夠降低實際操作差異對載藥骨水泥力學(xué)強度的影響，使抗結(jié)核藥與骨水泥粉劑充分?jǐn)嚢?，避免了成團的抗結(jié)核藥析出后在骨水泥中留下較大的孔隙，從而降低對骨水泥的力學(xué)性能的影響。

本實驗結(jié)果顯示，載抗結(jié)核藥物會影響骨水泥生物力學(xué)特性，降低骨水泥機械強度，載藥越多影響越明顯。臨床使用時需根據(jù)實際要求選擇載入抗結(jié)核藥藥量，不能盲目增加載藥劑量。目前本研究結(jié)果僅限于體外實驗，不能代表其體內(nèi)特性，臨床使用效果仍需進一步研究確定。