粘合劑在老年膝關(guān)節(jié)骨折固定中的應(yīng)用

王欣彤 楊麗暉 周朝波

摘要：膝關(guān)節(jié)骨折是一種常見的骨科創(chuàng)傷疾病，因?yàn)槠涔钦鄄课惠^為特殊，所以通常情況下都需要經(jīng)過手術(shù)進(jìn)行治療，而骨折固定是手術(shù)治療的關(guān)鍵所在，目前常用螺釘、縫線、鋼絲等進(jìn)行內(nèi)固定，但是其固定效果還是達(dá)不到預(yù)期效果，并且術(shù)后的愈合及膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)也不太理想。納米骨粘合劑是近些年來研發(fā)出來的新型生物材料，其生物相容性良好、力學(xué)性能優(yōu)良、且操作簡(jiǎn)便，對(duì)人體無毒無害，是非常理想的骨折固定材料，此外納米骨粘合劑還能促進(jìn)骨折的愈合，文章探討了納米骨粘合劑在老年膝關(guān)節(jié)骨折固定中了應(yīng)用情況，最后表明納米骨粘合劑在骨折固定領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：納米骨粘合劑;醫(yī)用骨粘合劑;膝關(guān)節(jié)骨折;骨折固定

中圖分類號(hào)：TQ584⁺.31;R687.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）01-0069-05

膝關(guān)節(jié)骨折是老年人常見的一種骨科創(chuàng)傷疾病，它指的是脛骨近段和股骨遠(yuǎn)端這個(gè)范圍內(nèi)的骨折創(chuàng)傷，膝關(guān)節(jié)骨折多是由于暴力導(dǎo)致，通常情況下是需要通過手術(shù)來進(jìn)行治療的。但是傳統(tǒng)的手術(shù)治療手段療效一般，并且手術(shù)創(chuàng)傷也較大，手術(shù)中會(huì)剝離大面積骨膜，需要將骨折面完全暴露出來，這樣就造成術(shù)后創(chuàng)傷不易愈合，術(shù)后并發(fā)癥較多，如感染、愈合畸形及內(nèi)固定脫位等等。近些年來，骨組織工程的發(fā)展也取得了一定的成就，研究出了幾種骨折固定的方法，如微創(chuàng)內(nèi)固定法、注射生物復(fù)合材料等。在骨折治療手術(shù)中常會(huì)用到醫(yī)用骨粘合劑，它是一種新型的骨折固定材料，能夠使骨折碎片良好的復(fù)位，其操作也十分簡(jiǎn)便，易于塑性，性能穩(wěn)定，所以術(shù)后的并發(fā)癥也大大尖減少。醫(yī)用骨粘合劑的粘接原理一般包括機(jī)械互鎖、分子間吸附、化學(xué)鍵結(jié)合，而評(píng)價(jià)其應(yīng)用性能的一個(gè)重要指標(biāo)就是粘接強(qiáng)度。醫(yī)用骨粘合劑的應(yīng)用效果和范圍取決于它的粘接強(qiáng)度和粘接機(jī)理，但是目前所使用的用骨粘合劑的生物相容性、粘接強(qiáng)度、機(jī)械性能、骨傳導(dǎo)性等性能都比較超，所以其應(yīng)用范圍和效果都受到了很大的限制，現(xiàn)階段醫(yī)用骨粘合劑主要是應(yīng)用于骨質(zhì)疏松、關(guān)節(jié)假體置換等方面，反而較少的應(yīng)用到骨折固定中。為了使骨粘合劑在骨折固定領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，需要找到一種有效的方法來改善骨粘合劑的粘接強(qiáng)度、生物相容性及機(jī)械性能，使其能夠直接用來粘接骨折的斷端，并且對(duì)骨細(xì)胞的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，既能促進(jìn)骨折愈合，又能很好的實(shí)現(xiàn)骨折固定。曾經(jīng)有研究人員將碳、金屬、聚芳基酰胺纖維等物質(zhì)加入到骨粘合劑中，通過化學(xué)和物理方法來對(duì)其進(jìn)行改性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)骨粘合劑的生物性能和粘合力有所提升，但是粘接骨折斷端的效果還是不太理想。近些年，隨著納米技術(shù)及納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越深人，研究人員也利用納米技術(shù)對(duì)醫(yī)用骨粘合劑進(jìn)行了一系列納米改性研究，就已有的研究結(jié)果來看，經(jīng)過納米改性后的骨粘合劑，其各項(xiàng)性能都有了一定程度的提高，解決了傳統(tǒng)醫(yī)用骨粘合劑的一些不良問題，表明其在骨折固定領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。這里我們探討了在老年膝關(guān)節(jié)骨折固定中，納米骨粘合劑的應(yīng)用情況。

1膝關(guān)節(jié)骨折概況

1.1膝關(guān)節(jié)骨折

膝關(guān)節(jié)骨折大體可以分為兩類，一類是波及關(guān)節(jié)軟骨面的骨折，常見的有髕骨骨折、脛骨平臺(tái)骨折、股骨頭骨折等;還有一類是骨折線并未波及關(guān)節(jié)軟骨面的骨折，常見的有橈骨頸骨折、股骨頸骨折等。膝關(guān)節(jié)骨折的近關(guān)節(jié)部位大多為松質(zhì)骨，所以比較不好穩(wěn)定固定，手術(shù)治療后通常都需要佩戴支具，并且無法進(jìn)行早期的關(guān)節(jié)功能鍛煉，后期的愈合效果也不佳，這一難題一直困擾著創(chuàng)傷骨科醫(yī)生。尤其是隨著人口老齡化問題越來越嚴(yán)重，膝關(guān)節(jié)骨折的發(fā)病率也越來越高，因此急需找到一個(gè)有效的治療膝關(guān)節(jié)骨折的方法。

1.2膝關(guān)節(jié)骨折治療發(fā)展歷程

在20世紀(jì)70年代以前，膝關(guān)節(jié)骨折的治療主要以保守治療為主，一般是通過牽引和手法閉合復(fù)位的方法治療，然后用夾板、石膏及支具進(jìn)行固定。這種治療方法無法進(jìn)行早期的膝關(guān)節(jié)伸屈功能鍛煉，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，通過這種治療方法治療的50%以上的患者都有不同程度的膝關(guān)節(jié)功能障礙。到了20世紀(jì)80年代后期，有部分患者采用了切開復(fù)位內(nèi)固定的治療方法，但是當(dāng)時(shí)缺少適合的內(nèi)固定物，即使能夠直接固定骨折部位，也不夠穩(wěn)固，所以還是需要外固定物的支撐，這也使得患者的關(guān)節(jié)功能回復(fù)率仍無法顯著提升。直到90年代，早期功能鍛煉和骨折固定復(fù)位的重要性被研究人員認(rèn)識(shí)到，所以在進(jìn)行治療時(shí)，開始切開患處，使骨折部位大面積暴露，并使用多鋼板直視復(fù)位穩(wěn)定固定。手術(shù)后還要利用CPM機(jī)進(jìn)行早期被動(dòng)功能鍛煉。但是因?yàn)槭中g(shù)切口較大、暴露面積大，術(shù)后的感染率也大大提高，所以治療效果仍然無法達(dá)到預(yù)期效果。尤其是一些粉碎性骨折，骨折碎片無法被內(nèi)固定物良好復(fù)位。

1.3膝關(guān)節(jié)常見骨折治療現(xiàn)狀

1.3.1股骨髁部骨折

股骨髁這個(gè)部位是松質(zhì)骨和密質(zhì)骨的移行部位，骨頭較扁較寬，是膝關(guān)節(jié)的組成部分之一，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，股骨髁部骨折的不愈合率超過4%，并且患者進(jìn)行手術(shù)后有30%出現(xiàn)了關(guān)節(jié)粘連和畸形愈合。骨折的大小、數(shù)量及移位方向等可以通過常規(guī)的CT三維重建來確定翻，同時(shí)可以了解關(guān)節(jié)骨折情況和骨折粉碎程度。3D打印技術(shù)的應(yīng)用可以幫助骨科醫(yī)生了解股骨髁骨折的骨折類型和受傷機(jī)制，幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)骨折模型的擬合，是骨折狀況能夠形象直觀的展示出來。常用的股骨髁骨折內(nèi)固定手術(shù)系統(tǒng)有動(dòng)力髁螺釘內(nèi)固定術(shù)、角鋼板內(nèi)固定術(shù)、髓內(nèi)釘固定術(shù)以及微創(chuàng)內(nèi)固定系統(tǒng)橋接固定等。

1.3.2脛骨平臺(tái)骨折

骨科中最常見的一種關(guān)節(jié)內(nèi)骨折就是脛骨平臺(tái)骨折，相關(guān)數(shù)據(jù)表明成人的發(fā)病率在6%左右，通常都是采用手術(shù)來治療，但是由于手術(shù)切口較大，暴露廣泛，所以手術(shù)后的感染率較高，還可能出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)面塌陷等術(shù)后并發(fā)癥。有研究人員研發(fā)了一種順勢(shì)牽引復(fù)位器，它主要是應(yīng)用到微創(chuàng)治療脛骨平臺(tái)骨折的手術(shù)療法中，又順勢(shì)遷移復(fù)位理論可知，微創(chuàng)復(fù)位順應(yīng)了骨折好走位的軟組織生物學(xué)特性，對(duì)骨折斷生理學(xué)環(huán)境有保護(hù)作用，順勢(shì)復(fù)位牽引器的主要特點(diǎn)是它能夠提供更加持續(xù)的牽引作用，其牽引力也更大，直接依賴骨折周圍軟組織生物學(xué)特性就能夠?qū)崿F(xiàn)骨折碎塊的復(fù)位固定，此外，其牽引力的方向符合下肢機(jī)械軸線，與人體正常生理學(xué)特性也相符合，同時(shí)在質(zhì)量骨折時(shí)，這種方法操作也較為快速、簡(jiǎn)便。順勢(shì)牽引的作用下，骨折周圍軟組織會(huì)由于擠壓作用，側(cè)方移位的骨折塊會(huì)進(jìn)行自行復(fù)位，對(duì)內(nèi)外側(cè)的髁脫位進(jìn)行糾正，并且恢復(fù)下肢力線。另外，有研究人員提出，在對(duì)脛骨平臺(tái)骨折進(jìn)行復(fù)位后還需要進(jìn)行植骨操作，研究表明新型人工骨移植材料玻璃骨的植骨效果最好。

1.3.3交叉韌帶脛骨止點(diǎn)撕脫骨折

相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，前交叉韌帶脛骨止點(diǎn)撕脫骨折較多發(fā)生在8—14歲之間的青少年，而后交叉韌帶脛骨止點(diǎn)撕脫骨折多發(fā)于35-40歲之間的成人，其占膝關(guān)節(jié)損傷的20%。治療交叉韌帶脛止點(diǎn)撕骨折的關(guān)鍵就是骨折塊的成功復(fù)位，手術(shù)中常用的固定方法是可吸收螺釘、鋼絲、縫線以及空心螺釘，其中的可吸收螺釘是不需要在進(jìn)行二次手術(shù)取出的，但是其在固定過程中有固定不牢或出現(xiàn)斷釘?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)，鋼絲和縫線的固定較為靈活，它們可以直接穿過較大骨折塊并進(jìn)行固定，但是它們都需要在骨折塊的周圍鉆取骨隧道，操作上面相對(duì)復(fù)雜。

2納米骨粘合劑在膝關(guān)節(jié)骨折固定中的應(yīng)用

2.1納米骨粘合劑

納米材料是由納米微粒組成的材料。隨著納米微粒粒徑的減小，其比表面積、表面能、表面原子數(shù)和表面張力等都會(huì)急劇增加，因?yàn)榧{米微粒的尺寸很小，使得納米粒子具有了量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面能以及量子隧道效應(yīng)等等，進(jìn)而導(dǎo)致納米材料的力學(xué)性能、熱學(xué)性能、光學(xué)、磁性能表面穩(wěn)定性能以及超導(dǎo)性能等都出現(xiàn)了奇異變化。也就是說微粒的結(jié)構(gòu)單元達(dá)到納米級(jí)別時(shí)，材料的各項(xiàng)性質(zhì)都是發(fā)生顯著變化，并伴隨著新的物理和化學(xué)性能的出現(xiàn)。近年來，科研人員針對(duì)醫(yī)用骨粘合劑進(jìn)行了一些列的納米改性研究，結(jié)果其化學(xué)、物理、生物等反面的性能都發(fā)生了顯著的變化，例如骨粘合劑的粘合力得到改善，并且其骨傳導(dǎo)性、生物相容性及機(jī)械性能都有所提高，最后發(fā)現(xiàn)經(jīng)過納米改性后的骨粘合劑的降解速度還能與骨折的愈合時(shí)間相適應(yīng)。目前，研究人員利用納米技術(shù)研發(fā)了多種新型的納米骨修復(fù)材料，例如納米高分子聚合物、納米仿生骨、納米陶瓷、納米復(fù)合材料等。納米骨修復(fù)材料的主要優(yōu)勢(shì)在于其機(jī)械性能較高、室溫情況下可固化、生物相容性好、理化性質(zhì)優(yōu)異以及應(yīng)用方式簡(jiǎn)便等。但是納米骨修復(fù)材料的粘接強(qiáng)度低，無法應(yīng)用于骨折固定，只能作為細(xì)胞支架材料。所以目前的研究重點(diǎn)就是制備出粘接強(qiáng)度更好的納米骨粘合劑。

2.2PMMA納米骨粘合劑在骨折固定中的應(yīng)用

甲基丙烯酸甲酯是PMMA骨粘合劑的主要化學(xué)成分，其均聚物或者共聚物和單體經(jīng)過固液兩相混合，然后在常溫下固化，最后獲得丙烯酸類的粘合劑。目前有兩種形式的PMMA骨粘合劑，即負(fù)載抗生素骨粘合劑和普通骨粘合劑。PMMA骨粘合劑的優(yōu)勢(shì)在于其力學(xué)性能良好，易于塑性，且生物穩(wěn)定性優(yōu)良，它常被應(yīng)用到關(guān)節(jié)置換術(shù)、骨缺損、椎體成形術(shù)、骨腫瘤等粘接固定中，因此目前應(yīng)用最廣的的骨粘合劑就是PMMA骨粘合劑。PMMA骨粘合劑的缺陷在于其主要成分與人體骨成分差異巨大，因此其生物相容性較差，彈性系數(shù)高，疲勞強(qiáng)度和粘合力都不夠，此外PM.MA骨粘合劑在聚合時(shí)會(huì)釋放出較高的溫度，其體積收縮明顯，在此過程中還會(huì)產(chǎn)生毒性反應(yīng)，具有很高的栓塞風(fēng)險(xiǎn)，所以其在骨折固定領(lǐng)域的應(yīng)用十分有限。因此，研究人員利用納米技術(shù)對(duì)PMMA骨粘合劑進(jìn)行了改性研究，在其改性過程中用到了一些納米復(fù)合材料，例如蒙脫石、多壁碳納米管、二氧化硅納米顆粒等等。研究結(jié)果也表明經(jīng)過納米技術(shù)改性后的PMMA骨粘合劑的性能明顯提升。研究人員將基于礦物成分的納米混合材料與PMMA骨粘合劑進(jìn)行復(fù)合，最后發(fā)現(xiàn)改性后的骨粘合劑聚合時(shí)所釋放的溫度明顯降低，其熱穩(wěn)定性大大提高，有效的避免了骨細(xì)胞的壞死，同時(shí)其機(jī)械性能、生物相容性、抗疲勞性能以及生物活性等都有明顯改善。也有科研人員將PMMA骨粘合劑與納米羥基羚灰石材料進(jìn)行了復(fù)合研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)骨粘合劑的生物相容性、機(jī)械性能和生物安全性都顯著提高。由此可見，納米技術(shù)是改善PMMA骨粘合劑性能，使其適合于骨折固定的重要手段，但是目前還處于研究階段。骨粘合劑對(duì)骨組織的粘合力是骨折固定穩(wěn)定性的決定性因素，PMMA骨粘合劑的主要缺陷就在于其生物相容性和粘合力較差，而通過納米技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改性，可以有效的解決這一問題，所以PMMA納米骨粘合劑在未來肯定可以在骨折固定領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

2.3CP納米骨粘合劑在骨折固定中的應(yīng)用

羥基羚灰石是CP骨粘合劑的主要化學(xué)成分，CP骨粘合劑是一種自固化非陶瓷的新型骨修復(fù)材料。CP骨粘合劑的優(yōu)點(diǎn)就在于其填充性能優(yōu)異、易塑性、骨傳導(dǎo)性能優(yōu)良、生物相容性良好以及易降解，此外CP骨粘合劑固化時(shí)所釋放的溫度也較為適宜，無毒無刺激，安全可靠。其缺陷在于其粘接強(qiáng)度不足，抗張力及抗壓力能力不強(qiáng)，所以它的應(yīng)用主要是在松質(zhì)骨的固定反面，例如脛骨平臺(tái)、橈骨遠(yuǎn)端等。科研人員利用納米技術(shù)將殼聚糖、明膠、纖維蛋白、膠原、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乳酸等聚合物與納米CP骨粘合劑進(jìn)行復(fù)合m，得到的新型CP納米骨粘合劑的機(jī)械強(qiáng)度和粘合力都顯著增強(qiáng)，其生物相容性和骨傳導(dǎo)性也明顯提升，此外還能夠促進(jìn)骨組織的生成。有研究人員合成了硫酸軟骨素、殼聚糖、納米CP、透明質(zhì)酸的支架，獲得的CP納米骨粘合劑生物相容性極好，同時(shí)可以促進(jìn)骨細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化，是一種優(yōu)良的骨修復(fù)材料。還有研究人員將羧甲基殼聚糖海藻酸鈉復(fù)合材料與納米CP進(jìn)行了復(fù)合，也是的其生物相容性大大提高，粘接強(qiáng)度和力學(xué)強(qiáng)度也顯著提高，非常適用于松質(zhì)骨的粘接固定。此外有研究表明，將力學(xué)性能良好的具有特殊納米結(jié)構(gòu)的碳納米管添加到CP骨粘合劑中，可以顯著改善CP納米骨粘合劑的力學(xué)性能，還使得其具有了一定的磁力性能。CP骨粘合劑較差的粘合力及抗張力、抗壓力性能，使得其在骨折固定領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制，因此解決這些問題時(shí)今后研究CP納米骨粘合劑的重要方向之一。

2.4CAs納米骨粘合劑在骨折固定中的應(yīng)用

α-氰基丙烯酸正丁酯、α-氰基丙基酸正辛酯等是CAs骨粘合劑的主要化學(xué)成分，它的乙烯單體的碳原子上面連接有極性基團(tuán)，這些極性基團(tuán)可以產(chǎn)生誘導(dǎo)效應(yīng)，因此可以迅速的與生物組織粘接，具有良好的粘合力。此外，CAs骨粘合劑在室溫下就能夠快速固化，在生物體內(nèi)也可以降解，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生致癌物質(zhì)及有毒物質(zhì)。目前，已有CAs骨粘合劑用于骨折固定的實(shí)例，雖然有一定的優(yōu)勢(shì)，但是也存在一些缺陷，對(duì)于骨折部位的粗糙表面和多孔不為，CAs顧你啊呢好幾的填隙不夠充分，彈性和粘接強(qiáng)度也不足，此外CAs骨粘合劑在固化過程中會(huì)釋放熱量，會(huì)導(dǎo)致周圍組織結(jié)構(gòu)熱燒傷，其降解速度也較為緩慢，對(duì)骨組織的愈合不利，這些缺陷大大限制了CAs骨粘合劑在骨折固定中的應(yīng)用。所以科研人員利用納米技術(shù)對(duì)CAs骨粘合劑進(jìn)行了一些列研究，試圖改善其各項(xiàng)性能。有研究人員將納米硫酸鈣與CAs骨粘合劑進(jìn)行了復(fù)合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)改性夠的CAs骨粘合劑的力學(xué)性能和骨傳導(dǎo)性顯著提升，有利于提升骨折愈合后的力學(xué)強(qiáng)度，同時(shí)還能夠促進(jìn)骨折愈合及骨細(xì)胞遷移。有項(xiàng)研究將淫羊藿素和納米硫酸鈣加入到CAs骨粘合劑中對(duì)其進(jìn)行納米改性，經(jīng)過體外實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)改性后的CAs納米骨粘合劑的固化時(shí)間和力學(xué)強(qiáng)度明顯比普通的醫(yī)用粘合劑好，同時(shí)還具有促進(jìn)成骨的作用。CAs骨粘合劑無法在骨折固定領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的主要原因還是在于其粘合力不足，所以如何提高其粘合力是研究人員的主要課題之一，也是目前骨粘合劑的研究重點(diǎn)。

3結(jié)語

隨著社會(huì)人口老齡化的問題日趨嚴(yán)重，老年膝關(guān)節(jié)骨折的發(fā)病率也在逐年增長(zhǎng)，因此需要找到一種有效的治療老年膝關(guān)節(jié)骨折的治療方法。目前主要是通過手術(shù)來治療膝關(guān)節(jié)骨折，而手術(shù)關(guān)鍵的問題就在于骨折塊的固定，目前常用的是螺釘、縫線、鋼絲等來固定骨折塊，但是這種固定方法對(duì)于術(shù)后的愈合及膝關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)都不太理想，因此才有了醫(yī)用骨粘合劑的用武之地。醫(yī)用骨粘合劑的生物相容性較好、組織毒性較低且操作簡(jiǎn)便，但是傳統(tǒng)的普通醫(yī)用骨粘合劑的粘接強(qiáng)度都明顯不足，所以骨組織工程工作者對(duì)骨粘合劑進(jìn)行了一些列的改性研究，希望提高其各項(xiàng)性能，研究人員利用納米技術(shù)對(duì)骨粘合劑進(jìn)行了一系列的納米改性研究，結(jié)果表明改性后的骨粘合劑的粘接強(qiáng)度、生物相容性及機(jī)械強(qiáng)度都顯著改善，進(jìn)一步表明納米骨粘合劑在未來的骨折固定領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣泛。