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人工骨與異體骨的比較

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同種異體骨與人工骨的比較

在目前的中國骨科臨床中,同種異體骨與人工骨均廣泛用于骨缺損的填充和置換當中。下面我們來簡單的介紹從兩種材料的發展過程、工藝與應用以及優缺點來了解一下兩種材料。

一、兩種材料的發展過程

1.1、人工骨的發展

        人工骨在骨科臨床上的使用時間比較長,早在七八十年代已在臨床上應用,到九十年代其應用已經較為廣泛。在骨科領域,中主要用于嚴重創傷、骨腫瘤、骨髓炎等多種原因所致的骨缺損填充。最早使用的為一些天然的鈣化物,如:珊瑚骨,后來又出現了硫酸鈣、磷酸鈣、羥基磷灰石結晶等多種通過以煅燒為主要方式制備而成的材料。無論通過何種方法來進行合成,截至目前為止也沒有辦法達到與人體骨骼完全相同的組成成分與結構構造。

1.2、同種異體骨的發展

       同種異體骨起源于二戰時期的美國,用于士兵骨缺損的治療。在中國國內由于技術和倫理等方面的原因一直沒有被使用,直到九十年代末,中國市場上才出現了同種異體骨材料,進入二千年后才逐步推廣使用起來。該植骨材料本身源于人體骨骼,所以使用效果要明顯優于人工骨,是完全可以替代人工骨的一款新產品,也越來越多的受到骨科臨床的重視,目前對同種異體骨的研究已經遠多于人工骨。

二、兩種材料的工藝與應用

     2.1、人工骨的工藝與應用

             人工骨的應用在國內比較早,材料的種類也較為繁雜。下面介紹幾種市場上較為常見的人工骨。

2.1.1、珊瑚骨

最早應用在臨床上的為珊瑚骨,其主要組成成分為碳酸鈣,天然的網孔結構較利于骨細胞的生長。原材料來源很廣泛,生產工藝也較為簡單。主要是通過切割成型、清洗消毒、礦化 處理、風干、滅活等步驟即可使用。

由于其脆性較強,生物力學性能差,在臨床主要用于骨缺損的填充。由于珊瑚蟲死亡鈣化與人體骨細胞鈣化區別較大,在臨床使用后過度吸收的現象較為普遍,嚴重影響了治療效果,尤其是在較大體積的填充時極易出現治療失敗的情況。目前已經很少使用該材料了。

2.1.2、磷酸鈣

           磷酸鈣最早應用在口腔科,后經過燒制可得到具有一定強度的磷酸鈣小塊,并且人體骨骼的主要組成部分之一也是磷酸鈣,所以磷酸鈣逐漸使用在骨科臨床上。其原材料來源廣泛,且使用效果也優于珊瑚骨。單純磷酸鈣人工骨的生產主要是通過天然的鈣礦石,在經過粉碎、化學溶解提純、合成等工序得到磷酸鈣粉末,在通過燒制的方法等到塊狀的磷酸鈣,最后通過必要的滅菌等工序即可應用于臨床。

          由于單純的磷酸鈣是燒制而成,通常凝結成型的塊狀較小,多以骨粒、骨粉的形態出現。其脆性極強,生物力學性能也極差,所以只能用于骨缺損的填充,且不利于用在大體積 的骨缺損填充上。在臨床使用后通過光片觀察,其吸收速度較慢,愈合周期較長,但一般不會出現過度吸收的現象。

     2.1.3、羥基磷灰石復合人工骨

             羥基磷灰石復合人工骨是目前臨床上主流使用的人工骨,也是通過仿造人骨的成分產生的一種產品。人體骨骼的主要成分為羥基磷灰石,同時還含有多種無機鹽和有機成分。此種人工骨在確定人體骨骼的主要成分后加入了一定的有機成分(一般情況下為骨膠),這樣就有效的解決了人工骨的生物力學性能。由于羥基磷灰石復合人工骨的組成成分較多,目前市場上生產此種人工骨 的生產企業所使用的配方也有所不同(即羥基磷灰石和骨膠或別的有機膠類的比例,但相差不會太多),生產工藝也有所不同,但均是采用化學合成的方法獲得的。

           在臨床的使用中,其很好的解決了材料的力學強度,可以用于有一定力學支撐要求的部分,增加了其應用范圍。同時與人體骨骼的成分較為相似,從理論上來說應該較容易被人體吸收。但在臨床的使用中還是存在一定的問題,由于人體骨骼松質骨部分具有天然的網狀結構。而此種復合型人工骨很難做到,其自身的密度也很難調節。如果密度過高,在植入后吸收緩慢使得愈合周期變長,若密度過低,很容易出現吸收過快的現象。且此種人工骨不易做到密度均勻,所以市場上的人工多以小塊的形式出現,這樣就可以在一定程度上避免因為密度不均勻而帶來的弊端。

     2.2、同種異體骨

          同種異體骨,即相同種類,不同個體。此種植骨材料在原材料上完全異與人工,完全是使用人類的骨骼制作而成。無論是材料成分、組成結構都與植骨手術的“金標準”材料自體骨相同。但受到來源和技術的限制,在近十幾年內才逐步走進成熟。目前在國內也只有十家生產企業,且生產工藝也均不相同。由于人體骨骼組成成分較多,且其中含有的組織成分也較多。生產的主要工藝思路均為切割成型、清洗、脫蛋白處理、冷凍干燥以及輻照滅菌。

         在臨床的應用中,同種異體骨完全優于任何一種人工骨,與人體骨骼完全相同的成分、完全相同的結構以及相同的生物力學強度??梢哉f在植入人體后骨細胞的生張速度與同種異體骨的吸收速度基本同步,這也是任何一種人工骨所做不到的。但不能說同種異體骨沒有缺點,由于免疫學的研究,同種異體骨存在一定的免疫排斥反應的風險。而在現在較為成熟的脫除免疫原性的工藝下,可以說一般用于填充的小塊同種異體骨,出現免疫排斥反應的風險極小,在做大段骨置換和大量填充的時其發生免疫排斥反應的概率也極低。

三、兩種材料的優缺點

      為了更簡明的對兩種材料進行對比,我們以表格的形式對兩種材料的主要性能進行對比(由于人工骨種類較多,性能不一我們選用最主流的羥基磷灰石復合型人工骨來進行對比)。

對比項目

同種異體骨

人工骨

1、

原材料

為人類骨骼,來源較為稀缺

多為礦物質合成,來源廣泛

2、

生產工藝

工藝較為繁瑣

工藝較為固定

3、

穩定性

可利用凍干技術常溫保存(深凍骨除外)

穩定性好

4、

產品種類

可滿足任何植骨需求

一般只能用于填充

5、

產品結構

與人體骨骼相同的網狀結構,即成骨細胞鈣化后的網狀結構。

一般為質地均勻的高密度羥基磷灰石晶體聚合結構。

6、

有效成分

除了天然的與人體骨骼相同的礦物質外還在一定程度上保留了骨誘導因子,更利于骨細胞的生長。

接近人體骨骼礦物質成分羥基磷灰石(羥基磷灰石約占人體骨骼礦物質成分的84%),無其他誘導細胞生長的成分。

7、

手術中使用

凍干骨只需復水一段時間及可使用,深凍骨可直接使用,較為便捷

一般均需復水后使用,較為便捷

8、

生物相容性

材料吸收速度與人體骨細胞生長速度相同,可很好的取代自體骨

由于材料密度較大,吸收較為緩慢,愈合周期延長。在大量植入后有不完全吸收的風險。

9、

生物力學性能

材料凍干后對生物力學性能有一定的影響、深凍骨與正常人骨相同。均可用于有一定生物力學強度要求的患處,起到相應的支撐作用。

由于密度較難均勻統一,其剛度、抗壓度、抗扭力度、抗張度、抗拉力度均與人體骨骼有較大差異,一般不可用于有力學強度要求的部位,即不可用于有支撐強度要求的部位。

10、

免疫原性

小塊填充骨存在免疫原性的概率幾乎為零,大塊填充置換的材料存在免疫原性的概率極低。

無免疫原性

11、

市場價格

與人工骨相當

與同種異體骨相當

   

四、總結

      我們已經系統的分析兩種材料,兩種材料均在臨床上廣泛應用。但從綜合的角度來看,無論是材料的成分、組成結構、生物力學性能還是對骨細胞的誘導作用,同種異體骨是遠優于人工骨的。在兩者價格相當的情況下應首選同種異體骨。在今后的骨科發展中同種異體骨代替人工骨也是必然的趨勢。


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