论文摘要
可降解和吸收材料是一类聚合物材料，它能逐渐在生物体内破坏，最后完全从生物体内消失，在医学领域应用较广。目前，临床已经开始使用的可降解吸收聚合物材料主要为聚乳酸PLA，它具有良好生物相容性和生物降解性，在骨折内固定领域被广泛关注。PLA作为实用的可吸收内固定材料，要求既要有一定的力学性能，又要有与组织如骨等愈合相匹配的降解速率。PLA的降解行为、反应机制和降解速率影响研究在骨内固定中成为关注的焦点。PLA等生物材料在植入体内后，必然处于复杂的应力环境中。本实验首先对用于骨折内固定体系的消旋聚乳酸（poly（D，L-lacitic acid），PDLLA）泡沫衬垫材料，利用自发研制的力学加载装置，详细研究持续应力和不同应力状态下，载荷对初始分子量为2.0×105的PDLLA泡沫衬垫体外降解行为的影响。其降解行为通过表面形貌、分子量、弹性模量、极限强度、失重百分率等指标进行表征。同时，在Tc4（Ti—6Al—4V）材料制成的金属接骨板下，加用初始分子量为2.0×105，厚度分别为1.0mm、0.8mm、0.6mm、0.4mm和0.2mm的PDLLA可降解泡沫衬垫材料，构造成新型复合接骨板系统，用于家兔胫骨横断骨折内固定动物实验和体外生物力学测试。对无衬垫的对照组和有衬垫的各实验组，测试骨折固定初期、循环冲击载荷下和不同厚度的PDLLA对应力遮挡效应的影响，最后与有限元计算结果进行比较分析。本文研究结果表明：1．PDLLA材料的体外降解实验看出，12周后，不同批次PDLLA材料均表现出明显分子量降低，但却无明显质量损失的现象。定性、定量的实验发现对照组和实验组的PDLLA在材料力学指标上降解速率有明显差异。相比不受力的对照组，受载荷的各实验组降解速率均较快，表明各类应力均能加速PDLLA膜垫的体外降解速率，应力对材料的降解速率产生较大影响，其中拉应力和复合应力对PDLLA降解影响大于压应力。2．动物实验中观察到，PDLLA泡沫衬垫约在术后4周开始有裂缝、局部破坏，尚保持较完整的片状形态，术后8周有明显降解，膜垫开始脆裂、变小，术后12周PDLLA膜垫已经大量降解，仅在板下和板周看到残留的少许碎片。X—Ray、大体观察、组织学观察表明，实验组和对照组骨折均能顺利愈合，但是实验组骨痂形成及骨皮质改建均优于对照组。对照组后期，需要咬除接骨板板周围增生骨痂和折断接骨板才能去除金属内固定物，而实验组接骨板和螺钉容易取出。3．生物力学体外实验表明，单纯接骨板组与带PDLLA衬垫的各实验组，在骨折固定初期载荷—应力关系有一定差异。对照组和各实验组中，应力遮挡值分别在41.27％、30.98％、25.04％、75.89％、54.43％、37.09％，其中三组加用PDLLA的接骨板应力遮挡比纯钢板的对照组小，另两组比对照组略大。选取加用0.6mm厚PDLLA组施加循环冲击载荷，结果表明，随循环载荷次数增加，应力遮挡减缓效应越显著。选取厚度各自为0.6mm、1.0mm、2.0mm的PDLLA，当PDLLA完全降解时，2.0mm组几乎没有应力遮挡，1.0mm衬垫应力遮挡损失也较大，而0.6mm衬垫组降解前后固定效果仍较好。钢板既要起到早期坚强内固定的作用，又要在骨愈合中后期的应力遮挡逐渐减小，选取1．0mm左右厚度的衬垫较优。4．有限元分析计算结果也表明，可降解PDLLA衬垫材在术后初期对接骨板的应力遮挡起到一定的缓解作用。尤其接骨板内固定系统固定在压力侧和张力侧时，术后初期应力遮挡效应均比较明显。可降解PDLLA生物材料在50％骨量生成时，对接骨板的应力遮挡效应也能起到一定程度的缓解作用。