磷酸钙骨水泥在骨缺损修复中的应用

中国康复理论与实践２０１１年１２月第１７卷第１２期Ｃｈｉｎ　ＪＲｅｈａｂｉｌＴｈｅｏｒｙＰｒａｃｔ，Ｄｅｃ．２０１１，Ｖｏ１．１７，Ｎｏ．１２　

磷酸钙骨水泥在骨缺损修复中的应用　

殷桂华，韩泽民　一１　ｌ３９一　

・综述・　

Ｉ摘要ｌ　近年来，生物材料越来越多地被应用在骨缺损的修复中。理想的骨修复材料不仅要有良好的生物相容性，还要有合适　

的空隙结构、表面形态和理化性能，以适应成骨细胞的生长。磷酸钙骨水泥以其良好的生物相容性、可降解性、骨传导性、可注　

射性和可塑性等优点，成为近年来骨缺损修复中应用较多的生物材料。本文综述磷酸钙骨水泥在骨缺损修复中的实验研究及进展。　

【关键词ｌ骨缺损；磷酸钙骨水泥；综述　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃａｌｃｉｕｍ　Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　Ｃｅｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｂｏｎｅ　Ｄｅｆｅｃｔ　Ｒｅｐａｉｒ（ｒｅｖｉｅｗ）ＹＩＮ　Ｇｕｉ—ｈｕａ，ＨＡＮ　Ｚｅ—ｍｍ．Ｈｅｂｅｉ　Ｕｎｉｔｅｄ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｇ—　

ｓｈａｈ　０６３０００，ＨｅｂｅＬ　Ｃｈｉｎａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｂｏｎｅ　ｄｅｆｅｃｔ　ｒｅｐａｉｒ．Ｔｈｅ　ｉｄｅａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｈａｖｅ　

ｇｏｏｄ　ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｈａｖｅ　ｔｈｅ　ｒｉｇｈｔ　ｓｐａｃｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｔｏ　ａｄａｐｔ　ｔｈｅ　

ｇｒｏｗｔｈ　ｏｆ　ｏｓｔｅｏｂｌａｓｔｓ．Ｃａｌｃｉｕｍ　ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｃｅｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｍｏｒｅ　ｗｉｄｅｌｙ　ａｍｏｎｇ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　ｂｏｎｅ　ｄｅｆｅｃｔ　ｒｅｐａｉｒ　ｗｉｔｈ　ｉｔｓ　ｇｏｏｄ　ｂｉｏ—　ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，ｄｅｇｒａｄａｂｉｌｉｔｙ，ｏｓｔｅｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ，ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　

ａｎｄ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｃｅｍｅｎｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｂｏｎｅ　ｄｅｆｅｃｔ　ｒｅｐａｉＥ　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｏｎｅ　ｄｅｆｅｃｔ；ｃａｌｃｉｕｍ　ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｃｅｍｅｎｔ；ｒｅｖｉｅｗ　【中图分类号ｌ　Ｒ６８３　Ｉ文献标识码】Ａ【文章编号Ｊ　１００６—９７７１（２０ｌ１）１２—１１３９—０３　

ｌ本文著录格式ｌ殷桂华，韩泽民．磷酸钙骨水泥在骨缺损修复中的应用［Ｊ］．中国康复理论与实践，２０１Ｉ，１７（１２）：１１３９—１１４１．　

临床上由各种原因引起的骨缺损很常见，骨缺损的修复方　

式也有多种。自体骨移植是骨缺损治疗的“金标准”，但是自　

体骨骨源有限，且需开辟第二术区，因此临床应用有限；同种　

异体骨及异种移植虽然骨源较多，但存在免疫排斥反应，其应　

用也受到很大限制。因此，研制具有良好的成骨能力及生物相　容性较高的人　生物材料是医学和材料学领域的一个重要课　

题。　

磷酸钙骨水泥（ｃａｌｃｉｕｍ　ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｃｅｍｅｎｔ，ＣＰＣ）是近年来应　

用较广的一种生物材料，被广泛应用于颅骨缺损的修复、椎体　

成形术、颌骨缺损的修复、填塞拔牙创以保持牙槽嵴高度等领　

域　。ＣＰＣ又称羟基磷灰石骨水泥（ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ　ｃｅｍｅｎｔ，　

ＨＡＣ），由两种以上磷酸钙盐的粉末和固化液组成，其固化过　

程为磷酸钙在水溶液系统中溶解，产生钙离子和磷离子，然后　

磷离子以羟基磷灰石（ＨＡ）形式沉淀。ＣＰＣ主要由钙、磷等元素　

组成，与骨基质中的无机盐成分相似，能被机体接受，植人骨　

断端易形成骨性结合，被认为是生物相容性最好的骨组织替代　

材料之一。　

１　ＣＰＣ的优点　

１．１良好的生物相容性及生物安全性　具有良好生物相容性的　

骨移植材料要求对人体无毒、无热原、对周围组织无刺激作　

用，植入后不引起溶血反应和免疫排斥反应，无致癌性和致畸　作用，能逐渐被降解吸收和被机体组织替代。ＣＰＣ的主要成分　

为钙、磷，其结构和组成与人体硬组织的无机成分非常接近，　

ＣＰＣ中单一成分的生物相容性直接决定了整个骨水泥体系的生　

物相容性。Ｍａｒｖｉｎ等在实验中将ＣＰＣ作为眶骨充填材料应用　于小白鼠，３个月后处死动物做眶骨移植物样本的组织学检　

查，证实动物机体对该材料有良好的耐受性，无感染及排异现　

象　。赵晓伟采用浸提法制备ＣＰＣ培养液浸提液，应用细胞培　

养及流式细胞仪观察技术观察ＣＰＣ对Ｌ９２９细胞的细胞周期、　

ＤＮＡ倍体、ｂｃｌ一２基因表达的影响，结果表明，ＣＰＣ对其无明　

显影响　。以上实验均证实，ＣＰＣ是一种具有高度生物相容性　

的材料。　

１．２骨引导性和良好生物降解性ＣＰＣ在修复骨缺损时新骨形　

成的方式主要是“爬行替代”过程，而不是由纤维组织转化为　

骨组织的过程。ＣＰＣ本身并无成骨性　，但它能提供适合新骨　

沉积的生理基质，并作为一个支架引导骨组织长入缺损区。　

Ｍａｉ等观察Ｉ型胶原与ＣＰＣ复合材料植入动物体内，发现ＣＰＣ　

具有良好的骨传导性，骨吸收开始于缺损区边缘，随后为内植　

物，１２个月后骨重建完成　。在用ＣＰＣ充填修复牙种植体周围　

骨缺损区的实验研究中，实验组ＣＰＣ随时间延长而逐渐发生降　

解，新生骨组织沿裂隙长人，与种植体发生直接的接触，表明　

ＣＰＣ在修复牙种植体周围骨缺损中展示ｒ较好的引导骨再生性　

基金项目：武警部队课题资助（ＷＢＳ２００８０６）。　作者单位：河北联合大学研究生部，河北唐山市０６３０００。作者简介：殷桂华（１９８５一），女，山东泰安市人，硕士研究生，医师，主要研究方　向：口腔颌面种植修复。通讯作者：韩泽民。

　——１　１４０—．　中国康复理论与实践２０１１年１２月第１７卷第１２期Ｃｈｉｎ　Ｊ　ＲｅｈａｂｉｌＴｈｅｏｒｙＰｒａｔｔ，Ｄｅｃ．２０１１，Ｖｏ１．１７，Ｎ　．１２　

质　。ＣＰＣ植入体内后，材料的生物降解和新骨生成同时进　

行，机理在于：一方面交界部位的骨水泥与体液接触后发生溶　

解，产生Ｃａ２＋、ＰＯ４３＂等离子参与骨形成，并且材料在体液的冲　

蚀、磨耗作用下局部碎裂或崩解；另一方面成骨细胞、破骨细　

胞、巨噬细胞等通过细胞外降解和细胞内吸收两种方式使材料　

发生降解，两方面的共同作用逐步形成了新的骨组织。苗军等　

制作羊胫骨平台压缩性骨折模型，植入ＣＰＣ充填骨缺损，３个　

月后进行组织学观察，镜下可见多个骨水泥吸收骨形成单位，　

骨水泥吸收后的空间由新骨生成充填，看不到纤维组织　，表　

明ＣＰＣ在体内的降解速度与新骨形成速度基本持平。　

１．３操作方便、可塑性强　ＣＰＣ在室温（２５℃）及冷藏温度（５℃）　

条件下可较长时间不固化，而在体温（３７℃）条件下凝结较快，　

其固化时间为１５－３０　ｍｉｎ，此特性为骨水泥的临床操作提供了　

有利的条件。骨水泥的可塑性决定了其可被塑造成各种形状用　

于修复骨缺损，甚至可采用注射器和针头经皮穿刺注射的方式　

对一些窄而深的骨缺损进行修复。近年来如何提高ＣＰＣ的可塑　

性成为研究的热点，实验证实，通过添加多糖类、多元醇及其　

衍生物、多羟基的蛋白质等增塑剂物质，能改善骨水泥的流动　性和可操作性。Ｒｏｅｍｈｉｌｄｔ等在ＣＰＣ中加入铝酸钙，ＣＰＣ的流　

动性、可塑性提高，而且具有较好的可注射性和较高的抗压强　

度　。　

在临床应用中需注意，骨水泥聚合反应可能会引起骨．骨　

水泥界面的温度升高，从而造成临界面的骨细胞损害。在塑形　

时骨水泥的厚度越大，其机械性能越强，但反应时释放的热量　

也越大，不利于成骨。研究证明，当骨水泥的厚度小于１０　ｍｍ　

（以３－４　ｍｍ为佳）时成骨效果最为理想。一般认为，５　ｍｍ厚的　

骨水泥聚合反应在骨和骨水泥周围产生的温度为４１℃，不会　

对周围组织产生明显的副作用，大于１０　ｍｍ时骨水泥聚合反应　

产生的温度超过５６℃，会造成周围骨的灼伤甚至坏死。　

１．４粘结力强，界面结合强度高　自体骨、人工颗粒骨移植　

后，在新骨形成后期会偶尔发生新骨松动现象，这主要与骨结　

合界面的微动现象、应力遮挡等力学因素、磨损颗粒引发的溶　

解等生物学因素有关。骨水泥与骨的结合强度主要取决于骨水　

泥与骨的嵌合程度。骨水泥具有一定的流动性、良好的粘结　

力，能促进骨水泥颗粒进入骨小梁间隙，一方面增加两者之间　

的结合力，避免了骨结合界面的微动现象；另一方面增加骨水　

泥．骨界面的结合强度，减少骨水泥磨屑的产生，避免了磨损　

细颗粒引发的新骨溶解现象。此外，骨水泥．骨界面形成一个　稳定封闭的界面，阻止引起炎症反应、骨溶解及骨松动的磨损　

颗粒进入此界面，防止异物炎性反应及融骨反应的发生。　１．５良好的药物载体作用　骨缺损并发感染是临床治疗上较为　

棘手的难题，不合理的治疗容易使病情迁延，甚至进展为感染　

性骨不连。抗生素无论是口服还是静滴均很难进入感染深部杀　

灭细菌；而以ＣＰＣ作为抗生素载体的局部缓释系统能在局部持　

续释放高浓度抗生素，发挥强大的局部抗感染作用，在骨折感　

染防治方面拥有潜在的广阔临床应用前景。张月荣等局部应用　

万古霉素ＣＰＣ链珠治疗慢性骨髓炎３０例，除ｌ例车祸意外死亡　外，２７例效果优良，２例复发，经二次手术后治愈，无不良反　

应，认为局部应用万古霉素ＣＰＣ链珠操作简单、安全有效，可　

以作为治疗慢性骨髓炎的手段之一　。抗生素／ＣＰＣ载药缓；降系　统理论上具有修复局部骨缺损同步抗感染的作用，但是目前得　

到的资料数据来源限于实验研究。　

２　ＣＰＣ的缺点及改进　２．１孔隙率低，不利于新骨长入磷灰石类移植物的孑Ｌ径在　

１００　ｐｍ以上时有利于缺损骨的重建。ＣＰＣ孔径为８～１２　ｐ．ｍ．骨　

水泥凝结后孔隙率为４３％。较低的空隙率导致ＣＰＣ材料在体内　

长期存留，影响新骨的长入。增加孔隙率可明显加速ＣＰＣ的吸　收　。近年来，致孔技术的出现和发展已经证明，多孔结构的　

存在有利于成骨细胞的迁移及骨组织的向内生长，对新骨的生　

长、重建以及骨水泥材料在人体内的快速吸收十分有益。｜前　

ＣＰＣ成孔的方法主要有３种：①掺人可溶性物质，如甘露醇及　

蔗糖等，这些物质在体内环境中溶解而致孔；②发泡成孑Ｌ．如　

加入碳酸氢钠，与固化液反应，在固化过程中产生二氧化碳成　

孔；③掺人可降解的多聚物微球，微球在体内逐步降解成　

孔　。目前掺入填充剂增加ＣＰＣ孔隙的方法仍存在两个问题：　①当ＣＰＣ以固定的固液相比例混合时，填充物的添加会ｉ女变　

ＣＰＣ的理化性质和生物学性能；②ＣＰＣ与填充剂混合物植入人　

体后，填充剂的快速溶解可导致ＣＰＣ初始阶段力学性能急剧下　

降，且其结构也不稳定。这些问题有待今后进一步研究解决。　

２．２降解速度较慢一般认为骨水泥的降解机制为：在体内体　

液的作用下，骨水泥先从材料表面开始溶解、膨胀，使结构疏　

松，粒子被分散，表面积迅速扩大；然后多核细胞、巨噬细胞　

和破骨细胞聚集于骨水泥表面，吞噬分解后的粒子，并随体液