目前,临床上应用于颌面部骨折复位、正颌手术及骨移植手术后固定的材料主要有不锈钢、钛合金和可吸收高分子材料等。由于不锈钢、钛合金弹性模量与骨皮质问的巨大差异,将使两者间存在应力遮挡作用。而且,不锈钢、钛合金作为一种异物,最好术后二期取出。聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)等可吸收高分子材料也己用于临床,但仍存在不足:亲水性差;细胞吸附力较弱;可引起无菌性炎症;机械强度不够;可引起周围组织的纤维化及免疫反应等。近年来,镁及镁合金作为一种金属基生物材料引起了越来越多学者的关注。镁的化学性质十分活泼,在动物体内可以在短时间内降解。镁与其他常用的金属类植入物相比,更接近天然骨皮质的弹性模量和机械强度,这样的物理特性使镁及其合金在作为内固定材料修复骨折过程中能够最大程度地避免植入材料的应力遮挡作用。当前,研究镁合金的耐腐蚀性及生物相容性的实验方法有很多,主要分为体外实验和体内实验两大类。体外实验可以直观地时时观测合金的腐蚀情况,体内实验则可以在观察镁合金降解过程的同时,观察研究实验动物机体对镁合金降解过程的生物学反应,以此分析镁合金的生物安全性和生物相容性。为了评估将镁合金应用于临床修复颌面部骨损伤的可行性,本文设计将不同形态(条型骨折内固定板和片状多孔板)的AZ31B镁合金内固定系统植入兔下颌骨,并以钛合金内固定系统作对照,通过实验动物血液、尿液生化分析,局部组织及植入物宏观观察、扫描电镜观察、能谱分析、新生骨组织切片、免疫组织化学、RT-PCR等实验手段,研究分析了AZ31B镁合金植入动物下颌骨后的降解行为、镁合金对实验动物的全身影响、及其对颌骨局部的骨诱导作用。具体实验内容分为如下三部分:实验一:AZ31B镁合金植入兔下颌骨表面的体内降解情况及镁合金体内降解过程对实验动物的生物学影响研究目的探讨实验动物全身及下颌骨局部对镁合金降解过程的生物学反应及镁合金在该位置的降解特性。方法在实验动物(兔)单侧下颌骨表面分别植入不同型态的镁合金内固定系统(A、B),并用钛合金内固定系统作为对照组(C)。将各组动物平均分成1、2两组,两组的实验操作时间点分别为2周和8周。A1组动物术后2周处死,取下颌骨植入物周围纤维结缔组织,取心脏、肝脏、肾脏、脾脏等组织。将各组织标本制作成病理切片,通过HE染色观察组织形貌。A2组动物术后从第1周开始,至第8周,每周采血、尿样本,生化检测其中镁离子的浓度。术后8周处死,取下颌骨植入物周围骨组织。将标本脱钙后常规石蜡包埋,HE染色,观察新骨生成情况。取心脏、肝脏、肾脏、脾脏等组织,制作病理切片,HE染色观察组织形貌。B型、C型两组实验动物的实验方法同A组。将A、B两组动物局部取出的镁合金内固定系统迅速用酒精冲洗表面,去除血迹及多余动物组织,密闭保存。扫描电子显微镜观察表面降解产物形态结构,利用EDS(能谱分析)功能及相关软件分析表面降解产物构成成分。结果术后2周,植入的镁合金内固定系统被一层纤维结缔组织包裹,镜下可见大量纤维成分间分布着骨小梁和毛细血管,局部有明显的钙盐沉积特征,少量成骨细胞散在分布,组织边缘有部分单核细胞及嗜酸性粒细胞浸润。钛合金植入物周围仍包裹一层纤维结缔组织,镜下观察可见大量成纤维细胞平行排列,未见明显的骨小梁、新生毛细血管及钙盐沉积特征。术后8周,植入的镁合金内固定系统边缘处被新生骨组织充填,质地坚硬,与镁合金板结合紧密,镁合金板中未进行螺钉固定的两个孔相对应的位置处,亦有骨组织长入。镜下观察,可见新生骨组织已分化成表层平行排列的骨板和内部的骨松质。钛合金植入物周围仍为纤维结缔组织。各镁合金组实验动物的内脏组织病理切片观察均未见明显异常。实验动物各时间点血中镁离子浓度在0.79～1.05mmol/L小范围内波动(正常值为0.82～2.22mmol/L)。与钛合金相比,镁合金植入后,动物尿中的镁离子浓度升高,且波动较大。在植入手术后的2周及8周取出A型和B型两组镁合金内固定系统,肉眼观察可见镁合金表面失去原有金属光泽,边缘不清晰,干燥后表面出现白色疏松物质。扫描电镜显示,镁合金表面上覆盖一层降解产物,降解产物表面粗糙、强度低,并呈现为不规则的龟裂状。能谱分析表明,这层物质的主要成分为Ca、Mg、P、Al、zn、Mn等。结论AZ31B镁合金具有引导动物机体新骨生成的作用。镁合金的植入并未对动物机体的循环、免疫、泌尿系统产生负面影响。镁合金降解产物可经动物的肾脏代谢,而血液中的镁离子含量相对稳定。目的观察镁合金在修复兔下颌骨不同类型骨损伤时的降解行为及周围组织的生物学反应。方法在实验动物(兔)单侧下颌骨表面分别植入镁合金条型骨折固定系统和片状多孔板内固定系统,分别修复10 mmx2 mm条索状骨缺损及底边15 mm、高15 mm的单层骨皮质缺损模型,并用钛合金作为对照组。实验观察时间点分别为镁合金内固定系统植入后3个月和6个月,植入物周围下颌骨经4%多聚甲醛固定,采用EDTA脱钙制作病理切片。通过HE染色观察新生纤维结缔组织形态和组成成分,分析新骨生成情况。通过免疫组织化学染色病理切片,观察局部骨形态发生蛋白BMP-2表达位置及水平。取植入物与骨组织间的纤维结缔组织,应用RT-PCR技术,分析各组中BMP-2的mRNA表达水平。将已去除软组织的下颌骨用戊二醛固定,利用扫描电镜观察骨表面的新骨生成与溶骨现象。取出的镁合金内固定系统干燥保存,利用扫描电镜观察镁合金表面的降解情况,并采用能谱分析研究降解产物的组成。植入镁合金条型骨折固定系统3个月后,镁合金的50%左右由新生骨组织所覆盖,条索状骨缺损已经完全愈合。6个月后,镁合金大部分已被新生骨组织覆盖,只可见一颗螺钉头部露出。镁合金与新生骨组织间存在一层纤维结缔组织膜,靠近新生骨组织一侧可见丰富的毛细血管和新生成的骨岛;靠近镁合金一侧可见部分炎性细胞浸润。对照组钛合金周围仅为一薄层新生骨组织覆盖,原有骨缺损也已愈合。钛合金周围的纤维结缔组织膜的厚度不及镁合金组,膜内毛细血管及骨岛少见,新生骨组织形态成熟。植入镁合金片状多孔板3个月后,镁合金被一完整纤维结缔组织囊包裹,可清晰见到囊内有多个氢气气泡存在,植入物下方大面积骨缺损部分修复。钛合金片状多孔板内固定系统未见纤维囊中有任何气泡,植入物下方大面积骨缺损部分修复。6个月后,镁合金下方呈现出不规则的成骨区和溶骨区。不同内固定系统植入3个月后,在各组新生骨组织中均可见细胞浆被染成棕黄色的成骨细胞贴附于新生骨组织表面。其中以镁合金多孔板组染色最为明显,并可见多个核的破骨细胞散于新骨表面。植入6个月后,各组新生骨组织表面BMP-2的表达量均较3个月时的要高。而钛合金植入并未使植入物周围的BMP-2表达量有所不同,两个时间点间表达差异不大。SEM结果显示,镁合金表面覆盖一层降解产物,降解产物表面粗糙、疏松,并呈现出不规则的龟裂状,靠近边缘处有层状崩解的痕迹。在多孔板中央位置,镁合金的局部降解严重,层状崩解现象更为严重。能谱分析结果表明该层物质的主要成分有Ca,Mg,P,Al,C和O等元素。肉眼观发现溶骨区域的下颌骨表面,局部骨组织呈现出不规则的骨吸收形貌,多处可见直径在100μm左右的骨陷窝。在未成骨区与溶骨区的交替处,可见毛细血管与骨陷窝同时存在。结论小体积的镁合金在修复小范围骨缺损时表现出良好的骨诱导作用:而与机体接触面积大、修复大范围骨缺损的镁合金植入物,则会引起局部的溶骨反应。镁合金在降解过程中释放的镁离子及其周围形成的碱性环境,可以引起镁合金周围组织中骨形态发生蛋白(BMP-2)的增加,进而引起局部的新骨生成;过量的镁离子浓度及过高的pH值将会引起过量的BMP-2分泌,激活破骨细胞,导致溶骨现象。目的观察采用低温化学沉积方法在预处理后镁合金表面制备出B-TCP(B-磷酸三钙)涂层的AZ31B镁合金对兔下颌骨局部成骨的短期影响,从而分析带有B-TCP涂层的AZ31B镁合金体内降解特性及其降解过程对实验动物的影响。方法在实验动物(兔)单侧下颌骨植入带有B-TCP涂层的条型镁合金内固定系统,并以未处理镁合金及钛合金内固定系统作为对照组。术后4周观察植入物周围软组织、硬组织改变情况,脱钙骨组织切片的组织学观察,对取出的镁合金植入物应用扫描电子显微镜观察其表面降解产物形态结构,利用EDS、XRD功能及相关软件分析表面降解产物构成成分。术后4周,带有B-TCP涂层的条型镁合金表面粗糙,失去原有B-TCP涂层的灰黑色外观,植入物下方靠近下颌骨表面处未见明显的新生骨组织。镜下可见少量的新生骨组织,新生骨岛细小,表面有部分成骨细胞单层分布,新生骨组织间可见毛细血管及少量纤维结缔组织分布。钛合金植入物周围同样没有出现明显的新生骨组织。没有B-TCP涂层的条型镁合金内固定夹板周围出现了相对丰富的新生骨组织。镜下可见丰富的新生骨组织,新生骨岛彼此连接,局部骨组织成熟。AZ31B镁合金表面制备B-TCP涂层后,经扫描电子显微镜观察可见,镁合金表面被一层粗糙的不规则结构所覆盖,表层为散在分布的直径在30～50μm颗粒状物质,深层则为一层致密的筛孔样结构。经过4周的体内植入后,B-TCP涂层的条型镁合金内固定夹板表面覆盖一层降解产物,表面呈现出不规则的龟裂状,龟裂间连通性差,整体未见明显的层状崩解现象。没有B-TCP涂层的条型镁合金内固定夹板表面的降解产物可见更明显的不规则的龟裂,镁合金表面呈现层状腐蚀现象。对镁合金取出物表面进行EDS分析,结果可见,两组镁合金表面的降解产物中均含有Ca,Mg,P,Al,C和O等元素,进一步进行XRD分析发现,经过体内4周的降解过程,带有B-TCP涂层的镁合金表面仍残留有部分B-TCP成分,而B组镁合金表面则没有类似产物出现。结论B-TCP涂层作为一种生物可降解陶瓷材料,能够通过化学方法与AZ31B镁合金表面结合,在体内植入实验早期,B-TCP涂层可以作为一种屏障结构,起到控制镁合金早期降解速率的作用。