关节置换手术随着人群的老龄化逐渐增加。随之而来就出现了一个大问题,即越来越多的患者需要进行至少一次的返修手术。翻修的首要原因除了感染就是假体无菌性松动。以UHMWPE颗粒为主,引起的假体周围骨溶解是无菌性松动的首要原因。许多研究已经指出非骨水泥假体的寿命很大程度上取决于生物学固定效果。假体的早期移动会增加假体无菌性松动的危险。因此假体的初始稳定性至关重要,迅速而持续的骨长入可以为假体提供良好的生物学固定,预防假体移动。同时,假体周围新生骨组织的密度越高,骨-假体界面抵抗磨屑颗粒引起的骨溶解作用越强。HA涂层可以增强假体的稳定性、骨-假体界面的结合强度和抗疲劳性能、骨矿化水平和骨长入速率。同时二膦酸盐类药物可以改善假体的生物学固定效果。最近很多实验关注将二膦酸盐与假体结合,结果表明二膦酸盐复合涂层可以刺激假体周围新骨的形成和力学性能的改善。目前需要研究的问题是:1.缺少一种既符合人工关节假体无菌性松动病理特点又简便有效的动物模型。2.阿仑膦酸钠复合HA涂层的非多孔钛假体是否可以抑制UHMWPE颗粒诱导的假体周围骨溶解。3.阿仑膦酸钠在预防磨屑诱导的假体周围骨溶解过程中是否能够影响成骨细胞的活性。4.阿仑膦酸钠的局部释放是否具有于系统性治疗效果。5.阿仑膦酸钠复合HA涂层假体是否能够作为一种缓释载体为假体固定提供支持。因此,本实验通过UHMWPE颗粒诱导建立了新西兰大白兔的人工关节无菌性松动动物模型。同时在此模型基础上,通过病理学、影像学、骨组织形态学、生物力学等方面的观测,进一步研究以上问题。具体内容如下:1.X线测量动物处死后即刻拍摄双侧胫骨正侧位X线,观察左侧胫骨假体周围骨溶解的影像学改变,并测量双侧胫骨髓腔峡部骨皮质厚度。2.病理学检测膝关节滑膜HE染色,分别用普通光镜和偏振光镜观察滑膜结构,包括是否增生肥厚、是否有炎细胞浸润以及UHMWPE颗粒是否被滑膜组织包绕吞噬等。3.生物力学测量通过假体拔出实验(pull-out test)描绘负荷-位移曲线,采集好负荷-位移曲线后计算极限抗剪强度、表观抗剪强度和总能量吸收值。4.骨组织形态学测量进行四环素荧光双标记,分别通过荧光切片和甲苯胺蓝染色切片来计算骨组织形态学动态和静态指标。依照ASBMR命名法来计算以下参数:骨密度(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数量(Tb.N)、类骨质表面(OS/BS)、类骨质厚度(O.Th)以及骨形成速率(BFR/BS)、松质骨骨矿沉积率(MAR)和皮质骨骨矿沉积率(E-MAR)。通过改良丽春红三色切片来计算骨-假体接触率和骨体积分数两项指标。通过VON KOSSA染色切片来计算骨皮质处钙盐沉积岛平均面积、钙盐沉积岛数量和钙盐沉积岛面积分数(钙盐沉积岛总面积/骨组织面积)。5.扫描电镜测量分别在普通模式和背散射模式下观测。左侧胫骨标本分别测量距离假体表面200μm、200-500μm和500-800μm处的骨体积分数,以及距离骨内膜表面800μm处的骨体积分数,右侧测量距离骨内膜表面800μm处的骨体积分数并于普通模式下观测标本表面显微形态。6.Ash Weight测定右侧尺骨在灼烧前后的重量,标本称湿重(Ww),然后于密闭坩埚内480℃烧24h,称干重(Wa),计算干湿比(Wa/Ww),以此反映标本内钙盐含量。7.DEXA测量第2腰椎骨密度值。8.阿仑膦酸钠体外释放周期绘制阿仑膦酸钠体外释放曲线,用来评估此新型复合涂层假体的药物缓释能力。以上检测结果均显示阿仑膦酸钠的局部应用可以增加术侧和对侧的骨皮质厚度,骨小梁参数,成骨细胞活性,骨矿化水平和骨密度,并能显著增加术侧骨皮质厚度,假体生物力学固定强度,骨-假体接触率,假体周围骨体积分数,骨矿化水平和假体周围骨密度。结论:1.我们建立的新西兰大白兔人工关节无菌性松动动物模型无论从病理机制还是造模效果上都能为研究相关课题提供基础,并且造模简便可靠。2.在体内,阿仑膦酸钠复合HA涂层的非多孔钛假体可以明显抑制UHMWPE颗粒诱导的假体周围骨溶解,甚至比在没有磨屑颗粒的情况下单独使用HA涂层假体取得的效果都要好。3.在体内,阿仑膦酸钠在预防磨屑诱导的假体周围骨溶解过程中能够促进成骨细胞的活性。4.阿仑膦酸钠的局部释放具有于系统性治疗效果。5.阿仑膦酸钠复合HA涂层作为一种缓释载体,一方面能够为假体的初始稳定性提供早期短时间的高药物浓度释放,另一方面又能够提供长时间的低浓度药物缓释。