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骨修復(fù)材料主要指用于直接支持、增強(qiáng)或替代受損骨骼的材料。這類材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用專注于骨骼的治療和恢復(fù)，如骨折愈合、骨缺損填充和骨質(zhì)增強(qiáng)等，包括自然來(lái)源的骨移植材料（如自體骨和同種異體骨）、合成陶瓷（如羥基磷灰石和三鈣磷酸鹽）、金屬（如鈦和其合金）、及生物可降解材料（如聚乳酸和聚甘酸）等。

而骨科生物醫(yī)用材料是一個(gè)更廣泛的術(shù)語(yǔ)，涵蓋了所有在骨科手術(shù)和治療中使用的生物兼容材料。除了包括骨修復(fù)材料的功能外，這類材料也可能用于支持、替代或修復(fù)肌腱、軟骨、肌肉等其他組織。從骨折修復(fù)到關(guān)節(jié)重建，從軟骨修復(fù)到肌腱再生，每一步的治療都可能涉及到一種或多種特定的生物醫(yī)用材料。

 

本文將詳細(xì)介紹七種主要的骨科生物醫(yī)用材料，它們包括：

骨替代材料：這類材料用于替代或修復(fù)受損的骨骼，其設(shè)計(jì)旨在模擬自然骨的結(jié)構(gòu)和功能。

骨移植材料：涵蓋從自體、同種異體到異種骨移植的各種材料，用于填補(bǔ)骨缺損或增強(qiáng)骨愈合。

軟骨替代與移植材料：專為修復(fù)或替換受損軟骨設(shè)計(jì)，這些材料幫助恢復(fù)關(guān)節(jié)的功能和減少疼痛。

肌腱組織替代與移植材料：用于修復(fù)或替代受傷的肌腱，這些材料需要具備高度的彈性和強(qiáng)度以支持動(dòng)態(tài)負(fù)荷。

骨科內(nèi)固定材料：包括各種釘、釘棒、板和其他裝置，用于內(nèi)部固定骨折或重建手術(shù)中的骨骼。

骨科外固定器支架及應(yīng)用：這些裝置通過(guò)外部支架固定骨折或糾正畸形，支架設(shè)計(jì)要能適應(yīng)患者的具體需求。

骨科生物可吸收內(nèi)固定材料：這些材料在體內(nèi)逐漸降解吸收，避免了二次手術(shù)取出的需要，同時(shí)提供了足夠的初始強(qiáng)度以支持骨愈合。

 

以下摘自《2025全球骨科醫(yī)療器械創(chuàng)新白皮書》：

 

骨替代材料

骨替代材料，也稱為骨移植替代材料或骨再生材料，是在骨科和牙科手術(shù)中用來(lái)替代自然骨的材料。這些材料被設(shè)計(jì)用于支持、增強(qiáng)或促進(jìn)受損或缺失骨組織的再生和修復(fù)。骨替代材料的主要功能是提供一個(gè)支架結(jié)構(gòu)，促進(jìn)新骨的形成，并最終被新生骨組織所取代或整合。

以下是各類別中的一些典型產(chǎn)品：

接骨螺釘：用于固定骨折碎片或作為拉力螺釘將骨折片抓持在一起，常見(jiàn)的有PDLLA/HA復(fù)合可吸收接骨螺釘和金屬鈦合金接骨螺釘。

▲接骨螺釘

接骨板：緊貼于骨上提供固定，與螺釘配合使用，用于骨折內(nèi)固定，如直型和異型金屬接骨板，以及特殊形狀的接骨板如人字形、弧形、L形等。

▲金屬異型接骨板

髓內(nèi)釘：用于骨折內(nèi)固定，特別是長(zhǎng)骨干骨折，如V形髓內(nèi)釘和梅花形髓內(nèi)釘，以及交鎖髓內(nèi)釘?shù)取?/span>

▲通用逆行髓內(nèi)釘系統(tǒng)

脊柱植入物：用于脊柱的穩(wěn)定和融合，包括椎間融合器、脊柱固定系統(tǒng)（如椎弓根螺釘系統(tǒng)）、人工椎間盤等。

▲不同形狀的聚醚醚酮脊柱融合器

人工關(guān)節(jié)假體：工髖關(guān)節(jié)、人工膝關(guān)節(jié)、人工肩關(guān)節(jié)、人工肘關(guān)節(jié)、人工踝關(guān)節(jié)、人工腕關(guān)節(jié)、人工指關(guān)節(jié)等。其中，人工髖關(guān)節(jié)和人工膝關(guān)節(jié)發(fā)展最為成熟，應(yīng)用最為廣泛。

▲常見(jiàn)全膝關(guān)節(jié)假體

這些骨科植入物在臨床上有著廣泛的應(yīng)用，它們通過(guò)提供穩(wěn)定的固定和支撐，幫助恢復(fù)骨骼的結(jié)構(gòu)和功能。隨著生物材料和制造技術(shù)的進(jìn)步，這些植入物的設(shè)計(jì)和材料也在不斷優(yōu)化，以提高其生物相容性、力學(xué)性能和促進(jìn)骨愈合的能力。

 

骨替代材料的主要特點(diǎn)包括：

生物相容性：材料應(yīng)當(dāng)不引起宿主體內(nèi)的不良反應(yīng)或免疫排斥。

生物活性：一些骨替代材料具有促進(jìn)骨細(xì)胞增殖和分化的能力，從而加速骨組織的再生。

可塑性：材料應(yīng)易于塑形或定制，以適應(yīng)不同患者的具體解剖結(jié)構(gòu)和手術(shù)需求。

力學(xué)性能：材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和韌性，以支持骨組織的生長(zhǎng)，同時(shí)與人體骨骼的彈性模量相近，防止應(yīng)力屏蔽效應(yīng)。

可降解性：許多骨替代材料設(shè)計(jì)為可被體內(nèi)自然降解和吸收，以便隨著時(shí)間推移被新形成的骨組織所取代。

 

骨移植材料

骨是天然的生物復(fù)合材料，具有精巧的多級(jí)結(jié)構(gòu)(圖4-2-1）。磷酸鈣類礦物相可占骨重量的60%～70%，有機(jī)相的90%~95%為膠原蛋白，還有少量的非膠原性蛋白、多糖、脂類等。骨移植按材料來(lái)源可分為天然材料和合成材料兩大類;按移植入物來(lái)源分為自體骨移植、同種異體骨移植、異種骨移植和人工骨材料移植。骨移植材料在整形外科中主要用于骨斷裂修復(fù)、骨植入物的鍍膜、人工關(guān)節(jié)返修、可注射骨移植材料治療骨質(zhì)疏松等適應(yīng)證，在脊柱治療中主要用于后路脊柱融合等各類脊椎骨缺損適應(yīng)證，在牙科中主要用于拔牙創(chuàng)傷和頜面外科等適應(yīng)證。

 

骨移植材料是用于修復(fù)或替換受損骨組織的生物醫(yī)用材料。這些材料被設(shè)計(jì)來(lái)填充骨缺損或提供骨組織的結(jié)構(gòu)支持，促進(jìn)骨愈合和再生。骨移植材料可以是自體的（來(lái)自患者自身的骨組織）、異體的（來(lái)自同種其他個(gè)體的骨組織）、異種的（來(lái)源于其他物種，如?；蜇i）、或合成的（人工制造的材料）。

 

天然骨移植物

天然骨移植物是骨科和牙科手術(shù)中常用的材料，用于修復(fù)或重建骨缺損和損傷。這些材料來(lái)源于自然，能夠提供良好的生物相容性和生物活性。以下是對(duì)天然骨移植物的詳細(xì)介紹，包括自體骨、同種異體骨、異種骨以及天然衍生骨材料的特點(diǎn)和應(yīng)用。

 

1. 自體骨、同種異體骨及異種骨

自體骨移植（Autograft）

自體骨移植是指從患者自身的一個(gè)部位取骨移植到另一個(gè)部位。這種移植物被認(rèn)為是理想的骨移植材料，因?yàn)樗哂凶罴训纳锵嗳菪院统晒悄芰Γ粫?huì)引起免疫反應(yīng)。自體骨移植又可分為非血管化自體骨移植和血管化自體骨移植。非血管化移植操作相對(duì)簡(jiǎn)單，故而很早就得到了應(yīng)用，隨著顯微外科技術(shù)的進(jìn)步又發(fā)展出了血管化移植，通過(guò)血管吻合使移植骨保持良好的供血以保存骨的再生能力，大大增加了移植骨的成功率，并且提高了自體骨移植的質(zhì)量。非血管化自體骨移植的來(lái)源主要有髂骨、脛骨和顱蓋骨等;用于血管化自體骨移植的主要有:肩胛骨肌皮瓣、腓骨肌瓣、背闊肌骨肌皮瓣、髂骨肌瓣等。

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)免疫排斥反應(yīng)，高成骨能力。

缺點(diǎn)：取骨區(qū)可能出現(xiàn)并發(fā)癥，如疼痛和感染；可用骨量有限。

 

同種異體骨移植（Allograft）

同種異體骨是來(lái)自同種其他個(gè)體（通常是捐獻(xiàn)者）的骨。這種骨移植物在骨傳導(dǎo)性方面表現(xiàn)良好，經(jīng)過(guò)處理還可以保留一定的骨誘導(dǎo)性。同種異體骨采集來(lái)源：（1)截肢的骨組織。（2）胸部手術(shù)中切除的肋骨。(3)新鮮尸體骨骼，包括死嬰多采用軟骨。禁忌采集來(lái)源于腫瘤、傳染病、細(xì)菌性感染、骨病、血液病患者的骨組織。按移植物的不同分為同種異體骨移植、同種異體軟骨移植、同種異體骨關(guān)節(jié)移植。按移植物處理的不同分為新鮮同種異體骨、庫(kù)骨、人骨基質(zhì)明膠。同種異體骨移植能避免自體骨移植的一些缺點(diǎn)，存在的主要問(wèn)題是，有排斥反應(yīng)和交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。所以同種異體骨需處理才能使用，處理目的是降低或消除異體骨的免疫原性。但經(jīng)過(guò)各種處理的異體骨，骨細(xì)胞皆妥到不同程度的破壞，甚至死亡。異體骨在宿主部位的成骨生物學(xué)效應(yīng)，主要表現(xiàn)為骨傳導(dǎo)和骨誘導(dǎo)。異體骨經(jīng)過(guò)處理后是死骨，一旦與宿主骨床相接觸，即逐漸被吸收，即在吸收骨表面上貼覆性生長(zhǎng)，通過(guò)吸收，異體骨將被宿主骨及骨外膜的成骨細(xì)胞所“爬行替代”，從而產(chǎn)生新骨。

優(yōu)點(diǎn)：可用于大段骨缺損，提供良好的機(jī)械支持。

缺點(diǎn)：可能引起免疫反應(yīng)，傳播疾病的風(fēng)險(xiǎn)；需通過(guò)嚴(yán)格的篩選和處理。

處理方式：包括新鮮骨、深凍骨和凍干骨。凍干骨（lyophilized bone）由于其較低的免疫原性通常更受青睞。

 

異種骨移植（Xenograft）

異種骨移植是指來(lái)源于其他物種的骨材料。這些材料需經(jīng)過(guò)特殊處理以降低免疫反應(yīng)和疾病傳播風(fēng)險(xiǎn)。異種骨材料的來(lái)源主要有牛骨、豬骨、鹿骨、綿羊骨等，其中豬骨和牛骨原料易得，是研究最多的異種骨材料。關(guān)于異種骨目 前比較一致的觀點(diǎn)是認(rèn)為異種骨免疫原性和誘導(dǎo)活性具有共同的物質(zhì)基礎(chǔ)，在消除抗原性的同時(shí)也破壞了誘導(dǎo)成骨物質(zhì)，因此單純異種骨無(wú)法解決消除抗原性和保持誘導(dǎo)活性之問(wèn)的矛盾。將去抗原異種骨具有骨活性的物質(zhì)相結(jié)合制成復(fù)合異種骨，以部分恢復(fù)異種骨的誘導(dǎo)成骨能力，能夠在一定程度解決這一問(wèn)題帶來(lái)的困難，目前成為了異種骨移植研究的新方向，如：異種骨與骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)的復(fù)合，異種骨與自體紅骨髓的復(fù)合、異種骨與骨基質(zhì)明膠的復(fù)合以及異種骨與多種生長(zhǎng)因子的復(fù)合等。

優(yōu)點(diǎn)：來(lái)源廣泛，適用于不需要高機(jī)械強(qiáng)度的場(chǎng)合。

缺點(diǎn)：免疫反應(yīng)和生物相容性問(wèn)題較為突出，需要精細(xì)化處理。

 

2. 骨衍生材料

在骨修復(fù)和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，骨衍生材料發(fā)揮著重要作用，通過(guò)從天然生物組織提取和加工，得到具有特定生物功能性的材料。這些材料主要可以分為骨支架材料和骨基質(zhì)材料，每種類型的材料都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和潛在的應(yīng)用領(lǐng)域。以下是對(duì)這些材料的詳細(xì)介紹：

骨支架材料

煅燒骨（Calcined Bone）：煅燒骨是通過(guò)高溫處理異種或異體骨，去除其中的有機(jī)成分（如脂肪和蛋白質(zhì)），主要留下無(wú)機(jī)成分羥基磷灰石。

優(yōu)點(diǎn)：

良好的生物相容性：高溫處理徹底去除了潛在的抗原性物質(zhì)。

優(yōu)秀的骨傳導(dǎo)性：保留了天然骨的微觀結(jié)構(gòu)，有助于細(xì)胞黏附和增殖。

缺點(diǎn)：

脆性：煅燒過(guò)程可能影響材料的機(jī)械強(qiáng)度，使其變得脆弱。

缺乏骨誘導(dǎo)性：高溫處理破壞了天然骨中的生物活性成分。

 

珊瑚羥基磷灰石（Coral Hydroxyapatite, C.HA）：來(lái)源于海生珊瑚，通過(guò)物理和化學(xué)方法轉(zhuǎn)化成主要由磷酸鈣和碳酸鈣組成的材料。

優(yōu)點(diǎn)：類似人骨的多孔結(jié)構(gòu)：其結(jié)構(gòu)模仿人體骨的松質(zhì)結(jié)構(gòu)，有助于新骨的生長(zhǎng)。適合骨內(nèi)生長(zhǎng)：孔徑適合新生骨的內(nèi)向生長(zhǎng)。

缺點(diǎn)：力學(xué)性能有限，雖具有一定的抗壓強(qiáng)度，但抗拉和抗剪強(qiáng)度較低。

 

骨基質(zhì)材料

脫鈣骨基質(zhì)（Demineralized Bone Matrix, DBM）：主要包含脫鈣后的骨膠原和其他細(xì)胞外基質(zhì)。其優(yōu)點(diǎn)如下：

促進(jìn)骨愈合：富含生長(zhǎng)因子和促進(jìn)血管生長(zhǎng)的成分。

廣泛用途：常用作粘合劑，與其他骨替代物混合使用，提高復(fù)合材料的整體性能。

應(yīng)用：常作為自體骨擴(kuò)增劑或與其他材料如羥基磷灰石混合使用。

 

脫蛋白骨基質(zhì)（Decellularized Bone Matrix）：通過(guò)化學(xué)方法去除異種骨中的蛋白質(zhì)成分，保留羥基磷灰石和天然骨結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)如下：

良好的生物相容性和力學(xué)性能：保留了天然骨的三維網(wǎng)狀孔隙系統(tǒng)。

低抗原性：幾乎完全去除抗原性，降低免疫反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。

其缺點(diǎn)如下：

缺乏骨誘導(dǎo)性：處理過(guò)程中可能破壞活性成骨物質(zhì)。

 

這些骨衍生材料各具特色，廣泛應(yīng)用于骨科和牙科的骨修復(fù)和再生治療中。選擇合適的材料需要根據(jù)具體的臨床需求、預(yù)期的生物功能以及患者的具體情況來(lái)決定。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，未來(lái)可能開(kāi)發(fā)出更高效、更具生物活性的新型骨衍生材料。

 

合成骨移植物

合成骨移植物在現(xiàn)代醫(yī)療中扮演著越來(lái)越重要的角色，特別是在骨科和牙科手術(shù)中。這些材料的開(kāi)發(fā)旨在模仿自然骨的功能，同時(shí)避免了自體骨移植和異體骨移植中的一些限制和風(fēng)險(xiǎn)。合成骨移植物可以根據(jù)其成分和性能大致分為無(wú)機(jī)骨移植材料、有機(jī)骨移植材料和復(fù)合骨移植材料。

 

1. 無(wú)機(jī)骨移植材料

無(wú)機(jī)骨移植材料主要分為金屬填充材料和陶瓷填充材料兩大類。金屬填充材料以其卓越的力學(xué)性能和加工易性而廣泛用于制造人工關(guān)節(jié)和植入體固件，常見(jiàn)的材料包括不銹鋼、鈦及鈦合金、鈷基合金和鎳鈦合金等。這些金屬材料由于其高強(qiáng)度和良好的生物相容性，在骨科植入物中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

另一方面，陶瓷填充材料主要用于骨移植，包括氧化鋁陶瓷、羥基磷灰石和生物玻璃等。這些材料不僅具備良好的力學(xué)性能，還顯示出對(duì)體液的高度惰性。特別是含鈣磷鹽的陶瓷，如羥基磷灰石，因其出色的生物相容性和骨誘導(dǎo)能力，受到了廣泛的關(guān)注和深入研究。磷酸鈣生物陶瓷是其中一種早期廣泛使用的骨填充材料，已被證實(shí)能有效促進(jìn)骨愈合，提供骨傳導(dǎo)作用及骨誘導(dǎo)能力。

 

2. 有機(jī)骨移植材料

有機(jī)骨移植材料方面，超高相對(duì)分子量的聚乙烯因其優(yōu)異的力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于耐磨植入件如髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)。

聚丙烯酸酯類材料中，聚丙烯酸甲酯(PMA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)尤為突出。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)與日常生活常用的有機(jī)玻璃成分相似，PMMA聚合的反應(yīng)放熱明顯高于玻璃高分子聚合物，達(dá)到78～120°C，術(shù)中保護(hù)其接觸的組織，避免造成熱損傷甚至燙傷引起組織壞死尤為重要。PMMA廣泛應(yīng)用于關(guān)節(jié)置換術(shù)中假體和自體骨的粘合。

硫酸鈣骨填充材料中半水硫酸鈣因其固化速度快，常做成可注射型的。在使用時(shí)應(yīng)注意使硫酸鈣緊貼有活力的骨外膜或骨內(nèi)膜，這樣硫酸鈣才具有提供血管內(nèi)向性生長(zhǎng)的骨傳導(dǎo)性基質(zhì)作用。硫酸鈣在體內(nèi)經(jīng)過(guò)5周即可溶解而被重吸收，根據(jù)這一特點(diǎn)硫酸鈣能夠作為抗生素的緩釋載體用于骨髓炎的治療。

 

3. 復(fù)合骨移植材料

在復(fù)合骨移植材料的研究中，礦化膠原基復(fù)合人工骨和玻璃高分子聚合物等表現(xiàn)出了良好的臨床應(yīng)用前景。

復(fù)合骨移植材料研究較多的人工骨材料有：礦化膠原基復(fù)合人工骨，玻璃高分子聚合物等。礦化膠原基人工骨是與天然骨成分和結(jié)構(gòu)接近的一種室溫合成的骨移植物產(chǎn)品，使用效果接近自體骨。這種材料具有高孔隙率的多孔結(jié)構(gòu)，便于細(xì)胞附著和生長(zhǎng)，其主要成分是Ⅰ型膠原蛋白和羥基磷灰石晶體，這些晶體的納米級(jí)小尺寸和特定的晶體取向使得材料具有良好的生物相容性和降解性，同時(shí)其力度可調(diào)，便于臨床操作和形狀定制。

材料具有四個(gè)顯著的特點(diǎn)：

一是材料具有多孔結(jié)構(gòu)、孔隙率較高，便于細(xì)胞在上面的爬行、附著、生長(zhǎng)和繁殖以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸運(yùn)，其礦物相為具有低結(jié)晶度納米量級(jí)含碳酸根的羥基磷灰石，并且均勻生長(zhǎng)在膠原基質(zhì)上，這些特點(diǎn)原則上使該材料本身便具有與骨鍵合的能力，用這種材料制成的骨植入體表面可提供適宜的環(huán)境促進(jìn)膠原和礦物的沉積以及成骨細(xì)胞的黏附，一旦成骨細(xì)胞黏附于植入體表面，隨后的骨生長(zhǎng)便在細(xì)胞的調(diào)節(jié)下進(jìn)行；

二是材料主要成分是Ⅰ型膠原蛋白和羥基磷灰石晶體，其物理及化學(xué)性能均能滿足體內(nèi)植入環(huán)境的要求，有很好的生物相容性以及降解性能，降解速度與成骨速度相匹配，并且降解過(guò)程中不引起周圍體液環(huán)境pH值的變化；

三是材料中的羥基磷灰石晶粒非常的細(xì)小，具有納米晶的尺度，并且羥基磷灰石晶體的C軸平行于膠原纖維的長(zhǎng)軸，與天然骨材料結(jié)構(gòu)相似，而普通羥基磷灰石骨替代品體尺寸較大，較難被破骨細(xì)胞吸收、降解，長(zhǎng)時(shí)間植入體內(nèi)也難以被吸收、替代，而小的羥基磷灰石晶粒使得其易于為破骨細(xì)胞吸收、降解；

四是復(fù)合材料的強(qiáng)度接近于松質(zhì)骨，并可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，能夠方便用手術(shù)刀塑形，臨床使用非常方便。臨床使用情況表明，其與人體生物相容性良好，無(wú)免疫排斥反應(yīng)，愈合情況良好，是安全有效的新型骨移植材料。

 

硫酸鈣基復(fù)合材料通過(guò)與有機(jī)高分子或無(wú)機(jī)陶瓷的復(fù)合，不僅提高了其力學(xué)強(qiáng)度，還保持了良好的生物活性，使其成為治療骨髓炎等疾病的有力工具。力學(xué)性能是指材料在不同環(huán)境（溫度、介質(zhì)、濕度）下，承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等）時(shí)所表現(xiàn)出的力學(xué)特征，研究表明，硫酸鈣與有機(jī)高分子或者無(wú)機(jī)陶瓷復(fù)合后，其力學(xué)強(qiáng)度均能得到有效提高，且介于皮質(zhì)骨（90~230MPa）與松質(zhì)骨（2~45MPa）之間。

▲成熟羊椎體骨缺損填充修復(fù)術(shù)0~36 w后三維重建圖

硫酸鈣與有機(jī)高分子主要通過(guò)化學(xué)鍵形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。在Lewis等的研究中，磁共振檢測(cè)CS/羧甲基纖維素復(fù)合材料中-COOH與鈣離子形成新的化學(xué)鍵；對(duì)于不同羧甲基纖維素含量（5%、7.5%、10%），復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度分別增加99%、103%、124%；其中7.5%、10%組的抗壓強(qiáng)度分別增加88%、85%。Gao等也發(fā)現(xiàn)CS和聚乳酸復(fù)合時(shí)-COOH與鈣離子形成化學(xué)鍵；掃描電鏡下硫酸鈣（硫酸鈣含量低于50%）均勻分散在聚乳酸基質(zhì)中；其中CS含量為40%時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大，為82MPa。

硫酸鈣與無(wú)機(jī)陶瓷材料則主要通過(guò)物理連接形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不同材料類型、晶相以及比例均會(huì)影響復(fù)合材料力學(xué)強(qiáng)度。硫酸鈣/羥基磷灰石的結(jié)構(gòu)主要靠硫酸鈣基質(zhì)維系，羥基磷灰石只是單純地整合到其中，因此隨著硫酸鈣含量降低，力學(xué)強(qiáng)度會(huì)有所降低。在硫酸鈣的所有晶相中，半水硫酸鈣通過(guò)水合作用可快速自固化為硬度更大的二水硫酸鈣，這對(duì)于臨床上骨缺損重建的早期負(fù)重有重要意義。

復(fù)合材料不僅提供了結(jié)構(gòu)支持和骨傳導(dǎo)性，還具備一定的骨誘導(dǎo)性，且在免疫排斥反應(yīng)方面表現(xiàn)更好。這些材料的發(fā)展和應(yīng)用極大地豐富了骨修復(fù)的選擇，提高了治療的靈活性和有效性。通過(guò)不斷的研究和技術(shù)進(jìn)步，合成骨移植材料在未來(lái)的醫(yī)療應(yīng)用中將發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用。

 

組織工程骨

組織工程骨是一種先進(jìn)的醫(yī)療技術(shù)，它通過(guò)結(jié)合生物學(xué)、工程學(xué)和醫(yī)學(xué)的原理，體外構(gòu)建新的骨組織用于修復(fù)骨缺損。這一技術(shù)主要涉及三大核心要素：種子細(xì)胞、生物支架材料和生長(zhǎng)因子。種子細(xì)胞是進(jìn)行組織重建的基本單元，通常來(lái)源于患者自身或捐贈(zèng)者，以確保細(xì)胞的生物相容性和減少免疫排斥反應(yīng)。生物支架材料則提供了一個(gè)三維立體多孔的結(jié)構(gòu)，這不僅支持細(xì)胞的附著和生長(zhǎng)，還有助于維持細(xì)胞的分布和傳輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。生長(zhǎng)因子則是促進(jìn)細(xì)胞增殖和分化的關(guān)鍵因素，有助于加速組織的形成和成熟。

組織工程中使用的生物醫(yī)用材料可分為天然生物材料和合成生物材料兩大類。天然生物材料如膠原蛋白、羥基磷灰石和明膠等，由于其出色的生物相容性和生物降解性，能夠有效地支持細(xì)胞的黏附、增殖和分化，而且通常對(duì)人體無(wú)毒副作用。這類材料的主要優(yōu)勢(shì)在于它們能夠提供與人體細(xì)胞相似的生物化學(xué)和生物物理環(huán)境，從而促進(jìn)新組織的形成和整合。然而，天然材料的主要限制在于其加工性和重現(xiàn)性較差，以及難以精確控制其降解速度，這可能在臨床應(yīng)用中帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)。

相比之下，合成生物材料如聚乳酸、聚甘醇酸和聚己內(nèi)酯等，提供了更廣泛的選擇范圍和更好的加工性能。這些材料的生物降解速度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，其力學(xué)性能也可以設(shè)計(jì)以滿足特定的臨床需求。合成材料的價(jià)格通常較低，且具有較好的重現(xiàn)性，便于大規(guī)模生產(chǎn)。然而，它們的主要缺點(diǎn)在于與天然材料相比，其生物相容性和細(xì)胞親和性較差，這可能限制了它們?cè)谀承┡R床應(yīng)用中的效果。

盡管組織工程骨的發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，但其已經(jīng)顯示出極大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。通過(guò)優(yōu)化支架材料的設(shè)計(jì)、改進(jìn)種子細(xì)胞的處理方法和增強(qiáng)生長(zhǎng)因子的應(yīng)用策略，未來(lái)的組織工程骨有望在骨修復(fù)和重建領(lǐng)域中發(fā)揮更加重要的作用。這一技術(shù)的持續(xù)發(fā)展不僅有助于改善傳統(tǒng)骨移植方法的限制，還可能為治療復(fù)雜的骨缺損病例提供更有效的解決方案。

 

軟骨替代與移植材料

軟骨是一種特殊的結(jié)締組織，由軟骨細(xì)胞（稱為軟骨細(xì)胞）、纖維和基質(zhì)組成，具有重要的生理功能和結(jié)構(gòu)特性。軟骨的結(jié)構(gòu)使其能夠承受壓力和作為骨骼系統(tǒng)的重要組成部分。

軟骨細(xì)胞：軟骨細(xì)胞，或稱為軟骨細(xì)胞，通常呈圓形或橢圓形，位于被稱為軟骨陷窩的小腔中。這些細(xì)胞負(fù)責(zé)形成纖維并分泌基質(zhì)，是軟骨生長(zhǎng)和維護(hù)的活躍成分。軟骨陷窩周圍的區(qū)域富含硫酸軟骨素，并被稱為軟骨囊，這種結(jié)構(gòu)有助于保護(hù)細(xì)胞并與周圍基質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)交換。

纖維性軟骨膜：軟骨的外部被包裹著一層纖維性軟骨膜，這是一種較硬的結(jié)締組織，可以提供額外的支持和保護(hù)。它有助于軟骨承受負(fù)載和與鄰近的骨結(jié)構(gòu)相連接。

細(xì)胞外基質(zhì)：軟骨的細(xì)胞外基質(zhì)是其主要組成部分，由膠原蛋白、蛋白多糖、透明質(zhì)酸以及水和電解質(zhì)等液相成分構(gòu)成。這個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)不僅支撐著軟骨細(xì)胞，也為細(xì)胞提供了必需的生長(zhǎng)微環(huán)境。基質(zhì)的高含水量和透明質(zhì)酸的特性使得物質(zhì)能夠通過(guò)基質(zhì)自由滲透，即使在無(wú)血管的條件下也能為深層軟骨細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)。

 

根據(jù)基質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)的不同，軟骨可以分為三種類型：透明軟骨、彈性軟骨和纖維軟骨。

透明軟骨是最常見(jiàn)的軟骨類型，主要化學(xué)成分是蛋白多糖，特別是長(zhǎng)鏈的透明質(zhì)酸，其上附著有許多較短的蛋白多糖側(cè)鏈。這些側(cè)鏈主要是硫酸軟骨素，它們與I型膠原蛋白纖維結(jié)合，形成一個(gè)能夠承受壓力的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。透明軟骨不具有周期性橫紋，也不形成明顯的膠原纖維束，但其結(jié)構(gòu)足以承受較大的壓力和張力。

彈性軟骨含有大量的彈性纖維，使其具有更高的靈活性和彈性。這種類型的軟骨主要存在于耳朵和喉結(jié)構(gòu)中。

纖維軟骨含有較多的膠原纖維，提供了更強(qiáng)的支持和抗張力能力。它主要出現(xiàn)在如膝蓋的半月板和椎間盤等承受重壓的區(qū)域。

總的來(lái)說(shuō)，軟骨的這些組成和特性使其能有效地承受壓力和彎曲，同時(shí)提供關(guān)節(jié)和骨骼系統(tǒng)中關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)支持。

在臨床上，修復(fù)軟骨缺損主要采用多種方法，包括傳統(tǒng)的手術(shù)技術(shù)和較新的生物技術(shù)。傳統(tǒng)方法如軟骨下骨鉆孔和微骨折技術(shù)，通過(guò)刺激骨髓釋放干細(xì)胞來(lái)促進(jìn)軟骨的自然修復(fù)。關(guān)節(jié)腔內(nèi)的清理和灌洗術(shù)，以及關(guān)節(jié)削磨成形術(shù)，主要用于清除關(guān)節(jié)內(nèi)的破碎組織和平滑關(guān)節(jié)表面，減少疼痛和改善功能。在某些情況下，嚴(yán)重的關(guān)節(jié)損傷可能需要通過(guò)人工關(guān)節(jié)置換來(lái)恢復(fù)關(guān)節(jié)功能。

在生物技術(shù)方面，組織移植技術(shù)，如自體或異體軟骨移植，利用健康的軟骨組織來(lái)填補(bǔ)缺損區(qū)域。自體軟骨細(xì)胞移植則是一種更為精細(xì)的方法，涉及從患者自身的軟骨中提取細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)室中擴(kuò)增這些細(xì)胞后，再將它們注射回缺損區(qū)域，通常在自體骨膜封閉的保護(hù)下進(jìn)行。

最先進(jìn)的方法之一是組織工程技術(shù)，它結(jié)合了種子細(xì)胞、支架材料和生長(zhǎng)因子等元素，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)和構(gòu)建特定的軟骨組織，再將其植入到損傷區(qū)域。這種方法不僅提供了修復(fù)材料，還通過(guò)生長(zhǎng)因子促進(jìn)了細(xì)胞的增殖和分化，從而加速了軟骨的再生過(guò)程。

 

1. 骨膜及軟骨膜替代關(guān)節(jié)軟骨：

骨膜含有豐富的神經(jīng)和血管，提供營(yíng)養(yǎng)和感覺(jué)作用，并含有多能造血干細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞，這些干細(xì)胞具有分化成軟骨的潛能。研究表明，骨膜在植入關(guān)節(jié)軟骨缺損處可以促進(jìn)透明軟骨的形成及軟骨下骨的形成。盡管骨膜具有取材方便和對(duì)機(jī)體損傷小的優(yōu)點(diǎn)，但其在臨床應(yīng)用中存在固定困難、來(lái)源有限及無(wú)法完全達(dá)到生理力學(xué)要求等限制。

 

2. 自體或異體軟骨及軟骨細(xì)胞移植替代關(guān)節(jié)軟骨：

自體軟骨細(xì)胞移植是一種通過(guò)獲取患者自身非負(fù)重區(qū)域的健康軟骨細(xì)胞，經(jīng)過(guò)體外培養(yǎng)和擴(kuò)增后，再植入損傷的軟骨區(qū)域的方法。這種方法已被證明能夠保持軟骨下骨的完整性并阻礙成纖維細(xì)胞引起的纖維修復(fù)。異體軟骨細(xì)胞移植則顯示出與自體軟骨細(xì)胞移植相似的修復(fù)效果，但免疫反應(yīng)和細(xì)胞保存是其主要問(wèn)題。

 

3. 人工軟骨的替代材料：

人工軟骨替代材料應(yīng)具備良好的生物力學(xué)性能、優(yōu)良的潤(rùn)滑性和耐磨性、軟骨細(xì)胞生長(zhǎng)誘導(dǎo)性以及與骨基底牢固的連結(jié)性和生物相容性。當(dāng)前常用的高彈性材料如硅橡膠、聚氨酯和聚乙烯醇水凝膠等各有其優(yōu)缺點(diǎn)，例如硅橡膠易老化失效，聚氨酯的降解性能需改進(jìn)。研究重點(diǎn)在于改進(jìn)現(xiàn)有材料和制備工藝，探索新材料。

 

4. 組織工程化軟骨：

組織工程化軟骨是通過(guò)種子細(xì)胞和生物支架的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)軟骨的再生。理想的軟骨組織工程種子細(xì)胞應(yīng)具有如下特點(diǎn)：

取材方便，來(lái)源充足，對(duì)機(jī)體損傷小。

體外培養(yǎng)增殖能力強(qiáng)。

與支架材料具有很好的黏附性。

種子細(xì)胞植入人體后能夠適應(yīng)內(nèi)在環(huán)境并保持原有軟骨細(xì)胞的特性。

當(dāng)前研究主要關(guān)注于自體軟骨細(xì)胞、異體軟骨細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞等。支架材料的選擇既有天然來(lái)源的生物材料，也有人工合成的支架材料，關(guān)鍵在于支架的設(shè)計(jì)和正確的材料選擇，以確保支架的機(jī)械穩(wěn)定性和促進(jìn)種子細(xì)胞的增殖和遷移。

 

肌腱組織替代與移植材料

肌腱是一種典型的規(guī)則致密結(jié)締組織，其主要作用是連接肌肉和骨骼，從而在肌肉收縮時(shí)傳遞力量，使骨骼移動(dòng)，完成各種身體動(dòng)作。肌腱的結(jié)構(gòu)與功能密切相關(guān)，主要由三部分構(gòu)成：膠原束、腱膠質(zhì)和腱細(xì)胞。

膠原束：這是肌腱的主要成分，由大量平行排列的膠原纖維組成。這些纖維的排列方式使得肌腱具有很高的抗拉伸能力，能夠承受肌肉產(chǎn)生的力量。

腱膠質(zhì)：是填充在膠原纖維之間的基質(zhì)，含有蛋白多糖和水分，幫助肌腱在承受壓力時(shí)保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和彈性。

腱細(xì)胞：主要有纖維細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞，分布在膠原纖維之間，負(fù)責(zé)合成和分泌膠原蛋白及其他基質(zhì)成分，維護(hù)肌腱的結(jié)構(gòu)和功能。

由于肌腱需要適應(yīng)高度的張力，它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)中承受著極大的拉伸載荷。過(guò)度使用、猛烈運(yùn)動(dòng)或外部意外事故（如刀割、壓軋傷）都可能導(dǎo)致肌腱損傷。常見(jiàn)的損傷包括肌腱撕裂或斷裂，這些損傷如果不及時(shí)治療，可能導(dǎo)致永久的功能障礙或殘疾。

肌腱的自我修復(fù)能力非常有限，主要是因?yàn)榧‰斓难┫鄬?duì)較差，修復(fù)過(guò)程緩慢且往往不能完全恢復(fù)原有的結(jié)構(gòu)和功能。在臨床上，嚴(yán)重的肌腱損傷可能需要通過(guò)外科手術(shù)進(jìn)行修復(fù)，包括縫合斷裂的肌腱或使用移植物來(lái)替代受損的部分。

肌腱損傷是常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)傷害，尤其在高強(qiáng)度或重復(fù)性使用肌肉的情況下。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)在肌腱損傷的修復(fù)與替代方面已發(fā)展出多種方法，主要包括自體肌腱移植、同種異體肌腱移植、異種肌腱移植和人工肌腱替代物。

 

自體腱移植

自體腱移植是使用患者自身的其他健康肌腱進(jìn)行修復(fù)。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是避免了免疫排斥反應(yīng)，因?yàn)橐浦膊牧蟻?lái)自患者自身。20世紀(jì)初，Kirschner及其他學(xué)者通過(guò)使用自體腱進(jìn)行缺損修復(fù)的研究，證實(shí)了這種方法的可行性。然而，自體腱移植的主要缺點(diǎn)是可用的肌腱資源有限，且在提取肌腱的同時(shí)可能損傷供腱部位，有時(shí)還可能因供腱部位的強(qiáng)度不足而導(dǎo)致撕裂。

 

同種異體肌腱移植

同種異體肌腱移植使用來(lái)自同種族但不同個(gè)體的肌腱。這種方法擴(kuò)展了可用于移植的肌腱資源。然而，研究表明，這種移植方法存在較高的失敗率，主要問(wèn)題包括植入的肌腱壞死和排斥反應(yīng)。此外，還存在供體病毒傳播的風(fēng)險(xiǎn)，如肝炎和AIDS，使得這種方法在臨床上的應(yīng)用受到限制。

 

異種肌腱移植

異種肌腱移植使用來(lái)自不同物種的肌腱。這種方法在理論上可以提供豐富的肌腱資源，但免疫排斥反應(yīng)和生物相容性問(wèn)題仍然是主要的挑戰(zhàn)。盡管通過(guò)化學(xué)處理如使用多聚甲醛、冷凍和戊二醛等方法可以減少肌腱的免疫原性，但這些處理方法可能改變肌腱的生物力學(xué)性能，影響修復(fù)效果。

 

人工肌腱替代物

人工肌腱替代物涵蓋了廣泛的材料，包括合金、塑料、尼龍和合成纖維等。這些材料的設(shè)計(jì)旨在模擬自然肌腱的功能。然而，許多嘗試因材料的機(jī)械性能不足或與周圍組織的兼容性差而失敗。例如，碳纖維人工腱雖在初期被認(rèn)為有潛力，但由于不能吸收、拉應(yīng)力衰減和嚴(yán)重粘連等問(wèn)題，最終被淘汰。目前，研究者正在探索新的材料和技術(shù)，如人發(fā)角蛋白人工肌腱和組織工程人工肌腱，以期提高人工肌腱的性能和生物相容性。

1. 人發(fā)角蛋白人工肌腱 (HHKAT)

人發(fā)角蛋白人工肌腱利用人發(fā)的角蛋白作為原料，經(jīng)過(guò)特殊的生物化學(xué)處理，形成可用于肌腱修復(fù)的生物材料。這種材料的主要優(yōu)點(diǎn)包括：

良好的生物適應(yīng)性：人發(fā)角蛋白人工肌腱具有良好的生物相容性，能夠在體內(nèi)逐漸腱化成自體腱，與周圍組織無(wú)明顯粘連。

無(wú)免疫排斥反應(yīng)：由于經(jīng)過(guò)特殊處理，這種人工肌腱在體內(nèi)不引起免疫排斥反應(yīng)。

持久的力學(xué)性能：拉應(yīng)力不衰減，能夠承受長(zhǎng)期的肌肉運(yùn)動(dòng)牽拉。

腱化工程：能夠在體內(nèi)被吸收的同時(shí)形成新的自體腱，這一過(guò)程被稱為腱化工程。

這種材料的開(kāi)發(fā)標(biāo)志著人工肌腱技術(shù)的一個(gè)重要進(jìn)步，尤其是在提高修復(fù)肌腱的功能性和降低手術(shù)并發(fā)癥方面。

 

2. 組織工程化人工肌腱

組織工程化人工肌腱采用肌腱種子細(xì)胞與生物降解材料復(fù)合的方式，通過(guò)體外培養(yǎng)后植入缺損部位，促進(jìn)肌腱細(xì)胞的增殖和分化，最終形成新的肌腱組織。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)包括：

高度的自然化修復(fù)：形成的肌腱組織具有活力和功能，能夠?qū)崿F(xiàn)永久性替代。

形態(tài)和功能的完美重建：可以根據(jù)缺損肌腱的具體形態(tài)進(jìn)行塑形，達(dá)到高度匹配的形態(tài)修復(fù)和功能重建。

無(wú)免疫反應(yīng)和病原傳播風(fēng)險(xiǎn)：使用的種子細(xì)胞可以是自體細(xì)胞，降低了免疫排斥和疾病傳播的風(fēng)險(xiǎn)。

組織工程技術(shù)的關(guān)鍵在于選擇合適的種子細(xì)胞和支架材料，以及種子細(xì)胞與支架材料的有效復(fù)合。支架材料不僅要具有良好的機(jī)械強(qiáng)度以支持早期活動(dòng)，還要能夠與細(xì)胞功能同步降解，為細(xì)胞的生長(zhǎng)和生理功能提供空間。

 

骨科內(nèi)固定材料

骨科內(nèi)固定材料指的是種種用于內(nèi)部固定的醫(yī)療器械，它們可以被植入體內(nèi)，用于穩(wěn)定和支持骨折、畸形、腫瘤切除后的骨缺損等情況。這些材料設(shè)計(jì)用來(lái)承受體內(nèi)環(huán)境的挑戰(zhàn)，如生物相容性、耐腐蝕性以及足夠的機(jī)械強(qiáng)度來(lái)支持骨愈合過(guò)程。骨科內(nèi)固定材料可以根據(jù)其類型、用途和所用材質(zhì)進(jìn)行分類。主要類型包括：

固定器類型	描述	用途
金屬固定器	鋼板和螺釘：用于固定長(zhǎng)骨骨折，如股骨、脛骨和肱骨。 釘棒系統(tǒng)：例如股骨內(nèi)釘，用于股骨骨折。 外科鋼絲和銷釘：用于小骨折或小骨的固定。	骨折固定
非金屬固定器	聚合物固定器：如聚乳酸（PLA）和聚甘酯（PGA）制成的螺釘和板，這些材料可以生物降解，無(wú)需二次手術(shù)取出。 陶瓷固定器：用于骨缺損的填充，如磷酸鈣（如羥基磷灰石）。	骨折固定，特別是需要生物降解材料的情況
生物固定器	骨移植：使用自體骨或異體骨進(jìn)行骨缺損的填充。 骨形成蛋白：如生物活性材料和生長(zhǎng)因子，用于促進(jìn)骨再生。	骨缺損填充，促進(jìn)骨再生和骨愈合
混合材料固定器	復(fù)合材料：將金屬與聚合物、陶瓷或生物活性物質(zhì)結(jié)合使用，以利用各種材料的優(yōu)點(diǎn)。	需要結(jié)合不同材料優(yōu)點(diǎn)的復(fù)雜骨折固定情況

 

在骨折治療中，內(nèi)固定技術(shù)是恢復(fù)骨折部位穩(wěn)定性的關(guān)鍵方法，它允許早期負(fù)重和肢體活動(dòng)，從而促進(jìn)骨折愈合。內(nèi)固定的選擇和應(yīng)用涉及了骨折類型、患者年齡、預(yù)后預(yù)期等多個(gè)因素。如骨折的穩(wěn)定性需考慮以下五種主要力量的影響：

壓縮力：通過(guò)軸向傳遞，增加骨骼的負(fù)重，常見(jiàn)于脊柱的壓縮骨折。

張力：同樣通過(guò)軸向傳遞，導(dǎo)致骨折分離。

彎曲力：使骨的一側(cè)承受壓力而對(duì)側(cè)承受張力。

扭轉(zhuǎn)力：使骨骼承受旋轉(zhuǎn)力量。

剪切力：由壓縮力引起，導(dǎo)致斜行骨折。

 

為確保骨科內(nèi)固定材料的有效性和安全性，使用的材料需要滿足以下關(guān)鍵條件：

1. 具有足夠的強(qiáng)度

內(nèi)固定設(shè)備必須具備足夠的強(qiáng)度以支撐骨折愈合過(guò)程中的負(fù)載。不同材料的特點(diǎn)如下：

不銹鋼：具有良好的機(jī)械性能和成本效益，易于加工，廣泛用于制造各種內(nèi)固定設(shè)備。生物活性相對(duì)較高，但在高負(fù)載環(huán)境下可能發(fā)生腐蝕。

鈷鉻鉬合金：生物活性低，具有極高的耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度，但成本高，加工難度大。

鈦合金：重量輕，抗腐蝕性強(qiáng)，具有良好的生物相容性和較低的生物活性。鈦合金的彈性接近人骨，適合制造長(zhǎng)期植入體。在CT和MRI檢查中幾乎不產(chǎn)生偽影，便于跟蹤檢查。

聚乳酸為主的可降解材料：生物相容性好，使用后可自然降解為水和二氧化碳，免去二次手術(shù)取出的需求。適用于不承受高負(fù)載的內(nèi)固定場(chǎng)景。其長(zhǎng)期應(yīng)用的生物安全性仍在研究之中。

 

2. 無(wú)組織反應(yīng)

材料應(yīng)當(dāng)是生物相容的，不引發(fā)毒性反應(yīng)、炎癥、纖維化或巨噬細(xì)胞活化。這些生物反應(yīng)可能引起植入?yún)^(qū)域的疼痛、腫脹和功能障礙，甚至罕見(jiàn)情況下可能導(dǎo)致腫瘤形成。因此，對(duì)于年輕人而言，一旦骨折愈合，通常建議取出內(nèi)固定裝置。

 

3. 不腐蝕

植入體不應(yīng)生銹或產(chǎn)生電解反應(yīng)。使用不銹鋼時(shí)，應(yīng)確保其純度高、無(wú)雜質(zhì)，以防腐蝕。此外，還應(yīng)采取措施防止不同內(nèi)固定材料之間的接觸，以避免界面腐蝕。使用相同材質(zhì)的內(nèi)固定組件也是防止電解腐蝕的一種有效方法。

 

內(nèi)固定技術(shù)的演變

AO/ASIF系統(tǒng)是一種經(jīng)典的內(nèi)固定系統(tǒng)，由Mueller和其他骨科醫(yī)生于1956年創(chuàng)建。該觀點(diǎn)主要關(guān)注通過(guò)內(nèi)固定技術(shù)實(shí)現(xiàn)骨折的解剖復(fù)位和穩(wěn)定，以促進(jìn)骨折的直接愈合。AO團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一套全面的內(nèi)固定系統(tǒng)，包括螺釘、鋼板、髓內(nèi)釘?shù)龋约霸敿?xì)的手術(shù)技術(shù)和原則。AO觀點(diǎn)的核心原則包括：

骨折端的解剖復(fù)位：尤其是關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，強(qiáng)調(diào)必須盡可能實(shí)現(xiàn)完美的解剖復(fù)位。

堅(jiān)強(qiáng)的內(nèi)固定：通過(guò)精確設(shè)計(jì)的內(nèi)固定系統(tǒng)，提供足夠的穩(wěn)定性以滿足生物力學(xué)需求。

無(wú)創(chuàng)外科操作技術(shù)：手術(shù)中盡量保護(hù)骨折端及周圍軟組織的血供，減少手術(shù)造成的額外損傷。

早期活動(dòng)：通過(guò)穩(wěn)定的內(nèi)固定支持，患者可以盡早開(kāi)始肌肉及關(guān)節(jié)的活動(dòng)，以防止長(zhǎng)期臥床帶來(lái)的并發(fā)癥。

AO觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)機(jī)械穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)骨折愈合的關(guān)鍵，而操作的精確性和內(nèi)固定的質(zhì)量直接影響治療的成功。

 

BO觀點(diǎn)，即生物學(xué)固定觀念，是對(duì)AO觀點(diǎn)的一種補(bǔ)充和發(fā)展。它在20世紀(jì)末期到21世紀(jì)初期逐漸形成，主要強(qiáng)調(diào)在骨折治療中保持或恢復(fù)骨折區(qū)域的生物環(huán)境和血供。BO觀點(diǎn)認(rèn)為，過(guò)度的機(jī)械固定可能對(duì)骨折部位的生物環(huán)境造成負(fù)面影響，如應(yīng)力屏蔽導(dǎo)致骨質(zhì)疏松，以及手術(shù)本身對(duì)軟組織造成的損傷。因此，BO觀點(diǎn)提出以下原則：

保護(hù)軟組織和血供：在手術(shù)中盡量減少對(duì)骨折區(qū)域及其周圍軟組織的干擾，保持血供。

適度的內(nèi)固定：使用生物相容性好、彈性模量低的材料，以減少對(duì)骨的應(yīng)力屏蔽和促進(jìn)骨折愈合。

避免過(guò)度復(fù)位：對(duì)于粉碎性骨折，不強(qiáng)求完全的解剖復(fù)位，尤其是非關(guān)節(jié)內(nèi)骨折。

微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)：使用微創(chuàng)技術(shù)以減少手術(shù)對(duì)患者整體的影響，加速恢復(fù)。

 

微創(chuàng)內(nèi)固定技術(shù)（MIPO）：近年來(lái)，微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)的發(fā)展旨在減少手術(shù)對(duì)軟組織的損傷，從而保護(hù)血供并促進(jìn)更快的愈合。

 

隨著對(duì)骨折治療的更深入理解，傳統(tǒng)的機(jī)械固定觀點(diǎn)逐漸向生物學(xué)固定觀念轉(zhuǎn)變。生物學(xué)固定考慮到以下幾點(diǎn)：

保護(hù)局部軟組織：遠(yuǎn)離骨折部位進(jìn)行復(fù)位，以保護(hù)局部軟組織的附著。

不強(qiáng)求粉碎性骨折塊的解剖復(fù)位：除非是關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，否則不必追求完美的解剖復(fù)位。

使用生物相容性好的材料：如低彈性模量的材料，減少內(nèi)固定物與骨之間的接觸，以減少應(yīng)力屏蔽效應(yīng)。

減少手術(shù)暴露時(shí)間：盡量縮短手術(shù)時(shí)間，減少對(duì)患者的整體影響。

 

骨科外固定器支架及應(yīng)用

骨科外固定器是一種用于骨折治療和矯形手術(shù)中的醫(yī)療設(shè)備，通過(guò)在體外固定支架穩(wěn)定骨折部位或糾正畸形。它們通過(guò)皮膚穿透針或銷固定在骨頭上，外部結(jié)構(gòu)提供必要的支撐和穩(wěn)定，以促進(jìn)骨折愈合或矯正骨骼畸形。外固定器適用于不能使用內(nèi)固定的復(fù)雜骨折、感染或需要進(jìn)行漸進(jìn)式調(diào)整的情況。

骨外固定器實(shí)際上是一種介于骨科內(nèi)固定與外固定之問(wèn)的第三種固定方式，以微小的創(chuàng)傷對(duì)骨折或脫位進(jìn)行部分制動(dòng)式固定。它兼并了內(nèi)、外固定的優(yōu)點(diǎn)，與內(nèi)固定相比，損傷更小，傷口感染率更低，與小夾板、石膏等外固定方式相比，固定更年靠、穩(wěn)定。但它也有其自身的不足和缺點(diǎn)，因此選擇應(yīng)用骨外固定器時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格掌握他們的適應(yīng)證和禁忌證。

骨外固定器主要由固定針、連接桿及固定螺栓和螺母組成。固定針用于穿入骨骼內(nèi)把持骨骼，而針尾留在體外，被連接桿連接、固定。固定針的類型主要包括斯氏針(Steinmann針），多用于成人下肢骨折;克氏針(Kirscher針），多用于成人上肢骨折及兒童的上、下肢骨折;針尖段帶螺紋的半螺紋針(Schanz針），多用于半針固定;針中段帶有螺紋的螺紋針，多用于全針固定。連接桿具有連接、固定各針尾作用，以鋼管式、螺紋棒式和鉤槽式多見(jiàn)。固定螺栓和螺母主要起連接固定針和連按桿的作用。

 

骨科外固定器可以根據(jù)其設(shè)計(jì)、功能和使用目的進(jìn)行分類。主要類型包括：

單側(cè)外固定器

定義：固定裝置位于骨折一側(cè)，通過(guò)連接桿和針?shù)N將骨片固定。

應(yīng)用：適用于較簡(jiǎn)單的骨折或當(dāng)局部皮膚條件不允許使用環(huán)形或雙側(cè)固定器時(shí)。

雙側(cè)或多側(cè)外固定器

定義：固定裝置位于骨折兩側(cè)或多個(gè)側(cè)面，通過(guò)多個(gè)連接桿和針?shù)N提供更加均勻的支撐和穩(wěn)定。

應(yīng)用：適用于需要更穩(wěn)定固定的復(fù)雜骨折或重建手術(shù)。

環(huán)形外固定器（如伊利薩洛夫裝置）

定義：采用一系列環(huán)形結(jié)構(gòu)通過(guò)鋼絲或銷釘固定骨折或畸形部位，環(huán)與環(huán)之間通過(guò)連接桿相連。

應(yīng)用：廣泛用于復(fù)雜的骨折、長(zhǎng)骨延長(zhǎng)手術(shù)或重度畸形矯正。特別是在小兒骨科中，用于治療嚴(yán)重的四肢畸形。

混合型外固定器

定義：結(jié)合環(huán)形和單側(cè)或雙側(cè)固定器的特點(diǎn)，利用環(huán)形結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定性，同時(shí)使用單側(cè)或雙側(cè)支架進(jìn)行局部調(diào)整。

應(yīng)用：適用于極為復(fù)雜的骨折或需要高度定制的畸形矯正。

動(dòng)態(tài)外固定器

定義：允許或控制特定關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)固定周圍的骨折區(qū)域。

應(yīng)用：主要用于關(guān)節(jié)附近骨折的治療，可以在保證骨折穩(wěn)定的同時(shí)，促進(jìn)關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)。

 

選擇適合的外固定器時(shí)，需要考慮以下因素：

骨折類型和位置：不同類型的外固定器適用于不同類型和位置的骨折。

患者的年齡和健康狀況：兒童和成人的骨質(zhì)密度、皮膚條件等因素可能影響外固定器的選擇。

治療目標(biāo)：是否需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整或長(zhǎng)期穿戴，以及是否需要考慮日后的功能恢復(fù)。

外固定器的復(fù)雜性與維護(hù)：一些復(fù)雜的設(shè)備可能需要患者和醫(yī)療團(tuán)隊(duì)進(jìn)行更頻繁的監(jiān)控和調(diào)整。

 

骨科生物可吸收內(nèi)固定材料

自20世紀(jì)60年代后期以來(lái)，科學(xué)家們一直在探索和開(kāi)發(fā)生物可吸收材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。聚乳酸（PLA）作為一種生物降解可吸收材料，因其良好的生物相容性、可靠的力學(xué)強(qiáng)度、無(wú)毒副作用以及使用方便不需要二次手術(shù)取出等優(yōu)點(diǎn)，在骨科疾病的手術(shù)治療中取得了一定的良好效果。多年來(lái)，市場(chǎng)上最常見(jiàn)的可吸收材料是以聚乳酸為主的可吸收聚酯材料，例如聚左旋乳酸（PLLA）、丙交酯-己內(nèi)酯共聚物（PLGA）、聚己內(nèi)酯（PCL）等，這些材料的合成原理和路徑與聚乳酸大同小異，且不同材料之間可互相“雜交”形成共聚物，因此最終可形成的種類繁多。

多種多樣的生物可吸收螺釘、釘棒、接骨板、生物膜、縫線、椎間融合器等產(chǎn)品被研究及廣泛地應(yīng)用于骨科臨床手術(shù)，因其特殊的優(yōu)點(diǎn)而越來(lái)越多地被骨科醫(yī)生使用以取代傳統(tǒng)金屬材料。

▲可吸收界面螺釘

材料學(xué)發(fā)展方面，聚乳酸（PLA）與高分子材料幾乎同時(shí)誕生。早在18世紀(jì)的歐洲，人們就從發(fā)酵的牛奶中分離出乳酸，并通過(guò)直接縮聚的方法得到了最原始的PLA。乳酸是手性分子，它以左旋-(L)和右旋-(D)乳酸兩種旋光異構(gòu)體形式存在，可有以下四種不同形態(tài)的聚合物：PDLA、PLLA、PDLLA和meso-PLA，并擁有不同的性能。其中PDLLA和PLLA是兩種有規(guī)立構(gòu)聚合物，具有光學(xué)活性，聚合物鏈排列較規(guī)整，有較高的結(jié)晶度和機(jī)械強(qiáng)度，適合用于那些需要高機(jī)械強(qiáng)度和韌性的地方，如縫線、釘及矯形器械等。眾多的實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)PLA的降解是不需要其他酶參與的簡(jiǎn)單水解過(guò)程，可在體內(nèi)水解為乳酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)，最終產(chǎn)物為水和二氧化碳被機(jī)體代謝排出體外。

與傳統(tǒng)的金屬材料相比，生物可吸收植入物具有各種優(yōu)勢(shì)，在降解過(guò)程中外力負(fù)荷逐漸轉(zhuǎn)移到骨骼上，有效避免應(yīng)力遮擋引起的骨質(zhì)疏松；根據(jù)不同修復(fù)部位的使用設(shè)計(jì)最佳的降解速率，減少患者二次手術(shù)傷害；生物相容性好，安全無(wú)毒，高分子材料無(wú)金屬磁性，因而不會(huì)對(duì)醫(yī)學(xué)影像檢查和出現(xiàn)安檢產(chǎn)生干擾和影響。

可吸收骨折內(nèi)固定植入器械已經(jīng)得到醫(yī)生和患者的接受和認(rèn)可，逐漸替代金屬器械的使用，但還有一些問(wèn)題需要解決和完善:

可吸收固定器械的強(qiáng)度比金屬器械強(qiáng)度低，因而應(yīng)用范圍受到限制，而且在術(shù)后初期，還需要配合必要的外部固定。生物力學(xué)方面，L-PLA的屈服強(qiáng)度為70MPa，延伸率僅為5%~10%，尚不足以滿足其在骨組織修復(fù)和手術(shù)縫合的應(yīng)用。生物可吸收內(nèi)固定材料相比于金屬材料的最主要缺陷也正是在力學(xué)強(qiáng)度以及吸收強(qiáng)度衰減變化過(guò)程不可控方面。因此許多學(xué)者在此方面進(jìn)行了大量的研究。20世紀(jì)80年代至今，新的塑料增強(qiáng)工藝（包括自身增強(qiáng)、原位合成和拉伸等）的應(yīng)用使生物可吸收材料的研究得到迅速發(fā)展，較之PLLA，有效強(qiáng)度大大增加。

近年來(lái)為了改善PLA的力學(xué)性能不足，自身增強(qiáng)技術(shù)被發(fā)明出來(lái)，即通過(guò)高溫和高壓下將縫合線纖維燒結(jié)在一起，生產(chǎn)出自我強(qiáng)化的柱形PLA棒。Tormala等自增強(qiáng)技術(shù)制得自增強(qiáng)聚左旋乳酸（SR-PLLA）棒材和螺釘，其初始彎曲強(qiáng)度達(dá)到250~271MPa，初始剪切強(qiáng)度可達(dá)94~98MPa，植入12周以后其彎曲強(qiáng)度仍有100MPa，36周后才降至10~20MPa達(dá)到松質(zhì)骨水平，在植入的12周時(shí)間內(nèi)剪切強(qiáng)度無(wú)明顯變化?，F(xiàn)在SR-PLLA已廣泛應(yīng)用于制造松質(zhì)骨和四肢短管狀骨骨折的內(nèi)固定材料，在部分皮質(zhì)骨骨折的治療中也取得滿意療效。

骨折完全愈合后，可吸收材料仍然長(zhǎng)期保持不必要的強(qiáng)度。因而，通過(guò)設(shè)計(jì)材料的組成及加工工藝，調(diào)控材料的降解速率，使其在骨折早期愈合的關(guān)鍵階段保持足夠強(qiáng)度，骨折部位完全愈合、康復(fù)(6個(gè)月左右)后快速降解、消失。

可吸收骨折內(nèi)固定植入器械能夠通過(guò)電子計(jì)算機(jī)斷層(CT)掃描、核磁共振檢測(cè)，但是在骨科常用的X射線影像中卻檢測(cè)不到，增加了現(xiàn)有手術(shù)檢測(cè)的難度。

可吸收材料在體內(nèi)降解過(guò)程中，如果酸性產(chǎn)物濃度過(guò)高，可能會(huì)造成局部的無(wú)菌性炎癥，可通過(guò)在材料配方設(shè)計(jì)中加入可中和酸性物質(zhì)的無(wú)機(jī)鹽類組分來(lái)消除。

盡管可吸收骨折內(nèi)固定植入器械還需要繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化改良，但這類器械的應(yīng)用仍可稱得上是骨折治療領(lǐng)域的一次革命性的換代。隨著材料的制備和加工技術(shù)的快速發(fā)展、植入產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念的不斷創(chuàng)新、手術(shù)工具和手術(shù)方法的進(jìn)步，可吸收骨折內(nèi)固定植入器械必將迎來(lái)更加廣闊的發(fā)展空間，更好地造福于骨折患者。