双相磷酸钙生物陶瓷用于骨科重建的临床结果

摘要

BCP被认为是最有希望的骨骼重建生物材料。本研究旨在分析骨科手术中接受BCP作为骨代替的患者的结果。根据骨缺损的病因和形态分类，六十六名患者分类，并在临床和放射线摄影评估后获得评分。最终结果与两个参数的组合相对应，并且从5（优异的结果）变化为2或更低（结果差）。由于假体展示或修改，截骨瘤或关节术而呈现空腔缺陷或骨损失的大多数患者表现出良好的效果，以及其中一些优异的结果。然而，平等或大于3cm的节段性缺陷的患者被归类为中等结果。本研究建立了临床参数，其中单独的BCP可以成功地支持成骨过程，并且可以考虑与其他组织工程策略的关系。

1.背景

用于骨修复的商用生物活性陶瓷包括碳酸钙(CaCO)_3.硫酸钙(CaSO₄ 2H₂O，巴黎石膏)，磷酸钙和生物活性玻璃。磷酸钙陶瓷包括-磷酸三钙[βtcp,_3.(PO₄）₂羟基磷灰石[HA, Ca₁₀(PO₄）₆(哦)₂和双相磷酸钙(BCP)(由透明质酸和β-可变HA的TCP协议/βtcp比率)。

在不知情的情况下，1975年Nery等人报道了BCP的首次临床前应用，他们使用了一种被称为“磷酸三钙”的磷酸钙，但使用x射线衍射作为HA和β-TCP[1]，因此，这种混合物被描述为双相磷酸钙，BCP [2，3.］.BCP最初是由LeGeros在1986年提出的[4］.BCP的效力基于的优先溶解β-TCP与HA相比，允许通过操纵HA/来操纵生物活性或生物降解β-TCP比[5］.Daculsi等人对其开发和应用进行了集中研究。6- - - - - -8］.

因此，通过更稳定相（HA）和一个更可溶一个之间的平衡率的组合（β-TCP），可以配制具有受控溶出速率和不同机械性能的BCP [5］.多孔性和生物活性表面的存在有助于细胞附着、增殖和分化，因此提供了更生物相容性、骨传导性，在某些情况下，是骨诱导陶瓷，可以促进骨形成[6，7，9- - - - - -20］.事实上，由于温度、pH值和烧结过程持续时间的变化而产生的这些化学和物理特性，使得每种生物材料都是独一无二的，并导致不同的组织反应[7，10，12，13，16- - - - - -18］.目前，BCP是最有希望和最好的骨重建替代方案，因为它可以克服自体和同种异体骨移植的缺点，如费用高、供应有限、自体骨移植的额外创伤和同种异体骨移植的疾病传播风险。

本研究的目的是通过随机选取的临床病例分析，回顾性评价BCP生物陶瓷作为骨替代品对不同形态、不同病因引起的缺损的长期疗效和表现。

2.方法

2．1．双相磷酸钙(BCP)生物陶瓷

BCP生物陶瓷(骨synt^®，EINCO Biomatical Ltda.，Belo Horizonate，Minas Gerais，巴西），用于66名患者的缺损重建，由65%的HA和35%的β-TCP，具有±5％的公差，并且其特征在于互通的微孔和大孔性的存在<10 μ和> 100μm,分别。使用的两种不同的形式是颗粒形式(20-40目和40-60目)和预制的楔形。采用x射线衍射(XRD)对BCP的结晶相进行了表征(Phillips-PANalytical PW1710, USA);采用扫描电镜(SEM) (S-3500N, Hitachi)对多孔材料的存在和尺寸进行了表征。

2．2.临床病例

该研究得到了医院伦理委员会的批准São Bento Cardioclinica S.A. (Belo Horizonte, Minas Gerais, Brazil)，所有参与研究的受试者都签署了一份同意书。

本研究是66例随机选择的患者随机选择的临床病例，随后用BCP作为骨移植替代品经历了整形外科手术的患者。

这66例患者对应67例外科手术(其中1例患者进行了双侧干预)。男性37例，女性29例。1例1岁，1例70岁。其他64例患者年龄在15- 69岁之间，平均年龄41.6岁(表)1）.

根据病变的病因和骨缺损的形态对缺损进行分类。根据病因，将缺陷分为以下几类:(1)骨科缺损(32例患者，33个缺损对应33个手术程序)，包括选择性外科手术导致的骨缺损，如全髋关节假体(放置和置换)、截骨术和关节融合术和(2)创伤性缺损(34个缺损对应34个手术程序)，包括非感染假关节、骨折和创伤后关节融合术。

在形态上，将缺损分为:(1)空洞骨缺损(42个)和(2)节段性骨缺损(或缝隙骨缺损)(25个)。由于骨缺损形状不规则，未对其体积进行测量。从x线图像中测量节段性骨缺损的大小，并记录其最大长度。

2．3.外科手术

用于BCP的植入的外科手术技术，接着等效于那些自体移植所需的手术原则：刮除和伤口部位的debridation直到活骨组织，可以观察到和生物陶瓷的冲击。生物陶瓷直接施加到骨缺损和所用的生物陶瓷的没有额外的体积，不同的是融合术程序，其中所述骨末端之间的外部桥的产生是必要的。外部或内部固定系统（AO / ASIF方法）根据每个患者的指示使用。

在急性外伤性病变中，进行切开复位，缺损立即用BCP充填。

3名患者接受了自体和BCP:提出一个故差距的股骨骨质流失的11厘米长,人bimalleolar骨折的脚踝(视为一个腔的骨缺损),和其他的故胫骨,用骨头差距4厘米的长度。

2.4. 临床与影像学评价

最终结果的分类是基于临床和影像学评估。在临床评价方面，测量治疗结束时无疼痛的手术肢体功能运动情况，评分范围为0 ~ 3分，评分如下:得分0：手术弓或肢体不活动，评分1：增加运动的限制，评分2：与术前分析相同的运动范围，以及评分3:被手术弓或肢体活动范围正常。

对于放射学分析，考虑是否存在整合以及在最终结果之前进行的手术次数。给出以下分数：得分0：不整合生物陶瓷，与手术次数无关；评分1:为了观察生物陶瓷整合(和骨形成)，进行了多次手术;评分2分:生物陶瓷完整，患者第一次手术后痊愈。

最终结果代表了两个参数的组合，临床+影像学评分:0到2(差结果)，3(中等结果)，4(好结果)，5(好结果)。

3.结果

XRD衍射分析显示BCP的HA/ß-TCP比值(图1），并且SEM图像表明微 - 和大孔在本研究中使用的生物陶瓷的三个呈现形式的存在（图2）.

的程序67执行，5被归类为良好的结果（组合的5分），57个程序被归类为良好（4组合分值），以及五个被归类为中等（3组合分值）。

根据骨丢失的病因，即骨缺损或外伤性骨缺损，以及骨缺损的形态，即节段性(也称缝隙性缺损)或空洞性缺损，如囊性病变等进行分类。

在根据缺陷病因分类的组中，32例患者接受了33次BCP骨重建手术。这些患者存在与髋关节或膝关节假体放置或翻修、截骨和关节融合术相关的骨科骨缺损。在这组患者中，观察了BCP在第一次手术后的完全整合，患者经历了手术肢体或弓的改善或相同的活动范围而无疼痛。因此，30例手术为好(4分)，3例为好(5分)(表)2）.

34例患者接受了34次手术治疗创伤性缺损。其中2例最终结果良好(评分5分)，27例最终结果良好(评分4分)，5例为中度结果(评分3分)。5例中度结果中有4例需要额外手术，以实现手术部位最大的骨形成。1例患者在治疗后肢体活动受限增加(见表)2）.

关于骨缺损的形态，24例节段性缺损行25名的程序，和42例空洞骨缺损所需的42个程序。在修复空洞骨缺损的BCP的结果显示出良好的结果40个程序（得分4）和2个程序优异的结果（评分5）（表3.）.

19例手术治疗长度小于3cm的节段性骨缺损，6例手术治疗长度大于3cm的节段性骨缺损4）.

在长度小于3cm的节段性缺损中，3例结果良好(评分5)，15例结果良好(评分4)，1例结果中等(评分3)。然而，需要强调的是，在这个特殊的病例中，适度的结果不是由于生物陶瓷的问题，而是由于在治疗结束时肢体缩短。因此，患者需要进行第二次手术，在之前用生物陶瓷重建的整个区域进行截骨以延长肢体(图)3.）.

6例骨缺损大于等于3例 长度为厘米，其中只有两名患者在第一次手术后显示愈合。但是，其中一名患者由于膝关节活动受限程度增加而获得3分（中等结果），而不是4分（良好结果）。三名患者需要第二次手术干预，一名患者缺陷为11 长度为厘米，需要第三次手术。因此，2次手术被归类为良好（得分4），4次手术被归类为中等（得分3）。

66例患者中只有3例在第一次手术干预中接受了BCP联合自体骨移植。这三种方法的结果各不相同。一个病人有一个腔的骨缺损愈合好,接收分数5,一个病人,节段性骨缺损的长度4厘米,骨折不愈合,需要一个额外的手术只使用BCP没有缺损和收到分数3,和一个病人11厘米长段缺损需要额外的手术,在治疗结束时获得3分4）.

所有患者均未出现不良结果，即未整合生物陶瓷（表1）5)，这可能与增加的限制或缺乏活动有关，也可能与此无关。

4.讨论

本研究评估了双相磷酸钙（BCP）生物陶瓷在创伤所致骨缺损重建中的疗效，或与假体放置和翻修、关节融合术和截骨术（称为骨科缺损）等选择性手术相关的骨缺损重建中的疗效以及修复空洞和节段性骨缺损。

为了测量临床和影像学结果，使用了不同的评分量表。以前的一项研究也使用了类似的评分量表[21］.我们已经表明，BCP在所有空腔和节段性骨缺陷中成功再生骨，其中间隙长度小于3厘米。这些缺陷中的大部分也被归类为整形外观缺陷。平等或大于3厘米的节段性缺陷长度，主要由创伤引起，所需的特别注意，最终需要额外的手术程序来愈合。在一些这些患者中，由于愈合期比对于具有较小缺陷的患者，因此需要由于它们的运动和不稳定性而使用用于固定的销和指甲。没有患者呈现急性炎症反应或感染。被描述为诱导细胞如单核细胞的诱变响应的因素之一，其是接触植入物表面的第一细胞和炎性部位进行殖民，是细胞表面积和表面积之间的比率。生物材料[22，23］.与细胞表面面积/物质表面面积相等的比率已被证明能诱发最高水平的炎症细胞因子的产生[22，23］.这些临床病例中使用的颗粒尺寸比所有细胞大得多，如SEM分析所示（图4）.生物材料的化学成分、形貌、润湿性和表面能是影响细胞反应的其他因素[24，25］.

我们的x线分析显示，即使在长期评估中，种植体部位的放射不透明度也较高(图)3.，5， 和6)这与Rouvillain等人报告的研究结果一致[26]，即使在BCP植入18个月后仍显示相同的图像特征(60% HA/40%)β胫骨高位外翻截骨术中的楔形。这些作者给了证据的吸收速率对应于60%以上的生物陶瓷两年后,证明了高防辐射是由于矿物浓度越大,形成的复合新骨组织和残余颗粒,而不是由于nonresorption的生物材料26].我们的良好结果与其他人报告的结果一致[27］.

自20世纪70年代初商业磷酸钙生物陶瓷首次成功应用于临床以来，对其性能的改进产生了生物和机械性能改善的替代品[7，9，10，17，28- - - - - -30］.

本研究中使用的BCP包括65%的HA和35%的β- tcp，属于第三代生物材料，即具有适当的微孔和大孔，良好的力学性能，既能促进骨替代又能促进骨再生的材料[9].一项动物研究表明，这种颗粒状生物陶瓷（40-60目）可促进骨量增加，达到初始使用体积的4倍[20］.

的性质，时间和骨再生的进展，显示出不仅由骨生理学，在病变，年龄部位生物力学特性，和病人的固有条件，而且也由化学组成和物理结构的影响骨移植替代品，这将直接影响宿主细胞的迁移和增殖[7，10，15，18，19，31- - - - - -33.］.

要使生物材料发挥良好的支架作用，必须在新骨形成前将其吸收。因此，高可溶性化合物，如硫酸钙、碳酸钙、二水磷酸二钙、磷酸八钙和磷酸三钙，可能不是适合的材料重建人类的主要骨缺损，即使在体外对这些磷酸钙材料的细胞反应是阳性的。由于释放的钙离子水平高，促进局部pH的生物陶瓷促进局部pH的重要变化，导致温和的炎症过程和/或材料的纤维包封[31，34.导致骨再生不成功。

因此，在骨形成的时间依赖性过程中，降解率是临床成功的关键点，主要是当正在处理更大的缺陷时。用不同的低可溶性组分（HA）和高度可溶性相（β-TCP)是一种选择，可将钙生物陶瓷的降解动力学从几周调整到几年[5，7，10，11，15］.

Some calcium phosphate (CaP) bioceramics with different physical structures (including the size and density of porosity) and chemical composition have been used alone or mixed with adjuvants of bone healing (e.g., fibrin sealant, platelet-rich plasma and stem cells) in several clinical situations with good results [35.- - - - - -43.］.然而，在大多数情况下，生物陶瓷应用于相对较小的骨缺损。

3例合并BCP/自体移植的患者获得了不同的结果。考虑到该患者数量非常少，且结果不一致，目前还无法得出自体移植物联合BCP可能带来的好处。为了收集证据支持这种策略的真正优势，还必须进行进一步的研究。

成功的临床治疗必须考虑的另一个关键点是手术部位的正确准备。自体骨移植的所有手术技术原则必须应用于生物陶瓷植入。事实上，避免感染区域，清除所有颗粒组织手术部位的纤维化，以及影响观察到健康和血淋淋的四肢骨的生物材料是至关重要的步骤。

5.结论

本研究显示了65HA/35微孔和大孔双相磷酸钙(BCP)生物陶瓷的疗效β-TCP比值，在重建人类不仅小而且大的骨缺损。这项研究的结果表明，这种材料可以用于承重区域，是一种安全、可预测的自体移植和同种异体移植替代材料。对于长度等于或大于3cm的节段性骨缺损，可以考虑BCP支架(如本研究中使用的支架)与生物活性分子或干细胞的关联。

生物陶瓷性能和合适的手术技术的应用知识是很好的临床效果的关键环节。

承认

作者要感谢JoséLaredo Filho博士(在悼念）这项研究的制定过程中，并为他奉献整形外科的发展自己独到的见解。

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