1、前言

　　骨組織在動(dòng)物或人體中起著維持形態(tài)與貯存鈣的作用，而整形外科骨的作用以前者為主。正常組織的鈣化除牙齒以外就只有骨，其基體組織是由膠原與無(wú)機(jī)磷灰石的晶體組成的復(fù)合材料，并具有合適的強(qiáng)度。為維持這種構(gòu)造，生成骨的骨牙細(xì)胞、吸收骨細(xì)胞及骨的碎骨細(xì)胞是必要的。在骨生成的初始階段，骨以軟骨形式存在，血管長(zhǎng)入其中，軟骨逐漸生成骨。骨折時(shí)必須對(duì)骨組織進(jìn)行修復(fù)，骨再生了骨折方可痊愈。這時(shí)骨組織本身也有再生骨的能力，骨生成骨的作用稱之為骨傳導(dǎo)。一方面，在沒(méi)有骨細(xì)胞的肌肉內(nèi)放入用酸脫鈣的基體物質(zhì)，骨生成時(shí)發(fā)生了一連串的細(xì)胞分化，形成了新的骨。在無(wú)骨處形成新骨的現(xiàn)象稱之為骨誘導(dǎo)。骨誘導(dǎo)因子（BMP）又可視之為成長(zhǎng)因子，其作用不言自明。

　　2、生物材料的骨結(jié)合及骨傳導(dǎo)

　　在骨上開(kāi)孔，將生物材料插入，于是材料與骨的間隙及材料表面形成了骨。因此要求材料的組織相容性好，且不能妨礙骨的形成。氧化鋁、鈦金屬及燒結(jié)磷灰石等具有上述功能，這種現(xiàn)象就是骨傳導(dǎo)。燒結(jié)羥基磷灰石、生物玻璃等陶瓷材料適合作生物材料，與骨直接結(jié)合且能生成新骨。這些材料表面在體內(nèi)具有形成與骨類似的磷灰石的特性，并與骨磷灰石結(jié)合。另一方面，將材料表面加工成多孔體，通過(guò)骨傳導(dǎo)，骨長(zhǎng)入其中，骨與材料就牢固地結(jié)合在一起。采用等離子噴鍍將鈦表面制成多孔體，再將鈦離子焊接。接著在多孔體表面用羥基磷灰石、骨結(jié)合性好的陶瓷進(jìn)行涂層，以促進(jìn)骨長(zhǎng)入其中。

　　3、材料的骨結(jié)合能

　　下面來(lái)分析磷酸鈣系陶瓷的骨結(jié)合。在骨基體組織中60~70%為磷酸鈣，成分以羥基磷灰石為主。血清中的Ca離子與磷酸離子的濃度足以使磷灰石的晶核成長(zhǎng)，但形成磷灰石的晶核不充分。生物體中的磷灰石形成對(duì)晶核的形成是必要的。生物材料表面有反應(yīng)基，如果能誘導(dǎo)磷灰石的核形成，材料的表面則可能形成磷灰石。事實(shí)上，在與血清相同的含無(wú)機(jī)離子的模擬體液（SBF）中再現(xiàn)了磷灰石的形成。利用該體系，一連串一連串了具有骨結(jié)合能的晶體化玻璃A-W，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磷灰石形成時(shí)起作用的不是Ca、磷酸，而是表面形成的硅烷基醇基（-Si-OH）。再采用硅膠-凝膠法制成了鈦或氧化鋯或鉭等的凝膠，在SBF中研究了磷灰石的形成，所有的材料表面均形成了磷灰石，并斷定是金表面的羥基在起作用。再任其發(fā)展，在鈦金屬表面形成了羥基，金屬鈦有了與陶瓷一樣的骨結(jié)合能。對(duì)鈦進(jìn)行表面處理的方法有很多，其中堿加熱處理就是一種，其它還有過(guò)氧化氫處理、陽(yáng)極氧化等，其中堿處理是最簡(jiǎn)便的方法，將堿處理的鈦制人工關(guān)節(jié)已應(yīng)用在臨床上。

　　4、堿加熱處理的方法與骨結(jié)合性

　　堿加熱處理就是將鈦或鈦合金浸漬于按5規(guī)定的氫化鈉溶液中24小時(shí)。于是在表面的氧化鈦層形成了鈦酸鈉，其形態(tài)呈現(xiàn)出微量的網(wǎng)目結(jié)構(gòu)。鈦酸鈉層在數(shù)微米的表面范圍內(nèi)最大，再深一些，則呈現(xiàn)出減少的傾斜結(jié)構(gòu)。再著施以500℃熱處理使其達(dá)到穩(wěn)定化。只有堿處理才能得到骨結(jié)合能，但結(jié)合層的強(qiáng)度不足就會(huì)影響結(jié)合強(qiáng)度，所以通過(guò)熱處理達(dá)到穩(wěn)定化是必要的。浸漬于SBF中，表面的鈉與模擬體液中的羥基離子相互交替，其表面形成了Ti-OH。這里鈣離子與磷酸離子按順序吸附，形成了磷灰石。

　　為了調(diào)查鈦與骨的實(shí)際結(jié)合強(qiáng)度，采用家兔與成犬進(jìn)行了研究。

　　對(duì)家兔進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，粘附強(qiáng)度試驗(yàn)是在非荷載條件下進(jìn)行的，而后肢脛骨置換試驗(yàn)則是在荷載條件下進(jìn)行的。對(duì)成犬進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，在小獵兔犬的大腿骨部通過(guò)一側(cè)的皮質(zhì)骨埋入了圓柱狀的樣品（∮3.5mm），過(guò)了一段時(shí)間取出，并切出了含樣品的骨片，進(jìn)行了沖孔試驗(yàn)。并分別對(duì)表面平滑的和堿處理過(guò)的多孔體表面的樣品進(jìn)行了研究。通過(guò)堿加熱處理，骨結(jié)合能無(wú)論荷載還是非荷載，也不論是家兔還是成犬，均具有骨結(jié)合能。

　　這些結(jié)果表明，堿處理過(guò)的鈦或鈦合金具有與燒結(jié)磷灰石一樣的骨結(jié)合性。

　　5、骨結(jié)合材料多孔體的「骨傳導(dǎo)」

　　將具有骨結(jié)合性的燒結(jié)磷灰石多孔體植入骨時(shí)骨傳導(dǎo)使骨浸入了多孔體中形成了骨。但通常情況下，無(wú)機(jī)材料磷灰石、三磷酸鈣等無(wú)骨誘導(dǎo)能。即使植入肌肉內(nèi)也不會(huì)形成骨。但1996年，在南非的Ripamonti將維持ィンタ-ポァ-公司構(gòu)造的珊瑚的碳酸鈣置換成磷灰石，多孔體的羥基磷灰石埋入了靈長(zhǎng)類的肌肉骨形成了骨。1999年中國(guó)的Yuan等人將合成的羥基磷灰石多孔體埋入成犬背部的肌肉中，也觀察到形成了骨，這以后，生物玻璃、三磷鈣、鉭多孔體金屬經(jīng)磷灰石涂層等也形成了骨，并確認(rèn)磷酸鈣多孔體的產(chǎn)生了骨誘導(dǎo)。

　　6、堿加熱處理的鈦多孔體的同質(zhì)異能性的骨形成

　　磷酸鈣系陶瓷多孔體中的骨形成與堿處理的鈦的骨結(jié)合性相同。如果堿加熱處理的多孔體鈦金屬制成的話，期待著與磷灰石一樣的同質(zhì)異能性的骨形成。多孔鈦的形成方法有多種，但本文作者選擇了二種材料。一種是人工關(guān)節(jié)采用了鈦的等離子噴鍍法，在基座上吹進(jìn)了鈦粉，制作了多孔鈦層，從基座上切出多孔體；另外一種方法就是已經(jīng)在臨床上應(yīng)用的鈦纖維加固使之形成多孔體的方法。無(wú)論是哪種材料，均形成了100μm直徑的多孔體，其氣孔率達(dá)40%。再對(duì)此進(jìn)行堿處理，浸漬于SBF中，直到孔中形成了磷灰石。再將這種材料埋入成犬背部的肌肉中，過(guò)一段時(shí)間后取出，觀察其硬組織。所有的樣品均在三個(gè)月時(shí)未觀察到骨的形成，但在一年時(shí)只有堿加熱處理的等離子噴鍍多孔鈦中觀察到了骨形成。未堿加熱處理的經(jīng)噴鍍制成的樣品即便是加工成纖維也未形成骨。由纖維加工成的樣品，即便進(jìn)行堿加熱處理也未形成骨。由此看來(lái)，鈦表面的處理及多孔形態(tài)與骨誘導(dǎo)能有關(guān)

　　7、多孔鈦的骨誘導(dǎo)能的意義

　　生物村料可能應(yīng)用于多種領(lǐng)域，下面是研究多孔鈦的骨誘導(dǎo)能的意義。

　　1)磷酸鈣系多孔體的骨誘導(dǎo)過(guò)程中，Ca與P有可能析出，否定了其效果；

　　2)材料的表面性狀與骨形成有關(guān)；

　　3)骨形成是需要花費(fèi)時(shí)間的；

　　4)微孔構(gòu)造與材料表面的微孔構(gòu)造對(duì)骨誘導(dǎo)來(lái)說(shuō)很重要；

　　5)即便是其它材料如果能控制2)點(diǎn)，那么就有可能制作具有骨誘導(dǎo)能的多孔體

　　6)只有金屬材料才能誘導(dǎo)組織分化的可能性。

　　8、今后展望

　　燒結(jié)磷灰石、三磷酸鈣等陶瓷具有骨的結(jié)合能，相容性也優(yōu)良，但也有缺點(diǎn)。金屬的強(qiáng)度雖好，但與骨的相容性不如陶瓷。為了彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，盡可能地開(kāi)發(fā)有臨床意義的材料。堿加熱處理的鈦也可以說(shuō)解決了一些問(wèn)題。其方法原理不局限于鈦，也可應(yīng)用于其它金屬。已經(jīng)證明堿加熱處理的鉭也有助于骨結(jié)合。陽(yáng)極氧化處理中的鈦晶體對(duì)磷灰石的形成有很重要的作用，特別是銳鈦礦構(gòu)造作用更好。因此，處理方法不同，鈦以外的金屬也同樣具有骨誘導(dǎo)能。