基于Ⅰ型胶原蛋白和羟基磷灰石的新型仿生人工骨膜修复材料在四肢长骨粉碎性骨折伴游离骨块中的应用

刘成洲 王 鹏 张海波 任聪慧 贾宝欣

（1.临朐县人民医院骨科，山东 潍坊，262600；2.临朐县中医院行政科，山东 潍坊，262600；3.临朐县人民医院普外一科，山东 潍坊，262600；4.临朐县人民医院心内一科，山东 潍坊，262600）

四肢长骨粉碎性骨折是临床上比较常见的一种骨折类型，多见于车祸、机器事故、高处坠落等严重暴力，特别是伴有局部游离骨块的患者，多存在骨膜的剥离。近年来，锁定加压钢板系统的应用，为四肢长骨粉碎性骨折患者的治疗提供了新方向，然而并非所有的患者均能获得满意疗效，由于骨块游离、术中骨膜剥离及局部软组织条件差等原因，骨折愈合较为困难，部分患者出现了骨折延迟愈合甚至不愈合的情况。骨折愈合前的过度功能锻炼，可能会导致钢板断裂的发生，不仅容易产生医疗纠纷，二次手术也会加重患者的痛苦及经济负担。自体髂骨植骨，成骨能力强、免疫反应小，可促进骨折的愈合，但此类手术多用于出现骨折不愈合后的二期手术。近年来，国内外对于此类骨折的研究热点聚焦于人工骨修复材料的研发。临朐县人民医院近年来引入了新型仿生人工骨修复材料，应用于四肢长骨粉碎性骨折，取得了较好效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2021年1月—2022年8月临朐县人民医院120例因外伤致四肢长骨粉碎性骨折伴游离碎骨块的患者作为研究对象，其中男82例，女38例；年龄20～78岁，平均年龄（46.58±17.68）岁；股骨骨折51例，胫骨骨折37例，肱骨骨折32例。所有患者均对研究知情同意并签署知情同意书，本研究经临朐县人民医院医学伦理委员会审批通过并备案。

1.2 纳入与排除标准

纳入标准：①符合外科学（第9版）中的四肢长骨粉碎性骨折诊断标准[1]；②影像学显示在骨折端存在游离骨块；③行骨折切开复位内固定治疗。

排除标准：①保守治疗者；②髓内钉治疗者；③多发伤患者。

1.3 方法

根据患者是否愿意术中使用人工骨膜修复材料进行分组研究，不同意使用者纳入对照组（n=54），同意使用骨膜修复材料者纳入观察组（n=66）。所有患者均行骨折切开复位锁定加压钢板内固定。术后患者骨折愈合前均行不负重功能锻炼，术后定期复查X线，直至骨折线模糊，达到骨折愈合标准后逐步进行负重功能锻炼，直至能够正常活动。术中记录两组患者手术时间、出血量等情况。对于骨折延迟愈合的患者继续进行为期1年的持续随访。观察两组患者骨折平均愈合时间，记录骨折延迟愈合、不愈合等情况。

全麻成功后患者取卧位，以骨折断端为中心，依次切开皮肤、皮下组织及深筋膜。钝性分离肌肉组织到达骨折端，清理断端血凝块，直视下行骨折复位内固定，术中尽量减少对骨膜的过度剥离，游离骨块予以保留。观察组在骨折复位后，取人工骨膜修复材料，应用生理盐水浸湿修复材料，待其变软后将其均匀覆盖于骨折及游离骨块的表面，对于存在骨质缺损者，则先于缺损处填塞骨修复材料，然后再覆盖骨折面，给予钢板螺钉内固定。对照组在骨折复位后，直接行钢板螺钉内固定。手术结束后使用无菌纱布包扎，术后换药，每3～5天换药1次，术后2周拆线。

1.4 观察指标

①骨折愈合标准。骨折处无压痛、纵向叩击痛；骨折处无反常的活动；X线检查提示骨折处有连续性骨痂，骨折线已模糊。

②骨折延迟愈合。骨折愈合时间超过一般愈合时间（4～8个月），仍未出现骨折连接，X线显示断端骨痂少，骨折线仍清晰。

③骨折不愈合。骨折术后9个月，仍未达到愈合标准，继续进行3个月的促进骨折治疗，仍未愈合患者。

1.5 统计学分析

采用SPSS 22.0统计学软件对本研究数据进行相关分析，计数资料用[n（%）]表示，采用χ2检验。计量资料采用（）表示，组间比较采用独立样本t检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

120例患者均顺利完成手术，术后疼痛均得到明显缓解。两组患者年龄、性别等基线资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。两组患者术中出血量、手术时间比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。对照组平均骨折愈合时间为（19.33±3.52）周，观察组为（15.01±2.12）周，两组比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。对照组有17例患者出现骨折延迟愈合，经过1年随访，最终有6例诊断为骨折不愈合。观察组有9例患者出现骨折延迟愈合，最终有1例诊断为骨折不愈合，两组比较，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1、图1。

表1 两组患者术中及术后情况比较 [（）/n（%）]

表1 两组患者术中及术后情况比较 [（）/n（%）]

骨折不愈合对照组74.95±12.54100.46±25.4719.33±3.5217（31.48）6（11.11）观察组78.04±13.08105.23±27.7415.01±2.129（13.64）1（1.50）t /χ21.3110.9727.9205.5734.979 P0.1920.3330.0000.0180.026组别手术时间（min）出血量（mL）骨折愈合时间（周）骨折延迟愈合

3 讨论

四肢长骨粉碎性骨折多由严重暴力引起，其骨折具有以下特点。①暴力较大，骨折多为粉碎性骨折；②受伤时骨折断端处暴力尤为集中，常存在多枚游离骨块，部分患者存在骨缺损情况；③骨折断端周围软组织挫伤重，伤后软组织肿胀明显，局部血液循环较差；④术中骨折复位难度大，骨膜剥离多；⑤骨折延迟愈合或者不愈合发生率高。因此对于四肢长骨粉碎性骨折，特别是伴有游离骨块的患者，要引起足够的重视，因为此类骨折愈合时间往往比单纯骨折愈合时间要长[2-4]。

在促进骨折愈合发面，特别是对于存在骨缺损的四肢长骨骨折，自体髂骨植骨被认为是首选的金标准，自体髂骨植骨愈合率高，且不存在排斥反应，但患者接受率低，且往往不适用于一期预防性治疗。同种异体骨在临床上较为常见，但其有一定的免疫排斥现象，且存在一定的感染风险。目前市场上人工骨材料有无机骨修复材料、高分子材料以及生物性材料等。这些材料往往只有传导成骨作用，缺乏有效的营养载体，不能被新生骨组织长入并替代。近年来，骨修复材料的研发成为国内外的研究热点，特别是能够促进骨组织细胞生长，且随着材料自身的降解能够被自身骨组织完全替代的新型骨修复材料的研发，成为各研究中心的热点。

随着仿生学的不断发展，骨修复材料的仿生理念越来越引起学者们的兴趣。人体的骨组织是由有机物、无机物和水组成的。其中最主要的无机物是羟基磷灰石（hydroxyapatite，HA），主要的有机物是胶原。基于Ⅰ型胶原蛋白和羟基磷灰石为基础的新型仿生人工骨膜修复材料是我国自主研发的一种新型骨修复材料，该产品具有天然骨的微细结构及理化特征[5-8]。其制备过程为，将牛的跟腱进行加工处理，提炼出胶原蛋白，将Ⅰ型胶原进行预处理，去除其抗原特性，作为骨组织支架模板，在含有钙磷的盐溶液中进行纳米级的技术组装，将矿化的含碳酸根的羟基磷灰石均匀密布于Ⅰ型胶原的支架模板上，这样制备出来的材料具有天然骨组织的框架及分级结构，其中Ⅰ型胶原与HA 的混合比例为1:1，厚度为6 mm。

Ⅰ型胶原本身就是人体骨组织中由成骨细胞分泌的主要的有机物，有研究表明，Ⅰ型胶原具有较好的生物相容性及可吸收性，且抗原性较低，可降解，能促进骨细胞的迁移及附着[9-13]。RUNHUA Y等[14]研究发现，Ⅰ型胶原具有调节促进骨细胞生长的作用，人工骨膜修复材料在植入人体后，其中Ⅰ型胶原降解为氨基酸，为骨组织细胞提供充足的营养，刺激成骨细胞、成纤维细胞等在其表面扩散、增殖，进而促进骨的形成。但由于Ⅰ型胶原降解快、机械强度低，因此还需要HA进行支撑。

羟基磷灰石是人体骨组织中最主要的无机物，其长度为200～400 nm，厚度为15～30 nm。体内植入羟基磷灰石后可在短时间与周围组织密切结合，生物相容性较好[15-18]。随着新骨的形成，羟基磷灰石逐渐降解，最终实现自体骨组织的重建[19-22]。MCLOUGHLIN S等[23]研究发现，人工骨修复材料中的Ⅰ型胶原能够促进成骨细胞在其表面进行生长、增殖，而羟基磷灰石则对成骨细胞起到了调节作用。人工骨修复材料不仅具有良好的机器强度，还具有良好的生物相容性，在骨组织的修复过程中具有重要意义[24-26]。人工骨修复材料在三维空间上具有多孔形态，有利于物质的转运和细胞的代谢，同时，这种孔隙结构有利于骨细胞的成长和延伸。动物实验表明，新型仿生人工骨膜修复材料对人为造成骨缺损的新西兰兔具有显著的促进骨修复和骨再生作用，其效果可与自体骨移植相媲美[27]。

在本研究中，观察组患者平均骨折愈合时间为（15.01±2.12）周，明显短于对照组的（19.33±3.52）周，且术后骨折延迟愈合及不愈合发生率显著低于对照组（P＜0.05）。因此，对于四肢长骨粉碎性骨折，特别是伴有局部游离骨块的患者，一期应用人工骨修复材是有必要的。本研究病例数相对较少，尚需多中心、大样本调查研究予以进一步证实。