可用在人體內(nèi)的水泥——骨水泥

骨水泥是骨粘固劑的常用名，是一種骨科醫(yī)用材料。由于它在凝固固化后其外觀和物理特性頗像建筑、裝修用的白水泥，便有了如此通俗的名稱。20世紀(jì)70年代，骨水泥就已經(jīng)被用于關(guān)節(jié)假體固定，同時(shí)骨水泥亦能作為組織填充、修復(fù)材料應(yīng)用于骨科、口腔科中。

骨水泥最大的優(yōu)點(diǎn)是固化快，術(shù)后早期就可以下地進(jìn)行康復(fù)活動。當(dāng)然，骨水泥也有一些缺點(diǎn)，例如填充時(shí)偶爾可引起骨髓腔內(nèi)高壓，致使脂肪滴進(jìn)入血管，引起栓塞。另外，它畢竟與人體骨骼不同，時(shí)間過久，人工關(guān)節(jié)仍可能發(fā)生松動。因此，骨水泥生物材料的研究一直是科研工作者關(guān)注熱點(diǎn)之一。

目前，應(yīng)用和研究的比較多的骨水泥為聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥、磷酸鈣骨水泥和硫酸鈣骨水泥等。

PMMA骨水泥是通過混合液體甲基丙烯酸甲酯單體和動力甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物這兩種組分形成的丙烯酸聚合物，其單體殘留量低，具有低的耐疲勞性和應(yīng)力開裂性，以及高的抗張強(qiáng)度和可塑性。PMMA骨水泥在醫(yī)學(xué)整形外科領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，早在40年代就已經(jīng)應(yīng)用于齒科、顱骨和其它的骨修復(fù)領(lǐng)域。丙烯酸酯類骨水泥用于人體組織手術(shù)，至今在國內(nèi)外臨床中已應(yīng)用了數(shù)十萬例之多。

PMMA骨水泥的固相一般為已經(jīng)部分聚合的預(yù)聚體PMMA，液相為MMA單體，并添加了部分的聚合引發(fā)劑和穩(wěn)定劑。當(dāng)固相預(yù)聚體PMMA與液相MMA單體混合后，立即發(fā)生高分子共聚反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)骨水泥的固化，但是該固化過程中會釋放出大量的熱，會對周圍組織造成熱損傷而引發(fā)炎癥，甚至導(dǎo)致組織壞死。因此亟需更多的研究改善聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥質(zhì)量，減少或消除PMMA骨水泥的副作用。

磷酸鈣因其出色的生物相容性和骨再生能力而被應(yīng)用于骨修復(fù)。臨床上常作為可注射材料填充骨質(zhì)空隙并改善骨折手術(shù)中的硬件固定。磷酸鈣骨水泥的成分與人體骨骼的礦物質(zhì)相似，可被再吸收并能夠促進(jìn)自然骨向內(nèi)生長和重塑。磷酸鈣骨水泥的固化機(jī)制是溶解-水化沉淀反應(yīng)。通過控制反應(yīng)過程的pH值，實(shí)現(xiàn)羥基磷灰石（HA）在pH值為4.2-11范圍內(nèi)沉淀。在初始階段，HA的生成主要由表面反應(yīng)控制，顆粒間和顆粒表面生成的HA加強(qiáng)了顆粒間的連接。HA晶體的含量越大，接觸點(diǎn)就越多，抗壓強(qiáng)度也隨之增加。在水化反應(yīng)后期，顆粒表面被一層HA包覆，磷酸鈣骨水泥的水化反應(yīng)則變成了透過水化反應(yīng)的擴(kuò)散控制。隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，生成的HA顆粒越來越多，生成的HA晶體不斷長大，水化產(chǎn)物逐漸填充了參與反應(yīng)的水的空間，使得之前被水占據(jù)的空間被HA晶體分割成不規(guī)則的毛細(xì)孔，凝膠孔增多，孔隙尺寸不斷減少，HA晶體交錯(cuò)橋接，顆粒之間的結(jié)合強(qiáng)度不斷增加，骨水泥材料則固化為堅(jiān)固的，含有大量孔隙的多孔結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出宏觀的固化強(qiáng)度。

臨床上，創(chuàng)傷性椎體爆裂骨折具有特殊的損傷機(jī)制，且通常發(fā)生在年輕人群，年輕人具有更強(qiáng)的骨重建能力，磷酸鈣骨水泥可用于有效治療這類骨折。同時(shí)，磷酸鈣骨水泥也是良性骨腫瘤切除手術(shù)的有效骨替代物。然而，磷酸鈣骨水泥由于固化時(shí)間長，固化過程中熱釋放相對較低，因此其粘合力和強(qiáng)度相對較差，容易從骨質(zhì)中崩解，所以磷酸鈣骨水泥的研究仍在繼續(xù)。

硫酸鈣是最簡單的骨修復(fù)替代材料，并且在骨修復(fù)材料中應(yīng)用已經(jīng)超過了100年，有著最長的臨床應(yīng)用歷史。硫酸鈣具有良好的人體耐受性，可降解，具有骨傳導(dǎo)性能，在早年的研究中是自體骨移植的重要替代材料。硫酸鈣骨水泥的固相主流是無水硫酸鈣粉末，液相是生理鹽水和其它的一些水溶液。當(dāng)固相和液相混合時(shí)，硫酸鈣發(fā)生水化反應(yīng)，生成針狀的二水硫酸鈣晶須，相互橋連和堆積，從而固化成具有一定形狀和強(qiáng)度的堆積體。然而，由于生物活性差，硫酸鈣骨水泥不能在硫酸鈣移植物和骨組織之間形成化學(xué)鍵，會快速降解。硫酸鈣骨水泥可在植入體內(nèi)后六周內(nèi)被完全吸收，這種快速降解情況與骨形成過程不匹配。因此，與磷酸鈣骨水泥相比，硫酸鈣骨水泥的開發(fā)和臨床應(yīng)用相對有限。

除此之外，目前許多研究表明小有機(jī)分子、可生物降解的聚合物、蛋白質(zhì)、多糖、無機(jī)分子、生物陶瓷和生物玻璃可有效改善骨水泥性能，均可為新型骨水泥提供型的思路。

綜上所述，骨水泥可在臨床牙科、骨科發(fā)揮很大的作用，有望成為理想的骨骼系統(tǒng)藥物載體以及骨替代材料。隨著科學(xué)技術(shù)以及材料的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，相信以后會研發(fā)出更多優(yōu)質(zhì)的骨水泥材料，如高強(qiáng)度型、可注射型、抗水型、快速凝固型等。骨水泥在臨床中的應(yīng)用會越來越廣泛，其應(yīng)用價(jià)值也會越來越高。

骨水泥的應(yīng)用（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）