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图5 1周HA见软骨内成骨和膜内成骨,大量新生 类骨质,界面上存在2~3层细胞,(HE×200)

图6 2周HPA周围类骨质的密度最高,界面上少 见细胞存在,(HE×200)
术后2周,由于骨组织具有改建功能,此时破骨细胞活跃,类骨质开始减少,新生的骨小梁有些部位开始吸收、断裂。但是,HA和HPA周围虽然类骨质骨量在减少,但致密度加大,呈现块状、板状骨的特征,骨基质中细胞数目少,胞核体积甚小。HPA周围类骨质的密度最高,并且在界面上,少见细胞存在(图6)。HA界面上,细胞数目较1周时少,多见一层细胞,且不连续。钛合金周围骨组织吸收也很明显,对照组缺损处类骨质较1周时增多,密度增大,骨组织的改建不如材料组明显。 术后4周,新生骨改建最明显,HPA和HA界面上,少有细胞存在,特别是HPA,由于界面保存完整,见材料与新生骨之间很少有细胞,大部分区域都是与类骨质发生直接接触。新生骨近髓腔面出现较多破骨细胞。钛合金周围也见类似的骨改建,但在界面上仍见1~2层细胞,4周时,对照组骨缺损区,骨密度进一步加大,接近皮质骨。
3讨论
组织对植入材料的反应,除受到细胞本身的增殖、分化规律调控外,还受到材料理化性质的影响。植入区骨的愈合,早期以炎性介质释放、炎性细胞浸润以及未分化的间充质细胞增殖为主,随后出现各种组织化处[2]。本实验发现术后3天材料周围以炎性反应和结缔组织增生为主,伴少量异物巨细胞、巨噬细胞;1周时,有大量类骨质形成,呈芽状或骨小梁状,排列紊乱;2、4周时,出现骨的改建,破骨细胞多处存在,这种材料周围的组织反应规律,与Youkegawa[3]将HA和磷酸盐TCP,颗粒植入鼠胫骨髓腔内引起的早期组织反应规律相似,不同的是他所描述的新生骨改建的时间较本实验稍提前了几天,这可能与所用动物的周龄、状态有关。 那么,这种组织反应受到材料怎样的影响呢?本实验观察到术后3天,HPA周围组织不同于HA和空白组,HPA周围出现较多类骨质,且其中细胞体积和胞核均较大,表现出明显的功能活跃状态。这可能和HPA的化学组成和性质有关,HPA的理化性质研究结果表明,HPA在pH4~10的范围内,其溶解性大于HA,小于磷酸盐,具有交换和捕捉周围组织中的Ca2+的能力,而且其pH值与骨的pH值接近,有利于提高碱性磷酸酯酶的活性,促进骨生长,因而早期引导了类骨质的生成。HA界面上也具有成骨细胞的特征,但此时无类骨质的出现。而空白组骨缺损区,则以纤维样细胞为主。因此本实验提示,虽然不同材料引起的早期组织反应都主要以炎性反应为主,但存在细微的差别,而这种差别与材料表面理化性质有关。而且有人也发现在陶瓷类材料表面,成骨细胞较成纤维细胞表现出快速附着、分裂、增殖的性质,这可能与所有细胞基因编码最初就具有同各种类型无机材料高度特异性相互识别与作用的性质有关[4]。类似骨中磷灰石晶体,表面具有硅烷醇、钙、和磷酸盐的陶瓷类材料,对某些蛋白成份和间充质细胞表现出高亲和性,且对蛋白吸附具有选择性,表现出促进间充质细胞向成骨样细胞分化的能力。对于钛合金,由于其表面具有高介电常数的性质[5],使吸附的蛋白构相发生改变,引起局部各种细胞介质不同程度的释放,表现出较强的纤维结缔组织反应。因此材料此材料的理化性质直接影响和改变骨愈合的早期组织反应。 术后1周,所有材料周围均有大量类骨质生成,但类骨质的钙化程度以及基质中细胞形态都有差异,这种差异还是与材料的理化性质有关。由于HPA具有如上所述的性质,表现出理想的硬组织替代材料应具有的早期促进骨生成,然后促进骨分化、成熟的性质。HPA有较大的溶解性,能较早地引导间充质细胞向成骨细胞增殖、分化,同时为新生类骨质进一步钙化提供了条件,因而它的钙化程度较高。另外,此期钛合金周围有两种成骨现象即膜内成骨和软骨内成骨,这种现象与它早期引起较多的纤维样组织生成有关,部份纤维样组织内由于受到环境的影响,局部出现软骨细胞的同源细胞群,基质逐渐钙化。有人在骨折愈合的骨痂内也观察到了这两种成骨现象
责任编辑:姚红祥 |