鎂及鎂合金植入體在骨科臨床中的應用分析

王世欣

鎂及鎂合金植入體在骨科臨床中的應用分析

王世欣

目的 探討并分析鎂及鎂合金植入體在骨科臨床中的應用。方法 回顧性分析關于鎂及鎂合金在醫學領域及骨科臨床中的應用情況, 并對結果進行參考和總結。結果 鎂合金具有良好的生物相容性及可降解性和生物安全性等優點, 并且其資源豐富, 可在生理電解質環境中通過腐蝕而發生降解的特性, 展示了其在骨科領域巨大的潛在應用前景, 在骨科臨床中的應用效果顯著。結論 鎂及鎂合金是未來生物醫用植入材料重要的發展方向之一, 值得臨床推廣應用。

鎂；鎂合金；可吸收材料；金屬材料；骨科

生物材料是和生物系統相作用, 用以對生物體進行診斷、治療修復和置換損壞的組織、器官或增進其功能的材料［1］。由于各種醫用植入材料植入體內后都將與組織和細胞直接接觸, 因此, 用于體內的金屬材料必須具備良好的力學性能和生物安全性能。鎂是可被人體吸收的常量元素, 因此鎂合金作為生物材料的一種, 在醫用生物材料方面具有明顯的優勢, 如鎂在體內可以降解成可溶的無毒氧化物從腸道排泄出去, 而且鎂合金在降解過程中釋放出鎂離子, 能夠促進成骨反應［2,3］；良好的生物相容性和生物可降解性［4,5］使鎂有望發展成為一種新型金屬可降解植入材料。本文就近年來生物可降解鎂合金材料作為骨科植入物的研究作出回顧與總結, 為鎂及鎂合金在骨科等臨床應用方面提供生物學依據?，F將結果匯報如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 檢索2000～2013年PubMed數據庫及CNKI數據庫有關鎂離子合金在醫療領域的研究進展等方面的文獻。英文關鍵詞為“magnesium; magnesium alloy; biodegradable; biomaterials；the orthopaedics”。中文關鍵詞為“鎂；鎂合金；可降解；生物醫用材料；骨科”。英文文.168篇, 中文文獻 81篇。

1.2 方法 檢索文獻入選標準：檢索與鎂合金植入物, 鎂合金棒、鎂合金螺釘、鎂合金接骨板在骨科應用的相關文獻；選擇近期發表在權威雜志上的文章。排除標準：重復性研究報告；未發表的文章；內容不可靠者；需電話追蹤和手工檢索逐一分析的文章。質量評估：納入考慮范圍的都是發表在國內外權威期刊上的文獻, 研究內容新穎可靠, 具有較高學術價值的基礎研究及綜述類文獻, 對納入符合標準的文獻進行總結分析。

對篩選出的文獻進行綜合分析, 初步制定了分析的指標,如文獻發表的時間、期刊及文獻的來源、文獻類型、發表文章較多的作者分析、申請基金情況等。對指標進行分析后,做出初步總結并詳細記錄。

2 結果

2.1 鎂合金作為生物醫用植入材料, 從上世紀的上半葉開始, 國內外對鎂合金各方面的研究層出不窮, 本文通過研究分析, 鎂元素屬于人體必需的微量元素之一, 幾乎參與人體內所有的新陳代謝過程, 所以鎂可用作骨折固定的材料, 加速骨愈合能力, 參與蛋白質的合成, 減少血液中膽固醇的含量。就人體循環系統而言, 鎂可引起血管擴張, 有效防止“三高”、動脈硬化及心肌梗死等癥狀, 在一定程度上增強了心血管的抗病毒能力［6-8］。但鎂具有一定的腐蝕性, 若腐蝕速度過快, 降解過程中會產生大量的對人體有害的氫氣, 容易給患者造成皮下氣腫、血壓過低、肌肉麻痹及呼吸疾病等,難以在骨科固定中順利應用。

2.2 鎂及鎂合金具有良好的生物相容性。鎂合金具有與人骨最為接近的倔強強度和機械性能, 鎂合金中低鋅含量有利于增加合金強度、延展性和耐腐蝕性能, 植入人體后, 可有效緩解人骨與鎂合金之間的應力遮擋效應, 有效促進了骨組織的生長和愈合, 從而達到治療的需求。另外, 鎂具有很低的標準電極電位, 在人體體液中生成的鎂離子可被周圍機體組織吸收, 然后通過體液排出體外。

2.3 生物安全性。人體內鎂的正常含量在21～25 g, 而且在人體內具有特定分布區域, 在機體新陳代謝過程中, 參與細胞合成及骨生成和所有膜的結構。研究表明［9-11］, 鎂可通過改善耐腐蝕性來消除其溶血的作用。鎂還是能量傳輸、貯存和利用的關鍵元素, 能調節RNA和DNA的結構, 對維持細胞膜結構和調節細胞的生長具有重要作用。具有降低癌癥發病率及誘導骨生長的作用。

2.4 鎂及鎂合金具有良好的可降解性, 高純度的鎂合金具有良好的可降解性。據研究表明, 高純度的鎂合金已經進入工業化生產階段。醫用金屬材料植入人體后將長期處于弱酸環境中, 材料的腐蝕極易發生。如果腐蝕速度適中, 鎂合金釋放出的鎂離子對人體是有益的。因此, 控制鎂合金的降解速度是將其投入臨床使用前亟待解決的關鍵問題之一, 避免進行二次手術取出器械, 最大程度的減輕了患者的經濟負擔和精神壓力, 緩解了患者的痛苦, 提高了患者的治療效果。

2.5 控制鎂合金的腐蝕速度作為生物醫用材料, 必須考慮到無毒性和耐生理腐蝕性兩個主要因素。另外的力學性質、物理性狀、結構類型等需根據具有的臨床需求進行調節。研究表明［12,13］, 純金屬鎂的腐蝕速度過快, 不適合直接作為植入體, 鈣是人體所必需元素之一, 也是人骨的重要元素組成。鎂鈣合用可極大提高合金的強度和耐腐蝕性能且無毒性, 兩者共同作用能更加有利于人骨對鈣的吸收, 從而加快傷口的愈合和修復。

3 討論

鎂及鎂合金具有良好的生物相容性、可降解性和生物安全性等優點, 并且其資源豐富, 價格低廉, 適合大工業生產,可在生理電解質環境中通過腐蝕而發生降解的特性, 展示了其在骨科領域巨大潛在應用前景, 在骨科臨床中的應用效果顯著。研究表明［14,15］, 鎂合金具有明顯的誘導動物機體新骨生成的作用, 鎂合金的植入并未對動物機體的循環、免疫、泌尿系統產生負面影響, 其降解產物可經動物的腎臟代謝,但動物血液中的鎂離子含量保持相對穩定。對于鎂合金植入體內易發生腐蝕和降解的缺點, 目前, 合金工業已作出初步的調整, 加強了鎂及鎂合金的研究和分析, 降低其中的雜質含量, 在選擇鎂合金的加入元素時, 考慮對合金的力學性能,生物相容性, 耐腐蝕性等性能影響的同時, 還應考慮該元素的無毒性, 開發高純度的鎂合金及新型可植入合金, 既能有效提高鎂合金的耐腐蝕性能又能促進患者恢復健康。實驗證明, 鎂及鎂合金是未來生物醫用植入材料重要的發展方向之一, 值得臨床推廣應用。

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Analysis the magnesium and magnesium alloys as metal implants in orthopedics

WANG Shi-xin.
Department of Orthopedic, Laiyang Center Hospital, Laiyan.265200, China

Objective To explore and analyze magnesium and magnesium alloy implant clinical application in orthopedics. Methods Retrospective analysis about magnesium and magnesium alloys in the medical field and orthopedic clinical situation and reference and summary of the Results. Results Magnesium alloys have good application prospect in the biomedical implant material, especially, in the degradable hard issue implant material areas with prominent superiorities, such as good biocompatibility and biodegradability. Conclusion Magnesium and magnesium alloys are the future biomedical and it is the implant materials direction of development, worthy of clinical application.

Magnesium; Magnesium alloys; Absorbable material; Metal material; Orthopaedics

265200 山東煙臺市萊陽中心醫院骨科