負載抗結核藥物骨水泥生物力學實驗研究

余涌杰 賴 震 費 駿 胡勝平

晚期關節(jié)結核嚴重影響患者生活質量，隨著關節(jié)置換技術的發(fā)展，越來越多的學者嘗試將關節(jié)置換術用于治療關節(jié)結核[1-3]。如何降低關節(jié)置換術后結核的復發(fā)具有重要的臨床意義。研究發(fā)現(xiàn)，在水泥中混入抗結核藥物是提高結核病灶局部藥物濃度的有效方法[4]，然而隨著藥量的增加，骨水泥顆粒周圍藥物層增加，影響骨水泥的生物力學性能。本研究將一線抗結核藥物分別按不同劑量加入骨水泥中，觀察其對材料生物力學性能的影響，報道如下。

1 材料與方法

1.1 實驗材料 利福平膠囊（浙江醫(yī)藥股份有限公司新昌制藥廠，規(guī)格：0.15g，批號180406），乙胺丁醇片（杭州民生藥業(yè)有限公司，規(guī)格：0.25g，批號T18K004），異煙肼片（杭州民生藥業(yè)有限公司，規(guī)格：0.1g，批號T18H044），吡嗪酰胺膠囊（沈陽紅旗制藥有限公司，規(guī)格：0.25g，批號1810061），骨水泥（德國Heraeus 公司，批號8814786）。

1.2 方 法

1.2.1 實驗分組 以無載藥的骨水泥作為對照組，根據(jù)負載藥物劑量的不同將載藥骨水泥分為R1 組予負載0.75g 利福平，R2 組予負載1.5g 利福平，R3組予負載2.25g 利福平，H1 組予負載0.3g 異煙肼，H2 組予負載0.6g 異煙肼，H3 組予負載0.9g 異煙肼，E1 組予負載0.75g 乙胺丁醇，E2 組予負載1.5g 乙胺丁醇，E3 組予負載2.25g 乙胺丁醇，Z1 組予負載1.5g吡嗪酰胺，Z2 組予負載3.0g 吡嗪酰胺，Z3 組予負載4.5g 吡嗪酰胺，每組6 個，共制成78 個試驗樣品。

1.2.2 負載抗結核藥骨水泥樣品制作 將40g 骨水泥分別與不同劑量的利福平、異煙肼、乙胺丁醇、吡嗪酰胺，在無菌條件下真空攪拌，并加入骨水泥單體15mL，制成直徑6mm、厚度3mm 的矮圓柱體實驗樣品，每組各制6 個。

1.2.3 負載藥物骨水泥生物力學性能測定（1）骨水泥壓縮強度測定：測定每組骨水泥圓柱體的直徑，并記錄；實驗開始前，將模具、蓋板混合實驗裝置和骨水泥在（23±1）℃環(huán)境中放置16h，并且在該溫度環(huán)境下進行實驗；將圓柱體置于實驗機上，圓柱體和實驗機之間不放任何襯墊；開動實驗機速度為20～25.4mm/min，作出形變一負載曲線，當圓柱體破裂或通過上屈服點時停機；對于每個圓柱體，記錄引起破裂的力或2%屈服負載或上屈服點負載，將該力除以圓柱體原始橫截面積，所得的商即為壓縮強度。（2）骨水泥彎曲強度和彎曲模量測定：將骨水泥對稱置于三點彎曲實驗裝置上，開動彎曲試驗機，取橫梁速度為（5±1）mm/min，記錄作為受力函數(shù)的板條中心偏離，不斷增加力直至實驗板條斷裂，記錄15N 和50N時發(fā)生的偏離，并記錄斷裂時的力。通過楊氏模量表式計算彎曲強度及彎曲模量[4]。

1.2.4 統(tǒng)計學方法 應用SPSS 22.0 統(tǒng)計程序包（SPSS 公司，美國），計量數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差（）表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t 檢驗，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 骨水泥壓縮強度測定 載藥骨水泥壓縮強度較標準骨水泥均有不同程度的降低，載藥量越大壓縮強度降低越明顯。與對照組比較，低劑量載藥組（R1組、H1 組、E1 組、Z1 組）和中劑量載藥組（R2 組、H2組、E2 組、Z2 組）壓縮強度差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），高劑量載藥組（R3 組、H3 組、E3 組、Z3 組）壓縮強度降低，差異有統(tǒng)計學意義（P 均＜0.05）。見表1。

2.2 抗結核藥物對骨水泥彎曲強度和彎曲模量影響結果 載藥骨水泥的彎曲強度和彎曲模量較對照組標準骨水泥均有不同程度的降低，隨著載藥量越大彎曲強度和彎曲模量降低越明顯。與對照組比較，低劑量載藥組（R1 組、H1 組、E1 組、Z1 組）彎曲強度和彎曲模量，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），中劑量載藥組（R2 組、H2 組、E2 組、Z2 組）和高劑量載藥組（R3組、H3 組、E3 組、Z3 組）彎曲強度和彎曲模量降低，差異有統(tǒng)計學意義（P 均＜0.05）。見表1。

3 討論

骨關節(jié)結核的治療過程中，抗結核藥物很難在病灶局部達到有效濃度[5]，常導致術后假體松動，甚至脫位，嚴重影響術后療效。研究顯示，在骨關節(jié)結核病灶中，病灶周圍的硬化骨會阻礙抗結核藥物向病灶滲透，血液和病灶外圍健康組織中的結核藥物不能充分擴散到患者結核病灶膿腫和干酪組織壞死中，因此在病灶部位填充一定的生物材料，填充材料可在局部長期緩慢釋放抗結核藥物，提高療效[6-8]。載抗結核藥骨水泥在人工關節(jié)置換治療關節(jié)結核中的應用逐漸得到重視。將抗結核藥加入到骨水泥中制成載抗結核藥骨水泥，在臨床使用中能達到固定人工假體、填補骨質缺損部位和持續(xù)釋放抗結核藥的多重效果[9]。載藥骨水泥可以使抗結核藥物在結核病灶局部緩慢釋放，達到長時間維持有效濃度的效果，提高抗結核效果。

表1 各組抗結核藥物對骨水泥壓縮強度、彎曲強度和彎曲模量的影響（Mpa，）

表1 各組抗結核藥物對骨水泥壓縮強度、彎曲強度和彎曲模量的影響（Mpa，）

注：R1～R3 組分別為負載0.75g、1.5g、2.25g 利福平骨水泥；H1～H3 組分別為負載0.3g、0.6g、0.9g 異煙肼骨水泥；E1～E3 組分別為負載0.75g、1.5g、2.25g 乙胺丁醇骨水泥；Z1～Z3 組分別為負載1.5g、3.0g、4.5g 吡嗪酰胺骨水泥；與對照組比較，aP＜0.05

研究顯示，載藥骨水泥中的藥物會導致骨水泥黏度降低，骨水泥凝固成團時間延長甚至成團困難，從而改變骨水泥生物力學特性，降低骨水泥機械強度影響臨床使用[10]。研究發(fā)現(xiàn)，由于在攪拌不同物質時，不能完全確保均勻混合，而且在實際操作時個人的狀態(tài)、習慣也有差異，對載藥骨水泥力學強度造成一定影響[11]。骨水泥凝固過程中，藥物的逐漸釋放也會留下許多細小孔隙，對骨水泥的生物力學性能產(chǎn)生影響。本實驗研究發(fā)現(xiàn)，骨水泥中載入低劑量的抗結核藥物不會對骨水泥的力學性能產(chǎn)生明顯的影響。低劑量載藥組（R1 組、H1 組、E1 組、Z1 組）與對照組比較，壓縮強度、彎曲強度和彎曲模量差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。隨著添加抗結核藥物劑量的增加，骨水泥的壓縮強度、彎曲強度和彎曲模量逐漸減少。但壓縮強度減少的程度低，中劑量載藥組（R2組、H2 組、E2 組、Z2 組）與對照組相比較差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），而彎曲強度和彎曲模量減少的程度快，中劑量載藥組（R2 組、H2 組、E2 組、Z2 組）與對照組相比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），高劑量載藥組（R3 組、H3 組、E3 組、Z3 組）壓縮強度、彎曲強度和彎曲模量與對照組相比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。這可能是因為抗結核藥物增加骨水泥凝固過程中的孔隙率，凝固過程中隨著骨水泥中抗結核藥物的釋放，勢必會在骨水泥中留下很多細小的空隙，抗結核藥物載入越多，殘留孔隙越大，生物力學強度下降越明顯。采用現(xiàn)代骨水泥技術將抗結核藥與骨水泥在真空無菌條件下混合，可最大限度降低負載抗結核藥物對骨水泥的影響。本實驗采用的真空攪拌技術成熟，能夠降低實際操作差異對載藥骨水泥力學強度的影響，使抗結核藥與骨水泥粉劑充分攪拌，避免了成團的抗結核藥析出后在骨水泥中留下較大的孔隙，從而降低對骨水泥的力學性能的影響。

本實驗結果顯示，載抗結核藥物會影響骨水泥生物力學特性，降低骨水泥機械強度，載藥越多影響越明顯。臨床使用時需根據(jù)實際要求選擇載入抗結核藥藥量，不能盲目增加載藥劑量。目前本研究結果僅限于體外實驗，不能代表其體內特性，臨床使用效果仍需進一步研究確定。