可降解鎂合金骨植入對大鼠肝腎功能影響的實驗研究

張亞男，謝 文，肖 鵬，羅亞鴿，孫 瑞，馮 坤

（1.湖南中醫藥大學針灸推拿與康復學院，湖南 長沙 410000；2.河南省洛陽正骨醫院/河南省骨科醫院醫學檢驗中心，河南 洛陽 471000；3.河南省正骨研究院醫學實驗研究中心/河南省骨科醫療器械工程技術研究中心，河南 洛陽 471000）

目前骨科內固定多以不銹鋼、鈦合金、鈷合金等金屬材料為主，這些金屬材料因不可降解，需要二次手術取出。有研究表明[1，2]，不銹鋼、鈦合金、鈷合金等材料在人體中會產生對身體有害的因子。基于此，鎂合金作為新型骨植入材料研究成為熱點。WE43鎂合金相對于傳統骨修復材料，在可降解性、生物相容性、骨誘導性和價格方面有顯著的優勢，是一種新的理想型的骨科植入材料[3-6]。WE43 鎂合金含有少量的重金屬和稀土元素，其良好的力學性能和易加工性使其具有骨生物材料應用價值，但該合金的體內實驗研究報告不多。本研究通過在大鼠股骨植入WE43 鎂合金，觀察鎂合金在大鼠體內降解后血常規和肝腎功能指標的變化情況，為新型醫用鎂合金生物安全性評價提供依據，現報道如下。

1 材料與方法

1.1 實驗動物與材料 SD 大鼠12 只，體重200～300 g，雌雄各半，購自河南省實驗動物中心。本實驗大鼠遵循動物實驗倫理的要求。WE43 鎂合金圓型棒材，合金元素含量為3.8%釔（Y）、2.4%稀土、0.5%鋯（Zr）、0.2%鋅（Zn），余量為鎂（Mg）。棒材用數控車床加工成Φ2 mm×4 mm 的圓柱試樣，所有試樣清潔后高溫滅菌備用。血常規檢測指標采用XE-5000 全自動血細胞分析儀（SYSMEX 株式會社）分析，試劑為SYSMEX 公司產品。肝、腎功能指標采用LABOSPECT 008AS 全自動生化分析儀（日立公司）分析，試劑為WAKO 公司產品。病理學觀察采用OLYMPUS-BX41 顯微鏡拍照，制片和染色試劑為羅恩AR 純試劑。

1.2 方法 根據隨機數字表法分成對照組和實驗組，每組6 只。大鼠術前禁食24 h，用3%戊巴比妥鈉腹腔注射麻醉（50 mg/kg），剪毛備皮，常規無菌條件下進行股骨髁骨缺損植入手術。實驗組經皮暴露左右兩側股骨踝位置，骨膜下剝離顯露骨質，電鉆垂直于骨干方向用鉆頭鉆出Φ2 mm×4 mm 骨缺損，術中用生理鹽水沖洗降溫。把鎂合金小棒植入大鼠的骨缺損處，完畢后沖洗并縫合傷口，碘伏消毒后膠帶纏住縫合部位，以防動物疼痛撕咬。X 線片觀察植入部位。給予慶大霉素肌肉注射，2 萬U/（只·d），連續注射3 d。對照組同等條件下只切開皮膚即縫合，不做植入處理，術后同樣抗菌素處理、飼養條件同實驗組。大鼠術后飼養3 個月，腹腔麻醉，通過腹腔靜脈采血制備全血和血清，用于血常規和肝、腎功能指標檢驗。血常規檢測項目為白細胞（WBC）、紅細胞（RBC）、血紅蛋白（Hb）、紅細胞壓積（Hct）和血小板（PLT）。肝功能檢測指標為天門冬氨酸氨基轉移酶（AST）、丙氨酸氨基轉移酶（ALT）和堿性磷酸酶（ALP）。腎功能檢測指標為尿素氮（BUN）、肌酐（Cr）和尿酸（UA）。過量麻醉處死動物，取肝臟、腎臟和脾臟組織于甲醛溶液中固定，常規切片HE 染色進行組織病理學觀察。

1.3 統計學分析 實驗數據錄入Excel 表，建立數據庫。用SPSS 22.0 軟件進行統計分析，計量資料采用獨立樣本t檢驗分析，結果以（）表示，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組血常規指標比較 實驗組WBC、RBC、Hb、Hct、PLT 水平均低于對照組，但差異無統計學意義（P＞0.05），見表1。

表1 兩組血常規指標比較（）

表1 兩組血常規指標比較（）

2.2 兩組肝功能指標比較 實驗組ALT、AST、γ-GT指標高于對照組，ALP 指標低于對照組，差異無統計學意義（P＞0.05），見表2。

表2 兩組肝功能指標比較（，U/L）

表2 兩組肝功能指標比較（，U/L）

2.3 兩組腎功能指標比較 實驗組BUN、Cr 指標低于對照組，但差異無統計學意義（P＞0.05）；實驗組UA 低于對照組，差異有統計意義（P＜0.05），見表3。

表3 兩組腎功能指標比較（）

注:*與對照組比較，P＜0.05

2.4 組織病理學觀察 兩組大鼠肝小葉結構未見明顯變化，無組織水腫、炎癥等異常變化，肝細胞結構正常；腎組織結構未見異常改變，腎小球結構清晰，內皮細胞數目正常。周圍的腎小管也正常，無變性或充血，未見炎性細胞浸潤，提示可降解鎂合金骨植入后大鼠肝臟和腎臟組織結構形態沒有實質性改變。兩組脾臟組織結構正常，見圖1。

圖1 組織病理學切片（HE×100）

圖1 組織病理學切片（HE×100）（續）

3 討論

WE43 鎂合金是目前研究較多的可降解骨生物材料之一，應用其體內降解性能制造骨內固定器械可避免二次手術，降低醫療費用、減少手術風險。體內植入物的生物安全性實驗是生物材料研究的重要工作之一，血液指標能很好地反映植入物對機體造成的影響。王義生等[7]發現在大白兔體內植入鎂合金后，肝腎功能各項生化指標在植入材料前后各時間點無明顯波動，說明鎂合金未對動物循環、免疫、泌尿等系統造成明顯影響。Xue B 等[8]發現在大鼠體內植入鎂合金后，肝腎功能各項生化指標在植入材料前后無明顯差異，HE 染色顯示氣管、肝臟、心臟和腎臟組織無病理改變。Tie D 等[9]采用新西蘭大白兔進行鎂合金骨植入，觀察到16 周后植入合金的降解過程對血液學、心臟損傷、炎癥、肝功能和代謝過程等16 項主要指標無明顯影響。劉天甲等[10]研究發現新型生物可降解鎂合金顱骨固定系統植入健康新西蘭大白兔后，實驗組術后不同時間點的WBC、RBC、Hb、Hct、PLT、ALT、AST、ALP、BUN 和Cr 與對照組比較無差異，兩組各項指標均維持在較穩定的狀態。

本實驗通過檢測大鼠血常規和肝、腎功能指標，來了解含有稀土元素的可降解鎂合金在骨植入后對實驗大鼠肝、腎組織結構和功能的影響。結果發現可降解鎂合金骨植入3 個月后，除了UA 低于對照組動物外，實驗組動物血常規和肝功能、其他腎功能指標無明顯變化，與既往報道[11-13]相似，提示鎂合金骨植入后降解釋放的元素未對動物肝、腎組織造成明顯損害。病理檢查結果也顯示，動物鎂合金骨植入3 個月時肝臟、腎臟和脾臟組織結構未見異常改變。實驗觀察到的鎂合金骨植入后UA 含量降低目前未查閱到其他報道，具體原因不清。本實驗結果表明鎂合金的骨植入雖然對動物生理指標有一定的影響，但是并沒有發現肝、腎、脾組織發生實質性變化。

由于實驗動物血常規和肝、腎功能測定易受動物品種、年齡、雌雄及樣本采集、所用儀器及試劑、人為操作[14]等外界因素影響，可能影響檢測值。進一步的生物安全實驗研究需要更加嚴格地控制各種影響因素，且需要加大樣本量，延長實驗周期來系統評估鎂合金骨植入后可能的安全風險。