野生動物骨修復的思考

杜娟 張生 呂灝

摘要：野生動物骨修復是野生動物在飼養管理過程中經常遇到的醫療救治問題。目前多用不銹鋼材料，野生動物多具有起跳速度迅捷，加速度快的特點。由于不銹鋼材質承壓能力差，野生動物術后不可控的奔跑跳躍，容易造成鋼釘斷折，鋼板扭曲，骨折部位再次移位，導致手術失敗。高性能碳纖維復合材料具有重量輕，強度大，彈性模量與骨組織接近，不導電，無電解，對射線無遮擋，生物相容性好的優點，用在野生動物骨科修復材料上優勢多，適用性強，有望成為野生動物骨修復的新材料。

關鍵詞：野生動物;高性能碳纖維復合材料;強度;模量

1 野生動物行為學

生物多樣性指的是地球上生物圈中所有的生物，即動物、植物、微生物以及它們所擁有的基因和生存環境。野生動物是自然環境不可分割的組成部分，與地形、氣候、土壤、植物等要素相互制約，融合成一個統一的整體。每個物種都有其特定的棲息地。不同的物種和同種類個體間都存在著對棲息地的空間和生活資料而發生的競爭。而這種競爭也完全符合達爾文的適者生存，物競天擇的進化論。因此野生動物的爭斗是一種比較頻繁的自然現象。每種野生動物都具有固定的發情期，特別是鳥類和哺乳動物，發情期時，即便平時十分溫順的動物也會出現攻擊性極強的行為。因此發情期的爭斗也是十分兇殘和頻繁的。野生動物的圈養模式相對于自然棲息地空間狹小，密度大，自然行為減少，刻板行為增多，這些行為特點也導致野生動物爭斗比較頻繁，外傷病例多發尤以四肢骨折較為常見，致殘率和致死率較高。

2 野生動物骨修復現狀與存在問題

野生動物由于樣本的稀缺性、特殊性和野生動物特殊的生理習性，導致了治療方案可查性的相關文獻稀少。目前國內對野生動物疾病診治階段還是以臨床獸醫經驗為主，特別是骨折的治療及后續護理工作，現階段還是以將人醫和伴侶動物的治療經驗方法套用于野生動物，修復材料多用醫用不銹鋼。無論哪種理論和方法，骨折固定有效、牢靠仍是骨折固定的重要標準。雖然骨折治療的理念不斷更新，方法多元化，內固定材料的研發力度日益加大，但是骨折不愈合率仍高達8%～10%。野生動物由于其特有的生理特性，沒有自我保護意識，可控性差，造成野生動物骨折手術術后護理難度大，雖手術成功，但護理失敗，導致二次手術。如 2017年11月24日，在青海省玉樹藏族自治州雜多縣救助一只約十歲半的雌性雪豹，12月進行手術復位，術后恢復較好，但兩個月后發現行動異常。麻醉進行檢查后發現，該雪豹左后肢股骨的三根鋼釘斷折，鋼板扭曲，股骨再次移位，隨后進行二次手術。一個月以后，進行了麻醉體檢。結果表明，雪豹正處在第二階段纖維性骨痂形成階段，股骨正在進行骨愈合，效果良好。結合以上病例分析，雪豹第一次手術后股骨再次移位的主要原因，除了雪豹自身特性，護理方案不夠完善外，鋼板材質不夠堅固，強度低，模量低，也是導致骨骼再次移位的主要原因。下面從目前骨科臨床所應用的骨修復材料性能的角度分析探討，以期未來找到更適合野生動物骨折特點的新材料。

3 骨修復材料當前分析與前景展望

目前骨修復材料多樣，主要包括天然骨材料、無機非金屬骨修復材料，金屬骨修復材料，及合成高分子修復材料。

1）天然骨主要包括自體骨、異體骨及異種骨三類。自體骨臨床上免疫排斥反應較低，生物相容性較好，骨誘導能力、骨傳導能力和骨修復能力均較強。雖效果最好，但較為稀缺。同種異體骨是替代自體骨治療大段骨缺損的良好材料，異種骨在口腔修復領域領先，其他方面仍需進一步研究。

2）醫用無機非金屬骨修復材料化學穩定性良好，很好的生物相容性和生物活性，具有一定的抗壓強度及其結構和化學組分可控，前景廣闊。

3）金屬骨修復材料包括醫用不銹鋼、可降解鎂合金、鈦合金。金屬材料具有良好的彈性模量，機械強度及充分的骨組織生物愈合條件。醫用不銹鋼發展較為成熟，價格低廉，易加工成型，但承壓力差。316L醫用不銹鋼最具代表性，一直被廣泛用于骨釘、骨板、人工關節等骨修復植入材料。目前臨床所用的骨科內固定材料以鈦合金為主，但是這種材料因其金屬屬性而存在以下問題：①具有射線（X射線）遮擋效應，相應造成影像學檢查（如CT和MRI）中的視野缺失或稱偽影，以及腫瘤放療劑量的損失;②由于彈性模量約135Gpa，遠高于人體皮質骨約18Gpa。產生顯著應力屏蔽作用，不利于骨創傷愈合;③析出的金屬離子，導致局部骨質疏松;④金屬材料導電和熱劇效應會對術后康復理療產生不利影響。

鎂及鎂合金，具有輕質、適宜力學性能，有良好的生物相容性、可降解性的優點，但是鎂合金存在降解速度過快，在植入部位產生炎癥等不足。

目前關于生物鎂合金的研究僅局限于體外和小動物體內，距離骨科臨床應用道路還很漫長。

4）合成高分子修復材料。聚醚醚酮作為新興的生物材料，具備生物相容性好，對射線無遮擋，彈性模量與骨組織接近，不導電，無電解反應等優點，已被用于神經外科、脊柱等方面，然而由于純Peek材料的力學性能如抗壓強度、抗彎強度等較低，所以不能直接用于具有承載功能的骨誘導修復植入體，如骨板、骨釘。目前臨床已經開始研究聚醚醚酮改性材料，碳纖維是一種強度高，模量高，密度低的增強材料，具有無毒、耐腐蝕性能好和射線通透性好等優點，在PeeK材料中作為增強相可明顯提高其力學性能。如碳纖維增強聚醚醚酮CF/Peek極大的提高了Peek材料強度、耐磨性，未來可應用于關節和創傷的領域[1]。 碳纖維增強復合材料（CFRP）與人體生物相容，且耐腐蝕，長期接觸酒精、藥物、血脂不會損傷，易清潔，重量輕，便于移動和調節。CFRP制成的假肢和矯形器強度高，重量輕，功能更完善。因此碳纖維增強聚醚醚酮復合材 料有望得到骨科臨床實際應用。

臨床上理想的骨修復材料應該具備的特性包括生物相容性、骨生成性、骨傳導性、骨誘導性、合適的孔結構、可降解性及一定的機械強度。根據骨修復材料以上必備特性，對目前運用較多的骨修復材料進行評估，綜合評估的結果為自體骨及Peek材料效果最佳。

4 小結與討論

野生動物的生存具有其特有的特性，既具有群居的社會性同時又具有領地行為，特有的行為學和圈養方式導致創傷性疾病多發，尤以四肢骨折較為常見[2]。骨折內固定手術是有效的治療方法，但野生動物術后的護理具有特殊性且難度較高，存在手術成功，但行動不可控導致二次移位的問題[3]。目前所用骨板，鋼釘的材質為鋼，承壓能力差，術后不可控的跳躍造成鋼釘斷折，鋼板扭曲，骨折再次移位導致手術失敗。骨修復材料承壓能力差，密度大，重量大在野生動物骨科手術應用上具有一定的局限性和缺點。高性能碳纖維復合材料不僅重量更輕，而且每單位重量CFRP復合材料更堅固、更硬，與金屬相比更是如此。將鋼與CFRP相比較時強度相同的碳纖維結構通常是鋼的1/5的重量;比強度是高強度鋼和鈦合金的5～6倍;比模量是這些材料的3～4倍。因此高性能碳纖維復合材料材料的重量輕、強度大、模量高，用在野生動物骨科修復材料上優勢多，適用性強。

從野生動物特殊性角度考慮，研發更適合野生動物特性的重量輕，強度高，彈性模量與骨組織接近，生物相容性好的新材料很有必要，目前該材料未得到廣泛推廣和應用。高性能碳纖維復合材料成本較高未普及，應用有局限性，隨這該材料生產工藝的發展和應用的推廣，未來有望在野生動物骨修復應用上進行進一步探索。

參考文獻：

[1] 薛成龍，王守仁，王高琦，等.碳纖維增強聚醚醚酮復合材料骨誘導修復植入體制備及微動摩擦學性能[J/OL].復合材料學報：1-11[2021-12-02].https：//doi.org/10.13801/j.cnki.fhclxb.20210911.001.

[2]胡樹慧.野生動物的領地[J].野生動物，2003（1）：38-39.

[3]盧巖，王運盛，張媛媛，等.北京動物園雪豹骨折術后護理[J].中國獸醫雜志，2020，56（12）：115-117.