王欣彤 杨丽晖 周朝波

摘要：膝关节骨折是一种常见的骨科创伤疾病，因为其骨折部位较为特殊，所以通常情况下都需要经过手术进行治疗，而骨折固定是手术治疗的关键所在，目前常用螺钉、缝线、钢丝等进行内固定，但是其固定效果还是达不到预期效果，并且术后的愈合及膝关节功能恢复也不太理想。纳米骨粘合剂是近些年来研发出来的新型生物材料，其生物相容性良好、力学性能优良、且操作简便，对人体无毒无害，是非常理想的骨折固定材料，此外纳米骨粘合剂还能促进骨折的愈合，文章探讨了纳米骨粘合剂在老年膝关节骨折固定中了应用情况，最后表明纳米骨粘合剂在骨折固定领域具有十分广阔的应用前景。

关键词：纳米骨粘合剂;医用骨粘合剂;膝关节骨折;骨折固定

中图分类号：TQ584⁺.31;R687.3 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）01-0069-05

膝关节骨折是老年人常见的一种骨科创伤疾病，它指的是胫骨近段和股骨远端这个范围内的骨折创伤，膝关节骨折多是由于暴力导致，通常情况下是需要通过手术来进行治疗的。但是传统的手术治疗手段疗效一般，并且手术创伤也较大，手术中会剥离大面积骨膜，需要将骨折面完全暴露出来，这样就造成术后创伤不易愈合，术后并发症较多，如感染、愈合畸形及内固定脱位等等。近些年来，骨组织工程的发展也取得了一定的成就，研究出了几种骨折固定的方法，如微创内固定法、注射生物复合材料等。在骨折治疗手术中常会用到医用骨粘合剂，它是一种新型的骨折固定材料，能够使骨折碎片良好的复位，其操作也十分简便，易于塑性，性能稳定，所以术后的并发症也大大尖减少。医用骨粘合剂的粘接原理一般包括机械互锁、分子间吸附、化学键结合，而评价其应用性能的一个重要指标就是粘接强度。医用骨粘合剂的应用效果和范围取决于它的粘接强度和粘接机理，但是目前所使用的用骨粘合剂的生物相容性、粘接强度、机械性能、骨传导性等性能都比较超，所以其应用范围和效果都受到了很大的限制，现阶段医用骨粘合剂主要是应用于骨质疏松、关节假体置换等方面，反而较少的应用到骨折固定中。为了使骨粘合剂在骨折固定领域发挥更大的作用，需要找到一种有效的方法来改善骨粘合剂的粘接强度、生物相容性及机械性能，使其能够直接用来粘接骨折的断端，并且对骨细胞的生长具有促进作用，既能促进骨折愈合，又能很好的实现骨折固定。曾经有研究人员将碳、金属、聚芳基酰胺纤维等物质加入到骨粘合剂中，通过化学和物理方法来对其进行改性研究，结果发现骨粘合剂的生物性能和粘合力有所提升，但是粘接骨折断端的效果还是不太理想。近些年，随着纳米技术及纳米材料在医学领域的应用越来越深人，研究人员也利用纳米技术对医用骨粘合剂进行了一系列纳米改性研究，就已有的研究结果来看，经过纳米改性后的骨粘合剂，其各项性能都有了一定程度的提高，解决了传统医用骨粘合剂的一些不良问题，表明其在骨折固定领域具有十分广阔的应用前景。这里我们探讨了在老年膝关节骨折固定中，纳米骨粘合剂的应用情况。

1膝关节骨折概况

1.1膝关节骨折

膝关节骨折大体可以分为两类，一类是波及关节软骨面的骨折，常见的有髌骨骨折、胫骨平台骨折、股骨头骨折等;还有一类是骨折线并未波及关节软骨面的骨折，常见的有桡骨颈骨折、股骨颈骨折等。膝关节骨折的近关节部位大多为松质骨，所以比较不好稳定固定，手术治疗后通常都需要佩戴支具，并且无法进行早期的关节功能鍛炼，后期的愈合效果也不佳，这一难题一直困扰着创伤骨科医生。尤其是随着人口老龄化问题越来越严重，膝关节骨折的发病率也越来越高，因此急需找到一个有效的治疗膝关节骨折的方法。

1.2膝关节骨折治疗发展历程

在20世纪70年代以前，膝关节骨折的治疗主要以保守治疗为主，一般是通过牵引和手法闭合复位的方法治疗，然后用夹板、石膏及支具进行固定。这种治疗方法无法进行早期的膝关节伸屈功能锻炼，据相关数据统计，通过这种治疗方法治疗的50%以上的患者都有不同程度的膝关节功能障碍。到了20世纪80年代后期，有部分患者采用了切开复位内固定的治疗方法，但是当时缺少适合的内固定物，即使能够直接固定骨折部位，也不够稳固，所以还是需要外固定物的支撑，这也使得患者的关节功能回复率仍无法显著提升。直到90年代，早期功能锻炼和骨折固定复位的重要性被研究人员认识到，所以在进行治疗时，开始切开患处，使骨折部位大面积暴露，并使用多钢板直视复位稳定固定。手术后还要利用CPM机进行早期被动功能锻炼。但是因为手术切口较大、暴露面积大，术后的感染率也大大提高，所以治疗效果仍然无法达到预期效果。尤其是一些粉碎性骨折，骨折碎片无法被内固定物良好复位。

1.3膝关节常见骨折治疗现状

1.3.1股骨髁部骨折

股骨髁这个部位是松质骨和密质骨的移行部位，骨头较扁较宽，是膝关节的组成部分之一，据相关数据统计，股骨髁部骨折的不愈合率超过4%，并且患者进行手术后有30%出现了关节粘连和畸形愈合。骨折的大小、数量及移位方向等可以通过常规的CT三维重建来确定翻，同时可以了解关节骨折情况和骨折粉碎程度。3D打印技术的应用可以帮助骨科医生了解股骨髁骨折的骨折类型和受伤机制，帮助实现对骨折模型的拟合，是骨折状况能够形象直观的展示出来。常用的股骨髁骨折内固定手术系统有动力髁螺钉内固定术、角钢板内固定术、髓内钉固定术以及微创内固定系统桥接固定等。

1.3.2胫骨平台骨折

骨科中最常见的一种关节内骨折就是胫骨平台骨折，相关数据表明成人的发病率在6%左右，通常都是采用手术来治疗，但是由于手术切口较大，暴露广泛，所以手术后的感染率较高，还可能出现膝关节创伤性关节炎、关节面塌陷等术后并发症。有研究人员研发了一种顺势牵引复位器，它主要是应用到微创治疗胫骨平台骨折的手术疗法中，又顺势迁移复位理论可知，微创复位顺应了骨折好走位的软组织生物学特性，对骨折断生理学环境有保护作用，顺势复位牵引器的主要特点是它能够提供更加持续的牵引作用，其牵引力也更大，直接依赖骨折周围软组织生物学特性就能够实现骨折碎块的复位固定，此外，其牵引力的方向符合下肢机械轴线，与人体正常生理学特性也相符合，同时在质量骨折时，这种方法操作也较为快速、简便。顺势牵引的作用下，骨折周围软组织会由于挤压作用，侧方移位的骨折块会进行自行复位，对内外侧的髁脱位进行纠正，并且恢复下肢力线。另外，有研究人员提出，在对胫骨平台骨折进行复位后还需要进行植骨操作，研究表明新型人工骨移植材料玻璃骨的植骨效果最好。

1.3.3交叉韧带胫骨止点撕脱骨折

相关数据统计，前交叉韧带胫骨止点撕脱骨折较多发生在8—14岁之间的青少年，而后交叉韧带胫骨止点撕脱骨折多发于35-40岁之间的成人，其占膝关节损伤的20%。治疗交叉韧带胫止点撕骨折的关键就是骨折块的成功复位，手术中常用的固定方法是可吸收螺钉、钢丝、缝线以及空心螺钉，其中的可吸收螺钉是不需要在进行二次手术取出的，但是其在固定过程中有固定不牢或出现断钉的风险，钢丝和缝线的固定较为灵活，它们可以直接穿过较大骨折块并进行固定，但是它们都需要在骨折块的周围钻取骨隧道，操作上面相对复杂。

2纳米骨粘合剂在膝关节骨折固定中的应用

2.1纳米骨粘合剂

纳米材料是由纳米微粒组成的材料。随着纳米微粒粒径的减小，其比表面积、表面能、表面原子数和表面张力等都会急剧增加，因为纳米微粒的尺寸很小，使得纳米粒子具有了量子尺寸效应、小尺寸效应、表面能以及量子隧道效应等等，进而导致纳米材料的力学性能、热学性能、光学、磁性能表面稳定性能以及超导性能等都出现了奇异变化。也就是说微粒的结构单元达到纳米级别时，材料的各项性质都是发生显著变化，并伴随着新的物理和化学性能的出现。近年来，科研人员针对医用骨粘合剂进行了一些列的納米改性研究，结果其化学、物理、生物等反面的性能都发生了显著的变化，例如骨粘合剂的粘合力得到改善，并且其骨传导性、生物相容性及机械性能都有所提高，最后发现经过纳米改性后的骨粘合剂的降解速度还能与骨折的愈合时间相适应。目前，研究人员利用纳米技术研发了多种新型的纳米骨修复材料，例如纳米高分子聚合物、纳米仿生骨、纳米陶瓷、纳米复合材料等。纳米骨修复材料的主要优势在于其机械性能较高、室温情况下可固化、生物相容性好、理化性质优异以及应用方式简便等。但是纳米骨修复材料的粘接强度低，无法应用于骨折固定，只能作为细胞支架材料。所以目前的研究重点就是制备出粘接强度更好的纳米骨粘合剂。

2.2PMMA纳米骨粘合剂在骨折固定中的应用

甲基丙烯酸甲酯是PMMA骨粘合剂的主要化学成分，其均聚物或者共聚物和单体经过固液两相混合，然后在常温下固化，最后获得丙烯酸类的粘合剂。目前有两种形式的PMMA骨粘合剂，即负载抗生素骨粘合剂和普通骨粘合剂。PMMA骨粘合剂的优势在于其力学性能良好，易于塑性，且生物稳定性优良，它常被应用到关节置换术、骨缺损、椎体成形术、骨肿瘤等粘接固定中，因此目前应用最广的的骨粘合剂就是PMMA骨粘合剂。PMMA骨粘合剂的缺陷在于其主要成分与人体骨成分差异巨大，因此其生物相容性较差，弹性系数高，疲劳强度和粘合力都不够，此外PM.MA骨粘合剂在聚合时会释放出较高的温度，其体积收缩明显，在此过程中还会产生毒性反应，具有很高的栓塞风险，所以其在骨折固定领域的应用十分有限。因此，研究人员利用纳米技术对PMMA骨粘合剂进行了改性研究，在其改性过程中用到了一些纳米复合材料，例如蒙脱石、多壁碳纳米管、二氧化硅纳米颗粒等等。研究结果也表明经过纳米技术改性后的PMMA骨粘合剂的性能明显提升。研究人员将基于矿物成分的纳米混合材料与PMMA骨粘合剂进行复合，最后发现改性后的骨粘合剂聚合时所释放的温度明显降低，其热稳定性大大提高，有效的避免了骨细胞的坏死，同时其机械性能、生物相容性、抗疲劳性能以及生物活性等都有明显改善。也有科研人员将PMMA骨粘合剂与纳米羟基羚灰石材料进行了复合研究，结果发现骨粘合剂的生物相容性、机械性能和生物安全性都显著提高。由此可见，纳米技术是改善PMMA骨粘合剂性能，使其适合于骨折固定的重要手段，但是目前还处于研究阶段。骨粘合剂对骨组织的粘合力是骨折固定稳定性的决定性因素，PMMA骨粘合剂的主要缺陷就在于其生物相容性和粘合力较差，而通过纳米技术对其进行改性，可以有效的解决这一问题，所以PMMA纳米骨粘合剂在未来肯定可以在骨折固定领域发挥重要作用。

2.3CP纳米骨粘合剂在骨折固定中的应用

羟基羚灰石是CP骨粘合剂的主要化学成分，CP骨粘合剂是一种自固化非陶瓷的新型骨修复材料。CP骨粘合剂的优点就在于其填充性能优异、易塑性、骨传导性能优良、生物相容性良好以及易降解，此外CP骨粘合剂固化时所释放的温度也较为适宜，无毒无刺激，安全可靠。其缺陷在于其粘接强度不足，抗张力及抗压力能力不强，所以它的应用主要是在松质骨的固定反面，例如胫骨平台、桡骨远端等。科研人员利用纳米技术将壳聚糖、明胶、纤维蛋白、胶原、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乳酸等聚合物与纳米CP骨粘合剂进行复合m，得到的新型CP纳米骨粘合剂的机械强度和粘合力都显著增强，其生物相容性和骨传导性也明显提升，此外还能够促进骨组织的生成。有研究人员合成了硫酸软骨素、壳聚糖、纳米CP、透明质酸的支架，获得的CP纳米骨粘合剂生物相容性极好，同时可以促进骨细胞的生长和分化，是一种优良的骨修复材料。还有研究人员将羧甲基壳聚糖海藻酸钠复合材料与纳米CP进行了复合，也是的其生物相容性大大提高，粘接强度和力学强度也显著提高，非常适用于松质骨的粘接固定。此外有研究表明，将力学性能良好的具有特殊纳米结构的碳纳米管添加到CP骨粘合剂中，可以显著改善CP纳米骨粘合剂的力学性能，还使得其具有了一定的磁力性能。CP骨粘合剂较差的粘合力及抗张力、抗压力性能，使得其在骨折固定领域的应用受到限制，因此解决这些问题时今后研究CP纳米骨粘合剂的重要方向之一。

2.4CAs纳米骨粘合剂在骨折固定中的应用

α-氰基丙烯酸正丁酯、α-氰基丙基酸正辛酯等是CAs骨粘合剂的主要化学成分，它的乙烯单体的碳原子上面连接有极性基团，这些极性基团可以产生诱导效应，因此可以迅速的与生物组织粘接，具有良好的粘合力。此外，CAs骨粘合剂在室温下就能够快速固化，在生物体内也可以降解，同时不会产生致癌物质及有毒物质。目前，已有CAs骨粘合剂用于骨折固定的实例，虽然有一定的优势，但是也存在一些缺陷，对于骨折部位的粗糙表面和多孔不为，CAs顾你啊呢好几的填隙不够充分，弹性和粘接强度也不足，此外CAs骨粘合剂在固化过程中会释放热量，会导致周围组织结构热烧伤，其降解速度也较为缓慢，对骨组织的愈合不利，这些缺陷大大限制了CAs骨粘合剂在骨折固定中的应用。所以科研人员利用纳米技术对CAs骨粘合剂进行了一些列研究，试图改善其各项性能。有研究人员将纳米硫酸钙与CAs骨粘合剂进行了复合，结果发现改性够的CAs骨粘合剂的力学性能和骨传导性显著提升，有利于提升骨折愈合后的力学强度，同时还能够促进骨折愈合及骨细胞迁移。有项研究将淫羊藿素和纳米硫酸钙加入到CAs骨粘合剂中对其进行纳米改性，经过体外实验研究后发现改性后的CAs纳米骨粘合剂的固化时间和力学强度明显比普通的医用粘合剂好，同时还具有促进成骨的作用。CAs骨粘合剂无法在骨折固定领域得到广泛应用的主要原因还是在于其粘合力不足，所以如何提高其粘合力是研究人员的主要课题之一，也是目前骨粘合剂的研究重点。

3结语

随着社会人口老龄化的问题日趋严重，老年膝关节骨折的发病率也在逐年增长，因此需要找到一种有效的治疗老年膝关节骨折的治疗方法。目前主要是通过手术来治疗膝关节骨折，而手术关键的问题就在于骨折块的固定，目前常用的是螺钉、缝线、钢丝等来固定骨折块，但是这种固定方法对于术后的愈合及膝关节功能的恢复都不太理想，因此才有了医用骨粘合剂的用武之地。医用骨粘合剂的生物相容性较好、组织毒性较低且操作简便，但是传统的普通医用骨粘合剂的粘接强度都明显不足，所以骨组织工程工作者对骨粘合剂进行了一些列的改性研究，希望提高其各项性能，研究人员利用纳米技术对骨粘合剂进行了一系列的纳米改性研究，结果表明改性后的骨粘合剂的粘接强度、生物相容性及机械强度都显著改善，进一步表明纳米骨粘合剂在未来的骨折固定领域的应用前景十分广泛。