人工关节无菌性松动动物模型的成立Word文档格式.docx

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这关于研究人工关节无菌性松动的发生是专门好的病因模型，但这些模型也都存在一起的问题：

一方面建模进程周期长和费用高，另一面不适合抗松动医治研究的大范围挑选和研究。

因此，目前选择小鼠做动物模型者为多数。

其中一种小鼠模型是将磨损颗粒直接植入鼠类颅骨的骨表面，刺激颅骨炎性骨溶解；

另一种确实是小鼠气囊内植骨模型。

Zhang等［12］以为，小鼠种属的不同会对颗粒诱导的炎症反映、破骨细胞生成和骨质溶解有着显著的阻碍，而相关于Balb/c鼠和昆明鼠，C57BL/6型小鼠对超高分子聚乙烯颗粒（ultrahighmolecularweightpolyethylenepartides，UHMWPE）的炎性反映最为明显，因此选用C57BL/6型小鼠作动物模型为佳。

　　2磨损颗粒的预备

　　UHMWPE颗粒

　　聚乙烯是目前制造髋臼或髋臼内衬的要紧材料，其磨损颗粒已被公以为引发假体无菌性松动的重要因素。

不同分子量和交联程度的聚乙烯具有不同的生物活性。

通常利用的超高分子聚乙稀要紧有两种，一种是GUR1120，另一种是GUR415HP，前者多在欧洲利用，而后者多在美国利用。

德国赫斯特（Hoechst）公司、美国赫尔克乐斯（Hercules）公司和日本三井石油化学公司是世界上生产UHMWPE的三大公司。

从三大公司取得的UHMWPE颗粒有34％小于1μm，平均颗粒直径为±

μm。

UHMWPE是线形结构，但因分子量太大，结晶很困难，结晶度低，比重不超过。

　　UHMWPE具有耐磨性好、低摩擦性、抗冲击性好、抗反复疲劳强度高、质轻、电绝缘性良好、自润滑性好、耐低温性能优秀、利用温度范围宽、生理相容性好、耐侵蚀性好等优势；

UHMWPE也存在硬度低、强度不高、耐热性差、加工困难、抗蠕变性差等缺点。

　　钛颗粒

　　钛也是目前用于制造人工髋关节的要紧材料。

选用钛颗粒的缘故是其容易取得且易于在人工关节无菌性松动的患者组织学切片中被发觉。

钛合金特点是抗压强度、抗疲劳强度及耐蚀性好，比重低，有利于减少人工关节松动，但其耐磨性能较差。

　　陶瓷颗粒

　　因氧化铝陶瓷耐磨性和化学稳固性专门好，成为目前制造人工髋关节的经常使用材料。

　　钴铬钼颗粒

　　因钴铬钼合金的耐磨性好，故临床上也有选用钴铬钼合金作为人工髋关节的假体材料。

采纳的纯净钴铬钼颗粒平均直径为μm，从～μm不等，有90％以上颗粒小于5μm，50％以上小于2μm。

　　颗粒的制备

　　一样先将颗粒按不同直径规格过滤，置于消毒液中浸泡洗涤以除去内毒素，并用LimulusAmoebocyteLysateassay测定内毒素量。

然后用环氧乙烷气体消毒颗粒，最后将颗粒重悬在无菌载体溶液如PBS中备用［13～17］。

　　3无菌性关节松动动物模型的成立

　　兔模型

　　将成年新西兰大白兔用％戊巴比妥钠（按25mg/kg）静脉麻醉后，从膝关节前外侧入路暴露股骨关节面，用直径mm钻头沿股骨轴线方向钻孔，用冰冻生理盐水反复冲洗隧道止血，置入金属人工假体，术毕关闭切口，术后不制动。

术后第1～3天肌注青霉素，别离于术后第4、六、八、10、1二、14周向实验组大白兔的膝关节腔注射磨损颗粒悬液mL，同时给予对照组大白兔膝关节腔注射生理盐水mL。

术后第16周处死兔子，收成标本［18］。

　　该模型能模拟松动发生的病因，具有松动发生病理进程最要紧的特点，关于研究人工关节无菌性松动的发生是专门好的病因模型。

利用该模型能够把各类转变的实验条件综合作用于活体中的假体，使有效的关节间隙周围显现了含有磨损颗粒的界膜组织，这些都完全符合机体清除颗粒的机制。

该模型为活体模型，使假体周围的界膜组织长在假体位置，通过实验组和对照组比较，可得出二者生化和组织学活性的不同。

　　但该模型对手术操作要求较高，为膝关节的病因模型，并非能完全替代髋关节假体无菌性松动的情形。

而且人工假体与宿主骨整合达到靠得住固定后，显现类似于临床上的无菌性松动需要花费很长时刻。

Pag等［19］对大鼠实验模型进行改良，增加每周5d天天2h的活动量，尽管机械负荷的增加增进了假体周围界膜的形成，可是6个月以后仍无明显假体松动的迹象。

　　犬模型

　　取体重18～28kg的成年杂种犬和拉布拉多犬作研究对象。

术前1h予犬注射氨苄西林预防感染，然后予以氟烷麻醉，通过肱骨大结节暴露肱骨近端，钻头穿孔去除骨膜。

在透视下插入导丝，然后用空心手钻钻取孔径12mm的洞口。

生理盐水清洗后植入表面涂以陶瓷涂层的圆柱型钛假体，压配垫圈固定。

每头犬仅在一侧肱骨植入假体，另取犬作空白对照组。

6周后收成犬的肱骨近端［8］。

　　Shanbhag等［20］将狗分为三组，别离作人工股骨头置换术，术中第二、3组加入了磨损颗粒，第1组未加。

第3组给予阿仑膦酸钠医治，天天1次，直处处死。

结果X线片发觉，第3组狗持续24周没有发生溶骨反映，而第2组显现了明显的骨吸收与骨溶解。

　　犬肱骨假体模型针对动物的体型参数设计关节假体，再将假体植入动物模型体内，能够较好地复制人体内人工关节置换术的进程。

但其较注重于研究假体的机械应力对松动的阻碍，而关于无菌性松动骨溶解的进程存在缺点。

　　总的来讲，该模型周期长，费用高，也不适合抗松动医治研究的大范围挑选和研究。

　　绵羊模型

　　EIWarrak等［6］将年龄2～4岁，体重为45～90kg，平均60kg的成年雌性绵羊随机分为两组。

对照组假体予以完整的骨水泥覆盖以维持其稳固性，实验组假体予以特殊处置使骨水泥环存在缺点，造成假体的不稳固性。

手术时予美托咪定和氯胺酮联合静脉麻醉，结合安宁静注，同时维持给氧。

预防性应用抗生素5d，同时术后3d予以止痛药。

每头羊随机选取一侧肢体行全髋关节置换术。

第一暴露羊的髋关节，将股骨头脱位并在股骨颈处切断股骨头，要注意选取适合的股骨颈长度和股骨头大小。

扩髓器扩充股骨干髓腔，充分清洗骨髓腔和止血，将骨水泥注射到骨髓腔中，注意幸免气泡空腔的形成。

骨水泥仍然在液相时，插入大小适合的股骨假体，这时须注意维持适合的前倾角。

对照组操作时使假体覆盖完整的骨水泥，以维持假体稳固；

实验组是非稳固组，即在液相骨水泥注入后当即用小骨凿在外侧股管处凿打使骨水泥环存在缺点。

在骨水泥完全凝固前，造成位于股骨干外侧、与股骨颈成90°

角的骨水泥的标准化缺点，并将缺损扩大至股骨假体全长，宽为mm。

骨水泥凝固后，手术者可手动评判植入假体的稳固性。

所有植入假体必需达到稳固，除外实验组的标准化缺点。

术后2个月处死组的绵羊被饲养在狭小空间中，限制其行动；

而个月处死组被饲养在较大空间，不制动，直到实验终止。

处死绵羊后当即搜集其手术侧股骨及关节囊，冰冻保留以作下一步研究。

　　绵羊模型有着与人类骨关节相似的尺寸，而且能够利用大型的假体，以模拟临床的转变，并进行长期的研究。

缺点是研究费用高，不易于饲养治理，样本含量受到限制，专门不适合新型医治策略的研究，从而限制了该动物模型的普遍利用。

　　Warme制作的小鼠模型

　　Warme［21］应用8周大的小鼠成立模型。

第一行腹腔内注射麻醉，作髌前正中切口，暴露远端股骨间切迹。

将25号克氏针从切迹间钻入至髓腔内。

在实验组中注射mL的钛颗粒悬液×

1010particles/mL），使悬浮液内的钛颗粒随压力灌注到10mm长的25号不锈钢针上，钢针可避免钛颗粒溶液离开髓腔。

别离在第二、10、26周搜集动物标本。

　　第2周时可看到实验组钛颗粒散布于髓腔中，切片中可观看到实验组的股骨髓腔细胞数量较对照组减少；

相关于操纵组和第2周，第10周时髓腔内细胞数量减少，可看到明显的钛颗粒，临近髓腔的骨内膜表面不规那么，呈扇形改变并被侵蚀；

第26周时实验组与对照组的细胞数量大致相同，但较不均匀，且较之前实验组的钛颗粒数量明显减少，骨内膜的不规那么及扇形区域集中。

未见脂肪细胞增大，也未见细胞坏死。

　　该模型研究了小鼠长骨对磨损颗粒的反映，提出关于人工关节松动机械原理的新观点，有助于新医治靶点的研究。

　　采纳气囊成立小鼠模型

　　Ren等［15］第一采纳小鼠气囊模型来进行人工关节无菌性松动动物实验的研究。

第一在小鼠背部皮下注入3mL无菌空气成立气囊，气囊成立6d后处死小鼠，取其颅骨作为其他小鼠气囊植骨的供体。

将取得的颅骨修剪为直径约4mm的骨片，置于无菌的PBS中，预备植入。

依照每千克体重50mg戊巴比妥的剂量，对气囊小鼠进行腹腔麻醉。

在气囊上作一个cm长的切口，将小块颅骨植入气囊中。

再将无菌PBS和青霉素/链霉素（1∶100的比例）注射到气囊中，4号线缝合伤口。

以后将UHMWPE颗粒悬浮于10％PBS中，并注入实验组小鼠气囊中，对照组小鼠气囊内只注入10％PBS。

术后14d用二氧化碳处死小鼠，搜集小鼠的气囊和植入骨组织。

　　目前，此模型仍然是各类炎症相关研究中最活跃的体内动物实验模型［22］。

Gelb通过此模型发觉，颗粒的表面积是决定其组织反映的关键因素。

Wooley等［23］采纳此模型对UHMWPE，PMMA，TiA1V，CoCiMo四种假体材料的生物相容性进行对照评判，第一次发觉不同材料在引发机体炎症反映时有协同作用。

Ren等［24］发觉经颗粒刺激的气囊能在体外组织培育中增进骨吸收，这种作用与关节假体周围的骨溶解超级相似。

Yang等［25］对此模型观摩也发觉颗粒形状是阻碍囊壁细胞凋亡的重要因素。

　　小鼠气囊模型有如下优势：

a）模拟性强。

研究证明气囊与松动假体周围界膜的组织形态和细胞组成相似，囊内液体的细胞成份、炎性因子与假体周围液体相似；

b）有效性好。

各类生物材料颗粒都能有效引发气囊参生细胞反映和体液反映，囊壁厚度、囊液细胞含量、细胞因子等指标都能定量测定；

c）灵敏性好。

尤其是关于材料颗粒的成份、大小、表面积、表面形态等特性都有灵敏的反映；

d）造模简单，节约时刻和费用［15，23，26～30］。

　　气囊模型最大的缺点是没有骨组织的参与，因此不能直接观看到骨溶解的现象。

另外植入骨缺少血供也是一个专门大的缺点，限制了气囊模型只能用于研究急性骨质溶解，而不能用于慢性骨质溶解引发的无菌性松动的研究。

那个模型属于病理模型，没有假体的植入，因此在研究松动的进程中并无考虑机械应力对松动的阻碍［16］。

解决问题的假想有：

a）将气囊模型与骨组织体外培育模型结合起来，即材料颗粒刺激气囊，囊液/囊壁组织在骨组织培育中表现溶骨；

b）将同种异体骨块置于气囊中观看溶骨［25］，可是植入无血运的骨块并非能专门好地模拟体内情形；

c）Ren等［24］表达了在股骨头内成立气囊模型的假想，可是未见到应用报告。

　　大鼠气囊模型

　　取健康成年SD大鼠，背部皮下注入空气20mL，48h后补充注入空气10mL形成气囊。

形成气囊24h后气囊穿刺，注入PBS液5mL，六、24、48h别离穿刺抽液，搜集囊内液体，－75℃冻存备用［11］。

在SD大鼠皮下注入空气20mL能够形成饱满的气囊，大鼠术后活动正常。

48h后气囊由于气体吸收体积减小，张力下降。

再次注射10mL空气后张力恢复。

此模型以SD大鼠（体重200g左右）替代小鼠，从而实现了20mL气囊（原气囊为3mL），提高了实验的成功率，能够为实验提供更多的囊内液体和囊壁组织供多因素分析。

优缺点与上述小鼠气囊模型相同。

　　磨损颗粒诱导骨溶解的颅骨模型

　　该动物模型是用Merkel［31］第一利用，并被Zhang等［12］，Wedemeyer［13，32，33］，VonKnoch［34］，Tatro［35］，VonKnoch［36］等应用于实验研究中。

术前行腹腔内戊巴比妥注射麻醉，小鼠颅骨正中矢状缝作1个10mm的切口，暴露1个cm×

cm的骨外膜区域，植入干燥的聚乙烯颗粒（2×

108particles/1000μL［37］），缝合切口。

术后14d，小鼠在二氧化碳箱中被处死。

依照以往研究，在那个时候能观看到颗粒诱导的骨质溶解［32，33］。

　　磨损颗粒引导的骨质溶解的颅骨模型设计简单，节省时刻和费用，结果靠得住，有骨组织的参与，能够定量评判磨损颗粒诱发的骨溶解，克服了小鼠体内背部气囊模型中不能定量反映骨溶解破坏的缺点。

但此模型属于病理模型，没有假体的植入，因此在研究松动的进程中并无考虑机械应力对松动的阻碍。

同时此模型取材的时刻均在术后14d，因此仅局限为一个急性溶骨模型，这与人工关节松动发生的慢性溶骨进程是有不同的。

　　单核细胞衰竭的小鼠人工关节松动模型

　　Ren等［38］利用单核细胞衰竭的人工关节松动小鼠模型，证明了巨噬细胞的存在对UHMWPE颗粒诱导的炎性骨质溶解的严峻程度有着专门大的阻碍，并提出巨噬细胞衰竭是一种可行的预防和医治无菌性松动患者的方式。

实验中先将大豆卵磷脂、胆固醇、维生素E以1∶∶的比例混合冰融并过滤。

将干燥的类脂物混合体溶解于生理磷酸盐缓冲剂中，加入甘露醇和氯膦酸盐。

单室氯膦脂脂质体溶于磷酸盐缓冲液中，浓度为20mg氯膦脂/mL。

脂质体用无菌PBS稀释后，用于腹腔内注射。

全身巨噬细胞衰竭是在骨片植入前1天在腹腔内注射麻醉下行氯膦酸卵磷脂处置（100μL＝2mg），小鼠在植入颅骨2周后在二氧化碳箱内被处死，搜集含植入骨的气囊膜组织和小鼠脾脏。

　　氯膦酸卵磷脂处置对UHMWPE颗粒诱导炎性骨质溶解的抑制作用，提供了巨噬细胞在无菌性松动进展进程中起作用的证据。

一样此模型属于病理模型，没有假体的植入，因此在研究松动的进程中并无考虑机械应力对松动的阻碍。

　　4总结

　　以上从实验动物的选择、磨损颗粒的制备、动物模型的制作等方面介绍了几种人工关节无菌性松动动物模型，并论述了各类模型的优缺点，为人工关节无菌性松动的研究提供了方式。

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