基于骨科護理應用發展的新型材料研究

秦立寧，許 娜，董 靜，董 棟，林 源

（1首都醫科大學附屬北京朝陽醫院麻醉科，北京100020；2首都醫科大學附屬北京朝陽醫院骨科，北京100020）

骨科作為醫院的重要組成部分，每年都會收診大量因意外而受傷的患者，且近年來骨科患者的數量也在逐漸增加，這給骨科的醫師和護士帶來了更大的挑戰，同時也對骨科手術以及術后護理工作帶來了更高的要求[1]。

作為在人體中起到重要力學支柱的骨骼，其一旦受損，在治療和護理過程中往往都極為復雜，且治療和護理的過程也會直接影響到人體運動方面的恢復程度[2-3]。在治療骨科疾病過程中，除了對醫師技術的要求之外，往往也會使用到許多新型骨科生物醫用材料和技術，這在極大提升骨科手術的可執行性的同時，對術后護理也起到了極大的輔助工作。下面對目前骨科治療及護理過程中的常用材料及技術進行介紹。

1 骨科生物醫用材料

生物醫用材料是以醫療行業為主要應用方向，可在臨床治療中用于生物體，而且同時具有良好的生物性的物質，且其在醫療領域中具有無可替代的重要地位[4]。而骨科生物醫用材料則是主要應用于骨折、骨損傷、骨修復等過程中，目的是通過對受損骨骼進行修復或者直接取代受損骨骼使患者可以恢復正常行動能力。當下全球人口數量大，每年因意外而受傷的人也很多，這直接形成了市場對骨科相關產品的巨大需求量，因此現在骨科生物醫用材料一直是一個非常重要的研究熱點[5]。另外由于在使用過程中的不同條件和對理化性質、相容性的要求，對其研究和制備過程有了更高的要求。

目前在骨科疾病治療過程中有幾十種常見骨科生物醫用材料，所以其分類方法也極為多樣。按照材料自身的屬性來分[6-7]，可分為復合材料、陶瓷材料等；按照材料的生物親和力及相容性分，可分為惰性材料、活性材料及可降解材料等。

1.1 生物惰性材料

生物惰性材料與人體的生物相容性極好，將其植入人體后與周圍人體組織幾乎不發生生化反應[8]。在手術過程中放置到人體內的惰性材料的外觀形貌以及自身的性質不會發生改變，因此其在人體中主要起到承力的作用，而且是比較穩定的，這在患者術后的運動能力恢復方面可以起到較好的保證作用。但由于其彈性模量與真正的人體骨骼相比還是有所差別的，所以在使用過程中有可能會造成手術之后骨不連或再次骨折的情況發生[9]。

1.2 生物活性材料

生物活性材料可以在使用過程中通過與周圍的人體組織相接觸從而發生一定程度的生化反應，在生物醫療材料中也較為常見[10]。目前使用較多的主要有生物活性玻璃材料、羥基磷灰石材料等。其中研究最為全面、最為完整的就是羥基磷灰石材料，因為其有一種最重要的性能就是其可以在人體中引導新骨形成，這在患者的術后護理休養過程中是極為重要的。但同時也具有抗彎折性能較差、自身比較脆的缺點，所以在承力方面的應用受到了一些限制。同樣因自身材料性能較脆而在使用時受到限制的生物活性玻璃材料也可以對患者術后休養過程起到極大的幫助，因為其可以修復損壞的組織并起到一定的替代作用。

1.3 生物可降解材料

生物可降解材料是目前最受關注的生物醫療材料，因為其可以在人體體液環境中發生一定的反應，最后被人體吸收或者逐漸被排出體外[11]。這樣既可以在術后護理過程中對人體起到極大的幫助，同時又不會對人體造成損害或不良反應。可降解陶瓷、高分子材料雖然在生物相容性、生物功能性、藥物控釋技術等方面具有很大優勢，但其缺點也同樣很明顯。

可降解金屬材料則很好地避免了這些問題，是一種非常理想的可用做骨科內植物的材料，但目前對此仍需進一步研究，一旦相應的技術成熟，金屬生物材料在生物材料領域中將會產生巨大的影響。其中研究較多的就是具有輕量化優點的鎂及鎂合金，因為其與人體皮質骨的骨相非常接近，且可以促進骨愈合；鎂合金降解之后形成的鎂元素也是人體代謝過程中不可缺少的一環，在患者術后護理過程中對骨骼的重新生成具有極其重要作用。

2 3D打印技術及材料

3D打印技術近年來在骨科、關節外科等領域中應用較多。同時，3D打印技術也可以在術前及骨科護理過程中對患者起到較大的幫助作用，還可以作為一種新型的輔助講授工具使用[12]。

2.1 實物模型

在患者進行過相關的醫學檢查之后，為了更加透徹、更加清晰地展現出患者的實際病情以供醫生在病情探討階段進行更好的分析或者對患者進行更好地解釋說明，可以通過3D打印技術制作出與患者實際情況一模一樣的實物模型。這樣既可以讓醫生面對復雜的脊柱側彎、骨折等情況時可以提前進行模擬演練以提高手術精準度和成功率，同時也可以減少患者在手術過程中發生感染或者發生術后并發癥的可能性。

2.2 內植物

目前我們國家食品藥品監督管理總局已經批準了使用3D打印技術制造骨科內植物，但其提供的可供選擇的型號較少，只有有限的幾種，這顯然是無法滿足現在病損復雜的患者。近年來，由于3D打印技術的不斷發展進步，已經可以達到按照患者的實際病情以及在治療過程中的特殊需求去制定合適的內植物，這可以對骨缺損和修復方面提供一種更加行之有效的手段，這也可以說是3D打印技術在骨科領域中最有前景的使用方向。目前仍有許多科研單位和醫療機構在更加深入地研究使用3D打印技術去制造內植物，對此近年來也出現了許多優秀的科研成果。如北京大學第三醫院研究團隊通過對鈦合金進行3D打印制備了全世界首例全微孔型3D打印內植物，并證實了其可以在對脊椎腫瘤的重建和恢復過程中起到極大的作用[13]。

2.3 導航導板

3D打印技術的另一個應用就是在制作導航導板方面，通過3D打印制備導板，不僅可以提升手術過程中的精準性，使釘子的植入位置更加精準；也可以大幅提升手術效率。

孫茂淋[14]等通過在全膝關節置換手術中使用3D打印技術制備的導航導板，發現與傳統的手術方法相比，這種方法可以大幅降低手術過程中的失血量，且在術后恢復階段患者的恢復效果也更好。而且這種方法在治療骨盆腫瘤的截骨手術中，同樣可以其到比傳統手術方法更加良好的效果。通過3D打印技術制作導航導板不僅適用，而且精度較高、手術時間短、術后并發癥的發生幾率同樣也很低，這對患者術后快速康復是極為有利的。

通過3D打印技術可以將新型材料在醫學領域進行更加深入的應用，讓醫患雙方都對病情有更加清晰的認識，提升醫患雙方交流效率，讓醫生對手術更加熟練、更有把握，提升手術成功率；讓患者對自己病情及治療方案更加清楚，在治療過程中降低患者對未知手術過程的恐懼，有利于患者心理健康。這不僅對手術過程有利，而且在術后的護理及恢復階段更是可以起到極大的作用。

同樣3D打印技術也可以應用于健康教育以及護理帶教中，對于醫學護理方向中，臨床護理實習是非常重要的一環，這不僅可以將護理專業學生幾年來學習到的理論知識與實踐相結合，更可以讓他們對實際護理過程有更加深入、直觀的了解。而骨科護理方面的實習，因為面對的都是一些極其復雜、抽象的病情，因此需要學生對此有豐富的想象力，而老師僅通過書本、口頭講授、課件等方式顯然也極其困難去表達自己的想法。因此使用3D打印技術制造實物，將其應用于骨科臨床護理帶教中，可以讓學生理解護理要點，也可讓老師更加直觀地傳授相關的經驗。

3 高分子醫用材料

3.1 天然高分子材料

殼聚糖是由甲殼素脫乙酰化而制得，屬于天然高分子聚合物，因其具有良好的生物降解性、相容性、活性、低免疫反應及促進傷口愈合等特性而被廣泛使用。殼聚糖結構與人體骨基質中的主要組成部分糖胺聚糖結構相似，且其具有極強的骨誘導性，同時也能夠促進細胞黏附、刺激新生血管。

膠原蛋白存在于人體不同組織中，也是一種天然高分材料，根據不同屬性可分為很多種類。目前最常見的就是Ⅰ - Ⅳ型膠原蛋白，而在人體中分布最多、最廣泛的則是Ⅰ型膠原蛋白。研究表明，其可以誘導骨髓間充質干細胞向成骨細胞分化，這點已經在骨組織修復方面有了大量應用。

3.2 人工高分子材料

目前已開發出許多可用作骨修復的人工合成高分子材料，其主要包括聚丙交酯（聚乳酸）、聚己內酯、聚乙交酯等。其中聚乳酸的應用最為廣泛，因為聚己內酯親水性較高，導致其降解速率較低。根據不同的旋光性可將聚乳酸分為右旋聚乳酸、外消旋聚乳酸、左旋聚乳酸三種。左、右旋聚乳酸是半結晶聚合物，降解速度慢，是外科整形材料及內植材料等的理想材料。聚乙醇酸是線性脂肪族聚酯，結構簡單，具有良好的生物相容性、可降解性和良好的加工性，目前主要用于可吸收螺釘、纖維抗氧化等方面。

4 結語

隨著目前醫學與材料領域的逐漸發展，各種新材料也層出不窮。相信未來還會有更多、更合適、性能更加優良的材料和技術出現，在提升醫療技術的前提下，也可為患者減輕痛苦，為患者在術后護理階段營造更加良好的環境，同時也可以反過來推動醫療領域的發展。