骨頭裡面打螺釘—為什麼不會生鏽?

2022-01-27 脊柱退變與畸形

 骨科的革命性進展之一就是內固定螺釘的發明,從早期的鋼絲、鋼釘、鋼板逐步進展到現在鈦合金螺釘釘板系統、高分子材料、甚至自吸收螺釘,越來越進步,現在已經很少聽到內固定生鏽的說法了,難道人體內螺釘不會生鏽麼?

  實際上,在內固定發展的早期,螺釘也是會生鏽的,放在體內的鋼板,往往過幾年鏽跡斑斑,這些生鏽的材料容易引發感染、過敏和斷裂,所以是必須要取出來的,如果尾冒也鏽蝕嚴重,擰出會非常困難,甚至需要將骨頭再次打斷,真是讓骨科醫生非常矛盾。即使應用不鏽鋼,短時間內發生鏽蝕的風險明顯降低了,但是時間長了,還是會生鏽,併發症接踵而至,最終不得不取出。

  到了上世紀70年代,人們終於想到要嘗試其他材料,而不是在鋼鐵這些材料一路走到黑,鈦合金材料脫穎而出,而且從初步應用到作為骨科材料的首選並大規模的應用也就是幾年的事情,將鋼鐵內植物材料完全淘汰,為什麼是鈦合金而不是其他材料,鈦合金有什麼優勢?

鈦合金柱體

1、強度高:鈦合金的密度一般在4.51g/cm3左右,僅為鋼的60%,一些高強度鈦合金超過了許多合金結構鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠大於其他金屬結構材料,可制出單位強度高、剛性好、質輕的零件。飛機的發動機構件、骨架、蒙皮等都是應用鈦合金,甚至我們的神舟飛船上也應用了大量鈦合金材料。在人體內就可以做到重量輕,強度高,畢竟沒有人願意做完手術,身體背上更重的負擔。

鈦合金顱骨假體

2、彈性模量好:彈性模量好,並不是彈性很大或很小,而是鈦合金的彈性模量與人體相當。一般地講,對彈性體施加一個外界作用力,彈性體會發生形狀的改變(稱為「形變」),「彈性模量」的一般定義是:單向應力狀態下應力除以該方向的應變。鈦合金的彈性模量與人體相當,所以好。通俗點說,在相同的力量下,骨頭和鋼板會發生類似的形變,共同應對外力,而不是單靠一種物質來應對外力,極像一對模範夫妻。

鈦合金螺釘和鋼板,連接棒

3、 耐腐蝕:鈦合金在潮溼的大氣和海水介質中工作,其抗蝕性遠優於不鏽鋼;對酸蝕、應力腐蝕的抵抗力特別強;對鹼、氯化物、氯的有機物品、硝酸、硫酸等有優良的抗腐蝕能力,更不要說人體了,十年以上的螺釘取出都不會有鏽跡,基本上做到了終生不鏽。其抗腐蝕的原理來自於鈍化,在人體內,鈦合金會很快形成一層氧化膜,這層膜破損後不超過一秒就可以自我修復,形成新膜,完全阻斷生鏽過程,所以在體內根本就沒有鏽蝕的可能性。更有研究表明,鈦植入物會觸發人體免疫系統直接在鈦表面生長骨骼,這一過程稱為骨整合。說明鈦是完全「生物相容的」,這意味著它無毒,不會引起過敏和排異反應,甚至可以與人體組織和骨骼融合,現在臨床應用的人工鈦合金椎體,就是基於這種原理。

鈦合金人工椎體

       還有一個額外的好處,植入鈦合金的患者術後也可以進行MRI檢查。核磁檢查過程中會產生強大的磁場,金屬在磁場裡會移動(主要是鐵、鈷、鎳這類具有鐵磁性的金屬受到的影響較大)。鈦合金不受磁場吸引或受到的吸引力比較小,不足以引起在體內的移動,所以可以做核磁檢查,最新的指南也提出:體內有鈦合金進行磁共振檢查是安全的。

MRI檢查

       但是,不是說鈦合金好,它就不會斷裂,不會出問題,在臨床上也偶有發生斷裂的情況,再好的金屬也有承受力量的極限,也有承受疲勞的極限,超過了這個極限,骨頭還沒有癒合好,就會發生斷裂,這種情況下,往往需要二次手術幹預。

斷裂的鈦合金板

       醫用鈦合金作為一種新型優良合金,被廣泛應用於骨科、牙科、醫療器械等相關領域。其具有良好的耐蝕性好、比強度高、彈性模量較低、耐疲勞、生物相容性好等特點,在體內幾乎不會生鏽,遠優於過去的不鏽鋼和鐵質材料。但是,並不是機器好,設備好,材料好,效果就一定會好,操作這些冷冰冰的物件的是人,醫生的理念和經驗遠比這些設備更重要,你是否認同呢?

魏勁松主

       廣東醫科大學附屬醫院脊柱退變與畸形外科主任,脊柱畸形專病中心負責人。教授、主任醫師、醫學博士、碩士研究生導師,2017年廣東省傑出青年醫學人才。廣東省醫學教育協會脊柱外科分會副主任委員,廣東省基層醫院學會修復重建外科分會副主任委員,廣東省醫學會骨科分會常務委員,廣東省康復學會骨腫瘤分會常務委員,湛江市醫學會骨科分會副主任委員,湛江市醫學會脊柱外科分會副主任委員。從事骨科20餘年,對骨科各種疑難疾病有豐富的臨床經驗。自廣東醫科大學附屬醫院在粵西地區率先創建脊柱外科以來,一直從事脊柱外科工作,積累了大量脊柱外科臨床經驗。曾在美國西部脊柱外科中心、美國聖地牙哥脊柱外科培訓基地、北京積水潭醫院、上海長徵醫院、上海華山醫院、第三軍醫大學附屬新橋醫院、華西醫院等地專門學習脊柱外科及微創外科。擅長頸椎病、腰椎間盤突出症、腰椎滑脫、腰椎管狹窄、脊柱側彎、後凸畸形、脊柱結核、脊柱感染、脊柱腫瘤、脊柱骨折、頸肩腰腿痛疾病,以及骨質疏鬆症、骨腫瘤的診斷治療及微創手術治療。在粵西地區率先及大量開展了脊柱微創手術,上頸椎手術,脊柱腫瘤椎體全切除及穩定性重建術,脊柱側彎、後凸畸形矯形術,重度胸椎黃韌帶骨化等高難度手術。骨科及脊柱微創外科手術技術達到國內先進水平。發表論文40餘篇,其中以第一作者或第一通訊作者在國外發表SCI論文9篇,最高單篇影響因子6.35。作為項目負責人獲得廣東省自然科學基金資助項目一項,廣東省科技計劃資助項目一項。

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