纳米银骨水泥预防关节置换术后感染的实验研究

摘要

研究背景:
　　 关节感染是关节置换术后的一个灾难性并发症，对此采取了多种措施，其中抗生素骨水泥能有效预防感染，但同时却出现了越来越多感染对抗生素耐药，对这些病例，骨水泥中的抗生素不能起到保护作用。因此，需要考虑新的抗菌剂。
　　 银作为抗菌剂自远古以来就开始使用，现在已用于医学的不同领域，如心血管植入物，隐形眼镜，尿管和创口护理。纳米技术把银变成纳米大小从而有更高的比表面积，与微生物有更好的接触，具有良好的抗菌、抗病毒性能。
　　 骨水泥是固定人工关节的金标准，如果纳米银加入骨水泥中同样具有抗菌性，那么使用纳米银骨水泥对预防关节置换术后感染、提高关节感染翻修成功率的临床应用提供初步依据。
　　 第一部分纳米银骨水泥机械性能的检测
　　 目的:检测骨水泥中加入少剂量的纳米银对骨水泥的机械性能会否产生不良影响。
　　 方法:纳米银粉末和骨水泥粉末混合后再与骨水泥单体混合真空搅拌，制成浓度为0.1％、0.5％、1.0％的纳米银骨水泥，以普通骨水泥作为对照组，根据机械性能测量要求制成相应形状的试件，用万能材料试验机和气动疲劳试验机测量各种骨水泥的抗压性能、抗弯曲强度、抗疲劳性能。
　　 结果:0.1％、0.5％、1.0％纳米银骨水泥的抗压性能、抗弯曲强度、抗疲劳性能与普通骨水泥相比无显著性差异（P＞0.05）。
　　 结论:骨水泥中加入少剂量纳米银制成浓度低于1.0％对骨水泥的机械性能无不良影响。
　　 第二部分纳米银骨水泥的体外抗菌性能及细胞毒性
　　 目的:评估纳米银骨水泥有无抗菌活动及细胞毒性。
　　 方法:以普通骨水泥和2％庆大霉素骨水泥分别作为阴性对照组和阳性对照组，浓度分别为0.1％、0.5％、1％的纳米银骨水泥作为实验组，采用体外杀菌实验的活菌计数法测试各组骨水泥对表皮葡萄球机、耐甲氧西林表皮葡萄球菌的抗菌活性。以有毒的1％聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)和无毒的细胞培养液作为对照组，1％纳米银骨水泥培养后的提取液作为实验组，各组加入小鼠成纤维细胞并培养，检测乳酸脱氢酶释放量和蛋白质含量以测试体外细胞毒性。
　　 结果:1％纳米银骨水泥和2％庆大霉素骨水泥完全抑制了表皮葡萄球菌的增殖，有较强的杀菌作用。1％纳米银骨水泥完全抑制了耐甲氧西林表皮葡萄球菌的增殖，有较强的杀菌作用，而庆大霉素骨水泥对耐甲氧西林表皮葡萄球菌没有抑菌作用。纳米银骨水泥组和无毒对照组间乳酸脱氢酶释放无显著性差异(P＞0.05)，而有毒Triton组和银骨水泥组间乳酸脱氢酶释放有显著性差异(P＜0.01)，有毒的Triton组和无毒的细胞培养组间也有显著性差异(P＜0.01)。纳米银骨水泥提取液中总蛋白含量和无毒的细胞培养液中总蛋白含量无显著性差异(P＞0.05);有毒的对照组和纳米银银骨水泥之间及有毒对照组和无毒的细胞培养液间有显著性差异(P＜0.01)。
　　 结论:1％纳米银骨水泥对表皮葡萄球菌和耐甲氧西林表皮葡萄球菌都有良好的抗菌活性。2％庆大霉素骨水泥对表皮葡萄球菌有良好的抗菌活性，但对耐甲氧西林表皮葡萄球菌没有抗菌活性。1％纳米银骨水泥体外实验没有细胞毒性。
　　 第三部分纳米银骨水泥预防膝关节置换术后感染的实验研究
　　 目的:检验纳米银骨水泥对生物膜形成的影响及对感染是否有预防作用。
　　 方法:在兔子左股骨髁间凹内沿股骨髓腔方向植入一长约3cm克氏针，外露1mm并用普通骨水泥固定模拟关节置换术。于皮肤缝合好后往关节腔内注射0.5ml不同浓度的表皮葡萄球菌，术前、术后检测血沉、C反应蛋白，术后两周取关节内组织作细菌培养，确定合适浓度的表皮葡萄球菌制作感染模型。
　　 然后把36只兔子随机分为三组，每组12只，以普通骨水泥作为阴性对照组，2％庆大霉素骨水泥作为阳性对照组，以1％纳米银骨水泥作为实验组。根据分组，用不同的骨水泥固定假体，然后关节腔内注射合适浓度的表皮葡萄球菌0.5ml，术后定期检测各组血沉、C反应蛋白，术后2周对假体表面行扫描电镜观察及取关节腔内组织作细菌培养。
　　 结果:0.5ml1×106 CFU/ml和1×108 CFU/ml的表皮葡萄球菌均能制成感染模型。选择1×106 CFU/ml作为预防感染时接种菌浓度。在预防感染的实验中，1％纳米银骨水泥组和2％庆大霉素骨水泥组的血沉和C反应蛋白较普通骨水泥组明显低(P＜0.01)，纳米银骨水泥组和庆大霉素骨水泥组间血沉和C反应蛋白无明显差异（P＞0.05）;细菌培养阳性率示普通骨水泥组100％(12/12)，庆大霉素骨水泥组0％(0/12)，纳米银骨水泥组0％(0/12)，纳米银骨水泥、庆大霉素骨水泥组与普通骨水泥组之间有显著性差异(P＜0.01)，庆大霉素骨水泥组与纳米银骨水泥组间无显著性差异（P＞0.05）;扫描电镜观察到普通骨水泥组假体表面细菌聚集并成簇，形成生物膜，纳米银组和庆大霉素组假体表面细菌孤立，没有簇形成。
　　 结论:1％纳米银骨水泥能抑制兔膝关节置换术后生物膜的形成，能起到有效预防感染作用。

目录

声明

摘要

中英文缩略词对照表

第一部分 纳米银骨水泥机械性能的检测

一、纳米银的表征

(一)材料与方法

(二)结果

(三)结论

二、骨水泥试件的制备及机械性能的检测

(一)材料与方法

(二)结果

(三)结论

三、讨论

四、小结

第二部分 纳米银骨水泥的体外抗菌性能及细胞毒性

一、材料与方法

二、结果

三、结论

四、讨论

五、小结

六、附图

第三部分 纳米银骨水泥预防膝关节置换术后感染的实验研究

一、兔膝关节置换术后感染的模型制作

(一)实验材料与方法

(二)结果

(三)细菌学检测

(三)结论

二、纳米银骨水泥预防膝关节置换术后感染

(一)实验材料与方法

(二)结果

(三)结论

三、讨论

四、小结

五、附图

全文总结

综述一 骨科植入物感染的发病机制和治疗

综述二 新型抗菌剂—纳米银

参考文献

研究生期间发表的文章

致谢