创伤、感染、肿瘤、先天性畸形和人工关节翻修等造成的骨缺损，均需要骨及其替代材料修复。异体骨及异种骨来源有限、价格昂贵，且有抗原消除不彻底及传播艾滋病等传染病的缺点;自体骨移植有增加手术创伤及供骨区疼痛、感染的弊端。骨替代材料避免了生物源性修复材料的缺点，且具有优良的生物相容性和力学性能，用于填充缺损部位，起到支撑及引导细胞、血管及骨组织长入并生长的作用，或诱导骨前体细胞分化形成新骨的作用，因此越来越受到骨科医生的青睐。

　　骨替代材料的发展历经了从生物惰性材料，到生物活性材料，再到目前的组织诱导生物材料的衍化，目前使用最广泛的是磷酸钙类陶瓷材料。磷酸钙陶瓷材料包括羟基磷灰石、β-磷酸三钙、双相磷酸钙、无水磷酸二钙、二水磷酸二钙等。这些材料具有良好的生物相容性、骨传导和骨诱导性，且与天然骨组织的无机成分相同，故而是骨缺损修复理想的替代材料，在四肢骨缺损修复、脊柱融合、药物缓释、口腔医学等领域都得到了一定的临床应用，然而在临床应用中仍然存在大段骨缺损修复困难、材料再血管化等诸多瓶颈。因此，笔者就其研究现况及临床应用进展综述如下。

　　近年来磷酸钙陶瓷及其复合物已经成为一个比较成熟的骨替代材料，世界上已经有许多公司生产出性质各异的HA、TCP陶瓷及其复合物，如法国Teknimed公司生产的商品名为BiovectorMatrixCeramic(基本成分为TCP和猪胶原蛋白)、美国Zimmer公司生产的Triosite(HA/β-TCP为60/40%的楔形形状双相磷酸钙陶瓷材料)、美国圣地亚哥NuVasiveInc公司生产的FormaGraft(12%由来源于牛的胶原构成，88%由HA和TCP复合物构成)，中国四川国纳科技有限公司生产的纳米羟基磷灰石/聚酰胺66n-HA/PA66复合人工椎体等。HA、TCP陶瓷在临床人体上的实验性治疗研究也越来越多，更多的研究由动物实验转入临床研究。

　　HA/TCP磷酸钙陶瓷的结构和特性

　　分子式及化学构成

　　HA的分子式为Ca10(PO4)6(OH)2，主要成分为钙和磷，钙磷原子比为1.67，与自然状态下人类骨骼无机盐成分构成相似，微溶于水、易溶于酸而难溶于碱，离子交换能力强。在所有磷酸钙材料中，HA的可吸收性是最差的。当温度>1200℃时，HA开始变得不稳定并释放出羟基，生产新的产物β-TCP;β-TCP分子式为Ca3(PO4)2，钙磷原子比为1.5，生物溶解性比HA要强很多。BCP双相磷酸钙陶瓷利用HA和β-TCP的优点，使HA与β-TCP按照一定比例混合制成。通过改变HA与β-TCP的比例可以调节材料在体内的降解速度以及成骨能力。材料中HA/β-TCP的比例越高，体内降解性越差。

　　物理学特性

　　多孔性：孔径、孔隙率对降解性能具有巨大影响，其孔隙率越大，溶解程度也越高。磷酸钙陶瓷内部为大孔微孔相互连通的多孔蜂窝状结构，微孔的直径<10μm，主要由焙烧过程中磷灰石晶体之间出现的间隔形成，微孔有助于体液循环和细胞迁移;大孔的直径在100~500μm，由焙烧过程中人为加入造孔剂而形成，其将为细胞的粘附和增殖提供孔道和支架。这种多孔结构与松质骨内部结构类似，同时多孔结构使其具有一定的吸附能力，为药物缓释复合植入提供了一个优良的载体。

　　可降解性：决定磷酸钙陶瓷可降解性高低的因素有材料形态(块状、颗粒状、粉末状)、孔隙率、钙磷比例等。此外，焙烧温度、材料植入局部微环境的pH值等也会影响材料的可降解性。各种生物活性陶瓷中，生物玻璃、β-TCP、HA、β-硅酸钙、α-硅酸钙的可降解性依次为：β-CS>α-CS>β-TCP>Bioglass>HA。

　　机械力学性质：磷酸钙陶瓷的力学性能较差，不适用于力学负荷较大的骨骼。因此，最近有很多学者尝试在烧结过程中加入各种增强剂来增加材料的抗压强度。Badr-Mohammadi把含锌的纳米生物活性玻璃加入到BCP陶瓷中，在1100~1300℃下烧结，结果发现烧结温度在1200℃、纳米生物活性玻璃锌含量占材料重量0.5%时，材料获得了最大抗弯曲能力(62MPa)，这个数值比纯BCP的抗弯曲能力提高了大约80%;Yan等在烧结制造磷酸钙陶瓷过程中加入锶(Sr)元素，发现随着材料中掺杂锶元素量的上升，抗压强度也不断上升，大约可提高60MPa抗压强度。抗弯曲能力高、抗压强度高的改性材料可逐步用于负重区的骨缺损，对于扩大今后磷酸钙陶瓷的临床应用起着至关重要的作用。

　　生物学性质

　　大量研究表明磷酸钙陶瓷植入动物体内可观察到良好的生物相容性，很少见到排斥反应、感染或者毒性反应等。另外，磷酸钙陶瓷植入体内后材料与骨骼之间的结合非常紧密。当材料与骨骼融合之后，很少发生骨折。通常认为，材料在植入体内一段时间之后会逐渐分解为有助于骨骼生长的Ca2+,Na+,CO32-,HPO42-等，新生骨组织沿着磷酸钙陶瓷内部的多孔结构生长，同时伴有新生毛细血管的形成。材料的再血管化是其修复骨缺损能力的重要标志，笔者所在课题组在动物实验和临床骨缺损治疗研究中，通过组织化学、3DDSA等检查，均观察到了磷酸钙生物活性陶瓷的再血管化情况。

　　磷酸钙生物活性陶瓷在骨骼以外的组织中也具有一定的生物活性，LeNihouannen等将直径1~2mm、HA/TCP比例为60/40(%)的磷酸钙活性陶瓷颗粒复合纤维蛋白凝胶植入绵羊的背部肌肉中，6个月后经组织学、背散射电子显微镜和显微计算机断层扫描显示在材料的颗粒之间有接近12%的矿化骨形成;李晓宇等将HA/β-TCP比例为70/30(%)的多孔BCP陶瓷植入犬背部皮下肌肉区，植入体内6周时多数孔隙内可见新骨贴壁生长;12周时含有骨陷窝的新骨逐渐增厚，在材料孔隙形成条索状的小梁骨，相邻孔隙中的骨小梁已相互连接。根据这个特性，可以设想在肌肉组织中预植入磷酸钙陶瓷，待材料诱导新骨生成后，把复合新生骨组织的材料植入骨缺损部位的思路。

　　HA/TCP磷酸钙陶瓷的临床应用

　　骨缺损

　　外伤导致的粉碎性骨折、骨囊肿、骨关节炎截骨矫形和骨肿瘤切除是造成骨缺损的常见原因，自体髂骨植骨是临床修复骨缺损最常用的方法。但是取髂骨会延长手术时间，并且可能导致取骨部位感染，提供的骨量也很有限。Hooper等采用Zimmer公司生产的HA/TCP为60/40(%)的楔形BCP材料，填补胫骨内侧高位截骨矫形术所造成的空隙36例，术后随访33例，术后4年X线片提示材料与骨组织已完全融合，内翻度数平均矫正了9°，对17例进行组织学评估显示材料已充分被新生骨组织替代，尽管部分区域依然有少量的材料残余。王福科等对10例手指内生软骨瘤行肿瘤刮除术，瘤腔采用复合骨形态发生蛋白和碱性成纤维细胞生长因子的BCP填充;术后随访6个月，术后1个月时可进行日常活动，术后2个月人工骨颗粒从植骨周围间隙开始向中心融合成片，大量新生骨痂影融合，术后6个月时部分患者已有明显塑形改建，术后未见肿瘤复发，证明磷酸钙陶瓷是修复骨缺损的满意骨替代材料。

　　脊柱融合

　　颈椎病、腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症是骨科常见的退行性疾病，近几年随着生活规律的改变，发病率也随之上升。椎间盘摘除植骨融合内固定术是临床治疗颈椎、腰椎退行性疾病的常用手术方法。术中取髂骨或自体颗粒骨植骨融合依然是椎间融合的常用术式，术后自体髂骨植骨融合率可达75%以上。但是取髂骨会带来供骨区感染、神经损伤以及术后慢性持续性疼痛等术后并发症，所以越来越多的研究正在寻求可替代髂骨的融合材料。Mobbs等采用HA/TCP双相生物活性陶瓷对因创伤或者椎间盘退行性病变导致的颈脊髓、神经根压迫且非手术治疗无效者行颈前路减压椎间融合术，植骨融合材料选用了KGBon(法国KasiosBiomaterials生产，HA/TCP为6∶4，孔隙率为60%)BCP，将其填入聚醚醚酮椎间融合器中再植入椎间隙;26例术后平均随访10.5个月，术后所有患者的疼痛及神经压迫症状得到明显改善，椎间融合率96.2%。Walsh等应用商品名为FormaGraft对新西兰大白兔行L5~6椎体后外侧融合术，其中18只兔子仅植入FormaGraft，另外18只兔子植入FormaGraft和骨髓穿刺液;术后12周未见感染，术后6周和12周X线片显示材料与骨组织已没有明显界限;采用双能X线吸收法测定骨密度，2组初始时的数值均为0.4g/cm2，术后12周时均在0.5~0.6g/cm2，骨髓穿刺液组略高;术后6周时2组的组织学切片均显示材料与组织界面之间有新骨形成，术后12周时可见到更多的新生骨组织。

　　药物载体

　　磷酸钙陶瓷内部互相联通的微孔不仅有利于新生毛细血管的生成，而且为各种缓释药物提供了独特的储存环境。如何利用磷酸钙陶瓷多孔结构的吸附储存特性，将其作为促进骨折愈合药物或者抗生素的载体，成为最近研究的一个热点。复合材料常常比HA有更强的骨诱导和骨传导能力，Jiang等将HA复合再生丝素蛋白置入含有骨髓间充质干细胞的试管内，14d后发现试管内的DNA含量比单纯置入HA高出(33.0±1.2)%，碱性磷酸酶活性增加了(41.0±2.5)%。Rep-penhagen等将BCP复合纤维蛋白粘合剂植入51例骨缺损区，随诊至术后第56个月，50例X线片显示材料与骨完全融合，术后无骨折发生，仅1例进行二次矫正手术。

　　结论

　　磷酸钙生物活性陶瓷是一种很有应用前景的骨替代材料，尽管目前临床上主要采用自体骨移植治疗骨缺损以及进行脊柱融合，然而磷酸钙及其复合物与自体骨具有相似的骨诱导性、组织相容性。经过不断改进和完善，各种新型磷酸钙陶瓷及其复合物在修复骨缺损和进行脊柱融合方面可取得与自体骨移植相似的效果。磷酸钙陶瓷与自体骨髓、骨髓间充质干细胞、PEEK材料、BMP、金属离子等复合后植入骨组织，往往会刺激新骨形成以及提高新骨生成速度，还可提高磷酸钙的抗弯曲和抗压能力，磷酸钙与各种材料的复合是一个必然的研究趋势。各种新型复合材料不断地产生，但是目前尚无研究系统地归纳比较各种复合物材料的理化特点、骨诱导性和新骨形成能力。深入比较各种复合材料的特性对指导临床应用具有至关重要的作用。此外，磷酸钙陶瓷和其复合物具有刺激新骨和毛细血管形成、改善局部骨组织营养状况的特性，据此可以设想磷酸钙陶瓷在治疗缺血性骨坏死或者骨不连等方面也可能有一定作用，这可能成为磷酸钙生物活性陶瓷进一步的研究方向。