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【背景及目的】内植物相关感染是临床骨科最具挑战的并发症之一,如何防治感染仍然是当前骨科领域的研究热点,尤其对内植物表面进行抗菌修饰的研究,现已被越来越多的学者重视。本课题组前期已成功利用聚维酮碘作为电解液的电泳沉积法将碘负载至钛内植物表面,并通过能谱仪测定与体外抗菌实验证实了其载碘量及抗菌性能。本研究主要进行了另一种方式的体外抗菌实验及体内抗菌实验,以此进一步测定与评估这种新型载碘钛内植物的抗菌性能。【方法】实验一:运用细菌接种方式的体外抗菌实验。40块钛板经抛光打磨后随机取20块进行表面载碘处理,然后再根据金黄色葡萄球菌接种时间的不同分为4组,每组各10块:组A:接种时间为2小时的未载碘钛板组;组B:接种时间为6小时的未载碘钛板组;组C:接种时间为2小时的载碘钛板组;组D:接种时间为6小时的载碘钛板组。在细菌接种2或6小时后,将钛板取出并震荡脱洗、稀释,取稀释液进行细菌培养24小时后进行菌落计数及分析评估。实验二:构建感染动物模型。将38根经抛光打磨的钛针及38只SD大鼠随机分为4组:组A(8只):髓腔内注入30μl的生理盐水后植入钛针;组B、组C、组D(各10只):髓腔内分别接种30μl的1×10~4CFU/ml、1×10~5CFU/ml、1×10~6CFU/ml的金黄色葡萄球菌菌悬液后植入钛针。所有大鼠均为麻醉后行右胫骨结节内侧开口、扩髓、接种、钛针植入、封口、缝合等;术后1周通过一般情况、微生物学、组织病理学等方法进行评估与分析。实验三:体内抗菌实验。20根钛针经抛光打磨后随机取10根进行表面载碘处理,将20只SD大鼠随机分为2组,每组10只:对照组:髓腔内接种30μl的1×10~4CFU/ml的金黄色葡萄球菌菌悬液后植入未载碘钛针;实验组:髓腔内接种30μl的1×10~4CFU/ml的金黄色葡萄球菌菌悬液后植入载碘钛针。所有大鼠手术步骤同实验二,并术后1周通过一般情况观察、微生物学、组织病理学及感染定量评分等方法进行评估与分析。【结果】实验一:1、比较不同钛板、相同细菌接种时间的实验组(组A&组C,组B&组D),不论接种时间为2小时还是6小时,载碘钛板组的菌落计数结果均明显较未载碘钛板组少,差异有统计学意义(P<0.05);2、比较不同细菌接种时间的相同载碘钛板组(组C&组D),接种时间为6小时的载碘钛板组的菌落计数结果明显较2小时组少,差异有统计学意义(P<0.05)。实验二:术后1周:1、所有大鼠体重总体上表现为不同程度的减轻,伴患肢活动不同程度的受限,以组A程度较轻,组D较重;2、一般情况:组A大鼠均存活,并均未见明显感染征象;组B、组C、组D则均出现伴发有感染征象的大鼠,且组C、组D有不同数量的大鼠死亡;组A-组D的死亡率分别为:0%、0%、30%、50%;统计学分析各组死亡率:组A、组B分别与组D比较,差异有统计学意义(P<0.05);而其他各组间的两两比较,差异均无统计学意义(P>0.05);3、微生物学评估:观察各组菌落计数情况,发现组B、组C、组D的菌落计数明显多于组A;统计学分析:组B、组C、组D与组A比较,差异有统计学意义(P<0.05);且在组B、组C、组D分别与组A的两两比较中,结果显示差异均有统计学意义(P<0.05);而在组B、组C、组D之间的两两比较中,结果显示差异均无统计学意义(P>0.05);4、组织病理学评估:显微镜下观察各组经处理与HE染色后的组织标本,发现镜下所见有阳性感染表现的标本与一般情况或微生物学评估有阳性结果的动物基本对应;5、综合组A-组D的各个评估结果,计算得到各组感染率分别为:12.5%、80%、71.42%、100%;经统计学分析,组B、组C、组D感染率明显高于组A,差异均有统计学意义(P<0.05),而组B、组C、组D之间的感染率大小差异无统计学意义(P>0.05)。实验三:术后1周:1、所有大鼠体重总体上表现为不同程度的减轻,伴患肢活动不同程度的受限,以对照组程度重于实验组;2、对照组动物死亡1只,存活的9只中有7只出现不同程度的感染征象;实验组动物均存活,10只中有1只出现感染征象;统计学分析两组死亡率:对照组(10%)与实验组(0%)之间的差异无统计学意义(P>0.05);3、微生物学评估:观察两组菌落计数情况,发现对照组的菌落计数多于实验组;统计学分析:无论是比较两组间所有菌落的计数结果,还是比较两组间有阳性的菌落计数结果,结果均显示差异有统计学意义(P<0.05);4、组织病理学评估:显微镜下观察经处理与HE染色后的组织标本,发现镜下所见有阳性表现的标本与一般情况或微生物学评估有阳性结果的动物基本对应;经组织学分析炎症与感染的定量评分统计,对照组总分高于实验组,差异有统计学意义(P<0.05);5、统计分析各个评估方法后的两组动物感染率,对照组(88.9%)与实验组(40%)之间的差异有统计学意义(P<0.05)。【结论】1、本研究通过细菌接种方式的体外抗菌实验进一步证实了本课题组所研制的载碘钛内植物在早期有确切的持续的抗菌性能;2、运用接种剂量为30μl的1×10~4CFU/ml的金黄色葡萄球菌可成功构建一种稳定、可靠的大鼠胫骨骨髓炎模型;3、在成功构建大鼠胫骨内植物相关感染动物模型的基础上,通过进行体内抗菌实验也证实了该载碘钛内植物在体内也有确切的抗菌性能,可有效防止早期内植物相关感染的发生与发展。综上,我们认为本课题组所研制的这种载碘钛内植物是一种新型的有效的抗菌材料,它在未来的临床骨科内植物相关感染的防治研究中有良好前景,有望通过后续的研究与改进后被运用于临床。