生物医学材料的发展综合体现了材料学、生物学、医学等多个领域科学与工程技术的水平,已发展为整个经济体系中最具活力的产业之一。不过,生物医学材料有着最基本的要求:无毒性,不致癌,不致畸,与人体组织相容性好等。能否符合这些要求,是判断一种新型生物医学材料是否安全的最低条件。
以来自德国的新特力公司生产销售的Magnezix®镁基骨螺钉为例,据该司相关宣传报道指出其“植入体内在人体内会自动降解,并转化为人体自身的骨组织,同时,提供了稳定的力学性能和生物可吸收性的最理想的骨螺钉。”
然而,上述镁基骨螺钉含高含量的稀土元素,虽然能显著提高产品的耐蚀性和机械性能,但越来越多研究表明稀土元素对人体存在潜在危害。而关于这些安全性问题,新特力公司并未提及,引发了人们对稀土镁合金作为临床医用材料的担忧。
稀土元素是15种镧系元素和钇、钪共17种元素组成的一组金属,尽管人们对稀土元素的兴趣日益浓厚,但目前关于这些材料的毒性影响仍然争论不休。国内外研究均表明稀土元素在机体内有急性慢性毒性和远期效应等负面影响,轻则导致骨质疏松,重则引起脑中毒、染色体畸变(下文均有出处)!
推动稀土镁合金作为医用材料是功还是过?或许我们可以从国内外的诸多研究中找到答案。
早在20世纪80年代,国外即报道了RE对动物机体的急性慢性毒性、远期效应、生化效应以及可能产生的负面影响等[1] ;BRINER等[2] 在长期低剂量YbCl3暴露的神经毒性评价研究中提出, 稀土元素镧可能是一种潜在的致畸剂;国内外的研究还表明, RE对生物体具有“hormesis效应” , 即低剂量表现促进作用而高剂量产生抑制作用, 反映RE在机体内蓄积可能诱发负面效应[3] 。
目前国内外的相关研究已经至少证明了稀土的以下生物安全隐患:
稀土在人体内具有蓄积性。南京农业大学的陈祖义等[4,5]针对稀土元素在骨与脑部的蓄积及相关毒性做了比较系统的调研。研究发现,稀土通过血液输导而在各脏器组织中滞留或蓄积,尤其是骨骼内蓄积性的报道比较多;同时,研究同时还发现,陈祖义等应用核素示踪技术研究稀土中的铈(141Ce)、钕(147 Nd)在小鼠体内的分布, 结果表明, 大脑对Ce和Nd具有蓄积性[ 6-7] 。
稀土能引起骨质疏松。李荣昌等[ 8] 以低剂量(2 mg·kg-1·d-1 ) La(NO3)3、长时间(6个月)给大鼠灌胃的试验结果表明, RE在骨中具有蓄积性;骨组织的电镜观测还表明, 试验组大鼠骨小梁变细、变薄甚至断裂(非机械损伤所致)并出现大量窝陷, 结晶度增加, 腿骨微结构发生变化, 呈现骨质疏松症状。
稀土能引起染色体畸变。杨频[ 9] 1985年综合国内外报道指出, 144 Ce可以引起鼠的眼、骨髓、睾丸染色体畸变。王洋等[10] 用硝酸镧对小鼠腹部皮下注射(每天1 次, 连续7 d)剂量大于100 mg·kg-1时, 发现一定浓度的La3+具有明显的遗传毒性。
稀土对脑毒性具有效应。朱为方等[ 11] 对大鼠的研究表明, 摄入低剂量RE在短期(8个月)即可出现大脑毒性反应, 摄入中等剂量则更为明显, 表明RE对高级神经中枢毒性很敏感。
除此之外,朱为方[12]对赣南稀土区自然人群流行病调查表明, 该区人群因通过食物链长期摄入低剂RE导致儿童智商和成人中枢神经传导速度显著下降, 说明RE对大脑功能有影响。
目前,对于稀土在人体内的长期甚至终生效应还几乎不可知,缺乏相应的研究和临床案例,这些都让稀土镁合金的医学安全性险上加险。
尤其是作为骨科植入物或心血管植入物,稀土镁合金的长期安全性还有待进一步考量。
参考文献:
[1] 童世沪, 卢国程.稀土的生物效应[ J] .稀土, 1987(4):42 -54.
[2] BRINERW, RYCEKRF, MOELLENBERNDTA, etal. Neuro developmental Effects of Lanthanumin Mice[ J] .Neurotoxicology andTeratology, 2000, 22(4):573 -581.
[3] 陈祖义.稀土的hormesis效应及其农业应用对农业生态环境的潜在影响[ J] .农村生态环境, 2005, 21(4):72 -73, 80.
[4] 陈祖义.稀土元素的脑部蓄积性、毒性及其对人群健康的潜在危害[ J] .农村生态环境, 2004, 20(4):1 -5.
[5] 陈祖义.稀土元素的骨蓄积性、毒性及其对人群健康的潜在危害[ J] .生态环境与农村环境学报, 2008, 24(1):88 -91.
[6] 陈祖义,刘玉, 王元兴.稀土元素铈(141 Ce)在小鼠体内的分布与蓄积动态[ J] .南京农业大学学报, 2000, 23(3):101 -103.
[7] 刘玉, 陈祖义, 王元兴.钕在小鼠体内的分布与蓄积及对孕酮分泌的影响[ J] .中国稀土学报, 2001, 19(5):447 -449.
[8] 李荣昌, 杨惠雯, 王夔.低剂量长期饲喂La(NO3)3 后La在大鼠骨中的蓄积及骨微结构的变化[ J] .北京大学学报:医学版,2003, 35(6):622 -624.
[9] 杨频.生物化学中的稀土元素[ J] .化学通报, 1985, 43(7):31 -36.
[10] 王洋, 聂刘旺, 王倩, 等.硝酸镧染毒对小鼠骨髓细胞微核率的影响[ J] .环境与健康杂志, 2004, 21(1):54 -55.
[11] 朱为方, 徐素琴, 邵萍萍, 等.赣南稀土区生物效应研究——稀土日允许摄入量[ J] .中国环境科学, 1997, 17(1):63 -65.
[12] 朱为方, 徐素琴, 张辉, 等.稀土区儿童智商调查研究——赣南稀土区生物效应研究[ J] .科学通报, 1996, 41(10):914 -916
