问题

骨折后植入身体的钢板是不是抗原?

回答
关于您提出的“骨折后植入身体的钢板是不是抗原”这个问题,这是一个非常专业且值得深入探讨的医学议题。简单来说,植入身体的钢板在理论上不会被视为抗原,但实际情况会更复杂一些,需要从几个关键角度来理解。

首先,我们来明确一下“抗原”这个概念。

抗原(Antigen)是指能够引起免疫系统产生免疫应答的物质。简单来说,就是身体的“防御系统”(免疫系统)能够识别并将其视为“外来物”,进而发起攻击的物质。免疫系统之所以会产生攻击,是因为它能够识别抗原上的特定结构,这些结构被称为“抗原决定簇”或“表位”。

为什么理论上骨折植入的钢板不是抗原?

骨折术后植入的钢板,我们通常称之为骨科内固定材料,其设计初衷就是为了与人体长期共存而不会引起强烈的免疫排斥反应。这主要得益于以下几个方面:

1. 生物相容性材料的选择:
目前临床上广泛使用的骨科内固定材料,如不锈钢(医用级不锈钢,如316L)、钛合金(Ti6Al4V是常见的医用钛合金)等,都经过了严格的生物相容性评估。
医用级不锈钢: 这种不锈钢与普通的不锈钢不同,它含有更高的铬和镍含量,这使得其表面会形成一层致密的氧化铬保护层。这层保护层非常稳定,能够有效阻止金属离子析出到周围组织中。金属离子一旦析出,就可能被免疫系统识别为外来物质,从而引发炎症或过敏反应。
钛合金: 钛合金是目前最理想的骨科内固定材料之一。钛的生物惰性非常高,在体内会迅速形成一层稳定的氧化钛(TiO2)钝化层。这层氧化钛非常坚固且无毒,能够有效阻止金属本体与体液接触,从而大大降低了引发免疫反应的可能性。此外,钛的密度与骨骼接近,重量较轻,也减少了对周围组织的应力屏蔽效应。

2. 材料的化学稳定性:
上述生物相容性材料都具有高度的化学稳定性。这意味着它们在体内恶劣的化学环境中(如体液、pH值变化等)不容易发生腐蚀、降解或释放出具有免疫原性的物质。一旦材料发生腐蚀或降解,释放出的产物就可能成为免疫系统的靶点。

3. 表面处理技术:
现代骨科植入物还可能经过特殊的表面处理,例如抛光、涂层等,以进一步提高其生物相容性并减少表面粗糙度。更光滑的表面可以减少蛋白质吸附和细胞附着,从而降低引起免疫反应的机会。

然而,为什么偶尔会有“排斥反应”的说法出现?

虽然理想情况下钢板不应该是抗原,但我们在临床上确实会遇到一些术后并发症,有时会被患者或医生笼统地描述为“排斥反应”。这背后可能的原因更加复杂:

1. 过敏反应(金属过敏):
这是最常被误解为“排斥反应”的情况。虽然医用金属材料经过筛选,但极少数个体可能对其中某些成分(例如镍,在某些不锈钢中含量较高)存在过敏。这种过敏反应属于特异性免疫反应,而非对整个钢板的免疫排斥。当患者对材料中的某些微量元素产生过敏时,免疫系统会释放致敏物质(如组胺等),导致局部红肿、疼痛、瘙痒,甚至皮疹等症状。这种情况下,钢板中的特定金属离子或其与体液作用后的产物,可能作为半抗原与体内的蛋白质结合,形成能够被免疫系统识别的复合物,从而引发过敏。

2. 感染:
这是导致植入物失效和局部不适的最常见原因之一。细菌或其他病原体附着在钢板表面,形成生物膜(biofilm)。生物膜的存在会显著改变植入物的表面性质,并且细菌本身也会释放代谢产物和毒素,这些都可能激活局部的免疫反应,导致慢性炎症、疼痛和植入物松动。这种炎症反应是针对感染源,而非植入材料本身。

3. 机械刺激和应力屏蔽:
如果钢板的硬度和刚度远大于骨骼,它可能会承受大部分的应力,导致骨骼承受的载荷减少,出现所谓的“应力屏蔽效应”。长此以往,骨骼可能会发生萎缩,影响其愈合和强度。骨骼的萎缩和周围组织的反应,有时也会被误认为是免疫反应。

4. 术后炎症和组织反应:
任何手术都会引起一定程度的创伤和炎症反应,这是身体修复的正常过程。术后一段时间内,植入物周围会有一定量的纤维组织增生,用来包裹和稳定植入物。这种反应是正常的愈合过程,并非免疫排斥。但如果炎症控制不佳或持续存在,也可能导致不适。

5. 材料本身的微小缺陷或析出物:
尽管材料的生物相容性很高,但理论上在极其微小的程度上,仍可能存在不易察觉的表面缺陷或在极长时间后发生微量金属离子析出。这些微量的析出物在大多数人身上不足以激活强烈的免疫反应,但在某些易感人群中,也可能诱发局部炎症。

总结一下:

骨折后植入身体的钢板,如果采用的是医用级的生物相容性材料(如钛合金或医用级不锈钢),并且材料本身质量合格、安装得当,那么它在绝大多数情况下是不会被免疫系统视为抗原而产生免疫排斥反应的。其设计和选择的根本原则就是“生物惰性”,即尽量减少与身体发生不良反应。

我们所谓的“排斥反应”更可能是:

对材料中特定成分的过敏(金属过敏):这是一种特异性的免疫反应,而非对整个植入物的排斥。
术后感染:由细菌等病原体引起,激活了局部的炎症反应。
机械应力不匹配或并发症。
正常的术后组织修复和纤维化。

因此,不能简单地说钢板是抗原。更准确的说法是,虽然钢板本身设计为惰性,但在极少数情况下,人体可能因过敏、感染或其他原因对植入物或其周围环境产生异常反应,这些反应的表现有时会被笼统地归为“排斥”。如果您担心植入物带来的问题,及时咨询医生,查明具体原因才是关键。

网友意见

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不锈钢里面的“镍”就经常造成皮肤过敏。便宜的首饰, 包括耳钉过敏很多时候可能就是镍这样的金属引起的。即便是没有镍, 不锈钢种植体也会因为可能的腐蚀反应变成危险因素。



任何材料在人体中的性能都受两组特性的控制:生物功能性和生物相容性。

在90年代中期,随着材料种类的增多,要满足植入式设备的机械和物理功能的要求相对容易。因此,医疗应用材料的选择通常是基于生物相容性的考虑。在考虑金属和合金时,材料对腐蚀的敏感性和腐蚀对组织的影响是生物相容性的核心内容。目前使用的316L不锈钢、钴铬和钛基植入合金的耐腐蚀性依赖于其表面薄层氧化物的钝化。

不锈钢的耐腐蚀性最差,它只用于临时种植体。钛合金和Co-Cr合金在体内不会被腐蚀,但是,金属离子会慢慢地通过氧化层扩散并在组织中积聚。当金属植入物被放置在人体中时,它会被一层纤维组织所包围,其厚度与溶解产物的数量和毒性以及植入物和邻近组织之间的运动量成正比。在某些条件下,纯钛可能会引起最小的纤维包覆,而使用不锈钢种植体时,则会遇到厚达2毫米的纤维层增生。

夹板、螺钉或人工关节多用不锈钢、钴基合金及钛基合金制成,其中含有金属镍、钴和铬。研究表明这些元素均可引起过敏反应。人体的水和电解质,可使植入的金属发生解离;金属螺钉与夹板间相互磨擦,可产生微屑。这2个途径放出来的金属会随血流到达全身,先形成盐成为半抗原,再与体内蛋白结合成完全抗原,引起免疫反应。

镍在不锈钢中的含量为20%,是最为常见的金属过敏原。

对镍过敏的人植入含镍材料,可发生过敏性皮炎。钴引起的过敏反应次之。据报道,对钴过敏的人使用含钴合金制成的人工关节容易引起松动。铬与镍之间存在免疫交叉反应。如对含镍不锈钢过敏,换用钴基合金,仍有可能发生过敏反应。钼、钛等金属在体液中显惰性,一般不会引起人体过敏。纯钛制成的材料与人体组织相容性良好,一般对含镍金属过敏的患者仍可使用纯钛制品。



       半抗原(hapten)是指本身分子量過小,無法刺激免疫反應, 必須和載體(carrier)結合才能刺激發生免疫反應。 半抗原能與對應抗體結合出現抗原-抗體反應,又不能單獨激發人或動物體產生抗體的抗原, 它只有抗原性,不具免疫原性,又稱不完成抗原。 大多數多醣和所有類脂都屬於半抗原,如果用化學方法把半抗原與某種純蛋白的 分子載體(protein carrier)結合,純蛋白會獲得新的免疫原性, 並能刺激動物產生相應的抗體。 半抗原一旦與純蛋白質結合,就構成該蛋白質的一個抗原簇。  半抗原的概念是由卡尔·兰德施泰纳所提出。 他還提出了可以用人工合成半抗原來研究免疫化學現象的想法。  REF:  Landsteiner, Karl. The Specificity of Serological Reactions, 2nd Edition, revised. Courier Dover Publications. 1990. ISBN 0-486-66203-9.     



【未完待续】

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