同種異體皮質(zhì)骨板重建壓力側(cè)骨皮質(zhì)缺損的實(shí)驗(yàn)研究

張 偉，閔 珊，毛 勇

(中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院，廣東廣州510080)

四肢長(zhǎng)骨干粉碎性骨折臨床很常見，通常采用切開復(fù)位、鋼板內(nèi)固定治療，如果鋼板對(duì)側(cè)骨皮質(zhì)缺損，容易導(dǎo)致內(nèi)固定術(shù)失敗[1]。本課題利用山羊動(dòng)物模型研究同種異體皮質(zhì)骨板重建壓力側(cè)骨皮質(zhì)缺損后的愈合情況，從影像學(xué)、生物力學(xué)、病理組織學(xué)的角度探討，旨在為臨床治療骨皮質(zhì)缺損提供一種治療方法。

1 材料與方法

1.1 骨移植材料的制備 取6只1～1.2歲成年山羊，雌性，體重25～30 kg，隨機(jī)抽取2只，放血處死，脫去山羊雙后肢毛發(fā)，切取股骨骨干，剔凈股骨軟組織及骨膜，用擺動(dòng)鋸將股骨干從中間縱向鋸開，除去骨髓，反復(fù)生理鹽水沖洗干凈，制作成長(zhǎng)6 cm、寬2 cm、厚度0.3 cm的皮質(zhì)骨板。用99%乙醚循環(huán)脫脂48 h。凍干，封裝于薄膜袋中，環(huán)氧乙烷消毒后，于常溫下保存?zhèn)溆肹2]。

1.2 分組與手術(shù)操作 16只1～1.2歲的成年山羊，雌性，體重25～30 kg，隨機(jī)分成兩組。實(shí)驗(yàn)組8只：同種異體皮質(zhì)骨板+鋼板+植入自體松質(zhì)骨；對(duì)照組8只：鋼板+植入自體松質(zhì)骨。取山羊大腿前外側(cè)切口，從股中間肌與股外側(cè)肌間隙進(jìn)入股骨干，環(huán)行骨干中段四周剝離骨膜，骨膜剝離范圍約6 cm，在股骨干外側(cè)放置7孔AO加壓鋼板，除第4孔外，其他孔都用螺釘固定。根據(jù)術(shù)中量尺測(cè)量，選擇制備好的皮質(zhì)骨板，與宿主骨貼服要合適。線鋸鋸斷股骨干，造成左側(cè)后肢股骨干中段壓力側(cè)不帶骨膜楔形骨皮質(zhì)缺損0.5 cm的模型(根據(jù)我們以前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，因山羊術(shù)后不能制動(dòng)，如楔形骨皮質(zhì)缺損大于0.5 cm，發(fā)生內(nèi)固定物松動(dòng)很高，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗)，同時(shí)在山羊髂嵴上取自體松質(zhì)骨。

1.3 觀察方法 術(shù)后0周、3周、9周，兩組按同樣的條件拍下肢正側(cè)位片。術(shù)后3周、9周處死動(dòng)物，將左側(cè)股骨帶鋼板、骨板完整取下，螺絲釘不取出，剔除標(biāo)本上軟組織，-20℃低溫冰箱保存，實(shí)驗(yàn)前2 h取出股骨標(biāo)本于室溫下自然解凍，于股骨標(biāo)本兩端以自凝牙托粉包埋固定。用美國(guó)產(chǎn)Biomix MTX858生物力學(xué)測(cè)定機(jī)進(jìn)行生物力學(xué)測(cè)定，標(biāo)本的實(shí)驗(yàn)順序隨機(jī)確定。分別進(jìn)行非破壞性軸壓試驗(yàn)、非破壞性扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，儀器自動(dòng)記錄測(cè)定的剛度數(shù)據(jù)[3]。進(jìn)行生物力學(xué)測(cè)試后的標(biāo)本以骨缺損部為中心縱向截取0.5 cm長(zhǎng)組織段，以10%中性甲醛溶液浸泡5 d，固定48 h后，常規(guī)石蠟包埋，每一蠟塊連續(xù)做5張切片，組織厚度5μm，HE染色，光鏡下注意觀察骨缺損斷端間肉芽組織、纖維組織、軟骨骨痂和新骨增生情況，按Lane等組織學(xué)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分。

2 結(jié) 果

2.1 術(shù)后動(dòng)物一般情況 動(dòng)物術(shù)后即自主站立行走，單后肢跛行步態(tài)。切口前3 d較紅腫，至6～7 d紅腫消失，7 d后切口I/甲級(jí)愈合后拆線，無感染。實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物6～8 d后全部恢復(fù)正常四肢行走步態(tài)，對(duì)照組動(dòng)物5只35～45 d后恢復(fù)正常四肢行走步態(tài)，3只單后肢跛行步態(tài)無恢復(fù)。

2.2 不同愈合期的X線表現(xiàn) 實(shí)驗(yàn)組術(shù)后3周時(shí)X線片的骨缺損部較術(shù)后模糊，可見外骨痂形成，且以后側(cè)為多，移植骨板上下結(jié)合部有小量骨痂形成，骨板完整，無明顯吸收，位置無移動(dòng)，清晰可見；鋼板、螺絲釘無松動(dòng)、彎曲(見圖1)；9周時(shí)X線片的骨缺損部基本消失，外骨痂增多，骨板周圍骨痂增多，骨板完整，邊緣較前模糊，位置無移動(dòng)，鋼板、螺絲釘無松動(dòng)、彎曲(見圖2)。對(duì)照組3只動(dòng)物發(fā)生螺絲釘松動(dòng)、脫落，鋼板位置移動(dòng)，骨折端移位；術(shù)后3周時(shí)X線片的骨缺損部稍模糊，外骨痂相對(duì)較多(見圖3)，9周時(shí)骨缺損部愈合情況與實(shí)驗(yàn)組相似(見圖4)。

圖1 實(shí)驗(yàn)組術(shù)后側(cè)位片

圖2 實(shí)驗(yàn)組術(shù)后9周側(cè)位片

圖3 對(duì)照組術(shù)后側(cè)位片

圖4 對(duì)照組術(shù)后9周側(cè)位片

2.3 生物力學(xué)測(cè)試結(jié)果 當(dāng)標(biāo)本受到3 N的扭轉(zhuǎn)載荷時(shí)，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的抗扭轉(zhuǎn)剛度在術(shù)后0周、3周差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，9周后差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(見表1)。

2.4 兩組標(biāo)本軸向壓縮剛度結(jié)果 當(dāng)標(biāo)本受到300 N的縱向載荷時(shí)，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的的抗壓縮剛度術(shù)后0周、3周比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，9周后差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(見表2)。

2.5 骨缺損端組織病理學(xué)觀察 術(shù)后3周實(shí)驗(yàn)組骨缺損端間見有較多的軟骨細(xì)胞和大量的纖維組織，軟骨細(xì)胞多為肥大的成熟型，可見軟骨細(xì)胞肥大融合壞死現(xiàn)象，纖維組織排列緊密。在骨表面出現(xiàn)較多的成骨細(xì)胞，且數(shù)目較多，在斷端周圍有少量類骨質(zhì)出現(xiàn)。對(duì)照組骨缺損端可見到大量的軟骨細(xì)胞和纖維細(xì)胞，軟骨細(xì)胞多為幼稚型，也有胞體較大的成熟軟骨細(xì)胞出觀，但數(shù)量較少，軟骨組織增生明顯，纖維細(xì)胞排列稀疏。亦可見到一些扁平狀成骨細(xì)胞，數(shù)量較少，在骨表面的軟組織中可見到一些成骨性始祖細(xì)胞。骨表面有類骨質(zhì)出現(xiàn)。術(shù)后9周，實(shí)驗(yàn)組骨折缺損端內(nèi)骨痂面積減少，斷端多為新生骨小梁，排列較規(guī)則，未見到纖維性骨痂，成骨細(xì)胞數(shù)量較少，骨細(xì)胞數(shù)量較多，破骨細(xì)胞少見。對(duì)照組骨折斷端內(nèi)骨痂面積減少，斷端多為新生骨小梁，軟骨組織消失，骨小梁排列紊亂，成骨細(xì)胞數(shù)量較少，骨細(xì)胞數(shù)量較多，破骨細(xì)胞少見(見表3)。

表1 兩組標(biāo)本扭轉(zhuǎn)剛度結(jié)果比較（±s，N·cm/°）

表1 兩組標(biāo)本扭轉(zhuǎn)剛度結(jié)果比較（±s，N·cm/°）

注：兩組比較，*P＜0.001；ΔP＜0.001。

術(shù)后9周0.716±0.1640.614±0.440Δ組別實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組術(shù)后0.384±0.018 ＊0.084±0.012＊Δ術(shù)后3周0.218±0.025＊0.039±0.009＊Δ

表2 兩組標(biāo)本軸向壓縮剛度結(jié)果（±s，N/mm）

表2 兩組標(biāo)本軸向壓縮剛度結(jié)果（±s，N/mm）

注：兩組比較，*P＜0.001；ΔP＜0.001。

組別術(shù)后9周術(shù)后 術(shù)后3周實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組12.16±3.59111.535±1.578Δ 6.575±0.988＊1.273±0.445＊Δ 5.843±0.947＊0.646±0.180＊Δ

表3 Lane骨移植組織學(xué)評(píng)分（分，±s）

表3 Lane骨移植組織學(xué)評(píng)分（分，±s）

注：兩組比較，P＜0.05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

時(shí)間術(shù)后3周術(shù)后9周P值＜0.05＜0.05實(shí)驗(yàn)組3.00±0.899.83±0.98對(duì)照組1.50±0.554.67±0.81均值比4.3710.77

3 討論

股骨干上應(yīng)力分布的特點(diǎn)是前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)骨受壓力，后外側(cè)皮質(zhì)骨受張力[4]，因此根據(jù)張力帶固定原則，將鋼板置于股骨干的張力側(cè)，使張力側(cè)在承受功能性負(fù)荷時(shí)，由于肌肉收縮等因素，會(huì)使張應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力，有利于內(nèi)固定的穩(wěn)定性[5]。但鋼板固定是一種偏心性固定，骨折端受力不均衡，在骨折愈合的早期，鋼板上受到較大的彎曲應(yīng)力，功能鍛煉時(shí)彎曲應(yīng)力的反復(fù)作用，易導(dǎo)致鋼板彎曲和斷裂。特別是內(nèi)側(cè)骨皮質(zhì)粉碎性骨折或骨皮質(zhì)缺損時(shí)，一承受負(fù)荷，支點(diǎn)會(huì)越來越靠近鋼板。對(duì)于較大的缺損，支點(diǎn)最終進(jìn)入鋼板，在承受周期性負(fù)荷后，不可避免發(fā)生疲勞性彎曲、斷裂，導(dǎo)致內(nèi)固定失敗[6]。

采用同種異體皮質(zhì)骨板植骨，是把它作為“生物鋼板”，既有植骨作用，又主要起固定作用，加上金屬鋼板，構(gòu)成了生物材料和金屬材料相結(jié)合的固定系統(tǒng)[7-8]。骨板與鋼板通過螺釘連于一體，螺釘通過同種異體皮質(zhì)骨板，大大增加了把持力，同時(shí)加強(qiáng)了鋼板的固定作用，與骨骼共同形成穩(wěn)定的框架形幾何不變體系，雙板相互協(xié)同相互制約，提高了整體固定的剛度和強(qiáng)度。雙板固定的軸線更接近于股骨中線，其作用在鋼板上的彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力相對(duì)減少，應(yīng)力分布均勻；對(duì)骨缺損部植骨能起到支撐保護(hù)作用，防止移植骨被壓縮、崩塌。通常植骨都放在骨缺損部位的四周，放置骨板后，骨缺損部位部分需植骨區(qū)骨板可替代，故應(yīng)用同種異體皮質(zhì)骨板固定后，植骨量可明顯減小。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鋼板固定+植松質(zhì)骨組的扭轉(zhuǎn)剛度、軸向壓縮剛度均較低（剛度即抵抗變形的能力），抵抗變形的能力越低，整體結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定，固定就不夠牢靠，不利于骨愈合及骨強(qiáng)度的恢復(fù)。而骨板、鋼板固定+植松質(zhì)骨組，由于植入的骨板增加了螺釘?shù)陌殉至Γ湔w結(jié)構(gòu)的剛度及穩(wěn)定性均高于單純鋼板固定組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.001)，在這種條件下，將為骨愈合創(chuàng)造一個(gè)穩(wěn)定的力學(xué)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)組羊術(shù)后即能夠站立行走，6～8 d后步態(tài)恢復(fù)正常。有了可靠的初始固定，使得移植骨的爬行替代及骨缺損部骨折愈合正常進(jìn)行。大體形態(tài)學(xué)觀察及組織病理學(xué)切片證實(shí)，9周時(shí)骨缺損部已達(dá)骨性愈合，同種異體皮質(zhì)骨板與周圍宿主骨獲得骨性連接，同種異體骨板內(nèi)已有新骨形成。扭轉(zhuǎn)剛度為(0.716±0.164)N·cm/°、軸向壓縮剛度為(12.16±3.591)N·cm/°，和正常股骨干比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

臨床上采用此技術(shù)應(yīng)用于上肢及下肢骨折、骨缺損及骨不連的治療，均取得較好的療效[9-11]。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)同種異體皮質(zhì)骨板能夠?yàn)楣瞧べ|(zhì)缺損區(qū)提供可靠的初始固定和穩(wěn)定性，預(yù)防鋼板、螺絲釘松動(dòng)、彎曲，給移植松質(zhì)骨愈合提供穩(wěn)定的力學(xué)環(huán)境；是治療骨折、骨缺損及骨不連的一種較理想方法。

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