滑動臂定位器聯(lián)合鋼板手術(shù)治療脛骨中段骨折的效果＊

田紅波 金粉勤 吳鳴 徐繼平 肖海軍 殷諾 潘明芒 呂波 薛鋒

隨著工業(yè)化的發(fā)展，交通事故不斷增多，各種原因?qū)е旅劰枪钦郏l(fā)生骨折延遲愈合的可能性較大，常常需要內(nèi)固定治療。隨著動物實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步，近年來建立脛骨骨折動物模型，顯著提高了對脛骨粉碎性骨折的治療水平[1-2]。本組研究采用套筒定位器鋼板手術(shù)治療脛骨中段粉碎性骨折，以新西蘭大白兔制作脛骨粉碎性骨折模型，觀察對骨折后三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和扭曲強(qiáng)度的影響。骨折發(fā)生后，機(jī)體細(xì)胞因子發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)，骨折端的壞死骨細(xì)胞，成骨細(xì)胞和被吸收的骨基質(zhì)均向周圍釋放內(nèi)源性細(xì)胞因子，如骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）-7和胰島素樣生長因子（IGF）-1作用尤為突出[3-4]。護(hù)骨素（OPG）是腫瘤壞死因子新成員，是破骨細(xì)胞抑制因子，是骨代謝的重要負(fù)調(diào)節(jié)因子[5]。本組研究通過觀察對兔脛骨粉碎性骨折內(nèi)固定后，觀察對機(jī)體血清BMP-7、IGF-1和OPG水平的影響，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 一般材料

2015年1 月-2018年12月選擇新西蘭雄性大白兔50只，SPF級，6月齡，體重 3.1～3.5 kg，平均（3.3±0.1）kg。購自復(fù)旦大學(xué)動物實(shí)驗(yàn)中心。

1.2 方法

1.2.1 兔脛骨粉碎性骨折模型建立和分組 兔脛骨骨折模型建立后，隨機(jī)分為觀察組和對照組，每組25只。對照組體重 3.1～3.5 kg，平均（3.2±0.1）kg；觀察組體重 3.1～3.5 kg，平均（3.3±0.1）kg。觀察組予以滑動臂定位器聯(lián)合鋼板治療，見圖1；對照組予以應(yīng)用套筒定位器聯(lián)合鋼板治療，見圖2。對照組：套筒定位器+鋼板治療，兔脛骨骨折對位對線良好，見圖3。動物骨折部位備皮，戊巴比妥鈉（40 mg/kg）進(jìn)行腹腔注射，麻醉成功后，將新西蘭大白兔仰臥位固定在動物手術(shù)臺上，骨折部位脫毛并用0.5% 的碘伏消毒手術(shù)區(qū)域，鋪無菌洞巾，取骨折部位手術(shù)切口，依次分離兔脛骨肌肉、血管及神經(jīng)組織，顯露脛骨中段，用電鋸造成脛骨中段骨折斜形骨折，在電鋸的過程中滴加生理鹽水，采用手法牽拉+翹撥等方法復(fù)位，然后在套筒引導(dǎo)下克氏針臨時(shí)固定骨折斷端，然后再用鋼板固定骨折斷端，然后沖洗切口、依次逐層縫合切口，切口部位無菌輔料包扎，石膏托臨時(shí)固定，待動物清醒后給予抗生素預(yù)防切口感染。觀察組：與對照組不同的是采用滑動臂定位器引導(dǎo)下克氏針臨時(shí)固定骨折斷端，然后再用鋼板固定骨折斷端，其余步驟與對照組相同。

圖1 滑動臂定位器

圖2 套筒定位器

圖3 套筒定位器聯(lián)合鋼板治療兔脛骨骨折對位對線良好

1.2.2 脛骨離體的生物力學(xué)測試 標(biāo)本的選取：術(shù)后2、6周，每組取5只兔耳緣靜脈注射空氣，處死模型，取左側(cè)脛骨，去除肌肉等軟組織，予以濕紗布包裹，置于-20 ℃冰箱中保存。觀察組術(shù)后6周脛骨中段骨折骨折部位愈合良好，見圖4。在行生物力學(xué)測試時(shí)，實(shí)驗(yàn)前1 d取出自然解凍，脛骨兩端予以凝牙托粉包埋成長4 cm，高1 cm正方體，底面平行。對三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)標(biāo)本先取出髓內(nèi)骨圓針，再行脛骨兩端包埋。生物力學(xué)測定：用AG-IS力學(xué)試驗(yàn)機(jī)[島津（香港）有限公司生產(chǎn)]測定三點(diǎn)彎曲加載實(shí)驗(yàn)，要求包埋在同一平面，減少加載時(shí)偏移。拉伸實(shí)驗(yàn)脛骨包埋放置在上下夾具，使脛骨軸線與夾具一致；行旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，脛骨軸線同樣與夾具一致。

圖4 觀察組術(shù)后6周脛骨中段骨折骨折部位愈合良好

1.3 觀察指標(biāo)

觀察兩組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、骨痂形成量（每組10只處死模型骨痂量）和骨折愈合時(shí)間，觀察脛骨骨折模型術(shù)后2、6周三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和扭曲強(qiáng)度；比較手術(shù)前、手術(shù)后2周、手術(shù)后6周血清BMP-7、IGF-1和OPG水平。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

本研究數(shù)據(jù)采用SPSS 12.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析和處理，計(jì)量資料以（±s）表示，采用t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、骨痂形成量和骨折愈合時(shí)間比較

觀察組10只處死模型骨痂形成量為（49.38±11.49）mg，多于對照組的（35.26±10.26）mg，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.899，P=0.009）。觀察組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量和骨折愈合時(shí)間明顯優(yōu)于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），見表1。

表1 兩組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、骨折愈合時(shí)間比較 （±s）

表1 兩組手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、骨折愈合時(shí)間比較 （±s）

骨折愈合時(shí)間（周）觀察組（n=15） 51.67±5.67 22.38±9.62 6.04±1.36對照組（n=15） 65.48±7.92 48.16±11.38 7.56±1.47 t值 5.491 6.701 2.940 P值 0.000 0.000 0.007組別 手術(shù)時(shí)間（min）術(shù)中出血量（ml）

1.2.3 骨痂形成量 脛骨離體生物力學(xué)后，將各標(biāo)本骨折斷端骨痂去下，采用1∶1丙酮-乙醚混合后脫脂48 h，予以烘干后，稱重。

1.2.4 BMP-7、IGF-1和OPG的檢測 每組15只在手術(shù)前、手術(shù)后2、6周，從耳緣靜脈取靜脈血約5 ml，采用離心機(jī) 2 500 r/min，離心半徑 6 cm，離心約 10 min，分離出上清液放置在-80 ℃的冰箱中保存。采用電化學(xué)發(fā)光儀（瑞士羅氏公司）檢測BMP-7、IGF-1、OPG，靈敏度0.05 ng/ml。采用雙抗體夾心化學(xué)發(fā)光法檢測BMP-7、IGF-1、OPG水平，用生物素化單克隆BMP-7、IGF-1、OPG特異性抗體與血清混合，形成抗原抗體復(fù)合物，然后加入鏈霉素磁珠微粒進(jìn)行二次孵育，通過生物素和鏈霉素親和素作用結(jié)合，通過電磁效應(yīng)將磁珠吸附在電極表面，通過電極的電壓促進(jìn)復(fù)合物化學(xué)發(fā)光，測定發(fā)光強(qiáng)度，采用Elecsys軟件自動通過定標(biāo)曲線計(jì)算出BMP-7、IGF-1、OPG含量。

2.2 兩組手術(shù)后2、6周三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和扭曲強(qiáng)度比較

手術(shù)后2、6周，觀察組三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和扭曲強(qiáng)度均明顯高于對照組（P＜0.01），見表2。

表2 兩組手術(shù)后2、6周三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和扭曲強(qiáng)度比較 [N/mm2，（±s）]

表2 兩組手術(shù)后2、6周三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和扭曲強(qiáng)度比較 [N/mm2，（±s）]

手術(shù)后2周 手術(shù)后6周 手術(shù)后2周 手術(shù)后6周 手術(shù)后2周 手術(shù)后6周觀察組（n=5） 157.38±2.46 128.64±3.19 139.49±3.76 121.49±4.51 126.35±3.19 89.37±3.48對照組（n=5） 135.37±2.18 113.95±3.08 121.64±2.18 106.27±3.27 110.23±2.03 71.46±2.37 t值 29.946 14.816 18.367 12.219 19.066 19.024 P值 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000組別 三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度 拉伸強(qiáng)度 扭曲強(qiáng)度

2.3 兩組手術(shù)后2、6周BMP-7、IGF-1、OPG水平比較

手術(shù)后2、6周，觀察組BMP-7、IGF-1、OPG水平均明顯高于對照組（P＜0.01），手術(shù)后6周，兩組BMP-7、IGF-1、OPG水平均較手術(shù)后2周增高（P＜0.01），見表3。

表3 兩組手術(shù)后2、6周BMP-7、IGF-1、OPG水平比較 （±s）

表3 兩組手術(shù)后2、6周BMP-7、IGF-1、OPG水平比較 （±s）

*與本組手術(shù)前比較，P＜0.05；與本組手術(shù)后2周比較，P＜0.05。

手術(shù)前 手術(shù)后2周 手術(shù)后6周 手術(shù)前 手術(shù)后2周 手術(shù)后6周 手術(shù)前 手術(shù)后2周 手術(shù)后6周觀察組（n=15） 356.64±10.65 538.28±14.29*562.38±12.66*#15.82±1.35 22.67±1.27*25.38±1.46*# 8.96±1.04 13.49±1.67*18.38±1.97*#對照組（n=15） 361.55±12.28 427.34±13.67*455.64±11.27*#15.76±1.08 18.38±1.19*21.16±1.35*# 8.79±1.15 11.33±1.48*15.49±1.86*#t值 1.170 21.727 24.390 0.134 9.547 8.219 0.425 3.749 4.131 P值 0.252 0.000 0.000 0.894 0.000 0.000 0.674 0.000 0.000組別 BMP-7（ng/L）IGF-1（ng/L）OPG（pmol/L）

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，觀察組予以滑動臂定位器聯(lián)合鋼板治療后，手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量和骨折愈合時(shí)間明顯優(yōu)于對照組，而觀察組的骨痂形成量明顯多于對照組（P＜0.01）。本研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，觀察組三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和扭曲強(qiáng)度在不同時(shí)點(diǎn)均明顯高于對照組。可能與滑動臂定位器在治療中的作用具有明顯的關(guān)系，（1）定位準(zhǔn)確：術(shù)中可以精確控制導(dǎo)針進(jìn)針點(diǎn)、出針點(diǎn)位置和方向，避免骨折斷端的再次移位和反復(fù)穿針對鄰近組織造成損傷，提高一次成功率，縮短手術(shù)時(shí)間，減少穿針對周圍組織造成“二次打擊”；（2）操作簡便、靈活：術(shù)中根據(jù)情況可以隨時(shí)調(diào)整導(dǎo)針進(jìn)針點(diǎn)位置及導(dǎo)針方向，均可以使導(dǎo)針順利從預(yù)先設(shè)定的出針點(diǎn)出針即定位針針尖部位，從而縮短手術(shù)時(shí)間、減少出血量，減少術(shù)后感染的發(fā)生；（3）避免手術(shù)中多次使用X線C臂機(jī)透視，減少手術(shù)人員和實(shí)驗(yàn)動物X線照射次數(shù)；（4）由于術(shù)中定位準(zhǔn)確，損傷周圍組織較少，周圍組織破壞較少，骨折愈合時(shí)間和骨痂形成量明顯優(yōu)于對照組，并且骨折愈合后的剛度和強(qiáng)度明顯優(yōu)于對照組。骨折愈合過程是個(gè)復(fù)雜的過程，骨折愈合過程中的局部生物力學(xué)環(huán)境決定骨折愈合模式和速度，而滑動臂定位器聯(lián)合鋼板對骨折周圍組織破壞最小，故骨折的愈合相對較快，故骨折后的生物力學(xué)判斷是評判骨折愈合的最直接方法。

骨折的愈合過程是一個(gè)復(fù)雜的再生過程，往往伴隨大量的細(xì)胞因子參與，隨著基因和生物技術(shù)研究的不斷深入，對促進(jìn)骨折愈合機(jī)制有了新的認(rèn)識[6]。正常骨折愈合過程，骨祖細(xì)胞可以再次被活化，通過細(xì)胞分裂轉(zhuǎn)變?yōu)槌晒羌?xì)胞，抑制破骨細(xì)胞，是骨折愈合的關(guān)鍵[7]。本組研究發(fā)現(xiàn)觀察組BMP-7、IGF-1、OPG水平明顯高于對照組，并且隨著時(shí)間的延長，其水平逐漸增加，說明滑動臂定位器聯(lián)合鋼板治療具有明顯提高BMP-7、IGF-1和OPG水平。在首次發(fā)現(xiàn)BMP時(shí)，提出了“誘導(dǎo)成骨”理論，而BMP-7具有強(qiáng)烈誘導(dǎo)骨活性，通過激活間充質(zhì)干細(xì)胞內(nèi)表達(dá)Runx2和Osterix的表達(dá)，誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化，協(xié)調(diào)其他骨組織的形成[8-9]。IGF-1是骨細(xì)胞代謝和保持功能的重要細(xì)胞因子，能夠減少骨膠原的退化，增加骨折的沉積，促進(jìn)骨細(xì)胞的分化，成熟和補(bǔ)充，并以時(shí)間-劑量的依賴的方式影響骨細(xì)胞增生和骨質(zhì)代謝，其主要通過與其受體結(jié)合，通過激活自身磷酸化激活絡(luò)氨酸蛋白酶，促進(jìn)胰島素受體底物的磷酸化，從而達(dá)到調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞，骨細(xì)胞生長、增值和代謝[10-11]。OPG是調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞分化和功能的主要信號通路，當(dāng)OPG分別于成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞膜上的NF-κB受體活化因子或者配體結(jié)合后，激活具有破骨細(xì)胞的功能活性的細(xì)胞，抑制破骨細(xì)胞骨吸收，達(dá)到成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞達(dá)到動態(tài)平衡，在骨折的愈合過程中具有重要作用[12-13]。

總之，滑動臂定位器聯(lián)合鋼板手術(shù)治療脛骨中段粉碎性骨折具有手術(shù)時(shí)間短，術(shù)中出血量少，骨痂形成多，骨折愈合時(shí)間快，在生物力學(xué)方面具有明顯優(yōu)勢，可能與BMP-7、IGF-1和OPG水平升高有關(guān)。