比格犬下頜骨層片狀與線性骨折愈合進(jìn)程中生物力學(xué)分析

邵靜宇,陳俊文，李 軍，徐 前

（1新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院口腔頜面外科,烏魯木齊 830001；2湖北省天門市第一人民醫(yī)院口腔科,湖北 天門 431700）

面部外傷是口腔頜面部最常見的疾病之一，多數(shù)外傷均與頜面部損傷有關(guān)[1]。據(jù)流行病學(xué)研究報(bào)道，頜面部損傷最常見的類型是頜面部骨折（66.9%），而最常見的骨折部位則是下頜骨[2]。由于下頜骨結(jié)構(gòu)及解剖形態(tài)導(dǎo)致其骨折率高，其中下頜骨體部層片狀、線性骨折為下頜骨折的常見類型。目前國內(nèi)外關(guān)于下頜骨體部層片狀骨折在臨床內(nèi)固定研究協(xié)會(huì)/骨科創(chuàng)傷協(xié)會(huì)(association for the study of internal fixation/the orthopaedic trauma association、OTA/AO）分類系統(tǒng)中均無較為準(zhǔn)確、細(xì)致的分型及相應(yīng)的治療指南與方案。同時(shí)，由于層片狀骨折線走行特殊性，導(dǎo)致其臨床治療具有一定的挑戰(zhàn)性。在臨床治療工作中，經(jīng)常將層片狀骨折按照常規(guī)治療方案進(jìn)行手術(shù)及治療。因此，本研究對(duì)骨折愈合進(jìn)程中的生物力學(xué)進(jìn)行分析，以期為層片狀骨折臨床治療提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組健康成年比格犬18只，20～24月齡，體重8.0～12.0 kg，雌雄不限。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物由新疆醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供[動(dòng)物許可證號(hào)：SCXK(新)2018-0003]，實(shí)驗(yàn)已通過新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院倫理委員會(huì)審批（KY2018060613），并在符合國家相關(guān)要求設(shè)施內(nèi)完成。實(shí)驗(yàn)過程符合動(dòng)物福利相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)。所有動(dòng)物入圈圈養(yǎng)1周后，按登記順序編號(hào)，將偶數(shù)分為線性組，奇數(shù)分為層片組，每組9只。層片組行層片狀截骨，即建立長度范圍約2.0 cm角度約25°的層片狀骨折模型；線性組行線性截骨，骨切開線方向與下頜骨下緣垂直，即建立線性骨折模型，見圖1。

圖1 兩組骨折模型圖

1.2 實(shí)驗(yàn)材料鈦板，板厚0.6 mm、長12 mm，螺釘直徑1.5 mm、長8 mm，由西安中邦鈦生物材料有限公司提供（CN102846356A）。微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)（濟(jì)南鑫光試驗(yàn)機(jī)制造有限公司），MC魯制01000068號(hào)，型號(hào)DWD-5，規(guī) 格50 KN（編 號(hào)：J170914D），精度0.5級(jí)。

1.3 手術(shù)方法所有動(dòng)物禁食12 h。術(shù)前建立靜脈通道，靜脈滴注500 mL葡萄糖及生理鹽水，術(shù)前半小時(shí)皮下注射氨芐青霉素1.4 g。采用速眠新Ⅱ（0.6 mg/kg）與舒泰（0.75 mg/kg）混合肌注誘導(dǎo)麻醉，麻醉顯效后，犬左側(cè)下頜下備皮。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物取仰臥位，四肢固定，常規(guī)消毒鋪巾。手術(shù)部位局部皮下注射0.5%必蘭麻，以減少術(shù)區(qū)出血。左側(cè)平行下頜骨下緣作長3.0 cm弧形切口，15號(hào)手術(shù)刀按美蘭劃線切開黏膜、肌肉及骨膜，沿骨面剝離骨膜，暴露左側(cè)下頜骨下緣至下頜骨體部牙槽嵴骨面，使用電刀電凝止血。

1.3.1 層片組建立第一磨牙至第一前磨牙下頜骨體部上緣向下鑿出與下頜骨長軸成25°夾角的斷面，使下頜骨唇頰側(cè)骨皮質(zhì)與舌側(cè)骨皮質(zhì)分離形成層片狀，骨刀逐漸向下劈開下頜體內(nèi)外側(cè)骨板，下頜骨撐開器完全離斷下頜骨內(nèi)外側(cè)骨板，建立下頜骨體部層片狀骨折。

1.3.2線性組建立第一磨牙與第一前磨牙間的區(qū)域鑿出垂直于下頜骨體部的凹槽，凹槽由下頜骨頰側(cè)移行至舌側(cè)磨牙牙槽嵴，截?cái)嘞骂M骨，建立下頜骨體部線性骨折。手術(shù)過程中需注意牙根、頦神經(jīng)及下牙槽神經(jīng)。充分松解下頜骨體部骨斷端后，在恢復(fù)并保持正常咬牙合關(guān)系的同時(shí)復(fù)位骨斷端。下頜骨體部頰側(cè)骨折線兩側(cè)分別并排打入4孔，打孔深度至舌側(cè)骨板松質(zhì)骨距離約5 mm，打孔同時(shí)進(jìn)行沖洗，2套中邦4孔鈦板及配套螺釘固定下頜骨體部骨斷端。

1.4 術(shù)后處理術(shù)后3 d，2次/d皮下注射氨芐青霉素1.4 g預(yù)防感染，1次/d皮下注射卡洛芬70 mg止痛，高蛋白營養(yǎng)支持1周，觀察創(chuàng)面愈合情況。術(shù)后1周拆除比格犬下頜骨術(shù)區(qū)縫線。

1.5 愈合骨組織取材與X線評(píng)估分別于術(shù)后2周、1個(gè)月、3個(gè)月處死兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)3只，共9只。去除下頜骨殘留軟組織后立即取出完整下頜骨進(jìn)行影像檢測(cè)，球管距離75 cm，輸出電壓480 kV，輸出電流80 mA，爆光時(shí)間0.08 s，觀察骨折愈合情況及骨小梁改建情況。采用雙盲法，由兩名具有高級(jí)職稱的口腔頜面外科醫(yī)師閱片。

1.6 力學(xué)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)將下頜骨標(biāo)本骨折線至于頂端跨距為8 mm，底端跨距為20 mm的中心位置固定，保持加載速度為1 mm/min進(jìn)行加載，見圖2。測(cè)量時(shí)保持位置一致及標(biāo)本濕潤狀態(tài)，通過材料試驗(yàn)機(jī)配套計(jì)算機(jī)記錄載荷-位移曲線。以骨斷裂線為中心，截取長2 cm的下頜骨標(biāo)本進(jìn)行標(biāo)記后浸泡于多聚甲醛固定，并置于-80℃干冰中儲(chǔ)存。對(duì)兩組斷裂能、剛度、最大載荷進(jìn)行比較。

圖2 力學(xué)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)圖

1.7 愈合骨組織的組織學(xué)觀察以骨斷裂線為中心，截取長約2 cm的下頜骨標(biāo)本本進(jìn)行脫鈣、脫水、石蠟包埋、0.22 μm切片后進(jìn)行HE及Masson染色，觀察愈合組織成分、骨折愈合形式。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理數(shù)據(jù)分析采用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組術(shù)后觀察結(jié)果所有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物均從麻醉中恢復(fù)平穩(wěn)，并在第二天開始正常進(jìn)食、排便，手術(shù)后均未見傷口裂開或感染跡象。

2.2 兩組X線評(píng)估結(jié)果比較術(shù)后2周，兩組標(biāo)本骨痂少，骨切開線均清晰，外側(cè)皮層均無顯著骨痂形成，而內(nèi)側(cè)末端可見一薄層骨膜組織；術(shù)后1個(gè)月，兩組骨痂均顯著增多，線性組骨切開線開始模糊，但仍可見完整的骨切開線，層片組骨切開線基本消失，骨折間隙中見部分骨橋出現(xiàn)；術(shù)后3個(gè)月，骨痂較前縮小，線性組骨折間隙透射影模糊，切開線模糊，骨小梁結(jié)構(gòu)不清，層片組間隙基本愈合，骨切開線消失，骨折部位幾乎完全用新骨橋接，可見較為完整骨小梁結(jié)構(gòu)，層片組愈合速度整體上較線性組快，見圖3。

圖3 兩組術(shù)后X線影像圖

2.3 組織學(xué)評(píng)估病理切片結(jié)果顯示，術(shù)后2周兩組骨折斷端骨痂形成，膠原纖維增多，骨折間隙為增生的纖維肉芽組織，層片組骨折間隙中可見骨組織與纖維間延續(xù)，此現(xiàn)象并未在線性組中出現(xiàn)。術(shù)后1個(gè)月，骨斷端形成骨組織，兩組骨痂的骨小梁進(jìn)一步增粗，層片組骨組織具有一定的方向性，成骨細(xì)胞活躍，膠原纖維組織增生變少，新生骨量變少。術(shù)后3個(gè)月，兩組骨折間隙區(qū)新生骨改建成熟，層片組骨細(xì)胞及成骨細(xì)胞更豐富，未見破骨細(xì)胞，見圖4、5。

圖4 術(shù)后HE染色圖（×200）

圖5 術(shù)后Masson染色圖（×200）

2.4兩組生物力學(xué)評(píng)估四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)結(jié)果顯示，載荷-位移曲線達(dá)到最高峰時(shí)下頜骨出現(xiàn)裂縫，載荷-位移曲線最高點(diǎn)時(shí)呈斷崖式下降，下頜骨骨折線斷裂程度隨時(shí)間增加而增加。隨著骨折愈合時(shí)間的延長，兩組標(biāo)本力學(xué)參數(shù)相對(duì)增高。術(shù)后1個(gè)月，層片組最大載荷、斷裂能高于線性組(P<0.05)。術(shù)后3個(gè)月，層片組最大載荷、剛度高于線性組(P<0.05)，層片組骨折愈合后的生物力學(xué)總體情況較線性組好，見表1。

表1 術(shù)后四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)情況比較(±s)

表1 術(shù)后四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)情況比較(±s)

注：與線性組比較，*P<0.05。

組別線性組層片組t值P值最大載荷/N 2周37±2.5 42.6±4.0 1.94 3.23 4.02 0.12 0.03 0.01 1個(gè)月79.6±6.1 93.4±4.0*3個(gè)月134±16.5 200±3.0*剛度/（N/mm）2周94.6±5.5 104±3.0 2.57 0.47 5.77 0.06 0.65 0.004 1個(gè)月89±5.5 92±7.9 3個(gè)月147±8.5 187±8.3*斷裂能/（N×mm）2周57±3.0 61.6±4.0 1.48 4.46 2.80 0.21 0.01 0.49 1個(gè)月77.8±2.5 89.0±3.4*3個(gè)月110.4±6.1 125.3±6.8

3 討論

堅(jiān)固內(nèi)固定技術(shù)已成為口腔頜面部骨折的首選治療方法，已廣泛用于臨床[3]。本研究結(jié)果顯示，手術(shù)后第2周、1個(gè)月、3個(gè)月均未出現(xiàn)植入物引起的不良反應(yīng)，這表明堅(jiān)固內(nèi)固定方法可以保證層片狀骨折的穩(wěn)定，滿足層片狀骨折愈合的需要。

臨床上，骨折愈合受局部生物學(xué)、生物力學(xué)及多種系統(tǒng)因素的影響。其中生物力學(xué)因素主要包括：骨折固定的穩(wěn)定性，骨折類型，骨斷端的應(yīng)力類型及大小等[4]。有研究認(rèn)為，早期骨折固定的穩(wěn)定性是骨折愈合的關(guān)鍵前提，骨折穩(wěn)定性的缺失會(huì)造成骨愈合延遲，甚至骨不愈或骨不連[5]。早期愈合組織的機(jī)械微環(huán)境會(huì)受到骨折固定，骨折的幾何形狀以及施加的載荷的影響。Miramini等[6]通過機(jī)械測(cè)試結(jié)合計(jì)算模型研究骨折傾斜度對(duì)早期骨折愈合的影響，結(jié)果表明，傾斜角（θ）對(duì)片段間運(yùn)動(dòng)（IFM）有重要影響，片段間運(yùn)動(dòng)（Inter-fragmentary movement，IFM）影響愈合組織的機(jī)械微環(huán)境。骨折附近皮質(zhì)的軸向IFM隨θ減小，而剪切IFM隨著傾斜角顯著增加，與橫向骨折相比，較大的θ可以使剪切IFM增加4倍，但它也會(huì)在骨折愈合的皮層附近產(chǎn)生應(yīng)力效應(yīng)。因傾斜角度大（θ≥30°）易導(dǎo)致皮質(zhì)骨骨形成不均勻，且近皮質(zhì)層的軸向運(yùn)動(dòng)會(huì)增加骨折固定的不穩(wěn)定性。臨床研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也表明，軸向運(yùn)動(dòng)在鎖骨板穩(wěn)定的骨折近皮質(zhì)附近過小，可以抑制骨的形成導(dǎo)致愈合延遲[7]。因此，骨折部位的過度剪切運(yùn)動(dòng)已被認(rèn)為是傾斜骨折不穩(wěn)定的重要決定因素。骨斷端的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被普遍認(rèn)為不利于愈合組織的生長，在扭轉(zhuǎn)載荷運(yùn)動(dòng)下的骨斷端會(huì)延遲愈合。而循環(huán)加載軸向應(yīng)力會(huì)促進(jìn)骨痂的形成以及礦化過程，有利于骨折愈合[8]。

分析X線結(jié)果，同一時(shí)間下層片狀骨折組較線性骨折組愈合進(jìn)展略快，這說明層片骨折組愈合能力較線性骨折組強(qiáng)。這與Tourolle等[9]的研究結(jié)果一致。而染色結(jié)果顯示，在術(shù)后1個(gè)月，3個(gè)月層片狀骨折組較線性骨折組有更為豐富的纖維組織與活躍的骨細(xì)胞，說明骨細(xì)胞能促進(jìn)骨折愈合，這也與X線結(jié)果相互驗(yàn)證。而骨細(xì)胞及其分泌因子可能在骨折修復(fù)中起關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用[10]，可調(diào)節(jié)骨代謝、再生、重塑[11]。努爾曼·衣西堅(jiān)等[12]對(duì)骨折愈合機(jī)制的探討證明，骨折愈合過程中增強(qiáng)骨細(xì)胞活性能促進(jìn)骨折愈合。生物力學(xué)結(jié)果顯示，層片組骨折愈合后的生物力學(xué)總體情況較線性組好，說明在愈合過程中所受應(yīng)力類型更有利于層片狀骨折斷端的愈合。Ren等[13]研究表明，不同幾何形狀裂縫的片段間運(yùn)動(dòng)（IFM）差異可顯著改變愈合時(shí)間，即使沒有會(huì)增加損傷嚴(yán)重性的生物學(xué)混雜因素，幾何形狀也可影響骨折愈合。通過堅(jiān)固內(nèi)固定方式進(jìn)行骨折固定，層片狀骨折與線性骨折因骨折類型不同在愈合上也會(huì)有所差異，而層片狀骨折受斷端的幾何形狀、更利于骨折愈合的斷端應(yīng)力等影響，同一時(shí)間層片狀骨折較線性骨折愈合更快，愈合后骨力學(xué)性能更佳。本研究不足之處是建立的骨折模型僅代表臨床常規(guī)層片狀骨折類型，并不能代表所有層片狀骨折類型。

綜上所述，下頜骨體部層片狀骨折所受生物力學(xué)更有利于骨折愈合，可為臨床選擇手術(shù)方式、治療方案及干預(yù)措施提供理論依據(jù)。