異體顱骨外板和自體骨修復豬顱骨缺損的研究*

夏建江 張 巖 孟宏武

新疆塔城地區(qū)人民醫(yī)院 834700

顱骨缺損屬于神經(jīng)外科常見病之一,主要見于各類外傷、車禍傷、電擊傷等[1]。近年來,顱腦損傷逐年增多,我國顱骨損傷發(fā)病率約24.1%[2]。隨著顱腦疾病患者的增多,越來越多的患者在去骨瓣減壓手術(shù)中將顱骨瓣切除,以緩解顱內(nèi)壓增高及腦水腫引起的頭痛、嘔吐等癥狀,防止腦疝發(fā)生[3]。顱骨修補術(shù)為去骨瓣減壓術(shù)后必不可少的后續(xù)治療措施,而修復顱骨的材料多為自體或者異體顱骨。異體骨瓣需要深凍低溫保存,顱骨瓣已成為顱骨缺損修補術(shù)采用的修補材料。同時,自體骨移植被認為最理想的骨移植材料,同時也稱為骨移植“金標準”[4]。我院神經(jīng)外科收治的腦外傷或者腦出血患者行開顱骨瓣減壓術(shù)后,取出顱骨瓣給予低溫深凍保存。使用前自然復溫,采用顱骨外板切取刀將顱骨骨瓣分離出顱骨外板,對小香豬實施異體顱骨外板移植修補術(shù)及自體骨顱骨修補術(shù),現(xiàn)將研究報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗動物:選擇24只貴州小香豬,雌雄不限,體重15～20kg,隨機分為實驗組、對照組、正常組。

1.1.2 顱骨修補材料:(1)自體骨:用牙科電鉆鉆成直徑為2cm的顱骨全層缺損,操作中仔細收集脫落的骨粉。(2)異體骨:2018年2—12月我院神經(jīng)外科收治的腦外傷及腦出血患者,行開顱減壓手術(shù)后取出的顱骨骨瓣,將其在-80℃深凍冷藏保存,術(shù)前采用顱骨外板切取刀將顱骨骨瓣分離出顱骨外板,將切取的顱骨外板打磨成直徑為2cm的圓形骨狀。

1.2 實驗方法 分別對16只小香豬的頂部用顱骨鉆實施鉆孔,制造直徑為2cm的左右兩個顱骨全層缺損狀態(tài),左側(cè)頂部的缺損口為A孔(對照組),右側(cè)頂部的缺損口為B孔(實驗組)。術(shù)前,小香豬禁食水12h,使用氯胺酮注射液與陸眠寧注射液,于小香豬后肢肌肉注射,評估麻醉深度,麻醉深度達標后,將小香豬取俯臥位捆綁于手術(shù)臺上,用開口器打開小香豬的口腔,用紗布牽出小香豬的舌頭,保持呼吸道通暢。小香豬頭頂部設(shè)計左右兩端直徑2cm的手術(shù)切開,手術(shù)區(qū)注射利多卡因。

對照組(A孔)處理方法:切開皮膚至骨膜,將顱骨外膜由中間向兩邊完整仔細剝離,暴露出冠狀峰和矢狀峰,用牙科電鉆將小香豬頂骨部鉆成直徑為2cm的顱骨全層缺損,操作過程中,術(shù)區(qū)用生理鹽水降溫處理,并小心收集脫落的骨粉,將切取的小香豬自體骨植入缺層,用粉填塞在A孔,分層縫合,閉合傷口。

實驗組(B孔)處理方法:精準測量缺損區(qū)域,根據(jù)缺損面積,將冷凍保存的臨床患者顱骨,進行顱骨外板分離,外板邊緣弧度打磨成直徑2cm圓形,使用錐子旋轉(zhuǎn)鉆顱骨外板,將鈦釘旋入固定顱骨外板植入頂部的B孔,利用鈦釘牢牢固定于缺損處。稀釋沖洗術(shù)區(qū),分層縫合,閉合傷口。

正常組的8只小香豬不予手術(shù),使用安樂死方法處死,截取顱骨全段進行福爾馬林固定,進行對比觀察分析。實驗組和對照組的16只小香豬實施異體顱骨外板或自體骨修復豬顱骨缺損修補術(shù)后8周,使用安樂死方法處死8只小香豬,截取顱骨全段進行福爾馬林固定,進行對比觀察分析。術(shù)后12周再次使用安樂死方法,處死8只小香豬,截取顱骨全段進行福爾馬林固定,進行對比觀察分析。對三組進行形態(tài)學、影像學、病理組織學觀察分析,以評估異體顱骨外板修補術(shù)的臨床效果和安全性。

1.3 主要觀察指標

1.3.1 術(shù)前頭圍測量: 24只小香豬5月齡時,隨機分為三組,手術(shù)前進行頭顱CT測量,評估頭顱發(fā)育狀況。比較三組小香豬頭顱發(fā)育差異。

1.3.2 大體觀察:取出福爾馬林固定的豬顱骨,觀察三組的顱骨標本狀況及肌肉組織與顱骨外板骨質(zhì)連接情況,評估新骨形成情況。

1.3.3 骨硬度檢測:正常組小香豬、實施手術(shù)后8周小香豬、實施術(shù)后12周小香豬,分別處死截取顱頂骨修復區(qū)新生的骨質(zhì)段對比健康小香豬的骨質(zhì)段,并用刀具截成適合大小的段骨,應用電子測試機,進行骨質(zhì)壓力強度測量,測量修復區(qū)骨段和正常骨段抗壓強度。

1.3.4 術(shù)后并發(fā)癥觀察:術(shù)后12周,觀察實驗組與對照組動物并發(fā)癥情況,有無皮下積液、感染、移位斷裂、癲癇發(fā)生,比較兩組動物并發(fā)癥差異。

1.3.5 組織學觀察:樣本浸泡10%中心福爾馬林固定48h,使用脫鈣劑脫鈣,用細針穿透組織,如無任何阻力時,終止脫鈣,持續(xù)蒸餾水沖洗8h,常規(guī)骨組織脫水、石蠟包埋切片、蘇木精液染色、烘干后顯微鏡下觀察核漿染色、封片。

2 結(jié)果

2.1 動物顱骨頂部測量 顱全長:兩前頜骨到頭骨頂部的距離;眶間距:左右兩側(cè)眼眶前緣之間的距離。三組顱全長、眶間距比較,無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。見表1。

表1 三組術(shù)前頭顱頂部測量結(jié)果

2.2 動物大體觀察 (1)正常組標本:顱骨上附著的肌肉、皮下組織等,可見纖維組織走形。顱骨完整堅固,骨組織正常。(2)材料植入8周時,對照組(A孔)修補處的自體骨與邊緣骨基本銜接,可見索條狀環(huán)向骨間隙走形,自體骨修補區(qū)域可見散在的斑點凸起,與周圍骨組織銜接良好。實驗組(B孔)修補處可見異體顱骨外板固定牢靠,無移位。環(huán)形周圍可見新生的骨質(zhì)組織與正常骨組織銜接。(3)材料植入12周時,對照組(A孔)自骨粉缺損修復處與顱骨弧度一致,輪廓清晰可見,骨表層無凹凸,自體骨邊緣與周圍骨質(zhì)完全融合為一體,難以辨認出修補痕跡。實驗組(B孔)顱骨外板缺損修復處顱骨外板固定牢靠,與新生骨完全融合銜接,新生骨質(zhì)覆蓋顱骨,形成一體,邊界無凹凸,自然弧度。

2.3 硬度檢測結(jié)果

2.3.1 術(shù)后8周標本取材檢測骨硬度:術(shù)后8周安樂死小香豬,取材觀察比較顱骨外板修補腦缺損、自體骨粉修補腦缺損與正常骨質(zhì)的硬度,硬度有差異,修復缺損處的硬度達不到正常骨質(zhì),差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 三組術(shù)后8周硬度值

2.3.2 術(shù)后12周標本取材檢測骨硬度:術(shù)后12周安樂死小香豬,取材觀察比較顱骨外板修補腦缺損、自體骨粉修補腦缺損與正常骨質(zhì)的硬度,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),修復缺損處的硬度達到正常骨質(zhì)的硬度,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表3。

表3 三組術(shù)后12周硬度值

2.4 術(shù)后并發(fā)癥情況 術(shù)后12周,對照組與實驗組并發(fā)癥情況比較,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),見表4。

表4 對照組與實驗組術(shù)后并發(fā)癥情況對比[n(%)]

2.5 組織學觀察結(jié)果

2.5.1 材料植入8周組織學觀察:實驗組骨小梁已經(jīng)形成,部分骨小梁存在連接,免疫學層面觀察可見新生組織骨。對照組骨小梁形成良好,骨小梁存在一定厚度,免疫學層面觀察明顯看見新生的組織骨。見圖1。

a b

2.5.2 材料植入12周組織學觀察:對照組骨小梁形成密集,骨小梁相互銜接良好,免疫學層面觀察明顯可見大量的新生組織骨。實驗組可見致密的骨小梁,顱骨外板修復處有大量的骨細胞形成。進一步說明異體顱骨外板移植,能夠促進新骨組織爬行替代并成熟,并為骨細胞的遷移提供良好的場所。見圖2。

3 討論

隨著科技的進步,許多材料都曾被應用修補顱骨缺損,目前常用的修復方法有自體骨和同種異體骨移植。但是理想的顱骨修補材料不是單純地對骨缺損進行填充,需要具備骨誘導性及骨傳導性的支架達到骨再生的效果[5],具備良好的生物相容性、骨傳導性、骨誘導性,足夠的力學性能、生物力學適應性以及良好的材料——骨組織界面[6]。顱骨從宏觀上看,主要由外板、板障和內(nèi)板組成,從微觀上看,外板和內(nèi)板較致密,屬于皮質(zhì)骨。顱骨外板由密質(zhì)骨組成,生物相容性強,機械強度大,不易骨折,可以抵抗打擊力量。

本研究利用顱骨外板切去刀將顱骨外板分離,促進顱骨外板邊緣骨質(zhì)和機體自身骨質(zhì)吻合銜接,提供最佳的接觸表面積,提供骨細胞在植入后能沿材料爬行并進一步增殖和再生的空間,其次為新生骨組織的形成提供良好的微環(huán)境,能促進細胞的功能分化和胞外基質(zhì)的分泌,降低骨溶解度,增強骨組織再生能力。

顱骨外板具備合適的厚度和解剖曲面,良好的天然弧度,容易塑形,取材方便,吸收率低,被認為是最好的材料之一[1]。顱骨外板屬于膜內(nèi)成骨,吸收率低,顱骨外板由密質(zhì)骨組成,硬度及抗壓強度大,可使用鈦釘固定,移植后,修復區(qū)的骨再生能力比較強,在骨質(zhì)修復區(qū)形成牢固的骨性愈合,使血液供應和鄰近骨骼的固定空間充足,以允許成骨細胞遷移[7]。因此,受體部位組織的質(zhì)量及移植物和顱骨之間的接觸穩(wěn)定性是至關(guān)重要的[10]。顱頂骨作為膜化骨,骨膜表面活性細胞較多,移植骨血液循環(huán)重建快,易于存活,抗感染能力強,再吸收量少[11],同時,也避免了并發(fā)癥。異體顱骨外板修復顱骨缺損,可有效提高異體顱骨修補手術(shù)的成功率。

對顱骨骨瓣進行深凍,新鮮冰凍骨仍然可保持原始的力學性能,深凍能夠促使細胞代謝活動停止,但顱骨瓣修補術(shù)前復溫后骨組織生物活性恢復[10]。在深低溫狀態(tài),保持正常骨組織,便于修整,利于臨床實踐應用。同時,基于異體基質(zhì)與自體良好的協(xié)同作用,賦予了良好持久的成骨、促礦化和促骨成熟能力[11],可誘導骨形成,具備異體移植的潛力。-80℃低溫能夠抑制引起組織破壞的膠原酶活性和降低抗原性,對骨組織的機械強度影響也較小,移植骨的再生存活與骨傳導作用和骨誘導作用密切相關(guān),而-80℃深低溫保存骨的基質(zhì)中仍保持著骨誘導能力[9]。

新鮮自體骨組織來源一致,符合生理要求,具有足夠強度,在避免排斥反應的同時,具有誘導骨形成,促進骨生長的作用[12]。自體骨天然的多孔間隙結(jié)構(gòu),為骨細胞的爬行生長提供支架,可以引導新骨形成[4]。自體骨粉內(nèi)含有存活的骨細胞,可以直接填充缺損并轉(zhuǎn)化為骨。同時,自體骨粉因相容性好,再生能力強,是臨床中比較青睞的一種修補材料,也是顱骨修補材料的金標準。但是,自體骨粉來源有限,不易保存,未能在臨床廣泛應用。

本研究通過小香豬自體對照,實施異體顱骨外板修補術(shù)及自體骨粉修補術(shù)進行對比得出結(jié)論:異體顱骨外板移植修補術(shù)具備良好的骨相容性,通過骨膜中存活的骨細胞和周圍增生的結(jié)締組織分裂增殖,參與新骨形成[13]。符合顱腦缺損修補術(shù)后對骨細胞再生的要求。顱骨外板植入8周在硬度方面比自體骨粉弱,存在差異。然而在植入12周后,顱骨外板修復區(qū)骨質(zhì)可以達到與自體骨粉修復區(qū)相同的硬度,與自身骨質(zhì)的骨質(zhì)硬度無差異。

綜上所述,顱骨外板質(zhì)地堅韌,可提供骨細胞生長所需的框架結(jié)構(gòu),為新生骨組織提供爬行和增生的軌道,植入小香豬的顱骨缺損處,修復區(qū)成骨性強。因此,應用顱骨外板移植修補顱骨缺損,能有效地促進骨再生,具有良好愈合效果,并有著更強的力學性和抗壓性。