楊衛(wèi)強， 丁童， 馮立平， 張付美， 蔣振剛， 王培山

新鄉(xiāng)市中心醫(yī)院 1骨科, 2病理科, 3麻醉科(河南新鄉(xiāng) 453003)

隨著當代社會高速發(fā)展，高能量損傷發(fā)生率的增加，骨折患者的發(fā)病率呈現(xiàn)逐年上升趨勢。雖然骨折治療的理念不斷更新，方法多元化，內(nèi)固定材料的研發(fā)力度日益加大，但是骨折不愈合率仍然高達8%～10%[1-3]。目前多數(shù)學者一致認為在骨折愈合過程中接骨板的“應力遮擋”效應，是骨折不愈合和的一個重要因素[4-5]。最近國內(nèi)有學者設計出一種橋接組合式接骨板，并在研究中發(fā)現(xiàn)該接骨板能夠有效克服應力遮擋效應，提高對骨折的治療效果[6]。但國內(nèi)外關于不重疊的組合式可變應力接骨板的實驗研究及臨床應用鮮為少見。2015年1月至2017年6月，本研究以普通直型接骨板為對照組，通過應用本課題研究組設計的組合式可變應力接骨板治療山羊股骨骨折，研究其在骨愈合中對骨組織病理及功能變化的作用，探討其對骨折愈合的作用機制,為其下一步的臨床應用提供理論及實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 健康成年山羊30只,雌雄不限,年齡12～16個月,體重(16.2±2.0)kg，實驗前適應性喂養(yǎng)1周,飼養(yǎng)期間給顆粒飼料及自由飲水。

1.2 實驗用鋼板 用IrCr18NiaT不銹鋼制成的組合式可變應力接骨板(自行研究設計) 和普通型直型接骨板，MIAS醫(yī)學圖像分析系統(tǒng)(中國北航公司)。

1.3 動物分組與造模 隨機分成兩組，每組15只。實驗組(采用組合式可變應力接骨板)：適應性喂養(yǎng)1周后，在靜脈麻醉及無菌操作條件下行山羊右股骨中段截骨，形成山羊股骨骨折動物模型，同時置入組合式可變應力接骨板(術中圖片見圖1)，術后制動1周后下地活動，術后2周拆除傷口縫線；對照組(采用普通直型接骨板)：適應性喂養(yǎng)1周后，在靜脈麻醉及無菌操作條件下行山羊右股骨中段截骨，形成山羊股骨骨折動物模型，同時置入普通直型接骨板，術后制動1周后下地活動，術后2周拆除傷口縫線。上述兩組動物分別于4、8、12周后各處死5只后行相關檢查，兩組均術后喂服頭孢呋辛2 d，每次30 mg/kg，2次/d，預防感染。

圖1 實驗組術中

1.4 觀察指標 兩組動物分別于第4、8、12周分批處死動物，處死動物后剝離股骨后取下鋼板切取2 cm長股骨一段 (截骨線上下各1 cm)。常規(guī)進行10%中性甲醛緩沖液固定24 h，5%硝酸液脫鈣，流水沖洗后,以鋼板面為前行正中矢狀縱行切開標本，用游標卡尺測量截骨線上0.5 cm 處板下皮質(zhì)厚度 (不含外骨癡) 和骨髓腔直徑后，自動脫水機脫水12 h，石蠟包埋切片，5 μm切片后行HE染色，光學顯微鏡下觀察并拍照。MIAS醫(yī)學圖像分析系統(tǒng)進行圖像分析，計算單位面積內(nèi)新生骨小梁密度(即新生骨小梁面積占視野總面積的百分比)，每張切片在10×40倍視野下隨機選取5個視野，計數(shù)視野內(nèi)破骨細胞數(shù)。

2 結果

2.1 一般指標的觀察 兩組動物造模成功后，制動1周，后逐步下地活動，體重無下降，進食良好；部分山羊，患側(cè)肢體不敢完全負重，皮毛光澤、反應可，活動可。兩組動物無明顯差別。

2.2 骨皮質(zhì)厚度和骨髓腔直徑測量 術后4周兩組的骨皮質(zhì)厚度及髓腔直徑相比，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；實驗組4、8、12周骨皮質(zhì)及髓腔直徑無明顯變化，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。對照組8周和4周相比，骨皮質(zhì)厚度減少，髓腔直徑增大，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，并4、8、12周骨皮質(zhì)厚度逐漸減少，髓腔直徑逐漸增大。對照組在治療8、12周骨髓腔直徑顯著高于實驗組(P<0.05)，而骨皮質(zhì)厚度值顯著低于實驗組(P<0.05)。見表1～2。

組別第4周第8周第12周實驗組11.60±0.6511.60±0.78?11.64±0.88?對照組11.68±0.41△12.30±0.1612.66±0.24△

*與對照組同時點比較P<0.05；△與術后8周比較P<0.05

組別第4周第8周第12周實驗組2.12±0.162.16±0.21?2.08±0.19?對照組2.02±0.11△1.56±0.051.38±0.08△

*與對照組比較P<0.05；△與第8周比較P<0.05

2.3 骨組織形態(tài)學觀察及檢測 HE染色圖片分析骨小梁密度，實驗組4、8周骨小梁密度明顯高于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。兩組骨小梁密度8周明顯高于4周(P<0.05),對照組12周骨小梁密度明顯高于8周(P<0.05)。破骨細胞計數(shù)，實驗組8周破骨細胞明顯高于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；12周時實驗組破骨細胞計數(shù)明顯低于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見表3～4。組織學觀察顯示，8周實驗組骨小梁交錯成網(wǎng)狀，骨小梁表面可見較多破骨細胞(圖2-A)，而對照組骨小梁生長稀疏，厚度較窄，排列紊亂，破骨細胞少見(圖2-B)；12周時實驗組骨小梁排列有序，形成哈夫斯管，破骨細胞少見(圖2-C)，對照組骨小梁排列錯亂，骨痂密度不均，破骨細胞多見(圖2-D)。

組別第4周第8周第12周實驗組6.52±1.5821.40±3.94?9.76±1.48?對照組6.12±1.489.96±2.3419.20±2.31

*與對照組同時點比較P<0.05

組別第4周第8周第12周實驗組51.13±3.78?71.94±3.66?△66.83±4.65對照組40.01±4.2851.68±5.24△70.28±2.03▲

*與對照組比較P<0.05；△與第4周比較P<0.05；▲與第8周比較P<0.05

3 討論

骨折愈合是骨組織原始連續(xù)性重建的過程，是一個非常復雜的細胞組織學修復過程，與局部力學環(huán)境、生物學環(huán)境等因素具有重要聯(lián)系[7]。骨折愈合是骨痂形成反應不斷重復和疊加的結果，骨痂的形成是由刺激信號引發(fā)的相關細胞再生的過程。超負荷應力-血管生成-骨再生的偶聯(lián)效應是骨痂形成的基本病理基礎。骨再生具有放大的骨生成效應，不同的固定方式可以影響骨再生的效率,適當?shù)某摵煽梢詫е路糯蟮墓窃偕?，應力遮擋妨礙骨痂的形成，而不穩(wěn)定的固定可以導致磨損性骨吸收[8]。因此我們認為維持骨折斷端力學環(huán)境的合理性,采取適當?shù)拇胧┻M行固定，能有效促進骨折的愈合。目前對骨折的固定治療主要有AO理論(強調(diào)解剖復位加壓堅強內(nèi)固定)、BO理論(強調(diào)保護骨折斷端生物力學環(huán)境，間接復位，相對穩(wěn)定固定)二大學術派別。堅強內(nèi)固定，在骨折愈合治療起了積極的作用，仍是目前骨折治療的重要規(guī)則之一。但近年來研究發(fā)現(xiàn)，臨床患者在骨折時行堅強內(nèi)固定，出現(xiàn)骨折愈合前出現(xiàn)斷板斷釘?shù)默F(xiàn)象，鋼板取出后，發(fā)現(xiàn)骨折斷端未愈合或部分愈合現(xiàn)象[9]。多數(shù)學者研究發(fā)現(xiàn)，鋼板取出后骨干發(fā)生再骨折率近年來顯著增加，隨著對骨骼生物力學原理的深入研究，患者發(fā)生再骨折是由于由金屬接骨板產(chǎn)生的應力遮擋效應造成骨皮質(zhì)萎縮，與骨質(zhì)力學變化有關[10-11]。近年來，骨折固定治療發(fā)生了極大的改變，主要體現(xiàn)在從力學固定向生物學固定，即從絕對固定向相對固定的轉(zhuǎn)變[12]。BO固定理論被更多數(shù)人接受，如髓內(nèi)釘技術、mippo技術。但也出現(xiàn)了一些問題，如髓內(nèi)固定術后骨折斷端骨痂假性肥大，骨不愈合。最近有學者研究通過輔助鋼板聯(lián)合髓內(nèi)釘治療骨折的生物力學，提出此種聯(lián)合固定有助于治療骨折不愈合[13]。無論采取哪種理論，骨折固定有效、牢靠仍是骨折固定的重要標準，根據(jù)“Frost力學調(diào)控理論”[14]，外力作用下骨折局部運動較大不利于新生骨痂生成，骨折間隙運動較小不利于骨量保持，容易造成局部“廢用性骨質(zhì)疏松”[15]。因此，骨折固定方式和穩(wěn)定程度對骨折愈合具有重要意義。本實驗研究設計的組合式可變應力接骨板由骨折連接固定板和穩(wěn)定板兩部分組成，骨折連接固定板末端通過滑槽套在穩(wěn)定板上, 固定骨折后骨折斷端無間隙，組合式鋼板之間有微小間隙，通過穩(wěn)定板上的鎖定孔將組合板鎖定，從而維持穩(wěn)定板和連接固定板間的間隙(圖1)，其在骨的愈合過程中，負重后使超負荷直接作用于骨折間隙，減少接骨板的“應力遮擋”效應，促使骨折間隙的壓應力根據(jù)負重力量的改變而改變，完全符合生物力學刺激，促進了骨折的愈合。

A:8周實驗組骨小梁交錯成網(wǎng)狀，骨小梁表面可見較多破骨細胞;B:8周對照組骨小梁生長稀疏，厚度較窄，排列紊亂，破骨細胞少見;C:12周實驗組骨小梁排列有序，形成哈夫斯管，破骨細胞少見;D:12周對照組骨小梁排列錯亂，骨痂密度不均，破骨細胞多見

圖2兩組骨組織形態(tài)觀察(HE,×400)

本實驗研究結果顯示，實驗組4、8周骨小梁密度明顯高于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。8周時實驗組骨小梁交錯成網(wǎng)狀而對照組骨小梁生長稀疏，厚度較窄，排列紊亂，說明8周及4周時，實驗組有效骨痂量明顯高于對照組，骨折愈合較快，到12周實驗組骨小梁排列有序排列，形成哈夫斯管，而對照組骨小梁排列錯亂，骨痂密度不均，仍是初級骨小梁。同時我們通過破骨細胞計數(shù)，評估兩組骨痂改建情況，實驗組8周的骨小梁周邊的破骨細胞明顯高于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，說明8周時，實驗組骨痂已處于改建期。12周時實驗組破骨細胞計數(shù)明顯低于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，提示實驗組的骨痂改建出現(xiàn)較早，12周時實驗組骨痂改建基本結束。此結果與兩組骨小梁密度的變化一致。與對照組相比，4周兩組的骨皮質(zhì)厚度與髓腔直徑差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；實驗組4、8、12周骨皮質(zhì)及髓腔直徑無明顯變化，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。對照組8周和4周相比，骨皮質(zhì)厚度減少，髓腔直徑增大，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，并且4、8、12周骨皮質(zhì)厚度逐漸減少，髓腔直徑逐漸增大提示對照組鋼板存在應力遮擋效應，實驗組鋼板未見明顯的應力遮擋效應造成的骨質(zhì)厚度丟失及骨質(zhì)萎縮。

總之，本實驗研究初步探討了組合式可變應力接骨板固定對骨折愈合的機制，組合式可變應力接骨板通過骨折斷端組合鋼板間的間隙產(chǎn)生的微動，給骨折間隙提供了合理的生物力學環(huán)境，通過自身的超負荷，使骨折斷端產(chǎn)生正向壓應力，從而減少鋼板對骨的應力遮檔效應，促進骨痂的生成，加快骨痂的改建，促進骨折愈合。但本實驗研究也存在一定缺陷，鋼板制作標準與動物(羊)骨的匹配標準，及其與人體的對比要求無數(shù)字資料支持，工作中實驗組和對照組均未出現(xiàn)螺釘松動、鋼板斷裂等現(xiàn)象。骨愈合取出鋼板后，沒有再繼續(xù)飼養(yǎng)，沒有像我們臨床上長期定時隨訪，即無骨愈合后期的實驗觀察等。