兔肋軟骨膜對肋軟骨移植后生物力學性能影響的研究

姜珊,陳振雨,朱月華,冷向鋒,張維娜

[摘要]目的：探討新西蘭大白兔肋軟骨膜對肋軟骨自體異位移植后生物力學的影響，為臨床上選取最佳肋軟骨移植物提供理論依據。方法：6周齡新西蘭大白兔6只，取單側6、7、8帶軟骨膜肋軟骨，每個標本隨機分為等長兩段，一段保留軟骨膜，一段去除軟骨膜，分別埋植于兔的背部兩側對稱部位。于12周后取出兩組埋植軟骨，剝去帶肋軟骨膜者的軟骨膜，埋植前不帶肋軟骨膜者不作處理。據試驗機要求制成相應大小標準試件。采用SHIMADZU（日本，AGS-X型）試驗機行拉伸、壓縮和彎曲試驗。結果：帶軟骨膜組肋軟骨極限抗拉強度及最大拉伸應變、最大壓縮強度及最大壓縮應變、最大彎曲強度及彎曲破壞時間均大于不帶軟骨膜組，兩組之間差異有統計學意義(P<0.05)。結論：帶軟骨膜肋軟骨生物力學性能優于不帶軟骨膜者。

[關鍵詞]兔；肋軟骨；軟骨膜；生物力學

[中圖分類號]R622R332[文獻標識碼]A[文章編號]1008-6455（2012）04-0579-03

Effect of costal perichondrium on biomechanics of transplanted costicartilage in rabbits

JIANG Shan,CHEN Zhen-yu,ZHU Yue-hua,LENG Xiang-feng,ZHANG Wei-na

(Department of Plastic Surgery,Affiliated Hospital of Medical College,Qingdao University,Qingdao 266000,Shandong,China)

Abstract:ObjectiveTo study the differences of the cartilage with and without the perichondrium after autologous ectopic transplantation in healthy rabbits,in order to offer theory reference for clinic to make the best use of cartilage.Methods6 rabbits at the age of six weeks.Each of them the sixth,seventh,and eighth costal cartilages with perichondrium were removed,and divided into two segments at the even length,one segment with perichondrium and the other non-perichondrium.They were buried under the skin of the back at bilaterally symmetrical parts.Two different groups of cartilages were took out after 12 weeks and removed the perichondrium of the cartilages that had it previously. Tensile,compressive and flexural tests were conducted by using SHIMADZU material testing machine.ResultsThe average maximum strength and the strain of tension,compression and flexion of the perichondrium group were higher than those in the non- perichondrium group（P<0.05）.Conclusion Biomechanics of costicartilage with perichondrium are superior to those without it after autologous ectopic transplantation.

Key words:rabbit;costicartilage;perichondrium;biomechanics

肋軟骨是一種透明軟骨，組織具有彈性，移植后易成活，與其他組織相比不易變形，是理想的填充、塑形以及支持材料。自體肋軟骨因與機體組織生物相容性佳，無排斥反應，抗感染能力強等優點而被廣泛應用于多種整形外科手術，如耳再造、隆鼻等[1]。

肋軟骨的生物力學性能對手術效果具有十分重要的影響，具有良好生物力學性能的肋軟骨可更好地對抗各種外力作用，取得并維持更為理想的手術效果。現階段，國內外已有不少對軟骨生物力學性能的研究，但大多數以其它部位的軟骨為研究對象，如關節軟骨等。即使有少量研究肋軟骨生物力學性能的，也未能系統闡述肋軟骨膜對其的影響[2-3]。已有大量研究表明，肋軟骨膜能夠促進肋軟骨的生長并有利于其塑形[4]，但其對肋軟骨生物力學性能的直接影響仍不確定。本研究正是針對上述不足，通過實驗研究兔健康肋軟骨的極限抗拉強度，最大抗壓強度，最大彎曲強度等各項生物力學性能，探討肋軟骨膜對肋軟骨的生物力學性能的影響，以期為利用肋軟骨行整形手術時選取最佳移植物提供理論參考。

1材料和方法

1.1.1 實驗動物：健康新西蘭大白兔幼兔6只，平均體重1.5～2kg，平均周齡6周。

1.1.2 手術方法：地西泮5mg/kg，鹽酸氯胺酮30mg/kg肌注麻醉成功后，背部術區備皮，胸腹部備皮，消毒，鋪巾。沿左側肋弓作斜形切口，連軟骨膜一起，取出第6、7、8肋肋軟骨。胸腹壁切口用5-0絲線逐層拉攏間斷縫合。背部兩側對稱部位各做三處約0.5cm長縱行切口，同側切口間隔約1cm，剪刀橫向鈍性分離皮下至合適長度。將取出的肋軟骨從中間切斷，形成等長兩段，其中一段保留軟骨膜，另一段則去除。將各組帶軟骨膜與不帶軟骨膜的軟骨于背部對稱部位埋植于皮下，帶軟骨膜的埋于一側，不帶軟骨膜的埋于另一側。麻醉蘇醒后將兔放入觀察室，分籠飼養，術后3日內，每日肌注青霉素40萬IU。術后12周取出埋植肋軟骨，觀察各標本均無明顯吸收變形現象，各軟骨及軟骨膜完整，將埋植前帶軟骨膜者的軟骨膜剝去，埋植前不帶軟骨膜者不作處理，兩組均制成試件以備測量。

1.2 實驗儀器及測試條件：在SHIMADZU（日本，AGS-X型）材料試驗機上對肋軟骨試件進行拉伸、壓縮及彎曲試驗。實驗在室溫（18℃～25℃）下進行，且用超聲波加濕器保持一定的濕度，實驗中過程中用Ringer's液滴注試件，以防試件干燥。用游標卡尺測量試件的長、寬、厚或直徑，并以此計算材料的橫截面積，同一試驗中各試件形狀及大小一致。實驗采用100N傳感器，機器可自動測量變形，各實驗均經過預調處理。

1.3 實驗過程

1.3.1 拉伸試驗：將試件沿肋軟骨長軸方向固定于機器上、下夾頭間，以5mm/min的速度均勻拉伸直至試件被拉斷。為使試件在中間較細部位斷裂，將其制成長15mm，厚2mm，兩端寬4mm，中間寬2mm的沙漏狀。分別測試各標本，記錄下各最大拉伸強度值及最大應變。

1.3.2 壓縮試驗：將標本制成長1mm,直徑4mm的圓柱形試件, 沿肋軟骨長軸方向放置于試驗儀托盤上, 以5mm/min的速度均勻壓縮至破壞。分別測試各標本, 記錄各最大壓縮強度值及最大應變。

1.3.3 彎曲試驗：將標本制作成長15mm，直徑4mm的圓柱形試件，水平放置于彎曲試驗的支點上,跨距15mm,作三點彎曲試驗。分別測試各標本, 記錄各最大彎曲強度值及彎曲破壞時間。

1.4 統計學處理：采用SPSS18.0行數據統計學處理，所有數據均采用（均數±標準差）表示，采用兩獨立樣本t檢驗作統計學分析，P<0.05，具有統計學意義上的差別。

2結果

2.1 拉伸試驗：兩組試件拉伸試驗應力-應變曲線見圖1。從該曲線可以看出埋植前帶軟骨膜組破壞應力明顯大于不帶軟骨膜組，后者抗拉能力明顯減弱。相同的應力作用時, 不帶軟骨膜組發生的應變更大。對兩組的各標本進行計算, 結果表明帶軟骨膜組的平均極限抗拉強度為(3.38±0.17)MPa,平均最大應變為(8.04±0.33)%；不帶軟骨膜組的平均極限抗拉強度為(2.12±0.15)MPa，平均最大應變為(5.12±0.68)%， 兩者相比差異有顯著性意義(P<0.05) 。

2.2 壓縮試驗：兩組試件壓縮試驗應力-應變曲線見圖2。從圖中可以看出不帶軟骨膜組破壞應力明顯小于帶軟骨膜組。對兩組的各標本進行計算, 結果表明帶軟骨膜組的平均最大壓縮強度為(8.31±0.61)MPa，平均最大應變為(6.42±0.43)%；不帶軟骨膜組的平均最大壓縮強度為(4.29±0.69)MPa, 平均最大應變為(4.01±0.31)%，兩者相比差異有顯著性意義（P<0.05)。

2.3彎曲試驗：兩組試件彎曲試驗應力-時間曲線見圖3。從該圖可以看出, 雖然兩組曲線近似, 但帶軟骨膜組發生破壞的時間為(36.01±3.88)s，明顯長于不帶軟骨膜組的(23.50±3.56)s。對兩組的各標本進行計算, 結果表明帶軟骨膜組的平均最大彎曲強度為(7.80±0.51)MPa，不帶軟骨膜組的平均最大彎曲強度為(4.52±0.30)MPa，兩者相比差異有顯著性意義(P<0.05)。

3討論

3.1 自體肋軟骨由于前述各種優點，臨床上應用廣泛。然而，在取用肋軟骨時，常面臨著帶不帶軟骨膜的選擇。目前，國內外已有大量研究表明，肋軟骨膜對肋軟骨的生長和塑形有重要的影響作用。與不帶軟骨膜者相比，帶軟骨膜肋軟骨移植后與周圍組織黏連更為緊密，在長度、重量和體積方面的生長均優于同期不帶軟骨膜移植肋軟骨，鏡下亦可觀察到軟骨細胞更為活躍，膠原及蛋白多糖含量顯著優于不帶軟骨膜者[4-5]。由于肋軟骨的生物力學性能主要由其基質中的膠原纖維特別是Ⅱ型膠原纖維的數量、分布、空間排列及蛋白多糖的含量所決定[6]，因此，肋軟骨膜對肋軟骨組織學方面的影響，勢必導致肋軟骨生物力學性能的改變，進而影響肋軟骨作為填充、塑形及支持材料應用于整形手術的效果。

3.2 本實驗首次采用SHIMADZU（日本，AGS-X型）試驗機對埋植于兔背部皮下12周的兩組肋軟骨進行生物力學測試, 分別測試并記錄材料在拉伸、壓縮、彎曲時的應力-應變關系曲線及應力-時間關系曲線。拉伸試驗的結果表明,兩組肋軟骨的拉伸應力-應變曲線形狀相似,均呈非線性指數關系[7]。從圖1可看出, 兩組肋軟骨的拉伸破壞為延性斷裂，即先屈服后斷裂,帶軟骨膜組破壞應力明顯大于不帶軟骨膜組，后者抗拉能力明顯減弱。相同的應力作用時, 帶肋軟骨膜組發生的應變較小。對兩組各標本進行計算, 結果顯示帶肋軟骨膜組的最大拉伸強度和最大拉伸應變均大于不帶肋軟骨膜組, 表明后者的抗拉能力有明顯的下降。由于抗拉強度主要與軟骨基質中膠原的含量、分布以及空間排列有關, 拉伸強度的降低也間接反映了不帶軟骨膜組肋軟骨的膠原特性次于帶軟骨膜者，與前人的組織學研究結果相一致[8]。

3.3 壓縮試驗結果表明, 兩組的應力-應變曲線均呈現近似線性關系, 帶軟骨膜組破壞應力大于不帶軟骨膜組，兩者有明顯差別。計算結果顯示, 帶軟骨膜組的最大壓縮強度和最大壓縮應變均大于不帶軟骨膜組, 表明不帶軟骨膜組肋軟骨抗壓能力確有下降。已有研究表明，軟骨的抗壓能力與軟骨基質中膠原和蛋白多糖的變化均有關系[9],不帶肋軟骨膜組肋軟骨抗壓能力的下降也從側面反映了軟骨基質中膠原及蛋白多糖的特性變化均不如帶軟骨膜者。

3.4 彎曲試驗中，雖然兩組肋軟骨的彎曲應力-時間曲線相似,但帶肋軟骨膜組發生破壞的時間明顯長于不帶肋軟骨膜組；計算結果表明帶軟骨膜組肋軟骨的最大彎曲強度也明顯大于不帶軟骨膜組, 說明不帶肋軟骨膜埋植肋軟骨的抗彎曲的能力降低。

3.5 本研究結果表明，帶肋軟骨膜埋植肋軟骨的極限抗拉強度、抗壓強度、彎曲強度等各項生物力學指標均明顯優于不帶肋軟骨膜者。據此，我們可以推測，帶軟骨膜移植肋軟骨可更好地對抗各種外力作用，取得并維持更為理想的手術效果。綜合以上各方面因素，利用肋軟骨進行整形再造手術時，應優先考慮所取肋軟骨保留適量軟骨膜。

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[收稿日期]2011-12-25 [修回日期]2012-02-10

編輯/張惠娟