同種異體皮質骨板重建壓力側骨皮質缺損的實驗研究

張 偉，閔 珊，毛 勇

(中山大學附屬第一醫院，廣東廣州510080)

四肢長骨干粉碎性骨折臨床很常見，通常采用切開復位、鋼板內固定治療，如果鋼板對側骨皮質缺損，容易導致內固定術失敗[1]。本課題利用山羊動物模型研究同種異體皮質骨板重建壓力側骨皮質缺損后的愈合情況，從影像學、生物力學、病理組織學的角度探討，旨在為臨床治療骨皮質缺損提供一種治療方法。

1 材料與方法

1.1 骨移植材料的制備 取6只1～1.2歲成年山羊，雌性，體重25～30 kg，隨機抽取2只，放血處死，脫去山羊雙后肢毛發，切取股骨骨干，剔凈股骨軟組織及骨膜，用擺動鋸將股骨干從中間縱向鋸開，除去骨髓，反復生理鹽水沖洗干凈，制作成長6 cm、寬2 cm、厚度0.3 cm的皮質骨板。用99%乙醚循環脫脂48 h。凍干，封裝于薄膜袋中，環氧乙烷消毒后，于常溫下保存備用[2]。

1.2 分組與手術操作 16只1～1.2歲的成年山羊，雌性，體重25～30 kg，隨機分成兩組。實驗組8只：同種異體皮質骨板+鋼板+植入自體松質骨；對照組8只：鋼板+植入自體松質骨。取山羊大腿前外側切口，從股中間肌與股外側肌間隙進入股骨干，環行骨干中段四周剝離骨膜，骨膜剝離范圍約6 cm，在股骨干外側放置7孔AO加壓鋼板，除第4孔外，其他孔都用螺釘固定。根據術中量尺測量，選擇制備好的皮質骨板，與宿主骨貼服要合適。線鋸鋸斷股骨干，造成左側后肢股骨干中段壓力側不帶骨膜楔形骨皮質缺損0.5 cm的模型(根據我們以前動物實驗的經驗，因山羊術后不能制動，如楔形骨皮質缺損大于0.5 cm，發生內固定物松動很高，導致實驗失敗)，同時在山羊髂嵴上取自體松質骨。

1.3 觀察方法 術后0周、3周、9周，兩組按同樣的條件拍下肢正側位片。術后3周、9周處死動物，將左側股骨帶鋼板、骨板完整取下，螺絲釘不取出，剔除標本上軟組織，-20℃低溫冰箱保存，實驗前2 h取出股骨標本于室溫下自然解凍，于股骨標本兩端以自凝牙托粉包埋固定。用美國產Biomix MTX858生物力學測定機進行生物力學測定，標本的實驗順序隨機確定。分別進行非破壞性軸壓試驗、非破壞性扭轉試驗，儀器自動記錄測定的剛度數據[3]。進行生物力學測試后的標本以骨缺損部為中心縱向截取0.5 cm長組織段，以10%中性甲醛溶液浸泡5 d，固定48 h后，常規石蠟包埋，每一蠟塊連續做5張切片，組織厚度5μm，HE染色，光鏡下注意觀察骨缺損斷端間肉芽組織、纖維組織、軟骨骨痂和新骨增生情況，按Lane等組織學評分標準評分。

2 結 果

2.1 術后動物一般情況 動物術后即自主站立行走，單后肢跛行步態。切口前3 d較紅腫，至6～7 d紅腫消失，7 d后切口I/甲級愈合后拆線，無感染。實驗組動物6～8 d后全部恢復正常四肢行走步態，對照組動物5只35～45 d后恢復正常四肢行走步態，3只單后肢跛行步態無恢復。

2.2 不同愈合期的X線表現 實驗組術后3周時X線片的骨缺損部較術后模糊，可見外骨痂形成，且以后側為多，移植骨板上下結合部有小量骨痂形成，骨板完整，無明顯吸收，位置無移動，清晰可見；鋼板、螺絲釘無松動、彎曲(見圖1)；9周時X線片的骨缺損部基本消失，外骨痂增多，骨板周圍骨痂增多，骨板完整，邊緣較前模糊，位置無移動，鋼板、螺絲釘無松動、彎曲(見圖2)。對照組3只動物發生螺絲釘松動、脫落，鋼板位置移動，骨折端移位；術后3周時X線片的骨缺損部稍模糊，外骨痂相對較多(見圖3)，9周時骨缺損部愈合情況與實驗組相似(見圖4)。

圖1 實驗組術后側位片

圖2 實驗組術后9周側位片

圖3 對照組術后側位片

圖4 對照組術后9周側位片

2.3 生物力學測試結果 當標本受到3 N的扭轉載荷時，實驗組與對照組的抗扭轉剛度在術后0周、3周差異有統計學意義，9周后差異無統計學意義(見表1)。

2.4 兩組標本軸向壓縮剛度結果 當標本受到300 N的縱向載荷時，實驗組與對照組的的抗壓縮剛度術后0周、3周比較差異有統計學意義，9周后差異無統計學意義(見表2)。

2.5 骨缺損端組織病理學觀察 術后3周實驗組骨缺損端間見有較多的軟骨細胞和大量的纖維組織，軟骨細胞多為肥大的成熟型，可見軟骨細胞肥大融合壞死現象，纖維組織排列緊密。在骨表面出現較多的成骨細胞，且數目較多，在斷端周圍有少量類骨質出現。對照組骨缺損端可見到大量的軟骨細胞和纖維細胞，軟骨細胞多為幼稚型，也有胞體較大的成熟軟骨細胞出觀，但數量較少，軟骨組織增生明顯，纖維細胞排列稀疏。亦可見到一些扁平狀成骨細胞，數量較少，在骨表面的軟組織中可見到一些成骨性始祖細胞。骨表面有類骨質出現。術后9周，實驗組骨折缺損端內骨痂面積減少，斷端多為新生骨小梁，排列較規則，未見到纖維性骨痂，成骨細胞數量較少，骨細胞數量較多，破骨細胞少見。對照組骨折斷端內骨痂面積減少，斷端多為新生骨小梁，軟骨組織消失，骨小梁排列紊亂，成骨細胞數量較少，骨細胞數量較多，破骨細胞少見(見表3)。

表1 兩組標本扭轉剛度結果比較（±s，N·cm/°）

表1 兩組標本扭轉剛度結果比較（±s，N·cm/°）

注：兩組比較，*P＜0.001；ΔP＜0.001。

術后9周0.716±0.1640.614±0.440Δ組別實驗組對照組術后0.384±0.018 ＊0.084±0.012＊Δ術后3周0.218±0.025＊0.039±0.009＊Δ

表2 兩組標本軸向壓縮剛度結果（±s，N/mm）

表2 兩組標本軸向壓縮剛度結果（±s，N/mm）

注：兩組比較，*P＜0.001；ΔP＜0.001。

組別術后9周術后 術后3周實驗組對照組12.16±3.59111.535±1.578Δ 6.575±0.988＊1.273±0.445＊Δ 5.843±0.947＊0.646±0.180＊Δ

表3 Lane骨移植組織學評分（分，±s）

表3 Lane骨移植組織學評分（分，±s）

注：兩組比較，P＜0.05，差異有統計學意義。

時間術后3周術后9周P值＜0.05＜0.05實驗組3.00±0.899.83±0.98對照組1.50±0.554.67±0.81均值比4.3710.77

3 討論

股骨干上應力分布的特點是前內側皮質骨受壓力，后外側皮質骨受張力[4]，因此根據張力帶固定原則，將鋼板置于股骨干的張力側，使張力側在承受功能性負荷時，由于肌肉收縮等因素，會使張應力轉變為壓應力，有利于內固定的穩定性[5]。但鋼板固定是一種偏心性固定，骨折端受力不均衡，在骨折愈合的早期，鋼板上受到較大的彎曲應力，功能鍛煉時彎曲應力的反復作用，易導致鋼板彎曲和斷裂。特別是內側骨皮質粉碎性骨折或骨皮質缺損時，一承受負荷，支點會越來越靠近鋼板。對于較大的缺損，支點最終進入鋼板，在承受周期性負荷后，不可避免發生疲勞性彎曲、斷裂，導致內固定失敗[6]。

采用同種異體皮質骨板植骨，是把它作為“生物鋼板”，既有植骨作用，又主要起固定作用，加上金屬鋼板，構成了生物材料和金屬材料相結合的固定系統[7-8]。骨板與鋼板通過螺釘連于一體，螺釘通過同種異體皮質骨板，大大增加了把持力，同時加強了鋼板的固定作用，與骨骼共同形成穩定的框架形幾何不變體系，雙板相互協同相互制約，提高了整體固定的剛度和強度。雙板固定的軸線更接近于股骨中線，其作用在鋼板上的彎曲和扭轉應力相對減少，應力分布均勻；對骨缺損部植骨能起到支撐保護作用，防止移植骨被壓縮、崩塌。通常植骨都放在骨缺損部位的四周，放置骨板后，骨缺損部位部分需植骨區骨板可替代，故應用同種異體皮質骨板固定后，植骨量可明顯減小。

本實驗結果表明，鋼板固定+植松質骨組的扭轉剛度、軸向壓縮剛度均較低（剛度即抵抗變形的能力），抵抗變形的能力越低，整體結構越不穩定，固定就不夠牢靠，不利于骨愈合及骨強度的恢復。而骨板、鋼板固定+植松質骨組，由于植入的骨板增加了螺釘的把持力，其整體結構的剛度及穩定性均高于單純鋼板固定組，差異有統計學意義(P＜0.001)，在這種條件下，將為骨愈合創造一個穩定的力學環境。實驗組羊術后即能夠站立行走，6～8 d后步態恢復正常。有了可靠的初始固定，使得移植骨的爬行替代及骨缺損部骨折愈合正常進行。大體形態學觀察及組織病理學切片證實，9周時骨缺損部已達骨性愈合，同種異體皮質骨板與周圍宿主骨獲得骨性連接，同種異體骨板內已有新骨形成。扭轉剛度為(0.716±0.164)N·cm/°、軸向壓縮剛度為(12.16±3.591)N·cm/°，和正常股骨干比較差異無統計學意義。

臨床上采用此技術應用于上肢及下肢骨折、骨缺損及骨不連的治療，均取得較好的療效[9-11]。結合本實驗結果證實同種異體皮質骨板能夠為骨皮質缺損區提供可靠的初始固定和穩定性，預防鋼板、螺絲釘松動、彎曲，給移植松質骨愈合提供穩定的力學環境；是治療骨折、骨缺損及骨不連的一種較理想方法。

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