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

新疆塔城地區人民醫院 834700

顱骨缺損屬于神經外科常見病之一,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中將顱骨瓣切除,以緩解顱內壓增高及腦水腫引起的頭痛、嘔吐等癥狀,防止腦疝發生[3]。顱骨修補術為去骨瓣減壓術后必不可少的后續治療措施,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]。我院神經外科收治的腦外傷或者腦出血患者行開顱骨瓣減壓術后,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及自體骨顱骨修補術,現將研究報道如下。

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月我院神經外科收治的腦外傷及腦出血患者,行開顱減壓手術后取出的顱骨骨瓣,將其在-80℃深凍冷藏保存,術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,左側頂部的缺損口為A孔(對照組),右側頂部的缺損口為B孔(實驗組)。術前,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。小香豬頭頂部設計左右兩端直徑2cm的手術切開,手術區注射利多卡因。

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,術區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:精準測量缺損區域,根據缺損面積,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。稀釋沖洗術區,分層縫合,閉合傷口。

正常組的8只小香豬不予手術,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的臨床效果和安全性。

1.3 主要觀察指標

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

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、實施手術后8周小香豬、實施術后12周小香豬,分別處死截取顱頂骨修復區新生的骨質段對比健康小香豬的骨質段,并用刀具截成適合大小的段骨,應用電子測試機,進行骨質壓力強度測量,測量修復區骨段和正常骨段抗壓強度。

1.3.4 術后并發癥觀察:術后12周,觀察實驗組與對照組動物并發癥情況,有無皮下積液、感染、移位斷裂、癲癇發生,比較兩組動物并發癥差異。

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,持續蒸餾水沖洗8h,常規骨組織脫水、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:左右兩側眼眶前緣之間的距離。三組顱全長、眶間距比較,無統計學差異(P>0.05)。見表1。

表1 三組術前頭顱頂部測量結果

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,可見索條狀環向骨間隙走形,自體骨修補區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。環形周圍可見新生的骨質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,新生骨質覆蓋顱骨,形成一體,邊界無凹凸,自然弧度。

2.3 硬度檢測結果

2.3.1 術后8周標本取材檢測骨硬度:術后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的硬度,硬度有差異,修復缺損處的硬度達不到正常骨質,差異具有統計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 三組術后8周硬度值

2.3.2 術后12周標本取材檢測骨硬度:術后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的硬度,差異無統計學意義(P>0.05),修復缺損處的硬度達到正常骨質的硬度,差異無統計學意義(P>0.05)。見表3。

表3 三組術后12周硬度值

2.4 術后并發癥情況 術后12周,對照組與實驗組并發癥情況比較,差異無統計學意義(P>0.05),見表4。

表4 對照組與實驗組術后并發癥情況對比[n(%)]

2.5 組織學觀察結果

2.5.1 材料植入8周組織學觀察:實驗組骨小梁已經形成,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、板障和內板組成,從微觀上看,外板和內板較致密,屬于皮質骨。顱骨外板由密質骨組成,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和機體自身骨質吻合銜接,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境,能促進細胞的功能分化和胞外基質的分泌,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]。顱骨外板屬于膜內成骨,吸收率低,顱骨外板由密質骨組成,硬度及抗壓強度大,可使用鈦釘固定,移植后,修復區的骨再生能力比較強,在骨質修復區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,受體部位組織的質量及移植物和顱骨之間的接觸穩定性是至關重要的[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,但顱骨瓣修補術前復溫后骨組織生物活性恢復[10]。在深低溫狀態,保持正常骨組織,便于修整,利于臨床實踐應用。同時,基于異體基質與自體良好的協同作用,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,而-80℃深低溫保存骨的基質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構,為骨細胞的爬行生長提供支架,可以引導新骨形成[4]。自體骨粉內含有存活的骨細胞,可以直接填充缺損并轉化為骨。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及自體骨粉修補術進行對比得出結論:異體顱骨外板移植修補術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締組織分裂增殖,參與新骨形成[13]。符合顱腦缺損修補術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,顱骨外板修復區骨質可以達到與自體骨粉修復區相同的硬度,與自身骨質的骨質硬度無差異。

綜上所述,顱骨外板質地堅韌,可提供骨細胞生長所需的框架結構,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。