楊衛(wèi)強，丁童，馮立平，張付美，蔣振剛，王培山

隨著當代社會高速發(fā)展，高能量損傷不斷增加，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”效應是骨折不愈合的一個重要因素［4-5］。最近國內(nèi)有學者設(shè)計出一種橋接組合式接骨板，并在研究中發(fā)現(xiàn)該接骨板能夠有效地克服應力遮擋效應，提高了對骨折的治療效果［6］。但國內(nèi)外關(guān)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仍鮮見。2015 年1 月—2017 年6月，本研究以普通直型接骨板為對照組，通過應用本課題組設(shè)計的組合式可變應力接骨板治療山羊股骨骨折，觀察其在骨愈合中對骨組織病理及功能變化的作用，并探討其機制，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 材料 健康成年山羊30 只，雌雄不限，年齡12～16 個月，平均體質(zhì)量（16.2±2.0）kg，實驗前適應性喂養(yǎng)1周，飼養(yǎng)期間給予顆粒飼料及自由飲水。用IrCr18NiaT 不銹鋼制成的組合式可變應力接骨板（自行研究設(shè)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）。

1.2 方法

1.2.1 動物分組與造模 使用隨機數(shù)字表法將山羊分為實驗組（組合式可變應力接骨板）和對照組（普通直型接骨板），每組15 只。2組動物適應性喂養(yǎng)1 周后，在靜脈麻醉及無菌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，實驗組置入組合式可變應力接骨板（圖1），對照組置入普通直型接骨板，術(shù)后制動1周后下地活動，術(shù)后2周拆除傷口縫線（圖2）。2組術(shù)后均喂服頭孢呋辛2 d，每日2次，每次30 mg/kg，預防感染。

Fig.1 Picture showing operation of combined variable stress plate圖1 組合式可變應力接骨板手術(shù)

Fig.2 Picture showing goat immobilization one week after operation圖2 山羊術(shù)后制動1周

1.2.2 觀察指標 2組動物分別于術(shù)后第4、8、12 周分批處死，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）。在10%中性福爾馬林緩沖液固定24 h，5%硝酸溶液脫鈣，流水沖洗后以鋼板面為前，沿正中矢狀面縱行切開標本，用游標卡尺測量截骨線上0.5 cm 處板下皮質(zhì)厚度（不含外骨痂）和骨髓腔直徑后，自動脫水機脫水12 h，石蠟包埋，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 倍鏡下隨機讀取5 個視野，計數(shù)視野內(nèi)破骨細胞數(shù)。

1.3 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析。計量數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差（±s）表示，組內(nèi)比較采用單因素方差分析，多重比較用LSD-t法，組間比較采用獨立樣本t檢驗，P＜0.05差異為有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 一般指標的觀察 2組動物造模成功后制動1周，后逐步下地活動，體質(zhì)量無下降，進食良好；部分山羊患側(cè)肢體不能完全負重，皮毛光澤、反映可，活動可。2組動物無明顯差別。

2.2 骨皮質(zhì)厚度和骨髓腔直徑比較 術(shù)后4周2組的骨皮質(zhì)厚度及髓腔直徑比較差異無統(tǒng)計學意義，實驗組8、12周骨皮質(zhì)厚度大于對照組，而骨髓腔直徑小于對照組（P＜0.05）。實驗組4周、8周、12周骨皮質(zhì)及髓腔直徑無明顯變化。對照組術(shù)后8 周與4周相比，骨皮質(zhì)厚度明顯減少，髓腔直徑明顯增大（P＜0.05），術(shù)后12周比8周骨皮質(zhì)厚度進一步明顯減少，髓腔直徑進一步明顯增大（P＜0.05），見表1、2。

2.3 骨組織形態(tài)學觀察及檢測 HE染色分析骨小梁密度，實驗組術(shù)后4 周、8 周骨小梁密度大于對照組，術(shù)后12 周低于對照組（P＜0.05）；對照組和實驗組術(shù)后8周、12周骨小梁密度大于4周，對照組12周骨小梁密度大于8 周，實驗組12 周骨小梁密度小于8 周（P＜0.05）；見表3。破骨細胞計數(shù)結(jié)果顯示，實驗組術(shù)后8 周破骨細胞數(shù)明顯多于對照組，12 周明顯少于對照組（P＜0.05）；對照組和實驗組術(shù)后8周、12 周破骨細胞數(shù)明顯多于4 周，對照組12 周破骨細胞數(shù)明顯多于8 周，實驗組12 周破骨細胞數(shù)明顯少于8 周（P＜0.05）,見表4。組織學觀察示，術(shù)后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，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；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，對照組骨小梁排列錯亂，骨痂密度不均，破骨細胞多見，見圖3。

Tab.1 Comparison of cortical thickness between two groups表1 對照組和實驗組骨皮質(zhì)厚度比較（n=5，mm，±s）

Tab.1 Comparison of cortical thickness between two groups表1 對照組和實驗組骨皮質(zhì)厚度比較（n=5，mm，±s）

＊P＜0.05，＊＊P＜0.01；a 與術(shù)后4 周比較，b 與術(shù)后8 周比較，P＜0.05；表2～4同

組別對照組實驗組t術(shù)后4周2.04±0.10 2.07±0.17 0.459術(shù)后8周1.56±0.05a 2.17±0.21 8.675＊＊術(shù)后12周1.38±0.06ab 2.08±0.19 10.598＊＊F 191.770＊＊0.770

Tab.2 Comparison of the diameter of bone marrow cavity between two groups表2 對照組和實驗組骨髓腔直徑比較 （n=5，mm，±s）

Tab.2 Comparison of the diameter of bone marrow cavity between two groups表2 對照組和實驗組骨髓腔直徑比較 （n=5，mm，±s）

組別對照組實驗組t術(shù)后4周11.68±0.65 11.60±0.69 0.264術(shù)后8周12.30±0.13a 11.60±0.75 2.896＊術(shù)后12周12.71±0.37ab 11.64±0.74 4.086＊＊F 13.790＊＊0.010

Tab.3 Comparison of trabecular bone density in fracture healing at different time points between two groups表3 2組不同時間骨折端骨小梁密度結(jié)果（n=25，%，±s）

Tab.3 Comparison of trabecular bone density in fracture healing at different time points between two groups表3 2組不同時間骨折端骨小梁密度結(jié)果（n=25，%，±s）

組別對照組實驗組t術(shù)后4周40.08±4.29 51.12±3.92 9.499＊＊術(shù)后8周51.60±5.26a 71.92±3.65a 15.869＊＊術(shù)后12周70.60±2.04ab 66.84±5.45ab 3.229＊＊F 354.570＊＊150.994＊＊

Tab.4 Comparison of osteoclast count in fracture healing at different time points between two groups表4 2組不同時間骨折端破骨細胞的計數(shù)結(jié)果（n=25，個/視野，±s）

Tab.4 Comparison of osteoclast count in fracture healing at different time points between two groups表4 2組不同時間骨折端破骨細胞的計數(shù)結(jié)果（n=25，個/視野，±s）

組別對照組實驗組t術(shù)后4周6.12±1.56 6.52±1.58 0.899術(shù)后8周9.96±2.32a 21.40±4.02a 12.325＊＊術(shù)后12周19.20±2.61ab 9.80±1.50ab 15.595＊＊F 231.408＊＊219.058＊＊

Fig.3 Pathological changes of micro-structure of bone healing in goat femur fracture(HE staining,×400)圖3 山羊股骨骨折愈合骨組織病理學變化（HE染色，×400）

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(jié)果，骨痂的形成是由刺激信號引發(fā)的相關(guān)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(chǔ)。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］。因此筆者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(shù)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(guān)［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(shù)、mippo技術(shù)。但也出現(xiàn)了一些問題，如髓內(nèi)固定術(shù)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。本研究設(shè)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，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。

本研究結(jié)果顯示，組合式可變應力接骨板組4周、8周骨小梁密度明顯增高，有效骨痂量明顯大于對照組，骨折愈合較快，到12周骨小梁排列有序，形成哈夫斯管，而普通組骨小梁排列錯亂，骨痂密度不均，仍是初級骨小梁。以上結(jié)果提示組合式可變應力接骨板固定較為牢固，符合堅強內(nèi)固定AO 理論，組合式鋼板之間有微小間隙存在，使固定鋼板的應力減少，根據(jù)“Frost 力學調(diào)控理論”，骨折斷端適當?shù)膽Υ碳ご龠M骨痂的生成，利于骨折愈合，本研究設(shè)計鋼板符合骨折愈合的生物力學理論。同時通過破骨細胞計數(shù)，從顯微組織學評估2組骨痂改建情況，實驗組8 周的骨小梁周邊的破骨細胞數(shù)明顯多于對照組，骨痂已處于改建期，12 周時實驗組破骨細胞數(shù)明顯少于對照組，骨痂改建基本結(jié)束，而對照組4周、8周、12周破骨細胞數(shù)呈現(xiàn)明顯增高趨勢，也說明實驗組骨折愈合骨組織重建過程明顯較快，而12 周時對照組仍處于改建期。本研究從標本大體觀的角度，即骨皮質(zhì)及骨髓腔的測量進行觀察顯示，實驗組4 周、8 周、12 周骨皮質(zhì)及髓腔直徑無明顯變化，對照組4 周、8 周、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，未形成局部“廢用性骨質(zhì)疏松”［15］。

總之，本研究初步探討了組合式可變應力接骨板固定在山羊股骨骨折愈合過程中的骨組織病理及功能變化，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，為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擋效應，促進骨痂的生成，加快骨痂的改建，促進骨折愈合。但本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)，沒有像臨床上長期定時隨訪，即無骨愈合后期的實驗觀察等。