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同种异体皮质骨移植的生物力学研究 |
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后的同种异体骨在特定的生物力学环境中承受复杂的载荷，有些移植骨在术后早期就承受较高的载荷。我们利用骨移植后处于不同受力状态的动物模型，对同种异体皮质骨移植后的力学性能变化进行了观察。
材料与方法
一、同种异体皮质骨的制备
在无菌条件下从健康成年新西兰大白兔的尺桡骨处取材，用线锯锯成长1.0 cm的皮质骨，经清洗骨髓脱脂后放入真空冷冻干燥机(美国Virtis公司)内处理(最低温度-60℃，残余湿度5%以下)。取出后真空包装，γ射线照射后备用［1］。
二、模型制备及观察指标
1.模型制备：成年新西兰兔40只，2.5%戊巴比妥钠耳缘静脉麻醉。前肢纵切口，骨膜部分剥离后用咬骨钳在尺骨中段造成一个1.0 cm的完全缺损，植入同种异体皮质骨块。并在尺骨上下段各穿入一根克氏针，两端咬平后骨水泥固定，组成一简易外固定支架。在右侧同样植骨后，尺骨上下端克氏针贯穿后拔出(假性手术)，不作外固定。
2.观察指标:
(1)骨密度测定：分别于术后2、4、8、16周每次处死5只兔，取出尺骨，上端在植骨块以上0.5 cm处，下端在植骨块以下0.5 cm处分别锯断，获得长2.0 cm的标本。利用Hologic QDR-2000型双能X线仪检测样本单位面积骨矿物含量。扫描速度60 mm/s，分辨率1.0 mm×1.0 mm，扫描范围为整个样本。
(2)生物力学性能测试：上述标本骨密度测试完毕后，置于岛津材料试验机上进行三点弯曲试验。加载点位于样本中段，两侧支点间跨距1.5 cm，加载速度1 mm/min，描记载荷一变形曲线，记录最大破坏载荷(N)。
(3)骨孔隙率观测：分别于术后2、4、8、16周每次处死5只兔，取出尺骨后上端在植骨块以上0.5 cm处，下端在植骨块中段锯断。样本长1 cm，经75%乙醇固定，梯度乙醇逐级脱水后甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包埋，Polycut S型硬组织切片机纵向切片(50 μm)，在普通光学显微镜下观察，并应用VIDAS自动图像分析系统计测骨的孔隙率［2］。
3．统计学处理：利用t检验方法对两组间数据进行比较。
结 果
1．单位面积内骨矿物含量(BMD)：实验过程中没有发现植入皮质骨的塌陷。同种异体皮质骨植入后，植骨区BMD值逐渐下降，到第8周时，BMD值降到最低值，而到第16周后，数值又逐渐回升(图1)。统计学结果显示:第16周时，正常载荷侧BMD值明显高于低载荷侧，两者间差异有显著性意义(P＜0.05)。
图1 骨矿化物含量变化示意图
2．最大三点弯曲破坏载荷(N)：同种异体皮质骨植入后，两侧植骨区的最大三点弯曲破坏载荷均逐渐上升，而以第4～8周之间上升较快。第8周后，正常载荷侧破坏载荷明显高于低载荷侧(图2)。统计学结果显示：两者间差异有显著性意义(均为P＜0.05)。
测试时观察发现：植骨区标本承受三点弯曲载
图2 植骨区最大三点弯曲破坏载荷变化示意图
荷时，第2、第4周时的断裂部位均发生在宿主骨-移植骨界面处，而到第8周时，已有部分断裂发生在移植骨本身。到第16周时，几乎全部断裂均发生在移植骨本身。提示宿主骨-移植骨间的接合强度随时间的增加而不断提高。
3．骨孔隙率测定：在第2～8周时，孔隙率逐渐上升，到第8周时达到最高值。此后孔隙率呈下降趋势,尤以正常载荷侧为明显(图3)。两侧比较，第16周时，正常载荷侧的孔隙率已明显低于低载荷侧，差异有极显著性意义(P＜0.01)。
图3 植入皮质骨内部骨孔隙率变化示意图
讨 论
1.在充填大块骨缺损时，移植同种异体皮质骨的目的是要重建骨的连续性，这时临床移植手术的成功取决于这些移植骨的生物力学性能以及它们适应新的力学环境的能力。根据我们的实验结果，从骨孔隙率、骨密度和三点弯曲破坏载荷的变化趋势分析，同种异体皮质骨植入后，其力学强度逐渐降低，到第8周时达最低点，然后再缓慢回升。这种变化是和同种异体皮质骨移植后的生物学变化过程密切相关的。一般认为［3，4］，同种异体皮质骨植入后，创伤反应和异物刺激触发了宿主的修复机制，首先是单核-巨噬细胞系统来源的破骨细胞出现，在骨内形成大量的吸收腔，皮质骨的边缘也被侵蚀，这时也开始有成骨细胞在吸收腔表面呈贴覆性上一页 [1] [2] [3] 下一页
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