兔肋软骨膜对肋软骨移植后生物力学性能影响的研究

姜珊,陈振雨,朱月华,冷向锋,张维娜

[摘要]目的：探讨新西兰大白兔肋软骨膜对肋软骨自体异位移植后生物力学的影响，为临床上选取最佳肋软骨移植物提供理论依据。方法：6周龄新西兰大白兔6只，取单侧6、7、8带软骨膜肋软骨，每个标本随机分为等长两段，一段保留软骨膜，一段去除软骨膜，分别埋植于兔的背部两侧对称部位。于12周后取出两组埋植软骨，剥去带肋软骨膜者的软骨膜，埋植前不带肋软骨膜者不作处理。据试验机要求制成相应大小标准试件。采用SHIMADZU（日本，AGS-X型）试验机行拉伸、压缩和弯曲试验。结果：带软骨膜组肋软骨极限抗拉强度及最大拉伸应变、最大压缩强度及最大压缩应变、最大弯曲强度及弯曲破坏时间均大于不带软骨膜组，两组之间差异有统计学意义(P<0.05)。结论：带软骨膜肋软骨生物力学性能优于不带软骨膜者。

[关键词]兔；肋软骨；软骨膜；生物力学

[中图分类号]R622R332[文献标识码]A[文章编号]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

肋软骨是一种透明软骨，组织具有弹性，移植后易成活，与其他组织相比不易变形，是理想的填充、塑形以及支持材料。自体肋软骨因与机体组织生物相容性佳，无排斥反应，抗感染能力强等优点而被广泛应用于多种整形外科手术，如耳再造、隆鼻等[1]。

肋软骨的生物力学性能对手术效果具有十分重要的影响，具有良好生物力学性能的肋软骨可更好地对抗各种外力作用，取得并维持更为理想的手术效果。现阶段，国内外已有不少对软骨生物力学性能的研究，但大多数以其它部位的软骨为研究对象，如关节软骨等。即使有少量研究肋软骨生物力学性能的，也未能系统阐述肋软骨膜对其的影响[2-3]。已有大量研究表明，肋软骨膜能够促进肋软骨的生长并有利于其塑形[4]，但其对肋软骨生物力学性能的直接影响仍不确定。本研究正是针对上述不足，通过实验研究兔健康肋软骨的极限抗拉强度，最大抗压强度，最大弯曲强度等各项生物力学性能，探讨肋软骨膜对肋软骨的生物力学性能的影响，以期为利用肋软骨行整形手术时选取最佳移植物提供理论参考。

1材料和方法

1.1.1 实验动物：健康新西兰大白兔幼兔6只，平均体重1.5～2kg，平均周龄6周。

1.1.2 手术方法：地西泮5mg/kg，盐酸氯胺酮30mg/kg肌注麻醉成功后，背部术区备皮，胸腹部备皮，消毒，铺巾。沿左侧肋弓作斜形切口，连软骨膜一起，取出第6、7、8肋肋软骨。胸腹壁切口用5-0丝线逐层拉拢间断缝合。背部两侧对称部位各做三处约0.5cm长纵行切口，同侧切口间隔约1cm，剪刀横向钝性分离皮下至合适长度。将取出的肋软骨从中间切断，形成等长两段，其中一段保留软骨膜，另一段则去除。将各组带软骨膜与不带软骨膜的软骨于背部对称部位埋植于皮下，带软骨膜的埋于一侧，不带软骨膜的埋于另一侧。麻醉苏醒后将兔放入观察室，分笼饲养，术后3日内，每日肌注青霉素40万IU。术后12周取出埋植肋软骨，观察各标本均无明显吸收变形现象，各软骨及软骨膜完整，将埋植前带软骨膜者的软骨膜剥去，埋植前不带软骨膜者不作处理，两组均制成试件以备测量。

1.2 实验仪器及测试条件：在SHIMADZU（日本，AGS-X型）材料试验机上对肋软骨试件进行拉伸、压缩及弯曲试验。实验在室温（18℃～25℃）下进行，且用超声波加湿器保持一定的湿度，实验中过程中用Ringer's液滴注试件，以防试件干燥。用游标卡尺测量试件的长、宽、厚或直径，并以此计算材料的横截面积，同一试验中各试件形状及大小一致。实验采用100N传感器，机器可自动测量变形，各实验均经过预调处理。

1.3 实验过程

1.3.1 拉伸试验：将试件沿肋软骨长轴方向固定于机器上、下夹头间，以5mm/min的速度均匀拉伸直至试件被拉断。为使试件在中间较细部位断裂，将其制成长15mm，厚2mm，两端宽4mm，中间宽2mm的沙漏状。分别测试各标本，记录下各最大拉伸强度值及最大应变。

1.3.2 压缩试验：将标本制成长1mm,直径4mm的圆柱形试件, 沿肋软骨长轴方向放置于试验仪托盘上, 以5mm/min的速度均匀压缩至破坏。分别测试各标本, 记录各最大压缩强度值及最大应变。

1.3.3 弯曲试验：将标本制作成长15mm，直径4mm的圆柱形试件，水平放置于弯曲试验的支点上,跨距15mm,作三点弯曲试验。分别测试各标本, 记录各最大弯曲强度值及弯曲破坏时间。

1.4 统计学处理：采用SPSS18.0行数据统计学处理，所有数据均采用（均数±标准差）表示，采用两独立样本t检验作统计学分析，P<0.05，具有统计学意义上的差别。

2结果

2.1 拉伸试验：两组试件拉伸试验应力-应变曲线见图1。从该曲线可以看出埋植前带软骨膜组破坏应力明显大于不带软骨膜组，后者抗拉能力明显减弱。相同的应力作用时, 不带软骨膜组发生的应变更大。对两组的各标本进行计算, 结果表明带软骨膜组的平均极限抗拉强度为(3.38±0.17)MPa,平均最大应变为(8.04±0.33)%；不带软骨膜组的平均极限抗拉强度为(2.12±0.15)MPa，平均最大应变为(5.12±0.68)%， 两者相比差异有显著性意义(P<0.05) 。

2.2 压缩试验：两组试件压缩试验应力-应变曲线见图2。从图中可以看出不带软骨膜组破坏应力明显小于带软骨膜组。对两组的各标本进行计算, 结果表明带软骨膜组的平均最大压缩强度为(8.31±0.61)MPa，平均最大应变为(6.42±0.43)%；不带软骨膜组的平均最大压缩强度为(4.29±0.69)MPa, 平均最大应变为(4.01±0.31)%，两者相比差异有显著性意义（P<0.05)。

2.3弯曲试验：两组试件弯曲试验应力-时间曲线见图3。从该图可以看出, 虽然两组曲线近似, 但带软骨膜组发生破坏的时间为(36.01±3.88)s，明显长于不带软骨膜组的(23.50±3.56)s。对两组的各标本进行计算, 结果表明带软骨膜组的平均最大弯曲强度为(7.80±0.51)MPa，不带软骨膜组的平均最大弯曲强度为(4.52±0.30)MPa，两者相比差异有显著性意义(P<0.05)。

3讨论

3.1 自体肋软骨由于前述各种优点，临床上应用广泛。然而，在取用肋软骨时，常面临着带不带软骨膜的选择。目前，国内外已有大量研究表明，肋软骨膜对肋软骨的生长和塑形有重要的影响作用。与不带软骨膜者相比，带软骨膜肋软骨移植后与周围组织黏连更为紧密，在长度、重量和体积方面的生长均优于同期不带软骨膜移植肋软骨，镜下亦可观察到软骨细胞更为活跃，胶原及蛋白多糖含量显著优于不带软骨膜者[4-5]。由于肋软骨的生物力学性能主要由其基质中的胶原纤维特别是Ⅱ型胶原纤维的数量、分布、空间排列及蛋白多糖的含量所决定[6]，因此，肋软骨膜对肋软骨组织学方面的影响，势必导致肋软骨生物力学性能的改变，进而影响肋软骨作为填充、塑形及支持材料应用于整形手术的效果。

3.2 本实验首次采用SHIMADZU（日本，AGS-X型）试验机对埋植于兔背部皮下12周的两组肋软骨进行生物力学测试, 分别测试并记录材料在拉伸、压缩、弯曲时的应力-应变关系曲线及应力-时间关系曲线。拉伸试验的结果表明,两组肋软骨的拉伸应力-应变曲线形状相似,均呈非线性指数关系[7]。从图1可看出, 两组肋软骨的拉伸破坏为延性断裂，即先屈服后断裂,带软骨膜组破坏应力明显大于不带软骨膜组，后者抗拉能力明显减弱。相同的应力作用时, 带肋软骨膜组发生的应变较小。对两组各标本进行计算, 结果显示带肋软骨膜组的最大拉伸强度和最大拉伸应变均大于不带肋软骨膜组, 表明后者的抗拉能力有明显的下降。由于抗拉强度主要与软骨基质中胶原的含量、分布以及空间排列有关, 拉伸强度的降低也间接反映了不带软骨膜组肋软骨的胶原特性次于带软骨膜者，与前人的组织学研究结果相一致[8]。

3.3 压缩试验结果表明, 两组的应力-应变曲线均呈现近似线性关系, 带软骨膜组破坏应力大于不带软骨膜组，两者有明显差别。计算结果显示, 带软骨膜组的最大压缩强度和最大压缩应变均大于不带软骨膜组, 表明不带软骨膜组肋软骨抗压能力确有下降。已有研究表明，软骨的抗压能力与软骨基质中胶原和蛋白多糖的变化均有关系[9],不带肋软骨膜组肋软骨抗压能力的下降也从侧面反映了软骨基质中胶原及蛋白多糖的特性变化均不如带软骨膜者。

3.4 弯曲试验中，虽然两组肋软骨的弯曲应力-时间曲线相似,但带肋软骨膜组发生破坏的时间明显长于不带肋软骨膜组；计算结果表明带软骨膜组肋软骨的最大弯曲强度也明显大于不带软骨膜组, 说明不带肋软骨膜埋植肋软骨的抗弯曲的能力降低。

3.5 本研究结果表明，带肋软骨膜埋植肋软骨的极限抗拉强度、抗压强度、弯曲强度等各项生物力学指标均明显优于不带肋软骨膜者。据此，我们可以推测，带软骨膜移植肋软骨可更好地对抗各种外力作用，取得并维持更为理想的手术效果。综合以上各方面因素，利用肋软骨进行整形再造手术时，应优先考虑所取肋软骨保留适量软骨膜。

[参考文献]

[1]王炜.整形外科学[M].2版.杭州:浙江科学技术出版社,1999:1962- 2094．

[2]Qing-Hua Y,Yu-Peng S,Haiyue J,et al.The significance of the biomechanical properties of costal cartilage in the timing of ear reconstruction surgery[J].Plast Reconstr Aesthet Surg,2011,64(6):742-746.

[3]Guo BY,Liao DH,Li XY,et al. Age and gender related changes in biomechanical properties of healthy human costal cartilage[J].Clin Biomech,2007,22(3):292-297.

[4]徐志诚,胡廷泽,张银柱,等.肋软骨膜对肋软骨再生与塑形影响的实验研究[J].中国修复重建外科杂志,2001,15(6):363-365.

[5]张治家,章庆国,张娇.带骨膜软骨与不带骨膜软骨自体异位移植的实验研究[J].中国美容医学,2008,17(6):864-866.

[6]Williamson AK,Chen AC,Masuda K,et al.Tensile mechanical properties of bovine articular cartilage: variations with growth and relationships to collagen network components[J].Orthop Res,2003,21(5):872-880.

[7]Jiexiong F,Tingze H,Wenying L,et a1.The biomechanical,morphologie,and histochemical properties of thecostal cartilage in children with pectus e'xeavatttm [J].Pedia Surg,2001, 36(12):1770-1776.

[8]Williamson AK,Masuda K,Thonar EJ,et al.Growth of immature articular cartilage in vitro: correlated variation in tensile biomechanical and collagen network properties[J].Tissue Eng,2003,9(4):625-634.

[9]Lu XL,Mow VC.Biomechanics of articular cartilage and determination of material properties [J].Med Sci Sports,2008,40(2):193-199.

[收稿日期]2011-12-25 [修回日期]2012-02-10

编辑/张惠娟