同种异体皮质骨板重建压力侧骨皮质缺损的实验研究

张 伟，闵 珊，毛 勇

(中山大学附属第一医院，广东广州510080)

四肢长骨干粉碎性骨折临床很常见，通常采用切开复位、钢板内固定治疗，如果钢板对侧骨皮质缺损，容易导致内固定术失败[1]。本课题利用山羊动物模型研究同种异体皮质骨板重建压力侧骨皮质缺损后的愈合情况，从影像学、生物力学、病理组织学的角度探讨，旨在为临床治疗骨皮质缺损提供一种治疗方法。

1 材料与方法

1.1 骨移植材料的制备 取6只1～1.2岁成年山羊，雌性，体重25～30 kg，随机抽取2只，放血处死，脱去山羊双后肢毛发，切取股骨骨干，剔净股骨软组织及骨膜，用摆动锯将股骨干从中间纵向锯开，除去骨髓，反复生理盐水冲洗干净，制作成长6 cm、宽2 cm、厚度0.3 cm的皮质骨板。用99%乙醚循环脱脂48 h。冻干，封装于薄膜袋中，环氧乙烷消毒后，于常温下保存备用[2]。

1.2 分组与手术操作 16只1～1.2岁的成年山羊，雌性，体重25～30 kg，随机分成两组。实验组8只：同种异体皮质骨板+钢板+植入自体松质骨；对照组8只：钢板+植入自体松质骨。取山羊大腿前外侧切口，从股中间肌与股外侧肌间隙进入股骨干，环行骨干中段四周剥离骨膜，骨膜剥离范围约6 cm，在股骨干外侧放置7孔AO加压钢板，除第4孔外，其他孔都用螺钉固定。根据术中量尺测量，选择制备好的皮质骨板，与宿主骨贴服要合适。线锯锯断股骨干，造成左侧后肢股骨干中段压力侧不带骨膜楔形骨皮质缺损0.5 cm的模型(根据我们以前动物实验的经验，因山羊术后不能制动，如楔形骨皮质缺损大于0.5 cm，发生内固定物松动很高，导致实验失败)，同时在山羊髂嵴上取自体松质骨。

1.3 观察方法 术后0周、3周、9周，两组按同样的条件拍下肢正侧位片。术后3周、9周处死动物，将左侧股骨带钢板、骨板完整取下，螺丝钉不取出，剔除标本上软组织，-20℃低温冰箱保存，实验前2 h取出股骨标本于室温下自然解冻，于股骨标本两端以自凝牙托粉包埋固定。用美国产Biomix MTX858生物力学测定机进行生物力学测定，标本的实验顺序随机确定。分别进行非破坏性轴压试验、非破坏性扭转试验，仪器自动记录测定的刚度数据[3]。进行生物力学测试后的标本以骨缺损部为中心纵向截取0.5 cm长组织段，以10%中性甲醛溶液浸泡5 d，固定48 h后，常规石蜡包埋，每一蜡块连续做5张切片，组织厚度5μm，HE染色，光镜下注意观察骨缺损断端间肉芽组织、纤维组织、软骨骨痂和新骨增生情况，按Lane等组织学评分标准评分。

2 结 果

2.1 术后动物一般情况 动物术后即自主站立行走，单后肢跛行步态。切口前3 d较红肿，至6～7 d红肿消失，7 d后切口I/甲级愈合后拆线，无感染。实验组动物6～8 d后全部恢复正常四肢行走步态，对照组动物5只35～45 d后恢复正常四肢行走步态，3只单后肢跛行步态无恢复。

2.2 不同愈合期的X线表现 实验组术后3周时X线片的骨缺损部较术后模糊，可见外骨痂形成，且以后侧为多，移植骨板上下结合部有小量骨痂形成，骨板完整，无明显吸收，位置无移动，清晰可见；钢板、螺丝钉无松动、弯曲(见图1)；9周时X线片的骨缺损部基本消失，外骨痂增多，骨板周围骨痂增多，骨板完整，边缘较前模糊，位置无移动，钢板、螺丝钉无松动、弯曲(见图2)。对照组3只动物发生螺丝钉松动、脱落，钢板位置移动，骨折端移位；术后3周时X线片的骨缺损部稍模糊，外骨痂相对较多(见图3)，9周时骨缺损部愈合情况与实验组相似(见图4)。

图1 实验组术后侧位片

图2 实验组术后9周侧位片

图3 对照组术后侧位片

图4 对照组术后9周侧位片

2.3 生物力学测试结果 当标本受到3 N的扭转载荷时，实验组与对照组的抗扭转刚度在术后0周、3周差异有统计学意义，9周后差异无统计学意义(见表1)。

2.4 两组标本轴向压缩刚度结果 当标本受到300 N的纵向载荷时，实验组与对照组的的抗压缩刚度术后0周、3周比较差异有统计学意义，9周后差异无统计学意义(见表2)。

2.5 骨缺损端组织病理学观察 术后3周实验组骨缺损端间见有较多的软骨细胞和大量的纤维组织，软骨细胞多为肥大的成熟型，可见软骨细胞肥大融合坏死现象，纤维组织排列紧密。在骨表面出现较多的成骨细胞，且数目较多，在断端周围有少量类骨质出现。对照组骨缺损端可见到大量的软骨细胞和纤维细胞，软骨细胞多为幼稚型，也有胞体较大的成熟软骨细胞出观，但数量较少，软骨组织增生明显，纤维细胞排列稀疏。亦可见到一些扁平状成骨细胞，数量较少，在骨表面的软组织中可见到一些成骨性始祖细胞。骨表面有类骨质出现。术后9周，实验组骨折缺损端内骨痂面积减少，断端多为新生骨小梁，排列较规则，未见到纤维性骨痂，成骨细胞数量较少，骨细胞数量较多，破骨细胞少见。对照组骨折断端内骨痂面积减少，断端多为新生骨小梁，软骨组织消失，骨小梁排列紊乱，成骨细胞数量较少，骨细胞数量较多，破骨细胞少见(见表3)。

表1 两组标本扭转刚度结果比较（±s，N·cm/°）

表1 两组标本扭转刚度结果比较（±s，N·cm/°）

注：两组比较，*P＜0.001；ΔP＜0.001。

术后9周0.716±0.1640.614±0.440Δ组别实验组对照组术后0.384±0.018 ＊0.084±0.012＊Δ术后3周0.218±0.025＊0.039±0.009＊Δ

表2 两组标本轴向压缩刚度结果（±s，N/mm）

表2 两组标本轴向压缩刚度结果（±s，N/mm）

注：两组比较，*P＜0.001；ΔP＜0.001。

组别术后9周术后 术后3周实验组对照组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骨移植组织学评分（分，±s）

表3 Lane骨移植组织学评分（分，±s）

注：两组比较，P＜0.05，差异有统计学意义。

时间术后3周术后9周P值＜0.05＜0.05实验组3.00±0.899.83±0.98对照组1.50±0.554.67±0.81均值比4.3710.77

3 讨论

股骨干上应力分布的特点是前内侧皮质骨受压力，后外侧皮质骨受张力[4]，因此根据张力带固定原则，将钢板置于股骨干的张力侧，使张力侧在承受功能性负荷时，由于肌肉收缩等因素，会使张应力转变为压应力，有利于内固定的稳定性[5]。但钢板固定是一种偏心性固定，骨折端受力不均衡，在骨折愈合的早期，钢板上受到较大的弯曲应力，功能锻炼时弯曲应力的反复作用，易导致钢板弯曲和断裂。特别是内侧骨皮质粉碎性骨折或骨皮质缺损时，一承受负荷，支点会越来越靠近钢板。对于较大的缺损，支点最终进入钢板，在承受周期性负荷后，不可避免发生疲劳性弯曲、断裂，导致内固定失败[6]。

采用同种异体皮质骨板植骨，是把它作为“生物钢板”，既有植骨作用，又主要起固定作用，加上金属钢板，构成了生物材料和金属材料相结合的固定系统[7-8]。骨板与钢板通过螺钉连于一体，螺钉通过同种异体皮质骨板，大大增加了把持力，同时加强了钢板的固定作用，与骨骼共同形成稳定的框架形几何不变体系，双板相互协同相互制约，提高了整体固定的刚度和强度。双板固定的轴线更接近于股骨中线，其作用在钢板上的弯曲和扭转应力相对减少，应力分布均匀；对骨缺损部植骨能起到支撑保护作用，防止移植骨被压缩、崩塌。通常植骨都放在骨缺损部位的四周，放置骨板后，骨缺损部位部分需植骨区骨板可替代，故应用同种异体皮质骨板固定后，植骨量可明显减小。

本实验结果表明，钢板固定+植松质骨组的扭转刚度、轴向压缩刚度均较低（刚度即抵抗变形的能力），抵抗变形的能力越低，整体结构越不稳定，固定就不够牢靠，不利于骨愈合及骨强度的恢复。而骨板、钢板固定+植松质骨组，由于植入的骨板增加了螺钉的把持力，其整体结构的刚度及稳定性均高于单纯钢板固定组，差异有统计学意义(P＜0.001)，在这种条件下，将为骨愈合创造一个稳定的力学环境。实验组羊术后即能够站立行走，6～8 d后步态恢复正常。有了可靠的初始固定，使得移植骨的爬行替代及骨缺损部骨折愈合正常进行。大体形态学观察及组织病理学切片证实，9周时骨缺损部已达骨性愈合，同种异体皮质骨板与周围宿主骨获得骨性连接，同种异体骨板内已有新骨形成。扭转刚度为(0.716±0.164)N·cm/°、轴向压缩刚度为(12.16±3.591)N·cm/°，和正常股骨干比较差异无统计学意义。

临床上采用此技术应用于上肢及下肢骨折、骨缺损及骨不连的治疗，均取得较好的疗效[9-11]。结合本实验结果证实同种异体皮质骨板能够为骨皮质缺损区提供可靠的初始固定和稳定性，预防钢板、螺丝钉松动、弯曲，给移植松质骨愈合提供稳定的力学环境；是治疗骨折、骨缺损及骨不连的一种较理想方法。

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