滑动臂定位器联合钢板手术治疗胫骨中段骨折的效果＊

田红波 金粉勤 吴鸣 徐继平 肖海军 殷诺 潘明芒 吕波 薛锋

随着工业化的发展，交通事故不断增多，各种原因导致胫骨骨折，发生骨折延迟愈合的可能性较大，常常需要内固定治疗。随着动物实验技术的进步，近年来建立胫骨骨折动物模型，显著提高了对胫骨粉碎性骨折的治疗水平[1-2]。本组研究采用套筒定位器钢板手术治疗胫骨中段粉碎性骨折，以新西兰大白兔制作胫骨粉碎性骨折模型，观察对骨折后三点弯曲强度、拉伸强度和扭曲强度的影响。骨折发生后，机体细胞因子发生应激反应，骨折端的坏死骨细胞，成骨细胞和被吸收的骨基质均向周围释放内源性细胞因子，如骨形态发生蛋白（BMP）-7和胰岛素样生长因子（IGF）-1作用尤为突出[3-4]。护骨素（OPG）是肿瘤坏死因子新成员，是破骨细胞抑制因子，是骨代谢的重要负调节因子[5]。本组研究通过观察对兔胫骨粉碎性骨折内固定后，观察对机体血清BMP-7、IGF-1和OPG水平的影响，现报告如下。

1 材料与方法

1.1 一般材料

2015年1 月-2018年12月选择新西兰雄性大白兔50只，SPF级，6月龄，体重 3.1～3.5 kg，平均（3.3±0.1）kg。购自复旦大学动物实验中心。

1.2 方法

1.2.1 兔胫骨粉碎性骨折模型建立和分组 兔胫骨骨折模型建立后，随机分为观察组和对照组，每组25只。对照组体重 3.1～3.5 kg，平均（3.2±0.1）kg；观察组体重 3.1～3.5 kg，平均（3.3±0.1）kg。观察组予以滑动臂定位器联合钢板治疗，见图1；对照组予以应用套筒定位器联合钢板治疗，见图2。对照组：套筒定位器+钢板治疗，兔胫骨骨折对位对线良好，见图3。动物骨折部位备皮，戊巴比妥钠（40 mg/kg）进行腹腔注射，麻醉成功后，将新西兰大白兔仰卧位固定在动物手术台上，骨折部位脱毛并用0.5% 的碘伏消毒手术区域，铺无菌洞巾，取骨折部位手术切口，依次分离兔胫骨肌肉、血管及神经组织，显露胫骨中段，用电锯造成胫骨中段骨折斜形骨折，在电锯的过程中滴加生理盐水，采用手法牵拉+翘拨等方法复位，然后在套筒引导下克氏针临时固定骨折断端，然后再用钢板固定骨折断端，然后冲洗切口、依次逐层缝合切口，切口部位无菌辅料包扎，石膏托临时固定，待动物清醒后给予抗生素预防切口感染。观察组：与对照组不同的是采用滑动臂定位器引导下克氏针临时固定骨折断端，然后再用钢板固定骨折断端，其余步骤与对照组相同。

图1 滑动臂定位器

图2 套筒定位器

图3 套筒定位器联合钢板治疗兔胫骨骨折对位对线良好

1.2.2 胫骨离体的生物力学测试 标本的选取：术后2、6周，每组取5只兔耳缘静脉注射空气，处死模型，取左侧胫骨，去除肌肉等软组织，予以湿纱布包裹，置于-20 ℃冰箱中保存。观察组术后6周胫骨中段骨折骨折部位愈合良好，见图4。在行生物力学测试时，实验前1 d取出自然解冻，胫骨两端予以凝牙托粉包埋成长4 cm，高1 cm正方体，底面平行。对三点弯曲实验标本先取出髓内骨圆针，再行胫骨两端包埋。生物力学测定：用AG-IS力学试验机[岛津（香港）有限公司生产]测定三点弯曲加载实验，要求包埋在同一平面，减少加载时偏移。拉伸实验胫骨包埋放置在上下夹具，使胫骨轴线与夹具一致；行旋转实验时，胫骨轴线同样与夹具一致。

图4 观察组术后6周胫骨中段骨折骨折部位愈合良好

1.3 观察指标

观察两组手术时间、术中出血量、骨痂形成量（每组10只处死模型骨痂量）和骨折愈合时间，观察胫骨骨折模型术后2、6周三点弯曲强度、拉伸强度和扭曲强度；比较手术前、手术后2周、手术后6周血清BMP-7、IGF-1和OPG水平。

1.4 统计学处理

本研究数据采用SPSS 12.0统计学软件进行分析和处理，计量资料以（±s）表示，采用t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组手术时间、术中出血量、骨痂形成量和骨折愈合时间比较

观察组10只处死模型骨痂形成量为（49.38±11.49）mg，多于对照组的（35.26±10.26）mg，差异有统计学意义（t=2.899，P=0.009）。观察组手术时间、术中出血量和骨折愈合时间明显优于对照组，差异有统计学意义（P＜0.01），见表1。

表1 两组手术时间、术中出血量、骨折愈合时间比较 （±s）

表1 两组手术时间、术中出血量、骨折愈合时间比较 （±s）

骨折愈合时间（周）观察组（n=15） 51.67±5.67 22.38±9.62 6.04±1.36对照组（n=15） 65.48±7.92 48.16±11.38 7.56±1.47 t值 5.491 6.701 2.940 P值 0.000 0.000 0.007组别 手术时间（min）术中出血量（ml）

1.2.3 骨痂形成量 胫骨离体生物力学后，将各标本骨折断端骨痂去下，采用1∶1丙酮-乙醚混合后脱脂48 h，予以烘干后，称重。

1.2.4 BMP-7、IGF-1和OPG的检测 每组15只在手术前、手术后2、6周，从耳缘静脉取静脉血约5 ml，采用离心机 2 500 r/min，离心半径 6 cm，离心约 10 min，分离出上清液放置在-80 ℃的冰箱中保存。采用电化学发光仪（瑞士罗氏公司）检测BMP-7、IGF-1、OPG，灵敏度0.05 ng/ml。采用双抗体夹心化学发光法检测BMP-7、IGF-1、OPG水平，用生物素化单克隆BMP-7、IGF-1、OPG特异性抗体与血清混合，形成抗原抗体复合物，然后加入链霉素磁珠微粒进行二次孵育，通过生物素和链霉素亲和素作用结合，通过电磁效应将磁珠吸附在电极表面，通过电极的电压促进复合物化学发光，测定发光强度，采用Elecsys软件自动通过定标曲线计算出BMP-7、IGF-1、OPG含量。

2.2 两组手术后2、6周三点弯曲强度、拉伸强度和扭曲强度比较

手术后2、6周，观察组三点弯曲强度、拉伸强度和扭曲强度均明显高于对照组（P＜0.01），见表2。

表2 两组手术后2、6周三点弯曲强度、拉伸强度和扭曲强度比较 [N/mm2，（±s）]

表2 两组手术后2、6周三点弯曲强度、拉伸强度和扭曲强度比较 [N/mm2，（±s）]

手术后2周 手术后6周 手术后2周 手术后6周 手术后2周 手术后6周观察组（n=5） 157.38±2.46 128.64±3.19 139.49±3.76 121.49±4.51 126.35±3.19 89.37±3.48对照组（n=5） 135.37±2.18 113.95±3.08 121.64±2.18 106.27±3.27 110.23±2.03 71.46±2.37 t值 29.946 14.816 18.367 12.219 19.066 19.024 P值 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000组别 三点弯曲强度 拉伸强度 扭曲强度

2.3 两组手术后2、6周BMP-7、IGF-1、OPG水平比较

手术后2、6周，观察组BMP-7、IGF-1、OPG水平均明显高于对照组（P＜0.01），手术后6周，两组BMP-7、IGF-1、OPG水平均较手术后2周增高（P＜0.01），见表3。

表3 两组手术后2、6周BMP-7、IGF-1、OPG水平比较 （±s）

表3 两组手术后2、6周BMP-7、IGF-1、OPG水平比较 （±s）

*与本组手术前比较，P＜0.05；与本组手术后2周比较，P＜0.05。

手术前 手术后2周 手术后6周 手术前 手术后2周 手术后6周 手术前 手术后2周 手术后6周观察组（n=15） 356.64±10.65 538.28±14.29*562.38±12.66*#15.82±1.35 22.67±1.27*25.38±1.46*# 8.96±1.04 13.49±1.67*18.38±1.97*#对照组（n=15） 361.55±12.28 427.34±13.67*455.64±11.27*#15.76±1.08 18.38±1.19*21.16±1.35*# 8.79±1.15 11.33±1.48*15.49±1.86*#t值 1.170 21.727 24.390 0.134 9.547 8.219 0.425 3.749 4.131 P值 0.252 0.000 0.000 0.894 0.000 0.000 0.674 0.000 0.000组别 BMP-7（ng/L）IGF-1（ng/L）OPG（pmol/L）

3 讨论

本研究发现，观察组予以滑动臂定位器联合钢板治疗后，手术时间、术中出血量和骨折愈合时间明显优于对照组，而观察组的骨痂形成量明显多于对照组（P＜0.01）。本研究同时发现，观察组三点弯曲强度、拉伸强度和扭曲强度在不同时点均明显高于对照组。可能与滑动臂定位器在治疗中的作用具有明显的关系，（1）定位准确：术中可以精确控制导针进针点、出针点位置和方向，避免骨折断端的再次移位和反复穿针对邻近组织造成损伤，提高一次成功率，缩短手术时间，减少穿针对周围组织造成“二次打击”；（2）操作简便、灵活：术中根据情况可以随时调整导针进针点位置及导针方向，均可以使导针顺利从预先设定的出针点出针即定位针针尖部位，从而缩短手术时间、减少出血量，减少术后感染的发生；（3）避免手术中多次使用X线C臂机透视，减少手术人员和实验动物X线照射次数；（4）由于术中定位准确，损伤周围组织较少，周围组织破坏较少，骨折愈合时间和骨痂形成量明显优于对照组，并且骨折愈合后的刚度和强度明显优于对照组。骨折愈合过程是个复杂的过程，骨折愈合过程中的局部生物力学环境决定骨折愈合模式和速度，而滑动臂定位器联合钢板对骨折周围组织破坏最小，故骨折的愈合相对较快，故骨折后的生物力学判断是评判骨折愈合的最直接方法。

骨折的愈合过程是一个复杂的再生过程，往往伴随大量的细胞因子参与，随着基因和生物技术研究的不断深入，对促进骨折愈合机制有了新的认识[6]。正常骨折愈合过程，骨祖细胞可以再次被活化，通过细胞分裂转变为成骨细胞，抑制破骨细胞，是骨折愈合的关键[7]。本组研究发现观察组BMP-7、IGF-1、OPG水平明显高于对照组，并且随着时间的延长，其水平逐渐增加，说明滑动臂定位器联合钢板治疗具有明显提高BMP-7、IGF-1和OPG水平。在首次发现BMP时，提出了“诱导成骨”理论，而BMP-7具有强烈诱导骨活性，通过激活间充质干细胞内表达Runx2和Osterix的表达，诱导间充质干细胞向成骨细胞转化，协调其他骨组织的形成[8-9]。IGF-1是骨细胞代谢和保持功能的重要细胞因子，能够减少骨胶原的退化，增加骨折的沉积，促进骨细胞的分化，成熟和补充，并以时间-剂量的依赖的方式影响骨细胞增生和骨质代谢，其主要通过与其受体结合，通过激活自身磷酸化激活络氨酸蛋白酶，促进胰岛素受体底物的磷酸化，从而达到调节软骨细胞，骨细胞生长、增值和代谢[10-11]。OPG是调节成骨细胞和破骨细胞分化和功能的主要信号通路，当OPG分别于成骨细胞和破骨细胞膜上的NF-κB受体活化因子或者配体结合后，激活具有破骨细胞的功能活性的细胞，抑制破骨细胞骨吸收，达到成骨细胞和破骨细胞达到动态平衡，在骨折的愈合过程中具有重要作用[12-13]。

总之，滑动臂定位器联合钢板手术治疗胫骨中段粉碎性骨折具有手术时间短，术中出血量少，骨痂形成多，骨折愈合时间快，在生物力学方面具有明显优势，可能与BMP-7、IGF-1和OPG水平升高有关。