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高能量创伤、感染、骨肿瘤等导致的骨缺损是临床治疗的难点。创伤较严重且伴有严重软组织损伤或感染时,想要修复骨缺损和完成重建就更为困难。骨缺损的治疗方式包括:自体骨移植(Autologous bone graft,ABG),Ilizarov外固定牵张成骨术,带血管游离腓骨移植以及Masquelet诱导膜技术。对于>5cm的骨缺损修复,多采用带血管游离腓骨移植,Ilizarov牵张成骨或Masquelet诱导膜技术。带血管游离腓骨移植技术要求较高,应力骨折和供区疼痛多见。Ilizarov牵张成骨技术易于发生针道感染、畸形愈合和神经血管损伤。Masquelet技术借助于诱导膜与自体骨移植,也存在不足:①需分次手术,骨缺损较大骨量不足时,手术间隔时间不定;②最常用的诱导膜介质聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)不可降解吸收,不能诱导骨修复。能否采用新的诱导膜介质医用硫酸钙(Calcium sulfate,CS),既可控降解,又能促进骨再生,修复骨缺损的同时一期完成重建?综上所述,本研究包括3部分内容。第一部分模拟Masquelet技术建立SD大鼠大段骨缺损模型研究目的:模拟Masquelet技术建立SD大鼠大段骨缺损模型。比较CS与和PMMA形成诱导膜的结构特点,观察其促成骨特性。研究方法:60只雄性SD大鼠,8孔不锈钢板制备右侧后肢股骨干10mm全段骨缺损模型。随机分为3组:CS组、PMMA组和空白对照组,每组20只。实验组分别植入CS或PMMA,空白组不植入材料。术后即刻,2,4,6和8周行X线检查,观察钢板固定及材料降解,确认模型的可行性。术后2,4,6,8周取材观察是否形成诱导膜,骨缺损样本进行组织学染色。研究结果:动物模型稳定,可行性和重复性高。CS具有良好的降解特性,PMMA未降解,两者均可以形成诱导膜。定性和定量分析两实验组的促新骨形成能力均优于空白对照组,且CS组优于PMMA组,但均未形成骨性连接。结论:模型稳定性好,成功率和可重复性高。CS既可降解又可形成诱导膜,促新骨形成能力优于PMMA。第二部分比较CS与PMMA形成诱导膜的结构特征和因子含量研究目的:比较CS与PMMA分别形成诱导膜的细胞结构和细胞因子含量,初步探讨诱导膜的促成骨机制。研究方法:40只雄性SD大鼠,造模同第一部分。分CS和PMMA组。术后2,4,6,8周取材比较诱导膜的结构特征,测定细胞因子含量,检测诱导膜中SDF-1α、CXCR-4的含量。研究结果:CS组诱导膜厚于PMMA组,两组诱导膜的结构特点相似。8周时CS诱导膜可见软骨成骨现象。诱导腆的细胞因子含量(VEGF,TGF-β1,BMP-2,ALP)随时间递增,6周达峰值后降低。不同时间点CS组的因子含量均高于PMMA组,但无显著性差异(P>0.05)。不同时间点PMMA组IL-6的含量均高于CS组,2周时最高,有显著性差异(P<0.05),其余各时间点无显著性差异(P>0.05)。诱导膜中SDF-1α和CXCR4随时间延长而逐渐降低。结论:CS-诱导膜促成骨因子含量较高,且炎症反应较低。6周时诱导膜的成骨和成血管能力达到峰值。CS有可能替代PMMA成为新的诱导膜介质。初步揭示可能通过SDF-1α/CXCR4轴介导成骨。第三部分医用硫酸钙一期修复临界性骨缺损的动物实验研究目的:探讨CS能否一期完成临界性骨缺损的修复。研究方法:30只雄性SD大鼠,制备5mm股骨干缺损。随机分为CS组、PMMA组和空白对照组,每组10只。术后即刻、4、8、12、16、20周行X线检查,20周取材行Micro-CT检查。比较骨缺损断端的骨量和骨缺损修复情况。研究结果:术后20周,CS组的骨缺损修复形成骨性连接。PMMA组和空白对照组20周时骨缺损仍未修复。结论:CS能够促进新骨的形成,一期完成临界性骨缺损的修复。