引用本文: 劉寒江, 郭營, 梅偉. 基于兔尺橈骨解剖學測量的新型骨缺損模型的建立及評估. 中國修復重建外科雜志, 2016, 30(2): 173-177. doi: 10.7507/1002-1892.20160036 復制
骨缺損,尤其是長骨大段骨缺損是骨科治療常見的棘手問題,有效的實驗動物骨缺損模型是進行骨組織工程研究的基礎[1-3]。關于骨缺損的組織工程研究很多,近年來研究較多的是利用新西蘭大白兔制備橈骨缺損模型[3-7],但對于骨缺損模型的手術入路及技術要點少見詳盡報道,目前尚無統一的造模方法。本研究基于兔尺橈骨解剖學測量介紹一種新的兔橈骨骨缺損造模方法,并探討預防大段骨缺損造模過程中并發癥的方法。
1 材料與方法
1.1 實驗動物及主要試劑、儀器
4月齡健康新西蘭大白兔45只,雌雄不限,體質量為2.0~2.5 kg,由河南省實驗動物中心提供。戊巴比妥鈉(Sigma公司,美國)。ZKKS-MCT-Sharp-Ⅲscanner micro-CT、ZKKS-MicroCT 3.0 軟件處理系統(廣州中科愷盛醫療科技有限公司);病理切片機(Leica公司,德國);顯微鏡(Olympus公司,日本)。
1.2 兔尺橈骨解剖學測量
取15只新西蘭大白兔,對雙側尺橈骨進行解剖并行micro-CT檢查,測量其橈骨全長為(68.78± 1.86)mm,尺偏角為(25.87±2.10)°;橈骨下端距橈骨莖突45 mm一段相對較直;正中神經與頭靜脈在距橈骨莖突(55.48±2.36)mm處騎跨橈骨,后在指深屈肌深面下行;數根肌腱附著于橈骨遠端,橈骨遠端無肌腱附著處與橈骨莖突的距離為(21.33±0.78)mm;沿橈骨莖突處作切線,測量切線與橈骨平行的最大距離為(45.26±1.29)mm。見圖 1a、b。

1.3 實驗分組及方法
1.3.1 實驗分組
取30只新西蘭大白兔隨機分為A、B、C 3組,每組10只,3組均通過手術造成雙側橈骨缺損。
1.3.2 造模方法及術后處理
術前各組動物禁食、水8 h,行耳緣靜脈注射戊巴比妥鈉(35 mg/kg)麻醉,聚維酮碘溶液消毒手術區。
A組選擇橈側腕伸肌與指伸肌間隙入路,在橈骨遠端距橈骨莖突3.0 cm處用線鋸截除長約1.5?cm的橈骨,連同骨膜和骨間膜一并切除。B、C組基于兔尺橈骨解剖學分析結果,選取橈骨遠端距橈骨莖突2.5~4.0 cm作為截骨段(圖 1c),該段橈骨直徑(3.5±0.6)mm,截骨長度1.5 cm。于肘上加1條止血帶減少手術出血量(<5 mL)。為避免損傷神經、血管及肌腱,于橈側腕伸肌與指深屈肌間隙入路;因正中神經在橈骨上段緊貼指深屈肌,騎跨橈骨后在指深屈肌深面下行,故盡量緊貼橈側腕伸肌鈍性分離肌間隙即可直達橈骨。顯露截骨區域,確定上、下截骨點,于截骨點處用尖刀環形切開骨膜(盡量保證骨膜切緣整齊且兩切緣平行),用鋸片于上截骨點的下緣和下截骨點的上緣垂直截骨(使鋸口在骨缺損范圍內),用電鋸制備1.5 cm缺損段(注意在鋸片上滴注無菌冰鹽水降溫,保護斷端組織活性),用咬骨鉗旋出骨段。B組完全切除骨膜和骨間膜,C組切除骨膜、保留骨間膜。見圖 2。
生理鹽水沖洗術野,逐層縫合切口,聚維酮碘溶液消毒,石膏過關節固定。術后少量飲水,4?h后正常喂食、水;術后連續3 d予以8萬U/kg青霉素預防感染。術后每天早晚2次換藥,正常喂食、水。
1.3.3 大體觀察
術后每3天從皮膚愈合、感染、動物進食飲水及運動情況等方面評估3組動物康復及并發癥發生情況。
1.3.4 影像學檢查
分別于術后即刻(每組取2只動物)及術后15周(每組取8只動物),采用耳緣靜脈注射3%戊巴比妥鈉過量麻醉處死。取出整條前臂,剔除肌肉及軟組織,行X線片及micro-CT檢查,評估骨缺損愈合情況;采用ZKKS-MicroCT 3.0 軟件處理系統對缺損段行骨礦含量(bone mineral content,BMC)及骨密度(bone mineral density,BMD)定量分析。
1.3.5 組織學觀察
術后15周影像學檢查后,將各組標本經脫鈣、脫水后制成石蠟標本,組織切片,片厚4 μm,常規行HE染色和Masson染色觀察骨缺損區成骨情況。
1.4 統計學方法
采用SPSS17.0統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示,組間比較采用單因素方差分析,兩兩比較采用SNK檢驗;計數資料以率表示,組間比較采用χ2檢驗;檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 大體觀察
A組共5只(50%)動物發生并發癥,包括術中血管損傷1只、肌腱損傷2只,術后血腫及感染各1只,術后血腫及感染經清創換藥后好轉;C組1只(10%)動物發生術后感染,經清創換藥后好轉;B組(0%)未發生并發癥。A組并發癥發生率顯著高于B、C組,差異有統計學意義(P<0.05);B、C組間比較差異無統計學意義(P>0.05)。
2.2 影像學檢查
X線片及micro-CT示,術后即刻3組均造模成功,與B、C組比較,A組缺損段欠規整,斷緣較不整齊。術后15周,A、B組骨缺損有修復但無連續性骨痂,C組可見缺損區連續性骨痂形成。見圖 3、4。
骨組織定量分析顯示,術后15周A、B、C組BMC分別為(3.36±0.32)、(3.44±0.20)、(3.89±0.30)mg,BMD分別為(729.4±49.7)、(736.4±64.7)、(752.4± 56.7)mg/cm3,各組間比較差異均無統計學意義(P<0.05)。
2.3 組織學觀察
術后15周HE染色和Masson染色示,A組有新生骨形成,但結構紊亂,骨質硬化;B、C組可見新生骨形成,骨細胞中間仍有成軟骨細胞存在,B、C組間未見明顯區別。見圖 5、6。

3 討論
近年來,關于骨不連、骨腫瘤切除及其他原因造成的骨缺損研究較多[7-10]。目前最常用的造模動物是新西蘭大白兔,其前肢由尺橈骨組成,取橈骨中段作骨缺損,同時完整的尺骨起到前肢支撐作用,無需行內固定[11]。實驗動物大段骨缺損模型是進行骨與軟骨組織工程研究的基礎,造模成功與否直接影響研究結果。骨缺損模型不規范,比如骨缺損長短不一、部位不同、有骨膜殘留或骨膜切除過多等,均會直接影響各項檢測指標的結果,所得數據也不科學。因此,規范的骨缺損動物模型建立是骨組織工程研究的關鍵和基礎。
既往關于制備動物大段骨缺損模型的手術方法報道中,手術入路及手術部位各異,對于骨膜及骨間膜的切除亦存在爭議。趙明東等[11]選用骨科微型電鉆將橈骨小頭下2.5~3.0 cm處一段橈骨連同骨膜一并截除;王玉學等[12]用特制鋸片,選擇橈骨弧頂部1.5 cm作為截骨段;Yang等[13]用線鋸造模;Kasten等[14]、Niemeyer等[15]及Geiger等[16]取兔橈骨中段作一切口,顯露尺橈骨,利用線鋸截除橈骨遠端1.5 cm骨段(包括骨膜)建立骨缺損模型,同時剝離距離缺損近遠端0.5 cm骨膜。
本研究基于既往研究,旨在介紹一種大段骨缺損模型建立的新方法。為避免骨與軟骨組織工程研究中內植物移位,若采用兔尺橈骨缺損模型,我們建議選擇尺橈骨相對較直的一段作為缺損段。本研究結合新西蘭大白兔尺橈骨解剖及影像學特點,選擇距橈骨莖突2.5~4.0 cm處作為缺損段,取橈側腕伸肌與指深屈肌間隙入路,可有效避開正中神經及頭靜脈,同時亦能避開尺橈骨的前傾角,大大減少了內植物移位風險。在肘上扎止血帶并選用電鋸造模,可減少出血量,使斷端整齊,有利于組織工程研究中與內植物緊密接觸。術后即刻及15周影像學和組織學檢查結果不僅提示造模成功,而且B、C組HE染色和Masson染色顯示骨細胞中間還可見到成軟骨細胞,說明在造模成功基礎上仍保留有成骨潛能,斷端細胞的成骨活性對于骨與軟骨組織工程學非常重要;而A組骨細胞結構紊亂,骨質發生硬化,究其原因,可能與電鋸造模較線鋸造模對周圍軟組織損傷相對較小,對骨折斷端血供保留較好有關。A組術后并發癥發生率高于B、C組,與A組選擇橈側腕伸肌與指伸肌間隙入路,入路較深、顯露困難等原因有關;而且,選擇線鋸造模,不可避免地對周圍組織牽拉損傷,增加了潛在損傷神經、血管的危險性;而B、C組選擇橈側腕伸肌與指深屈肌間隙入路,位置表淺,顯露清楚,術野可有效避開神經、血管,選用電鋸造模對周圍軟組織損傷較小。
綜上述,統一造模方法對組織工程評價骨組織修復的橫向比較至關重要。因此,建議選擇4月齡左右健康新西蘭大白兔作為造模實驗動物,距橈骨莖突2.5~4.0 cm處作為缺損段,以橈側腕伸肌與指深屈肌間隙入路作為動物大段骨缺損研究的標準造模方法。但作為骨缺損模型標準化研究,尚需對實驗動物的月齡、體質量及雌雄等條件進行考慮;骨間膜在骨缺損修復中的具體作用機制亦有待進一步研究。
骨缺損,尤其是長骨大段骨缺損是骨科治療常見的棘手問題,有效的實驗動物骨缺損模型是進行骨組織工程研究的基礎[1-3]。關于骨缺損的組織工程研究很多,近年來研究較多的是利用新西蘭大白兔制備橈骨缺損模型[3-7],但對于骨缺損模型的手術入路及技術要點少見詳盡報道,目前尚無統一的造模方法。本研究基于兔尺橈骨解剖學測量介紹一種新的兔橈骨骨缺損造模方法,并探討預防大段骨缺損造模過程中并發癥的方法。
1 材料與方法
1.1 實驗動物及主要試劑、儀器
4月齡健康新西蘭大白兔45只,雌雄不限,體質量為2.0~2.5 kg,由河南省實驗動物中心提供。戊巴比妥鈉(Sigma公司,美國)。ZKKS-MCT-Sharp-Ⅲscanner micro-CT、ZKKS-MicroCT 3.0 軟件處理系統(廣州中科愷盛醫療科技有限公司);病理切片機(Leica公司,德國);顯微鏡(Olympus公司,日本)。
1.2 兔尺橈骨解剖學測量
取15只新西蘭大白兔,對雙側尺橈骨進行解剖并行micro-CT檢查,測量其橈骨全長為(68.78± 1.86)mm,尺偏角為(25.87±2.10)°;橈骨下端距橈骨莖突45 mm一段相對較直;正中神經與頭靜脈在距橈骨莖突(55.48±2.36)mm處騎跨橈骨,后在指深屈肌深面下行;數根肌腱附著于橈骨遠端,橈骨遠端無肌腱附著處與橈骨莖突的距離為(21.33±0.78)mm;沿橈骨莖突處作切線,測量切線與橈骨平行的最大距離為(45.26±1.29)mm。見圖 1a、b。

1.3 實驗分組及方法
1.3.1 實驗分組
取30只新西蘭大白兔隨機分為A、B、C 3組,每組10只,3組均通過手術造成雙側橈骨缺損。
1.3.2 造模方法及術后處理
術前各組動物禁食、水8 h,行耳緣靜脈注射戊巴比妥鈉(35 mg/kg)麻醉,聚維酮碘溶液消毒手術區。
A組選擇橈側腕伸肌與指伸肌間隙入路,在橈骨遠端距橈骨莖突3.0 cm處用線鋸截除長約1.5?cm的橈骨,連同骨膜和骨間膜一并切除。B、C組基于兔尺橈骨解剖學分析結果,選取橈骨遠端距橈骨莖突2.5~4.0 cm作為截骨段(圖 1c),該段橈骨直徑(3.5±0.6)mm,截骨長度1.5 cm。于肘上加1條止血帶減少手術出血量(<5 mL)。為避免損傷神經、血管及肌腱,于橈側腕伸肌與指深屈肌間隙入路;因正中神經在橈骨上段緊貼指深屈肌,騎跨橈骨后在指深屈肌深面下行,故盡量緊貼橈側腕伸肌鈍性分離肌間隙即可直達橈骨。顯露截骨區域,確定上、下截骨點,于截骨點處用尖刀環形切開骨膜(盡量保證骨膜切緣整齊且兩切緣平行),用鋸片于上截骨點的下緣和下截骨點的上緣垂直截骨(使鋸口在骨缺損范圍內),用電鋸制備1.5 cm缺損段(注意在鋸片上滴注無菌冰鹽水降溫,保護斷端組織活性),用咬骨鉗旋出骨段。B組完全切除骨膜和骨間膜,C組切除骨膜、保留骨間膜。見圖 2。
生理鹽水沖洗術野,逐層縫合切口,聚維酮碘溶液消毒,石膏過關節固定。術后少量飲水,4?h后正常喂食、水;術后連續3 d予以8萬U/kg青霉素預防感染。術后每天早晚2次換藥,正常喂食、水。
1.3.3 大體觀察
術后每3天從皮膚愈合、感染、動物進食飲水及運動情況等方面評估3組動物康復及并發癥發生情況。
1.3.4 影像學檢查
分別于術后即刻(每組取2只動物)及術后15周(每組取8只動物),采用耳緣靜脈注射3%戊巴比妥鈉過量麻醉處死。取出整條前臂,剔除肌肉及軟組織,行X線片及micro-CT檢查,評估骨缺損愈合情況;采用ZKKS-MicroCT 3.0 軟件處理系統對缺損段行骨礦含量(bone mineral content,BMC)及骨密度(bone mineral density,BMD)定量分析。
1.3.5 組織學觀察
術后15周影像學檢查后,將各組標本經脫鈣、脫水后制成石蠟標本,組織切片,片厚4 μm,常規行HE染色和Masson染色觀察骨缺損區成骨情況。
1.4 統計學方法
采用SPSS17.0統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示,組間比較采用單因素方差分析,兩兩比較采用SNK檢驗;計數資料以率表示,組間比較采用χ2檢驗;檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 大體觀察
A組共5只(50%)動物發生并發癥,包括術中血管損傷1只、肌腱損傷2只,術后血腫及感染各1只,術后血腫及感染經清創換藥后好轉;C組1只(10%)動物發生術后感染,經清創換藥后好轉;B組(0%)未發生并發癥。A組并發癥發生率顯著高于B、C組,差異有統計學意義(P<0.05);B、C組間比較差異無統計學意義(P>0.05)。
2.2 影像學檢查
X線片及micro-CT示,術后即刻3組均造模成功,與B、C組比較,A組缺損段欠規整,斷緣較不整齊。術后15周,A、B組骨缺損有修復但無連續性骨痂,C組可見缺損區連續性骨痂形成。見圖 3、4。
骨組織定量分析顯示,術后15周A、B、C組BMC分別為(3.36±0.32)、(3.44±0.20)、(3.89±0.30)mg,BMD分別為(729.4±49.7)、(736.4±64.7)、(752.4± 56.7)mg/cm3,各組間比較差異均無統計學意義(P<0.05)。
2.3 組織學觀察
術后15周HE染色和Masson染色示,A組有新生骨形成,但結構紊亂,骨質硬化;B、C組可見新生骨形成,骨細胞中間仍有成軟骨細胞存在,B、C組間未見明顯區別。見圖 5、6。

3 討論
近年來,關于骨不連、骨腫瘤切除及其他原因造成的骨缺損研究較多[7-10]。目前最常用的造模動物是新西蘭大白兔,其前肢由尺橈骨組成,取橈骨中段作骨缺損,同時完整的尺骨起到前肢支撐作用,無需行內固定[11]。實驗動物大段骨缺損模型是進行骨與軟骨組織工程研究的基礎,造模成功與否直接影響研究結果。骨缺損模型不規范,比如骨缺損長短不一、部位不同、有骨膜殘留或骨膜切除過多等,均會直接影響各項檢測指標的結果,所得數據也不科學。因此,規范的骨缺損動物模型建立是骨組織工程研究的關鍵和基礎。
既往關于制備動物大段骨缺損模型的手術方法報道中,手術入路及手術部位各異,對于骨膜及骨間膜的切除亦存在爭議。趙明東等[11]選用骨科微型電鉆將橈骨小頭下2.5~3.0 cm處一段橈骨連同骨膜一并截除;王玉學等[12]用特制鋸片,選擇橈骨弧頂部1.5 cm作為截骨段;Yang等[13]用線鋸造模;Kasten等[14]、Niemeyer等[15]及Geiger等[16]取兔橈骨中段作一切口,顯露尺橈骨,利用線鋸截除橈骨遠端1.5 cm骨段(包括骨膜)建立骨缺損模型,同時剝離距離缺損近遠端0.5 cm骨膜。
本研究基于既往研究,旨在介紹一種大段骨缺損模型建立的新方法。為避免骨與軟骨組織工程研究中內植物移位,若采用兔尺橈骨缺損模型,我們建議選擇尺橈骨相對較直的一段作為缺損段。本研究結合新西蘭大白兔尺橈骨解剖及影像學特點,選擇距橈骨莖突2.5~4.0 cm處作為缺損段,取橈側腕伸肌與指深屈肌間隙入路,可有效避開正中神經及頭靜脈,同時亦能避開尺橈骨的前傾角,大大減少了內植物移位風險。在肘上扎止血帶并選用電鋸造模,可減少出血量,使斷端整齊,有利于組織工程研究中與內植物緊密接觸。術后即刻及15周影像學和組織學檢查結果不僅提示造模成功,而且B、C組HE染色和Masson染色顯示骨細胞中間還可見到成軟骨細胞,說明在造模成功基礎上仍保留有成骨潛能,斷端細胞的成骨活性對于骨與軟骨組織工程學非常重要;而A組骨細胞結構紊亂,骨質發生硬化,究其原因,可能與電鋸造模較線鋸造模對周圍軟組織損傷相對較小,對骨折斷端血供保留較好有關。A組術后并發癥發生率高于B、C組,與A組選擇橈側腕伸肌與指伸肌間隙入路,入路較深、顯露困難等原因有關;而且,選擇線鋸造模,不可避免地對周圍組織牽拉損傷,增加了潛在損傷神經、血管的危險性;而B、C組選擇橈側腕伸肌與指深屈肌間隙入路,位置表淺,顯露清楚,術野可有效避開神經、血管,選用電鋸造模對周圍軟組織損傷較小。
綜上述,統一造模方法對組織工程評價骨組織修復的橫向比較至關重要。因此,建議選擇4月齡左右健康新西蘭大白兔作為造模實驗動物,距橈骨莖突2.5~4.0 cm處作為缺損段,以橈側腕伸肌與指深屈肌間隙入路作為動物大段骨缺損研究的標準造模方法。但作為骨缺損模型標準化研究,尚需對實驗動物的月齡、體質量及雌雄等條件進行考慮;骨間膜在骨缺損修復中的具體作用機制亦有待進一步研究。