论文摘要
一、课题研究的背景和意义骨折固定是治疗骨折的重要环节和基本手段之一，也是骨折按期愈合的基本条件。目前全世界临床应用的骨折固定技术主要流派有：AO（Arbeitsgeme inschaft for Osbeosynthese fragen）内固定学派；BO（BiologicalOsteosynthesis）生物学接骨术学派，ilizarov外固定学派，即DO（distractionOsteosynthesis）学派；samiento外固定支架学派；CO（中国接骨术ChineseOsteosynthesis）学派。其中AO为“刚性固定”法，其他属“弹性固定法”，以CO法为弹性固定理念的经典性代表。以瑞士学者Muller为代表所创立的AO内固定技术，建立在结构解剖学和功能解剖学及生物力学基础上，融固定器材设计规范化，固定技术专业化，固定操作设备配套化为一体，在全世界范围内风行近40年，有效解决了多发性及复杂性骨折及其某些特殊类型和特殊部位的骨折，如关节内骨折，但同时，随着临床上广泛推广，经验积累，在当代国际骨科界占统治地位的AO学派，其骨折固定的理论与技术体系，在近年来作出了重大的改变。AO派学着们逐渐认识到他们原来所持的“刚性固定”理念的缺陷，如“应力遮挡”产生的负面效应等。于是近年来，他们逐渐扬弃AO学派们对骨折实行”安全休息，绝对固定”的治疗观点，积极改进了骨折的内外固定方法，发展和完善了AO内固定技术，穿针外固定技术和局部外固定技术。在AO基础上提出BO的新理念，BO的骨折治疗的基本内容是微创操作，其核心为对长骨骨折不再强求解剖复位，而着重恢复力线和长度，并更加重视对骨折部位血供的保护和手术以后的早期功能锻炼，BO是对AO理论的完善和进步，但BO还只是一种治疗手段，BO的内容并不是新的理论，也没有反映二十世纪骨折愈合生物学研究的丰硕成果，同样无法解释应力遮挡，骨延期愈合机制等重大理论问题，但BO观点的提出，却使骨折愈合研究重新回到重视骨痂作用的正确轨道上来，从AO到BO是历史在更高层次上的回归，BO的提出，正预示骨折治疗的新趋势，AO学派的变化由刚性固定转变为弹性固定，顺应了人类对健康的更高要求，就医疗理念与技术内涵而言，无疑是受了小夹板固定治疗骨折所蕴藏的“弹性固定”原理的启迪和影响，即受到“动静结合，筋骨并重”原则的影响。更值得关注的是，在脊柱外科方面，近年来也出现了类似的变化，国际骨科界至少已经在骨折固定和脊柱固定两个领域，正在与刚性固定渐行渐远，而与弹性固定日益靠拢。弹性固定中的DO技术是也是受CO理念启发的结果，DO是指用牵张装置将揭开的骨块以一定的速率和频率牵开，在牵开间隙内刺激骨痂的形成，进而成骨的一种修复方法，它强调的是，把握骨折修复过程中动与静的关系。CO技术源于中国的小夹板技术，是应用现代结构解剖和功能解剖及生物力学对传统小夹板技术进行整理和提高的结果，它以“弹性固定”理念为精髓。C0汲取传统中医之精，并紧密结合现代科学技术的发展，其指导思想“动静结合，筋骨并重，内外兼治，医患合作”，CO治疗骨折以非手术治疗为主，辅以有限手术，与BO思想十分贴近，也就是说CO的观点是先进的，甚至是超前的，符合骨折治疗的最新趋势。至此，国际骨伤界在经历了大量临床和实验研究的正反两方面的经验教训后，终于基本上达成了共识：弹性固定是最合理、最有利于骨折愈合的治疗理念和技术。所谓“弹性固定”，就是骨折愈合过程中，允许骨折端之间有“微动”现象，对骨折愈合最有利，但骨折端之间活动过大显然更不利于骨折愈合，甚至造成骨折不愈合或延迟愈合，这更是多年临床实践证实和学术界早已公认的事实。骨折断端微动和应力是骨折愈合的发生发展最重要的原动力之一。“微动”是国内外承认的促进骨折愈合的治疗手段，但一些实验大都停留在内固定和外固定支架对骨折愈合的促进作用的证实方面，以及对其机理的探讨上，而对小夹板固定对骨折愈合的影响还很模糊。夹板局部外固定治疗骨折可以控制不利于骨折愈合的活动。它通过布带的约束力，夹板的杠杆力及纸压垫的效应力来平衡引起骨折再移位的肢体重力及肌肉张力。这些力学的平衡是通过肢体软组织的两个主要机制来实现的：一个是不可压缩性，充满肌肉的间隔由夹板限制时形成了一个不变体系，由肌肉包绕的骨折端也达到了相对稳定的状态。小夹板局部外固定不是企图将骨折断端绝对固定，只是保持骨折断端的相应解剖关系，肢体活动使骨折断端始终承受一定的压力及应力，这是一种生理性刺激，有利于骨折愈合。骨折愈合进程对局部力学环境变化很敏感，骨折部位的应力改变依据加于骨折的载荷和骨折部组织的特性所决定。小夹板由于具有合理的构型和力学优势，具有轴向持骨的稳定性，贯彻了功能活动的原则，能促进骨痂的形成，并使骨痂能在功能状态下得到良好的塑形，因此在骨的功能适应性上有明显的优点。这种优势最根本的体现在与“刚性固定”方法不同，小夹板所实现的是一种“动静结合”的“弹性固定”，这是它的精髓与灵魂。小夹板弹性固定提供给骨折端相对固定的力学环境，在保证骨折部稳定可靠的前提下，允许骨折端有纵轴上的活动。这种活动对骨折愈合是有利的，可促进血肿吸收骨膜反应性肥厚增生，骨细胞分化提前，血管再生丰富，骨痂生长及钙化迅速，愈合时间提前。小夹板外固定对骨折端无应力遮挡效应，对皮质骨血运亦无破坏，对骨折自然愈合的过程无干扰。另外，这种固定方法，不需剥离骨膜，软组织损伤较轻，对局部血液供应破坏轻，对骨折愈合有利；同时，小夹板固定骨折不固定关节，不影响关节活动，使肢体功能恢复与骨折愈合过程基本达到同步。这一点尤其符合目前国际医学界追求的共同医疗理念——以医疗的“终点目标”为原则。由此可见，小夹板治疗骨折的技术包含的科学内涵十分丰富，具有符合生物学基本规律的科学性、合理性、先进性，是中医学闪光部分，是中华民族极为宝贵的文化技术遗产。然而非常令人遗憾的，由于历史条件的限制，它一直停留在“经验”状态，其力学本质以及定量关系至今尚未被认识，缺乏系统而科学的发掘、整理，其特色和优势也没有得到系统的诠释和阐明，因此，影响与国际医学界的交流致使在医疗实践中，这些年来正日益受到冷漠，在不知不觉中有被淹没以及失传的趋势。以历史的责任感，采用现代的技术方法，整理、挖掘、提高这一传统的技术，深刻地阐明其机理，予以继承和创新，并推广应用于临床，这是开展本课题研究的背景和意义。本课题在国内外首次将传统的中国骨伤接骨术及小夹板固定技术用于实验性骨折中；采用先进检验指标评估骨折愈合质量，监测骨折愈合过程，及其有利于或促进骨折愈合的机理；将应变式压力传感器用于骨折外固定器中，较为准确地测出骨折端的微动幅度，为设计新的骨折外固定器提供了思路；得出的研究结果，将为传统的小夹板固定技术由经验型转变为科学型提供实验和理论基础。该项研究不仅能指导临床工作具有较高的实用价值，而且可以帮助我们挖掘、整理、提高祖国医学骨伤技术精华，并使之与现代科学相融合，使传统的技术精华发扬光大，造福人民，具有重要的学术价值和理论意义。这项研究，将为小夹板固定治疗四肢骨干骨折提供科学依据，将为小夹板外固定普及、推广奠定新的指标，提示探索骨折固定新方法应遵循的规律，对中西医结合治疗骨折的发展前景具有前瞻性指导意义，对中医的医疗、教学、科研均有指导意义。二、课题研究的目的本研究以实验性兔胫骨骨折动物模型为研究对象，分别采用小夹板固定和钢板固定，小夹板固定中，通过调节小夹板扎带的松紧度使骨折断端承受不同的压力，观察骨折断端在二种不同的压力作用下对骨折愈合的影响，并与钢板固定组相比较，主要观察下列指标：用免疫组化方法检测兔骨折愈合的不同阶段血管内皮生长因子（VEGF）、生长转化因子β1（TGF-β1）的表达；采取电镜技术对骨折愈合的不同阶段骨痂组织的超微结构进行观察；采用光镜技术对骨折愈合的不同阶段作组织学观察；观察小夹板固定对兔实验性骨折愈合骨痂生物力学的影响，从而了解骨折愈合的质量；观察小夹板固定对兔实验性骨折愈合骨痂骨密度的影响；观察小夹板固定对兔实验性骨折愈合不同阶段血清碱性磷酸酶含量，以及对骨折局部的放射性观察。从不同的角度来评估小夹板弹性固定对骨折愈合的影响，监测骨折愈合过程，同时探讨小夹板固定骨折促进骨折愈合的机理，并进一步证实微动可刺激骨痂形成，加速骨折愈合。通过这项研究，为小夹板固定治疗四肢骨干骨折提供了科学依据，使小夹板得到更广泛的应用，为设计弹性固定新产品提供理论数据和实验基础。三、课题研究的方法：实验一1实验材料1．1动物兔45只，体重2-2．5kg。由湖北省科学研究院动物实验中心提供。1．2试剂抗VEGF抗TGF-β1均由北京中杉试剂公司提供1．3仪器光学显微镜免疫组化仪器数件夹板：自制小夹板，由较好弹性杉树皮制作。分前、后、内、外侧四块夹板，夹板上宽下窄。前侧夹板长11cm，上端宽约2．4cm；后侧夹板长10cm，上端宽约2．4cm；内、外侧夹板长均为10cm，上端宽均为1．9cm。在前侧、后侧夹板靠近胫骨结节部各刺一1．5mm小孔。钢板：江苏金鹿集团医疗有线公司提供压力传感器：由武汉超宇测控技术公司提供。构造如下图所示。压力传感器主要有压力盒、导气管、三通、注气管、敏感元件以及半导体应变片等组成。其原理为：在压力测量之前，利用注气管将气体注入，使得气管内部充满气体，即使压力传感器的敏感元件两侧压力平衡，敏感元件不受应力作用。当压力盒受压力作用时，导气管内的气体受压使得敏感元件变形而产生应变，粘贴在敏感元件上的半导体应变片将压力变化产生的应变转换为电阻的变化，即建立了电阻变化与压力之间的定量关系。使用全差动测量电桥检测电阻变化，即可得出压力的变化关系。使用时，将压力传感器包入夹板内，通过传感器数值，确定夹板系带松紧程度。2．实验方法2．1动物造模与分组选用45只健康家兔，在左胫骨中下三分之一处，复制3mm标准横形骨折模型，随机分成A组、B组和C组，A组和B组用石膏固定，C组用四孔钢板内固定，五天后小心撤除A组和B组石膏，改用小夹板局部外固定。在兔胫骨结节处横穿一枚直经为1．5mm克民针，再穿入前后侧夹板的眼内，以防夹板滑脱，压力传感器置于前侧夹板内面骨折的断端，再用四条扎带捆住四块夹板，夹板上扎带的松紧度不同，A、B组扎带上下移动分别约为3mm和7mm。此时读出A组压力传感器读数是18kPa，B组压力传感器读数是12kPa。2．2标本的采集与处理分别于术后14天，24天，34天处死A、B、C组每组各五只兔子，取胫骨骨折部上下方各1cm的骨干，10％福尔马林固定三天后，经5％硝酸脱钙，流水冲洗，酒精梯度脱水，浸腊包埋，纵向切片厚度4μm。切片经二甲苯脱腊，梯度酒精水化，3％H2O2去离子水孵育5分钟灭活内源性过氧化物酶。蒸馏水冲洗，PBS浸泡5分钟，微波修复。滴加山羊血清封闭后，按1：100稀释的兔抗TGF-β1抗体和鼠抗VEGF抗体，4℃过夜。PBS冲洗3分钟，冲洗3次，滴加生物素化二抗室温孵育15分钟。PBS冲洗3分钟，冲洗3次，滴加辣根酶标记链霉卵白素，室温孵育15分钟，PBS冲洗3分钟冲洗3次，用二氨基联苯胺（DAB）显色，自来水冲洗，苏木素复染。梯度酒精脱水，透明后封片。2．3观察指标：血管内皮生长因子（VEGF）、生长转化因子β1（TGF-β1）的表达；实验二1实验材料1．1实验动物：同实验一1．2仪器光镜透射电镜：H-500（日立）由广州军区武汉陆军总医院提供超薄切片机：由武汉大学医学院提供，瑞典LKB-Ⅱ型2．实验方法2．1动物模型制作与分组同实验一2．2观察指标及方法2．2．1大体观察兔子处死后观察外骨痂，内骨痂，桥梁骨痂。2．2．2组织形态观察用耳缘静脉空气栓塞法处死兔子，于术后14天处死第一批兔子，24天处死第二批，34天处死第三批，每次每组5只。将胫骨标本于骨折部上下方各1cm处锯断，10％福尔马林固定备用，5％硝酸溶液脱钙，流水冲洗，梯度酒精脱水，石腊包埋，纵向切片，片厚4um，常规HE染色，再用光学显微镜观察。2．2．3超微结构观察前述方法和时间处死兔子后，立即取1mm3大小的标本，用2．5％戊二醛固定。1％EDTA溶液脱钙，缓冲液（PH7．2-7．4）冲洗三遍，再用1％饿酸后固定2h，缓冲液冲洗，酒精梯度脱水，环氧树脂812包埋，超薄切片，铅铀染色，透射电镜观察。实验三1材料与方法1．1选用18只健康家兔，随机分成A组、B组、C组，动物造模和分组治疗同实验一1．2检测项目1．2．1血清碱性磷酸酶指标：分别于术前及术后第2、4、6周每组取6只兔用9号针头经心脏采血2ml/kg，进行血清碱性磷酸酶（ALP）检测（由湖北中医院测定）。1．2．2生物力学测试抗拉强度试验三组动物在第六周时均采用耳缘静脉空气栓塞处死，解剖出左侧胫骨，清除软组织，纱布包裹，生理盐水浸透。将试验用骨在20±5℃的环境温度下放置不少于3h，，12小时内测量。然后用钢丝一端和兔胫骨固定，一端挂在LJ-500拉力机的夹具上，使用25mm/min拉伸速度进行拉伸试验，直至胫骨拉断，得到拉断力数据，拉断面应在骨折愈合处附近，如果拉断面在其他部位，则此样品试验数据弃除。每个固定方式得到六个有效拉断力数据，按骨外沿面积计算出骨的断面积，用拉断力除以断面积得到抗拉强度值，将六个抗拉强度数据按从大到小排序，第三和第四个数据的平均值为本固定方式的抗拉强度试验值，以MPa表示。2对实验结果作统计学处理实验四1实验材料1．1动物兔18只，体重2-2．5kg。由湖北省科学研究院动物实验中心提供。1．2仪器QDR 2000plus型DEXA2实验方法2．1动物造模与分组选用18只健康家兔，随机分成A组、B组、C组，动物造模和分组治疗同实验一，第6周末处死动物，拆除内外固定，解脱双后肢膝关节，剔除全部软组织，取双侧胫骨，保留骨膜。2．2观察指标：2．2．1 X线摄片观察：每只动物在处死前先行X线摄片检查，以确定没有假关节形成。并观察骨痂生长和骨折愈合情况。2．2．2骨密度测定：采用QDR 2000plus型DEXA，以双能X线吸收法，对胫骨中段骨折区作骨密度（BMD）测定，均在骨折部位取一同等条件兴趣区R1，以骨折为中心由近至远扫描10厘米长距离。使用分析软件分析测定的数据来计算骨折端1cm感兴趣区域（Regions of Interest，ROIs）的BMD。同一动物的未手术侧标本在骨折对应部位扫描测量，作为自体对照数据。每一标本重复测定三次，每次测量后标本重置。DEXA由微机自动分析打印结果。计算每对标本的骨密度比率。3数据处理和统计学分析：参数比率的计算公式为：骨密度比率=对应未手术侧标本的测量值/手术侧标本的测量值×100％。各组骨密度的参数值用均数±标准差（x±s）表示。四、课题研究的结果1．免疫组化结果：在骨折愈合的各个阶段，各组中TGF-β1在细胞中的表达增加，VEGF在细胞中的表达亦增加，二者存在着一定的协调关系。在骨折愈合的早期及中期，血管形成的量及时间A组早于B组和C组，骨痂形成的量亦高于B组和C组，因此阳性表达较B组及C组早，阳性程度明显优于B组和C组。2．大体观察A组：14天骨折段已初步联接，见少量的梭形外骨痂，24天时，骨痂外形呈梭形，骨痂将两骨折段桥接，34天，已由骨痂将骨折段牢固联接在一起，骨折端无活动度。B组：在14天时，处死的5只兔子有1只骨折端有错位；24天时，骨折端有部分联接，但活动度较大，外骨痂较A组少，34天时可见骨痂中等，呈梭形。骨折端未完全由骨痂联接，骨折线仍清晰可见。C组：各时间段骨折端均无错位情况，14天时见纤维连接，24天时见中等量的散在的外骨痂，排列不整齐，未成梭形连接两骨折端，34天时，外骨痂部分成梭形连接两骨折端，但连接的不牢固。3．电镜观察显示A组在骨折愈合过程中，成骨细胞出现早，数量较B组和C组均多，且功能活跃，34天时骨折端见大量功能活跃的骨细胞。4．组织学检测显示，A组骨外膜骨痂，桥梁骨痂能早期加速形成，并逐渐形成连接骨痂，封闭骨痂，骨小梁坚韧，34天时骨痂已连接骨端，骨折端进行编织骨向板层骨转化，明显优于B组和C组。5．血清碱性磷酸酶结果：各组不同时期家兔血清AKP的变化幅度不同，14d时A组血清碱性磷酸酶含量明显高于B组和C组（P<0．01）。6．6周末骨折端生物力学测量显示小夹板固定A组的抗拉强度显著高于小夹板固定B组及钢板固定组（P<0．01，P<0．05）。7．6周末X线检查显示A组骨断端致密骨痂填充，骨折线模糊，外骨痂致密，部份髓腔再通。B组和C组：骨折端骨痂较少，骨折线仍存在。8．6周末骨密度测量显示A组与B组和C组有非常显著差异（P<0．01）；A组BMD值明显优于B组和C组，B组和C组无显著性差异。五课题研究的结论微动能明显促进骨折愈合；A组动物骨折愈合时间最短，其在促进骨折愈合的速度、及质量上有明显的优越性。恰当的小夹板固定能改善骨折局部血循环；增加骨生成细胞的数量，促进骨生成细胞分化、成熟，促进骨折断端矿物质的沉积、提高骨折断端强度，提高骨折愈合质量，缩短骨折愈合时间。
论文目录
相关论文文献
标签：骨折愈合论文; 微动论文; 生长因子论文; 超微结构论文; 组织学论文; 生物力学论文; 骨密度论文; 血清碱性磷酸酶论文; 实验研究论文;