人工骨材料磷酸钙及硫酸钙在腱骨愈合中的作用图文精Word下载.docx
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文献标识码:
B
文章编号:
1673-8225（201121-03815-07
收稿日期:
2010-11-28修回日期:
2011-02-09（20101011020/G•L
人工骨材料磷酸钙及硫酸钙在腱-骨愈合中的作用★
倪锋,皇甫小桥,赵金忠,沙霖,谢国明
Effectofcalciumacidphosphateandcalciumsulfateontendon-bonehealing
NiFeng,HuangfuXiao-qiao,ZhaoJin-zhong,ShaLin,XieGuo-ming
Abstract
BACKGROUND:
Thereportsarerelatedtothepromotionoftendon-bonehealingaremany,themainmethodistogive
tendon-bonegapsomeexcitorsubstance,soastopromotetendon-bonehealing.Calciumacidphosphateasbioactivematerialhasboneconductibility,andhasbeencommonlyusedinsubstitutionandpaddingofclinicalbonedefect.However,calciumsulfateasartificialmaterialhaspotentialosteoinductivity.
OBJECTIVE:
Toobservetheeffectofcalciumacidphosphateandcalciumsulfateontendon-bonehealingduringtheprocessofanteriorcruciateligamentofkneejointconstructedwithautologoushamstringtendontransplantation.
METHODS:
Atotalof36maleBeagledogswereselected,andtreatedwithcutoffbilateralanteriorcruciateligament,thetendonofflexordigitorumlonguswasobtained.Suspendedfixationmethodwasusedtoreconstructanteriorcruciateligament;
whichwererandomlydividedinto3groups:
calciumacidphosphategroup,calciumsulfategroupandblankgroup.Calciumacidphosphatewasinjectedintofemoraltendonbonetunnelincalciumacidphosphategroup.Calciumsulfatewasinjectedintocalciumsulfategroup.Noadditionaltreatmentwasappliedtoblankgroupafterligamentreconstruction.Dogswereundergoinggeneralobservation,histologicalexaminationandbiomechanicaltestat1,2,3,4,6monthsafterreconstruction.
RESULTSANDCONCLUSION:
Tendon-boneinterfacefibronectinincalciumacidphosphategroupandcalciumsulfategroupwassignificantlybetterthanthatinblankgroupat1,2,3,4monthsafterreconstructionofanteriorcruciateligament.Therewasnosignificantdifferencebetweencalciumacidphosphategroupandcalciumsulfategroup.Thehealingdegreeineachgroupwassimilarafter6months.Inbiomechanics,thepull-offstrengthoftendon-boneinterfaceincalciumacidphosphategroupandcalciumsulfategroupwashigherthanthatinblankgroup（P<
0.05.However,therewasnosignificancebetweencalciumacidphosphategroupandcalciumsulfategroup（P>
0.05.Itisindicatedthatcalciumacidphosphateandcalciumsulfatecanpromotetendon-bonehealing,andtherewasnosignificantdifferencebetweentwogroups.
NiF,HuangfuXQ,ZhaoJZ,ShaL,XieGM.Effectofcalciumacidphosphateandcalciumsulfateontendon-bonehealing.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiuyuLinchuangKangfu.2011;
15（21:
3815-3821.
[]
摘要
背景:
有关促进腱-骨愈合的方法文献报道很多,主要方法就是给腱-骨间隙添加一些刺激物质,以此促进腱骨的愈合。
磷酸钙盐作为生物活性材料具有骨传导性,已广泛应用于临床骨缺损的替代和填充。
而硫酸钙作为人工材料,具有潜在的骨诱导活性。
目的:
在自体腘绳肌肌腱移植重建膝关节前交叉韧带过程中,观察人工骨材料磷酸钙及硫酸钙促进腱-骨愈合的效应。
方法:
选用36条雄性成熟比格犬,先行切断双侧膝关节前交叉韧带,取同侧后肢趾长屈肌腱作为移植物,采用悬吊式固定重建前交叉韧带。
按随机数字表法分为3组,磷酸钙组于股骨腱骨隧道中注入磷酸钙,硫酸钙组注入硫酸钙,空白组韧带重建结束后不添加任何填充物。
分别于重建后1,2,3,4,6个月取材行大体观察、组织学和生物力学观测。
结果与结论:
前交叉韧带重建后1,2,3,4个月时,磷酸钙组及硫酸钙组腱骨界面纤维连接明显强于空白组,而磷酸钙组、硫酸钙组差异无显著性意义。
6个月时,各组愈合程度相似。
生物力学方面,重建后1个月时,磷酸钙组及硫酸钙组腱骨界面的抗拉脱强度均高于空白组（P<
0.05,而磷酸钙组、硫酸钙组差异无显著性意义（P>
0.05。
提示磷酸钙及硫酸钙均能促进腱-骨愈合,两者之间无明显差异。
关键词:
磷酸钙;
硫酸钙;
人工骨;
腱骨愈合;
前交叉韧带;
重建
doi:
10.3969/j.issn.1673-8225.2011.21.005
倪锋,皇甫小桥,赵金忠,沙霖,谢国明.人工骨材料磷酸钙及硫酸钙在腱-骨愈合中的作用[J].中国组织工程研究与临床康复,2011,15（21:
3815-3821.[http:
//www.crter.org]
0引言
前交叉韧带（anteriorcruciateligament,ACL损伤在临床上十分常见。
由于ACL是维持膝关节稳定的重要结构,损伤后会明显造成膝关节的不稳,影响日常生活和运动功能,并累及膝关节的其他正常结构,引起整个关节的病损退变。
因此,重建ACL并恢复关节的稳定性,具有显著的意义。
ACL重建的材料包括自体组织,同种异体材料和人工合成材料。
一般说来,同种异体材料存在供源限制,免疫排斥反应等不利因素;
人工材料则存在组织相容性差,不能再生替代等问题。
采用自体髌韧带（B-T-B重建曾被称为ACL重建的“金标准”,但是移植物的切取对伸膝装置的损害,影响了其最终治疗效果[1]。
而采用自体腘绳肌肌腱重建ACL,避免了上述的弊病,重建后的ACL接近正常解剖结
倪锋,等.人工骨材料磷酸钙及硫酸钙在腱-骨愈合中的作用
P.O.Box1200,Shenyang110004
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构,能获得良好的稳定效果,而逐渐被接受[2-6]。
但该种重建方法存在一定的缺点:
腱骨愈合的时间相对较长,且愈合强度不确定[7-8],不利于早期功能锻炼,进而影响了韧带重建的最终治疗效果。
因此,如何促进其腱骨愈合,成为目前研究的热点。
近来学者们就如何促进腱骨愈合进行了大量实验研究,包括生理机械刺激、骨替代材料填充、含生长因子介质填充、通过基因工程获得人类重组骨形态发生蛋白2填充、植入肌腱感染具有骨形态发生蛋白2合成功能的病毒、骨膜包绕肌腱植入、采用骨髓间基质细胞和间质干细胞填充等方法[9-18]。
但上述研究结果尚不完善,影响到临床的推广应用
[19-25]
。
临床上采用自体腘绳肌肌
腱重建ACL,往往在骨隧道远离关节侧空余一段空间,本文设想在其间充填人工骨生物材料,即磷酸三钙以及硫酸钙,来分析其刺激促进其腱骨愈合的效应,为临床应用提供理论依据,进一步完善ACL重建技术。
磷酸钙及硫酸钙作为生物活性材料已广泛应用于临床骨缺损的替代和填充[26],近来发现其具有骨诱导作用[27-28],但其对于促进腱骨愈合的作用,仍缺乏深入的研究。
因此,有必要对其促进腱骨愈合的影响进行进一步的观察,为临床应用提供理论依据。
1材料和方法
设计:
随机对照动物实验。
时间及地点:
于2009-08/2010-02在上海交通大学附属第六人民医院动物实验中心完成。
材料:
成年雄性比格犬36只,体质量12~16kg,由上海交通大学农学院实验动物养殖场提供。
单独置于120cm×
100cm×
75cm笼子饲养,实验前均经动物实验检疫中心检查安全,仅限制于笼内活动。
实验前双膝关节抽屉试验、Lackman试验均阴性。
实验过程符合动物伦理学标准。
人工骨生物材料:
磷酸三钙人工骨由四川大学生物材
料工程研究中心提供,规格型号:
βT/G0.3-0.7。
使用时将固态颗粒物填充至股骨骨隧道内,压至紧实。
硫酸钙为粉末状普通外科级生物材料。
主要仪器设备:
相关手术器械,脱钙固定液及苏木精
-伊红染色剂,缝线,组织切片机,深低温冰箱,显微镜及图像采集设备,万能材料力学实验机（Zwick/RoellBTC-FR020TN.A50,德国。
实验模型的建立:
将实验动物静脉注射戊巴比妥钠麻
醉（30mg/kg,生效后双后肢备皮,仰卧位固定于手术台,常规消毒铺无菌巾单。
先行切取同侧后肢踝关节以近的趾长屈肌腱作为ACL重建移植物。
其优点是解剖位置、长度、粗细较为稳定均一。
切取的长度为6~8cm,
刮除附着的肌肉。
在ACL重建专用操纵台上（Aesculap固定肌腱,用2号EthibondExcel（Aesculap专用不可吸收缝线在两端编织缝合,双折后于折端穿翻转线。
可行部分修整以保持肌腱等径。
使用带测径圆孔的钢尺测量肌腱直径后牵引固定
[27-28]
在膝关节前内侧做一切口,长5~7cm,显露关节并将髌骨外侧脱位,切除原有正常ACL,根据移植肌腱直径选用匹配钻头,外口位于胫骨近端内侧副韧带附着点以远,内口位于胫骨髁间棘ACL止点处,与胫骨轴线成角45°
、胫骨矢状面成角15°
~30°
建立胫骨隧道。
屈曲膝关节30°
~45°
通过胫骨隧道继续钻孔,使股骨隧道内口位于髁间窝近外侧壁ACL印迹处,外口位于外侧副韧带附着点的远上方。
将已编织好的趾长屈肌腱通过导引针自胫骨隧道外口牵入,使移植物在关节内的长度保持1cm左右,同时在骨隧道中的长度不短于1.2~1.5cm。
然后将移植物两端缝线固定在隧道外的螺钉上,完成悬吊式固定。
实验动物按随机数字表法分为3组,每组12只。
在磷酸钙组动物植入肌腱上方的股骨隧道间隙内,填充磷酸三钙颗粒,压紧以确保无死腔;
硫酸钙组同法填充硫酸钙粉末;
空白组韧带重建结束后不添加任何填充物。
3组重建完成后检查前抽屉试验、Lachman试验检查为阴性,确保重建成功。
逐层缝合切口,所有实验动物均行双侧重建。
实验动物的养护:
动物模型建立后,切口不予包扎,
术肢不固定,笼内自由活动。
重建后3d切口予新洁尔灭酊涂抹消毒,同时静脉点滴抗生素（160×
104U×
5d。
标本的获取及其检查:
分别于重建后1,2,3,4,6
个月各组分别处死动物2只,大体观察关节内移植物外观及腱骨愈合的概况,然后沿标本股骨腱骨界面纵轴切开,修整至合适大小,保留完整腱骨界面,常规固定、脱钙、包埋,沿腱骨界面纵轴面切片,行苏木精-伊红染色,预备镜下观察。
另于重建后1个月每组取6份膝关节标本,保留股骨远端、重建的ACL和胫骨近端,剔除其他附着软组织及关节周围韧带,置于-80℃深低温冰箱保存,后集中行生物力学测试。
主要观察指标:
大体观察:
于重建后设定各节点内取标本时观察关节
内有否积液,粘连;
移植物有无坏死、变形、松弛;
移植肌腱在骨隧道的腱骨愈合情况。
切片检查:
标本脱钙石蜡包埋后,常规苏木精-伊红
染色,观察肌腱与骨隧道的连接情况,Sharpey’s纤维和新生骨形成的程度。
生物力学测试:
将取下的保留股骨和胫骨关节端的
ACL重建标本在常温下解冻后,股骨和胫骨分别固定于万能力学实验机（Zwick/RoellBTC-FR020TN.A50,德国上。
测试前将固定股骨端移植肌腱的缝线线结剪断,
ISSN1673-8225CN21-1539/RCODEN:
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保留胫骨端的固定,以使负荷作用于股骨腱骨界面,使断裂点位于股骨隧道内或者关节腔。
测试时按5mm/min速度加载负荷,通过软件描记位移-负荷曲线,观察重建ACL的断裂部位及是否从骨隧道内拉出,记录断裂负荷或者拉脱负荷。
对数据进行统计学分析。
成骨面积分析:
该组腱-骨标本均取自股骨端,切片
时保证循骨隧道矢状纵切面包括两侧腱-骨界面,故在测量腱-骨界面以及长入肌腱移植物的新生骨形成面积时,不予考虑腱-骨界面的大小,直接在常规苏木精-伊红染色切片腱-骨界面（×
200观察测量各时间点各组标本的新骨形成绝对面积,应用IMS/DNA计算机图像分析系统对新骨形成的面积进行量化。
统计学分析:
由本文作者使用SPSS11.0软件对数据进行配对t检验。
2结果
2.1实验动物数量分析参与实验的36只犬重建后全部存活,手术切口无感染,均进入结果分析。
2.2大体观察结果实验动物养护期间饮食状况良好,手术切口未出现感染征象,实验期间动物无死亡。
重建后2周动物开始用后肢站立,4周时能灵活跑跳。
设定各时间段内动物膝关节内无感染积液,移植肌腱关节内部分无松弛,无变性坏
死,
可见
滑膜包裹。
2.3组织学观察结果重建1个月时磷酸钙组在移植肌腱与骨隧道间充满疏松结缔组织,可见少量Sharpey’s纤维细胞,排列不规则,见图1;
硫酸钙组腱骨界面可见大量成纤维细胞及细小的Sharpey’s纤维,见图2。
空白组在移植肌腱与骨隧道间仅见少量疏松结缔组织,同时可见到移植肌腱和骨隧道间还有分离,见图3。
2个月时,磷酸钙组腱骨界面可见大量排列有序的Sharpey’s纤维,集结成束,见图4;
硫酸钙组腱骨界面可见较多Sharpey’s纤维连接,见图5;
空白组仅可见少量Sharpey’s纤维,见图6。
Figure1AsmallamountofSharpey’sfibrocytecanbeseen
intendon-boneinterfaceincalciumacid
phosphategroupafter1mon（Hematoxylin-eosinstaining,×
200
图1重建后1个月磷酸钙组腱-骨界面,可见少量
Sharpey’s纤维细胞（苏木精-伊红染色,×
Figure3Asmallamountoflooseconnectivetissuecanbe
seenintendon-boneinterfaceinblankgroupafter1mon（Hematoxylin-eosinstaining,×
图3重建后1个月空白组腱-骨界面,仅见少量疏松结缔
组织（苏木精-伊红染色,×
Figure2Sharpey`sfibrocytecanbeseenintendon-bone
interfaceincalciumsulfategroupafter1mon（Hematoxylin-eosinstaining,×
图2重建后1个月硫酸钙组腱-骨界面,Sharpey’s纤维
可见（苏木精-伊红染色,×
Figure4AgreatamountofSharpey’sfibrocytecanbeseen
phosphategroupafter2mon（Hematoxylin-eosinstaining,×
图4重建后2个月磷酸钙组腱-骨界面,可见大量
Sharpey`s纤维细胞（苏木精-伊红染色,×
Figure5ManySharpey’sfibrocytecanbeseenin
tendon-boneinterfaceincalciumsulfategroupafter2mon（Hematoxylin-eosinstaining,×
图5重建后2个月硫酸钙组腱-骨界面,Sharpey’s纤
维较多（苏木精-伊红染色,×
B:
boneorcartilagetissue;
T:
tendontissue;
Arrow:
Sharpey’sfibrocyte
tendontissue
3818
3个月时,磷酸钙组界面可见密集排列的纤维连接,见图
7。
硫酸钙组可见大量纤维联合,部分界面类似正常ACL止点,见图8。
空白组腱骨界面有Sharpey’s纤维集结成束,见图9。
4个月时,磷酸钙组腱骨界面可见大量排列成束的纤维连接,见图10。
硫酸钙组可见软骨细胞,见图11。
空白组纤维连接量较多,排列不规整,见图12。
6个月时,3组腱骨愈合情况相似,类似正常ACL止点,见图13~15。
Figure6AsmallamountofSharpey‘sfibrocytecanbeseen
intendon-boneinterfaceinblankgroupafter2mon（Hematoxylin-eosinstaining,×
图6重建后2个月空白组腱-骨界面,仅见少量Sharpey‘s
纤维（苏木精-伊红染色,×
Figure7Intensivefibrousjointintendon-boneinterfacein
calciumacidphosphategroupafter3mon（Hematoxylin-eosinstaining,×
20
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