薛喆 宋關(guān)陽 李奉龍 姜春巖

采用傳統(tǒng)人工肩關(guān)節(jié)假體置換治療復(fù)雜肱骨近端骨折，術(shù)后大結(jié)節(jié)不愈合是最常見的并發(fā)癥，嚴(yán)重影響肩關(guān)節(jié)功能，降低手術(shù)療效［1］。目前臨床應(yīng)用的多孔涂層假體存在一定的缺陷，如低孔隙率、涂層與假體構(gòu)架空間的界面剪切力以及原電池效應(yīng)等，可影響骨長入、降低假體的生物固定強度。而通過電子束熔融技術(shù)制備的經(jīng)典正六面體孔隙結(jié)構(gòu)鈦合金生物型內(nèi)置物可以克服傳統(tǒng)涂層假體的缺點，理論上可進(jìn)一步改善骨長入效果。

本研究采用新西蘭大耳兔進(jìn)行動物實驗，將經(jīng)典孔隙結(jié)構(gòu)即正六面體孔隙結(jié)構(gòu)的鈦合金生物型內(nèi)置物植入大兔肱骨近端大結(jié)節(jié)處，旨在通過組織學(xué)切片研究證實：①隨著時間的演變，經(jīng)典孔隙結(jié)構(gòu)的鈦合金金屬在肱骨近端是否具備骨長入潛能；②植入鈦合金生物型內(nèi)置物后隨時間的演變骨長入的組織學(xué)特點如何。

本研究可為鈦合金生物型內(nèi)置物在肩關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域的應(yīng)用以及設(shè)計加強大結(jié)節(jié)愈合的骨折型人工肩關(guān)節(jié)假體提供理論和依據(jù)。

材料與方法

一、實驗動物及分組

于2015年5月至2016年11月在本院動物實驗室，將成年雄性新西蘭大耳白兔15只隨機分為3組，體質(zhì)量2.41～2.70 kg，兔齡4個月，單籠普通飼料喂養(yǎng)，術(shù)前觀察1周，確認(rèn)體健無疾病。實驗過程對動物的處置符合醫(yī)學(xué)倫理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

二、方法

兔肱骨近端生物型內(nèi)置物植入模型的建立：以速眠新Ⅱ注射液0.2 ml/kg對實驗動物進(jìn)行肌肉注射以施行全身麻醉，麻醉成功后將其置于左側(cè)臥位。術(shù)區(qū)備皮、清潔，常規(guī)消毒，鋪無菌單。在肩關(guān)節(jié)做長約2 cm的縱行皮膚切口。鈍性分離三角肌，顯露大結(jié)節(jié)，見圖1A。于大結(jié)節(jié)止點處，使用2.0克氏針，穿過肱骨干的中心，并與肱骨遠(yuǎn)端長軸成約120°鉆入，將經(jīng)典孔隙結(jié)構(gòu)的鈦合金螺釘（圖2、3）沿骨道方向置入，建立肱骨近端鈦合金生物型內(nèi)置物植入模型，如圖1B。檢查無活動性出血后逐層關(guān)閉傷口。

圖1 骨長入模型建立 圖A鈍性分離兔三角肌，顯露大結(jié)節(jié)；圖B將經(jīng)典孔隙結(jié)構(gòu)的鈦合金螺釘與肱骨遠(yuǎn)端長軸成約120°打入骨質(zhì)，建立肱骨近端鈦合金生物型內(nèi)置物植入模型

圖2 經(jīng)典結(jié)構(gòu)鈦合金內(nèi)置物，以正六面體網(wǎng)格為基礎(chǔ)單元向周圍空間規(guī)律排布

圖3 螺釘實物圖（每刻度為1mm）

三、造模后處理

觀察家兔自然蘇醒，常規(guī)進(jìn)食。始終置于兔籠（65 cm×40 cm×40 cm）中限制活動，患肢不制動，造模后前3 d，肌肉注射青霉素4×105 U預(yù)防感染。分別于術(shù)后3、6、12周這三個時間點隨機選取實驗兔進(jìn)行樣本標(biāo)本采集。保留肱骨頭至其遠(yuǎn)端3 cm的骨標(biāo)本，去除所有肌肉以及軟組織。使用中性福爾馬林固定48 h，再使用梯度酒精（70%、80%、90%）脫水7 d，100%脫水2次，每次2 d。使用Technovit 7200VLC光固化樹脂浸透1個月后，行光固化包埋。再應(yīng)用德國EXAKT硬組織切磨系統(tǒng)制片（EXAKT 400 CS/AW Micro Grinding System），平行肱骨干長方向切割，以解剖軸為中心，內(nèi)外側(cè)分別留有約1mm骨組織，切成厚度大約為2mm的標(biāo)本后，行甲苯胺藍(lán)染色。后于光學(xué)顯微鏡下，采用×4倍放大率進(jìn)行圖像采集。骨長入面積的測量使用Image-Pro Plus軟件進(jìn)行圖像的處理分析。在矢狀位切片上做一個可包含螺釘長徑a和寬徑b的矩形，則總面積S0=a×b,在計算出此矩形去除螺釘后的總面積S1及可被甲苯胺藍(lán)著色的組織面積Sx，定義骨長入面積S%=Sx/S1×100%（圖4）。所有的組織學(xué)測量均由同一操作者完成。

圖4 骨長入面積測量，此圖為沿螺釘矢狀位切割后的組織學(xué)切片，其中黑色為螺釘部分（右側(cè)為螺母部分），紫色部分為長入螺釘空隙內(nèi)的骨質(zhì)。取可包含螺釘體部的矩形，最長徑為a,最寬徑為b（黃色示），則總面積S0=a×b,使用Image-Pro Plus軟件計算出此矩形中去除螺釘后的總面積S1及可被甲苯胺藍(lán)著色的組織面積Sx，則骨長入面積百分比S%=Sx/S1×100%

四、觀察指標(biāo)

①定性觀察：觀察隨著時間的演變，生物型內(nèi)置物骨長入的大體情況。②定量測量：骨長入面積百分比隨時間的變化情況。

五、統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，數(shù)據(jù)由均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，評估三個時間點下骨長入面積百分比的差異，采用ANOVA方差分析。P ＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

一、實驗動物數(shù)量分析

15只兔術(shù)后健康狀況良好，均于造模當(dāng)天開始自主進(jìn)食。觀察期間無傷口感染及非預(yù)計性死亡發(fā)生。在建模操作過程中，家兔的肩關(guān)節(jié)局部解剖結(jié)構(gòu)與人類相似，手術(shù)入路的相關(guān)解剖位置比較恒定，肩關(guān)節(jié)大結(jié)節(jié)生物型內(nèi)置物植入模型的建立操作過程可重復(fù)性高。

二、生物型內(nèi)置物骨長入情況隨時間演變的大體變化情況

由鏡下組織學(xué)切片染色大體來看，在3、6、12周這三個時間點，如圖5所示，可見螺釘空隙內(nèi)軟骨細(xì)胞數(shù)量成正增長趨勢，且分布的范圍逐漸擴大。

三、骨長入百分比隨時間的變化情況

15個樣本的組織學(xué)測量結(jié)果如表1所示， 組織學(xué)數(shù)據(jù)顯示在骨長入百分比方面三個時間點之間總體上差異有統(tǒng)計學(xué)意義,且12周時的骨長入面積百分比相比3周（P ＜0.05）和6周（P ＜0.05）都有顯著性的增長； 但3周和6周這兩個時間點骨長入面積百分比差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05），如表2所示。

圖5 不同時間點螺釘骨長入面積情況 圖A、B、C分別為3、6、12周時骨長入螺釘孔隙的鏡下情況。其中黑色為螺釘部分（右側(cè)為螺母部分），紫色部分為長入螺釘空隙內(nèi)的骨組織，可見螺釘空隙內(nèi)軟骨細(xì)胞數(shù)量成正增長趨勢，且分布的范圍逐漸擴大

表1 15個樣本組織學(xué)測量結(jié)果

表2 三個時間點骨長入面積百分比情況（±s）

表2 三個時間點骨長入面積百分比情況（±s）

注：與6周比較，aP＞0.05；與12周比較，bP＜0.05；與12周比較，cP＜0.05

骨長入時間（周） 骨長入面積百分比（%）321.0±2.7ab 28.6±2.3c 12 40.0±9.76

同時制作出了骨長入面積百分比在三個時間點上的柱狀圖（圖6）及隨時間變化折線圖（圖7），并對骨長入面積百分比及相對應(yīng)的時間進(jìn)行函數(shù)擬合，發(fā)現(xiàn)在3個月內(nèi)，骨長入隨時間的變化成對數(shù)關(guān)系（圖8），S%=13.706ln（T） + 5.3095；R2=0.9868

圖6 3、6、12周時骨長入面積百分比比較情況

圖7 骨長入面積百分比隨時間變化折線圖

圖8 骨長入面積百分比與時間的函數(shù)關(guān)系

討 論

本研究通過組織學(xué)證實，隨著時間的推移經(jīng)典孔隙結(jié)構(gòu)鈦合金生物型內(nèi)置物在大兔肱骨近端的骨長入面積比例不斷增加，且在12周內(nèi)骨長入面積與時間成指數(shù)關(guān)系，增長速度逐漸變慢。

目前，鈦合金金屬假體作為新興的骨長入材料，與之相關(guān)的基礎(chǔ)及臨床研究較為有限［1］，有關(guān)鈦合金金屬應(yīng)用于肩關(guān)節(jié)假體的基礎(chǔ)及臨床研究在國內(nèi)外亦屬空白。而國內(nèi)外有關(guān)鈦合金內(nèi)置物植入骨組織后骨長入隨時間演變的組織學(xué)研究也未見報道。

經(jīng)典孔隙結(jié)構(gòu)的鈦合金金屬是以鈦合金為原料，采用電子束熔融技術(shù)制備成的新型金屬材料，其以六面體網(wǎng)格為基礎(chǔ)單位向周圍空間規(guī)律排布發(fā)散形成的幾何結(jié)構(gòu)。雖然已有研究證明此種空間構(gòu)型骨長入的確實性［1］，但對于該種孔隙結(jié)構(gòu)的鈦合金金屬植入骨組織后骨長入情況也無定論。因此設(shè)計實驗進(jìn)行研究。

肱骨近端骨折是肩關(guān)節(jié)外科的常見疾病，其中對于老年粉碎性Neer四部分骨折以及部分三部分骨折患者，老年解剖頸骨折患者，肱骨頭劈裂、骨折脫位患者等情況，應(yīng)采用肩關(guān)節(jié)置換術(shù)治療［1-5］。雖然人工肩關(guān)節(jié)置換治療肱骨近端骨折可以較好的緩解患者的疼痛，但對于術(shù)后肩關(guān)節(jié)功能恢復(fù)的文獻(xiàn)報道結(jié)果不一致［1，6-7］。近年來大部分研究報道采用人工肩關(guān)節(jié)置換術(shù)治療肱骨近端骨折術(shù)后患者疼痛滿意度在80%左右［1］，但是患者術(shù)后肩關(guān)節(jié)活動度及功能恢復(fù)并不理想。目前學(xué)術(shù)界認(rèn)為其影響因素主要包括：假體高度、后傾角、大結(jié)節(jié)位置、功能鍛煉的時機選擇等［8-11］，其中大結(jié)節(jié)的解剖愈合狀況是位移被大多數(shù)學(xué)者一致認(rèn)同，影響術(shù)后肩關(guān)節(jié)功能的重要因素［1］,因此，肩關(guān)節(jié)假體置換術(shù)后的大結(jié)節(jié)不愈合是肩關(guān)節(jié)置換術(shù)后的最常見并發(fā)癥之一。

接受人工肩關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者群主要特點為高齡、骨質(zhì)疏松、骨折粉碎程度嚴(yán)重、骨折周圍組織條件差、骨折缺血供應(yīng)破壞嚴(yán)重［3］。大結(jié)節(jié)作為肱骨近端重要的解剖結(jié)構(gòu)和功能單位，其與假體間的愈合狀況必然是受到以上因素的影響，進(jìn)而降低了人工肩關(guān)節(jié)置換的手術(shù)療效。

關(guān)于影響大結(jié)節(jié)愈合的因素，目前文獻(xiàn)報道的影響人工肩關(guān)節(jié)假體置換術(shù)后大結(jié)節(jié)愈合的主要因素包括患者年齡、性別、骨質(zhì)狀況、假體的置入位置、肩袖質(zhì)量以及假體類型［1］，高齡、女性患者以及明顯骨質(zhì)疏松者術(shù)后大結(jié)節(jié)不愈合發(fā)生率明顯增高。目前應(yīng)用較多的假體類型是在原有假體構(gòu)架基礎(chǔ)上，于假體近端通過特殊工藝制備多孔涂層，進(jìn)而促進(jìn)固定于此處大結(jié)節(jié)與假體的骨長入，理論上改善術(shù)后大結(jié)節(jié)的愈合狀況，但是相關(guān)的臨床多中心回歸分析研究發(fā)現(xiàn)大結(jié)節(jié)的愈合率仍不能達(dá)到滿意的效果［1，12］。因此如何通過相關(guān)基礎(chǔ)研究為改善假體設(shè)計進(jìn)而提高術(shù)后大結(jié)節(jié)的愈合率提供必要的理論及實踐依據(jù)是肩關(guān)節(jié)外科的重要課題。

對于行肩關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者，絕大多數(shù)文獻(xiàn)都認(rèn)為術(shù)后康復(fù)是評價手術(shù)成功與否的關(guān)鍵因素之一［1，13］。在本研究中，發(fā)現(xiàn)在內(nèi)置物植入早期（12周內(nèi)），螺釘空隙內(nèi)的軟骨細(xì)胞在不斷的增長，其長入面積以及范圍在不斷的擴大。組織學(xué)分析發(fā)現(xiàn)3周和6周的骨長入面積百分比差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而3周與12周以及6周與12周相比差異均有明顯的統(tǒng)計學(xué)意義，即12周相對于3周和6周骨質(zhì)生長更加明顯。且至少在12周內(nèi)，骨質(zhì)的生長與時間成指數(shù)關(guān)系，表明骨長入速度在術(shù)后早期為峰值，隨時間的延長逐漸變慢，且經(jīng)驗性臨床觀察表明在術(shù)后10～12周時肌腱的愈合才足以支持早期的肌肉訓(xùn)練以及主動活動［14-15］。因此術(shù)后早期為骨質(zhì)生長的重要時期，同樣也是肩關(guān)節(jié)穩(wěn)定性形成的關(guān)鍵時機，如過于激進(jìn)的進(jìn)行術(shù)后主動功能練習(xí)及肌肉訓(xùn)練，則會干擾大結(jié)節(jié)的愈合過程，甚至導(dǎo)致術(shù)后失效［16］。因此在術(shù)后的康復(fù)過程中，特別是內(nèi)置物植入的早期（12周內(nèi)）需要嚴(yán)格遵循術(shù)后康復(fù)流程，避免早期主動功能鍛煉以及力量訓(xùn)練，為內(nèi)植物與骨質(zhì)之間的愈合提供良好的力學(xué)環(huán)境，降低術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率。

本研究還有以下幾點不足：第一，入組的實驗動物樣本量較小，且飼養(yǎng)時間相對較短，缺少更長期的研究跟進(jìn)。第二，缺少對照組，沒有與傳統(tǒng)空隙結(jié)構(gòu)的生物型內(nèi)置物的骨長入情況進(jìn)行對比。第三，本研究只進(jìn)行了組織學(xué)切片研究，沒有相應(yīng)的生物力學(xué)實驗進(jìn)行佐證，因此還需要后續(xù)的生物力學(xué)研究進(jìn)一步證實經(jīng)典孔隙結(jié)構(gòu)鈦合金生物型內(nèi)置物的有效性及安全性。

綜上所述，本研究通過組織學(xué)切片證實，隨著時間的推移經(jīng)典孔隙結(jié)構(gòu)鈦合金生物型內(nèi)置物在大兔肱骨近端的骨長入面積比例不斷增加。在12周內(nèi)，骨長入面積與時間成指數(shù)關(guān)系，增長速度逐漸變慢。本研究結(jié)果提示在臨床中需要更加嚴(yán)格得遵守肩關(guān)節(jié)置換術(shù)后主動功能鍛煉的康復(fù)流程，降低術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。

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