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目的:建立一种模拟人髋臼骨折的动物实验模型并进行验证,在此基础上,通过动物实验,研究髋臼骨折术后内固定物长期存留与取出对髋臼软骨退变的影响,以期为临床评价髋臼骨折术后内固定物的取出与否提供实验参考。方法:第一部分兔髋臼后壁骨折动物实验模型的建立及验证的初步研究:选取正常成年新西兰兔30只,麻醉后摄全髋关节伸直位X线片(共60髋),排除明显畸形及脱位,采用图像存储与传输系统(PACS)测量髋关节外侧中心边缘角(LCEA)及头臼指数(AHI),并与正常成人参考界值对比。另取成年新西兰兔24只,按随机数字表法均分为三组:A组为正常对照,B、C组采用重物冲击模拟高能量髋臼后壁骨折的方法,建立兔右侧髋臼后壁骨折模型,股骨头对髋臼冲击载荷通过压力感受器测量;B组髋臼骨折不予处理,C组髋臼骨折行钢板螺钉内固定。3个月后摄X线片,采用骨性关节炎(OA)半定量评分对兔右侧髋关节进行评分并比较;处死后取髋臼后壁骨块再经处理后进行组织学检测观察臼软骨退变情况,计算各组后壁臼软骨Mankin组织学评分并进行比较。第二部分内固定物存留不同时间对髋臼软骨退变影响的动物实验研究:选取正常成年新西兰兔57只,排除明显畸形及脱位。随机分为四组:正常对照组(I),假手术组(S),髋臼后壁未骨折+钢板螺钉内植入组(NFF);髋臼后壁骨折+钢板螺钉内固定组(FF)。对照组12只,其余三组各组15只。FF组根据第一部分方法建立髋臼后壁骨折并进行内固定,NFF组仅进行髋臼后壁区内固定植入。待骨折愈合后(3个月),继续饲养,选取之后第4、5、7月(分别对应内固定物存留的第IP-1、IP-2、IP-4月)作为观察时间点,B、C、D组各时间点分别随机选取5只(A组4只),拍摄髋关节伸直前后位X片、采集静脉血并分离血清,之后分期处死取材。采用OA半定量评分对兔右侧髋关节X片进行评分并比较;ELISA技术检测血清软骨分解代谢标志物CTX-II及COMP浓度;对后壁以外臼软骨组织经处理后进行病理组织染色观察臼软骨退变情况,计算各组兔右髋臼软骨Mankin组织学评分并进行比较;进一步通过免疫组化技术及实时定量逆转录PCR(Rt-PCR)技术检测软骨细胞代谢平衡相关因子的蛋白及基因表达水平和变化,评价软骨代谢平衡的改变。第三部分髋臼骨折术后内固定物取出对髋臼软骨影响的动物实验研究:选取正常成年新西兰兔57只,排除明显畸形及脱位。随机分为四组:A组(正常对照组),B组(假手术组),C组(内固定物继续存留组);D组(内固定物取出组)。对照组12只,其余三组各组15只。C、D组根据第一部分方法模拟建立兔髋臼后壁骨折并进行内固定模型。待骨折愈合后(3个月后),D组取原切口手术取出内固定物,B组再次行假手术,A、C组不予处理。之后选取第4、5、7月(分别对应内固定取出的IR-1、IR-2、IR-4月)作为观察时间点,B、C、D组各时间点分别随机取5只(A组4只),拍摄髋关节伸直前后位X片、采集静脉血并分离血清,定期分批处死取材。采用OA半定量评分对兔右侧髋关节X片进行评分并比较;ELISA技术检测血清软骨分解代谢标志物CTX-II及COMP相对浓度;对臼软骨组织经处理后进行病理组织染色,观察臼软骨退变情况,计算各组兔右髋臼后壁以外臼软骨Mankin组织学评分并进行比较;进一步通过免疫组化技术及Rt-PCR技术检测软骨细胞代谢平衡相关因子的蛋白及基因表达水平和变化。结果:第一部分兔髋臼后壁骨折动物实验模型的建立及验证的初步研究:正常成年兔髋关节LCEA为(29.94±3.63)°(95%CI 29.12~30.75),AHI为(84.59±1.57)%(95%CI 84.18~84.99),均在正常成人参考值范围内。模拟髋臼骨折中股骨头对髋臼冲击载荷约为45Mpa;3个月后三组右髋关节X线片及组织学检测表现为:相较于对照组,B组发生明显的创伤性关节炎合并半脱位改变,软骨面出现裂解、纤维化及周围骨赘形成;C组出现关节软骨厚度变薄,软骨细胞排列紊乱、增生肥大等早期退变表现。三组右侧髋关节X线片OA半定量评分及后壁臼软骨组织病理染色Mankin组织学评分,结果显示均为B>C>A,且三组间差异均有统计学意义(P<0.05)。第二部分内固定物存留不同时间对髋臼软骨退变影响的动物实验研究:各组兔在观察期未出现明显并发症及异常死亡。术后第IP-1、IP-2、IP-4月三个时间点可见:NFF组和FF组在术后第IP-4月出现不同程度退变表现,髋关节OA半定量评分较I组和S组高,差异有统计学意义(P<0.05),FF组OA评分在IP-1、IP-2月均大于NFF组,但差异无统计学意义(P>0.05)。ELISA检测软骨分解代谢血清生物学标志物显示,I组和S组在观察期间前后血清CTX-Ⅱ、COMP浓度改变不明显,而NFF组和FF组血清CTX-Ⅱ、COMP浓度表现出明显的随时间延伸而浓度升高趋势,与其同期对照组差异有统计学意义(P<0.05),且至IP-4月,FF组高于NFF组,差异有统计学意义(P<0.05)。臼软骨组织病理染色显示,随时间的推移,NFF组和FF组HE染色均可见软骨细胞出现肿胀、肥大,细胞排列紊乱,软骨层软骨层厚度逐渐变薄,甲苯胺蓝染色逐渐变淡,甚至软骨面出现分解裂纹。结合Mankin组织学评分显示,NFF组和FF组评分随时间的推移而逐渐增加,较同期对照组差异有统计学意义(P<0.05),且FF组评分高于NFF组,两者间差异有统计学意义(P<0.05)。免疫组化检测显示,NFF组和FF组臼软骨细胞表达Aggrecan和Collagen-Ⅱ量随时间推移而逐渐降低,且FF组较NFF组降低更明显,差异有统计学意义(P<0.05)。与之相反,NFF组和FF组MMP-13表达则随时间推移逐渐升高,NFF组和FF组均较同期对照组差异有统计学意义(P<0.05),但两者之间至IP-4月差异无统计学意义(P>0.05)。进一步通过Rt-PCR检测结果显示,在I组及S组未见软骨代谢平衡相关因子及蛋白因子表达的明显改变。在NFF组和FF组,以软骨组织合成和修复为主的信号通路ALK-5—PAI-1—Collagen-Ⅱ基因表达水平在IP-1月就已开始出现下调并逐渐降低,而以软骨分解代谢为主的ALK-1—Id-1—MMP-13为主的信号通路基因表达水平逐渐上调,相应ALK-1/ALK-5比率呈逐渐升高趋势,且FF组高于NFF组,与对照组比较差异均有统计学意义(P<0.05)。第三部分髋臼骨折术后内固定物取出对髋臼软骨影响的动物实验研究:各组兔在观察期未出现明显并发症及异常死亡。术后第IR-1、IR-2、IR-4月三个时间点可见:A、B组兔右髋关节X片未见异常改变,C、D组在术后第IR-4月出现早期轻度退变表现,髋关节OA半定量评分较A、B组高,且差异有统计学意义(P<0.05),但A、B组间差异无统计学意义(P>0.05)。ELISA检测血清生物学标志物CTX-Ⅱ、COMP浓度显示,A组在观察期间前后未见明显变化;B组和D组血清浓度峰值均出现在术后IR-1月,在之后逐渐降低,B组逐渐降至正常水平,D组仍高于正常水平,而C组随时间推移血清浓度逐渐升高,血清浓度峰值出现在第IR-4月,最终C、D组浓度水平相接近,与A、B组差异均有统计学意义(P<0.05),但两组间差异无统计学意义(P>0.05)。髋臼软骨组织病理染色显示,B组HE染色可见轻度软骨细胞肿胀、肥大,C、D组HE染色可见软骨细胞出现肿胀、肥大,细胞排列紊乱,软骨层甲苯胺蓝染色逐渐变淡,结合Mankin组织学评分显示,C、D组均表现为随时间的延长而分值逐渐升高,但两组间差异无统计学意义(P>0.05)。免疫组化检测和结果分析显示,C、D组软骨细胞Aggrecan、Collagen-Ⅱ表达量随时间的推移而逐渐降低,而MMP-13表达量则随时间的推移逐渐升高,与对照组差异有统计学意义(P<0.05)。进一步通过Rt-PCR检测结果显示,B、C、D组臼软骨细胞ALK-5—PAI-1—Collagen-Ⅱ基因表达水平出现逐渐下调趋势,但B组较对照组差异无统计学意义(P>0.05),C、D组相较于对照组差异有统计学意义(P<0.05)。C、D组软骨细胞ALK-1—Id-1—MMP-13基因表达水平出现逐渐上调趋势,较对照组差异有统计学意义(P<0.05),相应ALK-1/ALK-5比率呈逐渐升高趋势,相较对照组差异有统计学意义(P<0.05)。结论:采用本研究方法建立的兔活体髋臼后壁骨折模型能真实有效地模拟人的髋臼后壁骨折,可用于开展模拟人髋臼骨折相关疾病病理生理及治疗干预的在体动物实验研究。髋臼周围内固定物的长期存留会导致软骨代谢平衡失衡,增加软骨分解代谢,促进软骨退变,而且软骨退行性改变随着内固定物存留时间的延长而逐渐进展。有趣的是,髋臼骨折术后,相较于内固定物继续存留,内固定物取出并不会降低或缓解软骨分解代谢进展,软骨退变仍继续发展。髋臼骨折术后所存留内固定物的取出并不会改善髋关节软骨退变水平,但对功能和主观感受的改善情况有待进一步研究。