不同方法固定后松质骨骨折愈合的超微结构观察
陈永强 裘世静 戴克戎
【摘要】 目的 观察不同方法固定后的松质骨骨折愈合的超微结构变化。 方法 采用成年新西兰兔30只，在兔股骨髁间做完全截骨后，分别采用屈膝位长腿石膏固定、皮质骨和松质骨螺丝钉内固定。术后3 d、1, 2, 3，6周截取标本进行透射电镜观察。 结果 不同方法固定除对松质骨骨折愈合过程中的成纤维细胞出现时间无明显影响外，对成纤维细胞和成软骨细胞变性以及成骨细胞功能有着十分明显的影响。还观察到松质骨骨折愈合中成纤维细胞也参与新骨形成。 结论 不同力学环境对松质骨骨折愈合过程中的超微结构有着不同的影响。
【关键词】 骨折固定术； 骨折愈合； 松质骨
An ultrastructural observation of fracture healing of cancellous bone after different fixations
CHEN Yongqiang, QIU Shijing, DAI Kerong.
Dept. of Orthopaedics, The Nineth People's Hospital, Shanghai Second Medical University,Shanghai 200011, China
【Abstract】 Objective To observe the ultrastructural changes during fracture healing of cancellous bone after different fixations. Methods Thirty adult New Zealand rabbits were used in this experiment. After a complete osteotomy between the medial and lateral femoral condyle was done, the animals were fixed with plaster, cortical and cancellous screw fixation, respectively. The distal femoral condyle was osteotomized at 3 days, and 1,2, 3 and 6 weeks,and then observed under transmission electron microscope. Results Different fixations had significant influence on degeneration of fibroblast and chondrocyte as well as function of osteoblast during fracture healing of cancellous bone except appearance of fibroblast. A new bone formation of fibroblast was also observed during fracture healing of cancellous bone. Conclusions Various mechanical environment had different influence on ultrastructure during fracture healing of cancellous bone.
【Key words】 Fracture fixation; Fracture healing; Cancellous bone
骨折愈合是一个极其复杂的生物学修复过程。骨折愈合过程可受许多因素影响，目前认为生物力学因素最为重要。已有大量研究表明，不同固定方法对皮质骨骨折愈合有着不同的影响，但对松质骨骨折愈合有何影响知之甚少。为此，笔者采用透射电镜，对不同方法固定后的松质骨骨折愈合的超微结构变化进行观察。
材料与方法
一、实验动物模型
采用成年新西兰兔30只，平均体重约 2.7 kg。动物在静脉戊巴比妥钠麻醉和无菌条件下取双侧膝关节外侧切口，用锐利骨刀在股骨髁间做倒“L”型完全截骨后，分别采用屈膝位长腿石膏外固定、皮质骨螺丝钉内固定和松质骨螺丝钉内固定，每组10只，后2组动物术后不行任何外固定。各组动物分笼喂养。观察时间为3 d、1, 2, 3，6周。
二、透射电镜观察
动物在静脉戊巴比妥钠麻醉下，用手术刀或锐利咬骨钳截取截骨部位标本约1～2 mm3。用等渗盐水洗净血迹后，迅速投入质量浓度为 50 g/L的戊二醛、40 g/L的多聚甲醛混合固定液中固定24 h，经 0.1 mol/L 二甲砷酸钠溶液漂洗2 h，在4℃冰箱内用质量浓度为41.3 g/L的EDTA - 2 Na溶液脱钙约 3～7 d,并每天更换脱钙液。标本经修整，再用缓冲液漂洗 5～7 d，并每天更换缓冲液。标本最后经质量浓度为10 g/L的四氧化锇酸固定2 h，乙醇逐级脱水，环氧树酯618定向包埋，玻璃刀超薄切片,醋酸双氧铀和柠檬酸双铅染色，在透射电镜下观察。
结 果
一、石膏固定组
1. 炎症阶段：骨折后3 d，在断裂的骨小梁之间形成血肿，血肿内含有大量炎性细胞，主要包括分叶核白细胞、淋巴细胞和巨噬细胞等。此外，在血肿内尚可见来源于骨髓基质细胞系统的骨生成细胞。在炎症反应区内还可见到分泌功能活跃的成纤维细胞。在骨小梁断端骨表面可见到一些空陷窝，其内可见一些细胞碎屑及胶原纤丝。
2. 修复阶段：骨折后1周，除可见较多炎症细胞外，还可见到较多的成纤维细胞，这些成纤维细胞被自身分泌的胶原纤丝包围后，在透射电镜下可观察到下列两种不同的细胞形态变化：(1)成纤维细胞发生变性：变性的成纤维细胞外形逐渐固缩，胞质内粗面内质网数量明显减少，且呈层状排列，并有空泡出现。(2)成纤维细胞演变为骨细胞：这些成纤维细胞已被胶原纤丝包围，虽然其胞质中粗面内质网减少，但仍清晰可见，细胞核异染色质浓缩，细胞突部分可伸入周围基质中。这样，成纤维细胞就逐渐演变为骨细胞。
成纤维细胞的上述两种变化从骨折后1周开始，可一直持续到骨折后3周，其中以成纤维细胞变性较为明显。骨折后1周，还可见到许多成软骨细胞出现，这些细胞呈圆形或卵圆形，细胞核内有较多的常染色质，胞质内有许多线粒体和粗面内质网，部分囊腔扩大成池，细胞周围有许多胶原纤丝，这些胶原纤丝无周期性横纹。成软骨细胞位于其分泌的基质陷窝内而演变成为软骨细胞。
在成软骨细胞向软骨细胞转变的同时，部分软骨细胞开始发生变性。这些变性的软骨细胞最初表现为细胞肿胀，使细胞膜不少部位与软骨陷窝粘连，以后胞质内粗面内质网紧缩成线状，并出现短节段性脱落而分散于胞质内，同时胞质内出现许多空泡，线粒体肿胀，细胞核浓染固缩。整个细胞开始固缩后，使黏附在软骨陷窝壁上的细胞膜形成放射状条辐。这种变性的软骨细胞在骨折后3周仍可见，但数量已较少。
多核性破骨细胞出现在变性死亡的软骨细胞旁，与之相遇的成骨细胞在骨折后1周开始出现。这些细胞外形呈长柱形，胞核呈圆形，核仁明显，核旁有许多高尔基体，胞质内线粒体和粗面内质网极为丰富，后者许多囊腔扩大成池，细胞周围有许多具有周期性的胶原纤丝。骨折后2～3周，成骨细胞不仅数量增多，而且分泌功能极其活跃。
3. 重建阶段：骨折后3～6周，成骨细胞在大量分泌Ⅰ型胶原纤丝的同时，更多的成骨细胞被自身分泌的胶原纤丝包围而演变为骨细胞，这些新形成的骨细胞内仍可见到一些粗面内质网，但很少扩大成池，细胞核染色较深，细胞周围有细胞周鞘形成，周围基质内有大量胶原纤丝，其排列较为紊乱。
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