外固定架结合低频脉冲电刺激仪促进骨折愈合的实验研究

摘要

目的：将临床常用的外固定架与低频脉冲电刺激骨愈合仪相结合来促进骨折愈合，尝试应用动物实验的方法，从细胞、分子水平来研究其机理和证实其有效性，为临床的广泛应用奠定坚实的理论基础。 方法：本课题分两次分别制备标准兔胫骨骨折模型90只，每次均随机平均分成三组(每组30只)，第一组：绝缘材料组：人为造成兔胫骨骨折后，用单臂外固定架固定，其螺纹钉采用绝缘材料(聚四氟乙烯)包埋后只外露部分螺纹和尾端少许，螺纹钉与连杆之间再以橡皮筋绝缘，于骨折线两侧临近的螺纹钉上连接脉冲直流电骨愈合治疗仪的两电极，脉冲电刺激骨愈合治疗仪放置于饲养笼外。第二组：非绝缘材料组：螺纹钉未用绝缘材料包埋，其余皆和第一组相同。第三组：不通电对照组：用普通单臂外固定架固定且不通电作为对照。术后一天，切口干燥即开始通电治疗，每天持续通电刺激6小时，通电期间于笼中自由活动。术后2、4、6、8周麻醉下摄取右胫骨正侧位片，观察骨痂生长情况；术后1天和1、2、4、6、8周麻醉下通过激光多普勒血流灌流监测仪观察局部微循环动态变化；术后14、21、28、42、56天分批处死动物，每组各6只，取出完整胫骨干后，清除软组织，纱布包裹，生理盐水浸透，双层塑料袋封存于4℃冰箱内。检测时标本解冻后置于生理盐水中30min，通过万能材料实验机测量骨痂的弯曲刚度、扭转刚度和破坏扭矩；术后3、7、14、21、28、42天耳缘静脉注射空气处死动物，每组每时间点处死5只，以骨折端为中心，切取1cm长标本，单面刀片将骨标本分割成0.5cm×0.2cm×0.2cm小块，生理盐水冲洗干净，立即置入4％多聚甲醛中固定12小时。然后脱钙、包埋、制成石蜡切片，利用免疫组织化学方法在蛋白质水平上检测骨痂中TGF-β1、BMP2、bFGF、VEGF的表达和分布，利用原位杂交方法在mRNA水平上检测骨痂中TGF-β1mRNA、BMP2mRNA、bFGFmRNA、VEGFmRNA的表达和分布。 结果：1.X线观察：骨折早期(2周内)三组X线观察无明显差别，造模后4周开始，无论从骨痂的数量上，还是质量上，三组之间开始有明显差别，具体为绝缘材料组＞非绝缘材料组＞不通电对照组。 2.骨折局部微循环变化：术后1d时三组骨折局部血流量较正常值显著下降(F=86.6，P=0.000)；术后7d基本恢复到正常水平(F=2.91，P=0.076)。14d时三组血流量均显著高于正常值，三组间血流量的排列顺序为：绝缘材料组＞非绝缘材料组＞不通电对照组，且相互间差异有显著性(P＜0.05)；通电两组于21d血流量均达到峰值，然后逐渐减少。不通电对照组的峰值位于28d。三组血流量于14d、21d、28d、42d相互间差异非常显著(P＜0.01)；56d时三组血流量仍显著高于正常值(F=18，P=0.001)，但三组问差别无统计学意义。 3.骨密度测量结果：术后14d时三组骨密度约为正常的12％左右，相互间无显著差异(p＞0.05)；21d时三组骨密度有明显上升，但相互间仍无显著差异(p＞0.05)；28d、42d时三组骨密度进一步升高，三组间有非常显著性差异(p＜0.01)，42d时通电两组骨密度高于正常水平。56d时通电两组骨密度稍下降，但仍高于正常，不通电组骨密度也高于正常水平，三组间无显著差异(P＞0.05)。 4.骨折段生物力学测量结果：(1)术后14d时三组弯曲刚度非常低，相互之间无显著差异；21d时有明显上升，但三组之间的差异在统计学上仍不显著；28d、42d、56d时三组弯曲刚度逐渐增强，三组间弯曲钢度的排列顺序为：绝缘材料组＞非绝缘材料组＞不通电对照组，且相互间差异有显著性(P＜0.05)。 (2)术后14d、21d时三组扭转刚度非常低，相互之间无显著差异(p＞0.05)。28d、42d、56d时三组扭转刚度依次明显增强，三组间扭转钢度的排列顺序为：绝缘材料组＞非绝缘材料组＞不通电对照组，通电两组升高幅度大于不通电组，且有非常显著差异(P＜0.01)；通电两组之间也存在差异，且差异有显著性(P＜0.05)。 (3)术后14d、21d时三组骨折端之间的骨痂多数为纤维骨痂，骨痂的破坏扭矩非常小，相互之间有差异，但无显著性(p＞0.05)；术后28d三组标本骨痂的破坏扭矩明显增加，相互间有显著差异(P＜0.05)。术后42d、56d三组标本骨痂的破坏扭矩进一步增加，三组间骨痂破坏扭矩的排列顺序为：绝缘材料组＞非绝缘材料组＞不通电对照组，且相互间有非常显著差异(P＜0.01)。 5.免疫组化及原位杂交结果：(1)在骨折愈合过程早期三组TGF-β1蛋白及其mRNA的表达迅速升高，于骨折后14d皆达到峰值，其后表达水平降低，尤以不通电组下降速度较快。TGF-β1蛋白染色及mRNA表达阳性指数术后14d、21d、28d时，绝缘材料组＞非绝缘材料组＞不通电组，且差异有统计学意义(p＜0.05)。TGF-β1mRNA表达在术后14-28d有一平台期。 (2)在骨折愈合过程中BMP2蛋白及其mRNA早期高度表达，峰值均位于骨折后14d，其后表达水平降低。BMP2蛋白染色及其mRNA表达阳性指数术后14d、21d、28d时，绝缘材料组＞非绝缘材料组＞不通电组，相互间差异有统计学意义(p＜0.05)。 (3)骨折早期(3d、7d)bFGF蛋白染色及其mRNA表达阳性指数三组间差别不大，术后14d、21d、28d时相互间有明显差别，具体为绝缘材料组＞非绝缘材料组＞不通电组，相互间差异有统计学意义(p＜0.05)。 (4)骨折早期VEGF蛋白染色及VEGFmRNA表达阳性指数三组比较同样差别不显著，术后14d、21d、28d三组间差别较大，具体为绝缘材料组＞非绝缘材料组＞不通电组，相互间差异显著，有统计学意义(p＜0.05)。 结论：1.低频脉冲电刺激在兔胫骨截骨早期可以增加骨痂形成，晚期可以促进骨愈合的成熟。 2.低频脉冲电刺激能增强并加快兔胫骨截骨处局部血管再造，软骨生成和骨生成等生物过程。 3.低频脉冲电刺激可以提高兔胫骨截骨处骨痂的骨密度。 4.低频脉冲电刺激对骨折愈合有促进作用，表现在电刺激的骨痂弯曲刚度、扭转刚度、破坏扭矩显著高于固定组。 5.低频脉冲电刺激在骨折愈合的早期可显著增强骨折端TGF-β1、BMP2、bFGF、VEGF、FN蛋白及mRNA表达。 6.应用绝缘螺纹针进行电刺激可以避免体液和软组织对电流的干扰，将电流直接加于骨折端，对骨折愈合的促进作用更明显，表现在骨痂弯曲刚度、扭转刚度、扭转强度均显著高于非绝缘螺纹针组。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：英文缩写一览表

前言

一、单臂外固定架的改造

二、低频泳冲电刺激仪的研制

参考文献

材料与方法

结果

参考文献

材料与方法

结果

参考文献

结论

照片1

照片2

综述：电刺激促进骨折愈合的研究进展

致谢