体外周期性压应力对兔胫骨骨折愈合过程成骨与破骨细胞增殖分化能力的影响

作者：林伟斌; 朱聪; 洪海森; 黄**; 高明明; 吴进; 沙漠; 林灿斌; 陈娜娜; 张晓旭; 丁真奇^*

来源：中华损伤与修复杂志(电子版), 2021, 16(04): 289-300.

• 骨折
• 成骨细胞
• 破骨细胞
• 周期性压应力
• 增殖分化

目的探究体外周期性压应力对兔胫骨骨折愈合过程成骨与破骨细胞增殖分化能力的影响。方法选取48只健康雄性4个月龄新西兰大白兔,所有样本均于右侧胫腓联合下0.5 cm处横行截骨构建兔胫骨骨折模型,行骨折复位钢板内固定术及高分子石膏外固定治疗。采用随机数字表法将48只新西兰大白兔分为实验组和对照组,每组24只。实验组于术后第8天开始施加大小15 N、频率1 Hz、叩击持续时间5 s、间隔3 s、30 min/次、1次/2 d的体外周期性压应力轴向应力刺激;对照组无应力刺激。分别于术后2、4、6、8周依次从2组各选6只新西兰大白兔,通过X线片检查骨折愈合情况,并计算比较2组Lane-Sandhu X线评分;术后2、4、6、8周2组分别处死6只新西兰大白兔,取骨折区骨组织标本,通过苏木精-伊红(HE)染色观察比较2组新生骨痂、骨髓腔、骨小梁等构成排列,以及新生骨组织中成骨细胞增生情况;术后2、4、6、8周分别取2组骨组织每组各3份切片,通过免疫组化染色检测2组新生骨组织中成骨细胞相关分子核心结合因子α1(Cbf-α1)、骨钙素、骨保护素(OPG)及核因子-κB受体活化因子配体(RANKL)的表达水平,并计算比较不同时间点2组OPG/RANKL比值。数据比较采用独立样本t检验。结果 (1)X线片显示,术后2周,实验组和对照组骨折线均清晰可见,仅少量外骨痂生长;术后4周,实验组和对照组骨折间隙均明显变小,实验组骨折线较对照组模糊,骨痂量多于对照组;术后6周,实验组骨折线模糊,外骨痂生长致密,且有少量内骨痂生长,基本达到骨性愈合,对照组骨折线与第4周相比较模糊,骨折端骨痂量较实验组少;术后8周,对照组骨折线基本消失,实验组骨折线完全消失,且实验组骨痂量仍明显多于对照组。术后4、6、8周,实验组Lane-Sandhu评分分别为(5.17±1.07)、(7.33±0.94)、(9.17±1.07)分,均高于对照组[(3.50±0.76)、(5.83±1.07)、(7.33±1.25)分],比较差异均有统计学意义(t=2.84、2.36、2.50,P=0.02、0.04、0.03)。(2)HE染色观察显示,术后2周,实验组较对照组出现更多成骨细胞;术后4、6、8周,实验组较对照组更早形成骨髓腔及骨小梁组织,且骨组织较对照组更早成熟。(3)免疫组织化学染色观察显示:(1)实验组和对照组Cbf-α1术后2周均呈低表达,术后4周表达达到高峰,术后6～8周表达逐渐减少,且术后2、4、6、8周,实验组Cbf-α1表达均高于对照组;不同时间点实验组Cbf-α1的平均吸光度值分别为263.20±49.95、503.39±38.53、377.98±12.38、276.91±8.61,均高于对照组(123.05±14.60、359.51±58.98、339.14±18.98、224.54±23.94),比较差异均有统计学意义(t=4.67、3.54、2.97、3.57,P=0.01、0.03、0.04、0.03);(2)术后2、4、6、8周,实验组和对照组骨钙素表达量均逐渐增高,且实验组骨钙素的表达均高于对照组;术后2、4、6、8周,实验组骨钙素的平均吸光度值分别为45.28±4.96、283.80±49.01、450.06±61.42、619.00±105.40,均高于对照组(5.29±4.49、20.94±7.59、220.39±32.18、424.98±32.84),比较差异均有统计学意义(t=10.35、9.18、5.74、3.05,P <0.05);(3)实验组和对照组OPG术后2周均呈低表达,术后4周表达达到高峰,术后6、8周表达逐渐减少;术后2、4、6、8周,实验组OPG的表达均高于对照组;不同时间点实验组OPG的平均吸光度值分别为443.97±23.61、576.91±37.21、278.28±16.38、144.13±30.20,均高于对照组(374.66±26.30、454.50±49.95、233.17±21.35、62.82±4.16),比较差异均有统计学意义(t=3.40、3.40、2.90、4.62,P <0.05);(4)实验组和对照组RANKL表达量在术后2、4周均较低,术后6、8周表达量逐渐增多;术后2、4、6、8周,实验组RANKL的表达量均低于对照组;实验组不同时间点RANKL的平均吸光度值分别为203.34±18.16、186.63±19.50、261.78±28.33、441.06±17.89,均低于对照组(275.64±26.68、277.28±9.49、385.13±11.56、485.20±8.15),比较差异均有统计学意义(t=3.88、7.24、6.98、3.89,P <0.05);(5)术后2、4、6、8周,实验组OPG/RANKL的平均吸光度值比值分别为2.19±0.18、3.13±0.53、1.08±0.18、0.33±0.08,均大于对照组(1.37±0.21、1.64±0.22、0.61±0.07、0.13±0.01),比较差异均有统计学意义(t=5.14、4.50、4.14、4.50,P <0.05)。结论体外周期性压应力可通过促进骨折局部成骨细胞因子Cbf-α1、骨钙素、OPG的表达及抑制骨折局部破骨细胞因子RANKL的表达,提高OPG/RANKL的比值,从而延缓骨吸收促进兔胫骨骨折愈合。