新西兰大白兔胫骨骨延长模型制作的实验研究

潘源城　林然　陈顺有　张韬　陈惠敏

【摘要】 目的：制作新西兰大白兔的胫骨骨延长动物模型，为临床上治疗骨延长提供实验理论依据。方法：将30只成年新西兰大白兔制作成胫骨外固定架骨延长模型，自制骨延长外固定器安装于右侧胫骨上后，于胫腓骨中段截骨，其中截骨时保护胫骨外侧骨膜的连续性，静息期1周后开始进行骨延长，分别于术后第7、14、28天拍摄X片对比观察胫骨骨延长区骨痂生长情况，并取胫骨标本进行肉眼大体观察。结果：胫骨标本X线检查，14 d骨延长区域呈较高密度、不均匀影像，新生骨质区与胫骨骨干连接部分边界模糊，与远端骨干连接部分边界较清，尚存台阶，外层皮质尚未完全连续，可见部分新生骨痂生长。28 d延长区域呈高密度、均匀影像，新生骨质区与两断端边界模糊，外层皮质连续，可见大量新生骨痂生长。胫骨标本肉眼观察：14 d骨延长区域骨质相对连续，连接相对完整，见骨痂生长，新生骨远端尚有部分缺损，未完全填充骨缺损区;28 d骨延長区域骨质连续，连接完整，骨痂量多，新生骨两端界线模糊。结论：胫骨截骨及外固定架固定可以有效地建立兔胫骨骨延长模型。

【关键词】 骨延长术; 外固定架; 兔; 模型

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2019.11.077 文献标识码 B 文章编号 1674-6805（2019）11-0-02

骨延长术是一种主要被用于纠正各种原因，包括先天发育不良、创伤、骨肿瘤等引起的骨短缩或骨缺失的手术技术[1-2]。通过将骨断端之间的距离缓慢延长达到形成新骨的目的。然而，临床上由于存在延长区骨痂形成不良、愈合时间长、关节屈曲挛缩等缺点[3-4]，使该项技术的应用受到一定的限制。因此，研究骨延长区的成骨方式和新骨形成规律对于探讨骨延长区的成骨机制进而寻找促进骨延长区愈合的方法有重要意义。本实验选择新西兰大白兔建立胫骨截骨延长、外固定架固定的动物模型，运用X线检查等手段评定动物骨延长模型的制作。

1 材料与方法

1.1 实验动物

选择3月龄清洁级新西兰大白兔30只，均为雌性，体重2.1～2.5 kg，平均（2.3±0.2）kg。由福建中医药大学动物实验中心提供[许可证编号：syxk（闽）2014-0006]。

1.2 方法

利用计算机产生随机数字方法，将30只新西兰大白兔随机编号并分为3组，每组10只。剃净右下肢毛，用面罩吸入麻醉。取左侧卧位，在无菌条件下于右侧胫骨中段做长约1.0 cm的纵向切口，钝性分离胫前肌，选用3 mm的克氏针，用电钻于胫骨处钻出数孔后，将胫骨折断，骨膜保持完整，即形成经皮的骨膜下低能截骨术。分别在胫骨折断平面上下各1.5 cm及0.5 cm处穿放4组克氏针（直径1.2 mm），安装外固定架。清创后缝合切口，无菌敷料包扎，将兔子的头用环形围脖固定，以防咬到手术伤口，术后注射青霉素预防感染。术后第7天开始进行骨延长，通过调节外架上的螺母，早晚各延长1次，每次延长距离为0.50 mm，共延长7 d，总延长7.00 mm。分别于术后第7、14、28天从3组兔子中随机选取一组处死。

1.3 观察指标

术后第7天X线观察截骨端对位对线情况。第14、28天X线及肉眼观察骨延长区的修复情况。

2 结果

胫骨标本X线检查：术后第7天截骨端对位对线良好，见图1。14 d骨延长区域呈较高密度、不均匀影像，新生骨质区与胫骨骨干连接部分边界模糊，与远端骨干连接部分边界较清，尚存台阶，外层皮质尚未完全连续，可见部分新生骨痂生长，见图2。28 d延长区域呈高密度、均匀影像，新生骨质区与两断端边界模糊，外层皮质连续，可见大量新生骨痂生长，见图3。

胫骨标本肉眼观察：14 d骨延长区域骨质相对连续，连接相对完整，见骨痂生长，新生骨远端尚有部分缺损，未完全填充骨缺损区;28 d骨延长区域骨质连续，连接完整，骨痂量多，新生骨两端界线模糊。

3 讨论

骨延长术在许多骨科疾病的治疗中得到了很好的应用，但是对其新骨形成的确切机制的认识仍存在许多争议[1-2]。因此，骨延长动物模型的准确建立有助于了解其再生骨组织发生、发展的机制，为临床治疗提供理论基础。

目前已有许多动物模型用来研究骨延长。Makarov等[5]对山羊的胫骨进行截断骨延长，制备骨延长模型;Forriol等[6]将2～3个月的小羊左胫骨用骨凿进行经皮截骨后进行延长;Stogov等[7]将30只狗的前下肢胫骨进行截骨延长，采用快速的3 mm/d的速率以获得（14.5±0.8）%的延长长度。有研究将11只雌性绵羊的右侧胫骨进行延长至15 mm后，再进行骨搬运手术，观察其愈合组织形成时间[8]。Wee等[9]利用电动牵引对6只绵羊进行胫骨延长。不同的骨延长的方式各有利弊，大多数骨延长的实验研究中通常采用骨膜切开截骨术[10-12]。本研究中的截骨方式的优点是可保持骨膜完整。因早期研究表明膜内骨化的主要机制是从中心纤维间带以均匀的矿化梯度直接形成新骨，并可快速重建出等效的宏观和微观结构[13]。保留骨膜可促进成骨，骨膜的完整性对该手术造模成功率起到了关键作用，故在操作时采用克氏针低能量钻孔，不经过电锯或线锯，而直接通过手动破骨，该操作需要术者对常规手术操作非常熟练，并且还要具备一定的经验[14]。故该步骤主要由本科室富有临床经验的主任医师进行操作，肢体延长术中保证延长区新生骨的生长是判定延长手术成功的关键，然而新骨生长不仅跟骨膜、血运、截骨位置有关还与延长速率和生物力学等因素有关。延长速率影响骨再生的质量，生物力学刺激包括生理性和机械性，机械性主要与延长器的固定刚度有关，所以器械的合理选择对骨生长具有重要作用。由于兔子的骨硬度跟人的相比具有明显的差距，合适的器械配合合理的延长速率是延长成功的主要原因。实验模型在第28天的X线上可见延长区域呈高密度、均匀影像，新生骨质区与两断端边界模糊，外层皮质连续，大量新生骨痂生长，肉眼见骨质连续，连接完整，骨痂量多，新生骨两端界线模糊，可以为后期骨延长动物实验研究提供基础理论依据。本研究的局限在于仅用X线评估新骨形成，只有当骨密度明显增加时才可以在X线平片上显示。故后期研究可通过CT检查及骨密度测量来评估骨皮质的连续情况。

總之，本研究所建立的骨延长动物模型，符合骨延长的要求，可以认为是可靠而实用的实验性动物模型。

参考文献

[1] Farr S，Mindler G，Ganger R，et al.Bone Lengthening in the Pediatric Upper Extremity[J].J Bone Joint Surg Am，2016，98（17）：1490-1503.

[2] Joachim Horn，Harald Steen，Stefan Huhnstock，et al.Limb lengthening and deformity correction of congenital and acquired deformities in children using the Taylor Spatial Frame[J].Acta Orthop，2017，88（3）：334-340.

[3] Launay F，Pesenti S.Bone lengthening：bridging joints，soft tissue releases，physiotherapy[J].J Child Orthop，2016，10（6）：517-519.

[4] Mi H S，Lee T J，Jong H S.Sustained hip flexion contracture after femoral lengthening in patients with achondroplasia[J].BMC Musculoskelet Disord，2018，19：417.

[5] Makarov M，Birch J，Samchukov M.The role of variable muscle adaptation to limb lengthening in the development of joint contractures：an experimental study in the goat[J].J Pediatr Orthop，2009，29（2）：175-181.

[6] Forriol F，Denaro L，Longo U G，et al.Bone lengthening osteogenesis，a combination of intramembranous and endochondral ossification：an experimental study in sheep[J].Strategies Trauma Limb Reconstr，2010，5（2）：71-78.

[7] Stogov M，Emanov A，Stepanov M.Muscle metabolism during tibial lengthening with regular and high distraction rates[J].Journal of Orthopaedic Science，2014，19（6）：965-972.

[8] Mora-Macías J，Reina-Romo E，López-Pliego M，et al.In Vivo Mechanical Characterization of the Distraction Callus During Bone Consolidation[J].Annals of Biomedical Engineering，2015，43（11）：1-12.

[9] Wee J，Rahman T，Akins R E，et al.Using distraction forces to drive an autodistractor during limb lengthening[J].Med Eng Phys，2011，33（8）：1001-1007.

[10] Floerkemeier T，Thorey F，Wellmann M，et al.αBSM failed as a carrier of rhBMP-2 to enhance bone consolidation in a sheep model of distraction osteogenesis[J].Acta Bioeng Biomech，2017，19（4）：55-62.

[11] Li Y，Li R，Hu J，et al.Recombinant human bone morphogenetic protein-2 suspended in fibrin glue enhances bone formation during distraction osteogenesis in rabbits[J].Arch Med Sci，2016，12（3）：494-501.

[12] Mizumoto Y，Moseley T，Drews M，et al.Acceleration of regenerate ossification during distraction osteogenesis with recombinant human bone morphogenetic protein-7[J].J Bone Joint Surg Am，2003，85/A Suppl 3：124-130.

[13] Aronson J.Experimental and clinical experience with distraction osteogenesis[J].Cleft Palate Craniofac J，1994，31（6）：473-482.

[14] Kaban L B，Thurmuller P，Troulis M J，et al.Correlation of biomechanical stiffness with plain radiographic and ultrasound data in an experimental mandibular distraction wound[J].Int J Oral Maxillofac Surg，2003，32（3）：296-304.