异体颅骨外板和自体骨修复猪颅骨缺损的研究*

夏建江 张 岩 孟宏武

新疆塔城地区人民医院 834700

颅骨缺损属于神经外科常见病之一,主要见于各类外伤、车祸伤、电击伤等[1]。近年来,颅脑损伤逐年增多,我国颅骨损伤发病率约24.1%[2]。随着颅脑疾病患者的增多,越来越多的患者在去骨瓣减压手术中将颅骨瓣切除,以缓解颅内压增高及脑水肿引起的头痛、呕吐等症状,防止脑疝发生[3]。颅骨修补术为去骨瓣减压术后必不可少的后续治疗措施,而修复颅骨的材料多为自体或者异体颅骨。异体骨瓣需要深冻低温保存,颅骨瓣已成为颅骨缺损修补术采用的修补材料。同时,自体骨移植被认为最理想的骨移植材料,同时也称为骨移植“金标准”[4]。我院神经外科收治的脑外伤或者脑出血患者行开颅骨瓣减压术后,取出颅骨瓣给予低温深冻保存。使用前自然复温,采用颅骨外板切取刀将颅骨骨瓣分离出颅骨外板,对小香猪实施异体颅骨外板移植修补术及自体骨颅骨修补术,现将研究报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验动物:选择24只贵州小香猪,雌雄不限,体重15～20kg,随机分为实验组、对照组、正常组。

1.1.2 颅骨修补材料:(1)自体骨:用牙科电钻钻成直径为2cm的颅骨全层缺损,操作中仔细收集脱落的骨粉。(2)异体骨:2018年2—12月我院神经外科收治的脑外伤及脑出血患者,行开颅减压手术后取出的颅骨骨瓣,将其在-80℃深冻冷藏保存,术前采用颅骨外板切取刀将颅骨骨瓣分离出颅骨外板,将切取的颅骨外板打磨成直径为2cm的圆形骨状。

1.2 实验方法 分别对16只小香猪的顶部用颅骨钻实施钻孔,制造直径为2cm的左右两个颅骨全层缺损状态,左侧顶部的缺损口为A孔(对照组),右侧顶部的缺损口为B孔(实验组)。术前,小香猪禁食水12h,使用氯胺酮注射液与陆眠宁注射液,于小香猪后肢肌肉注射,评估麻醉深度,麻醉深度达标后,将小香猪取俯卧位捆绑于手术台上,用开口器打开小香猪的口腔,用纱布牵出小香猪的舌头,保持呼吸道通畅。小香猪头顶部设计左右两端直径2cm的手术切开,手术区注射利多卡因。

对照组(A孔)处理方法:切开皮肤至骨膜,将颅骨外膜由中间向两边完整仔细剥离,暴露出冠状峰和矢状峰,用牙科电钻将小香猪顶骨部钻成直径为2cm的颅骨全层缺损,操作过程中,术区用生理盐水降温处理,并小心收集脱落的骨粉,将切取的小香猪自体骨植入缺层,用粉填塞在A孔,分层缝合,闭合伤口。

实验组(B孔)处理方法:精准测量缺损区域,根据缺损面积,将冷冻保存的临床患者颅骨,进行颅骨外板分离,外板边缘弧度打磨成直径2cm圆形,使用锥子旋转钻颅骨外板,将钛钉旋入固定颅骨外板植入顶部的B孔,利用钛钉牢牢固定于缺损处。稀释冲洗术区,分层缝合,闭合伤口。

正常组的8只小香猪不予手术,使用安乐死方法处死,截取颅骨全段进行福尔马林固定,进行对比观察分析。实验组和对照组的16只小香猪实施异体颅骨外板或自体骨修复猪颅骨缺损修补术后8周,使用安乐死方法处死8只小香猪,截取颅骨全段进行福尔马林固定,进行对比观察分析。术后12周再次使用安乐死方法,处死8只小香猪,截取颅骨全段进行福尔马林固定,进行对比观察分析。对三组进行形态学、影像学、病理组织学观察分析,以评估异体颅骨外板修补术的临床效果和安全性。

1.3 主要观察指标

1.3.1 术前头围测量: 24只小香猪5月龄时,随机分为三组,手术前进行头颅CT测量,评估头颅发育状况。比较三组小香猪头颅发育差异。

1.3.2 大体观察:取出福尔马林固定的猪颅骨,观察三组的颅骨标本状况及肌肉组织与颅骨外板骨质连接情况,评估新骨形成情况。

1.3.3 骨硬度检测:正常组小香猪、实施手术后8周小香猪、实施术后12周小香猪,分别处死截取颅顶骨修复区新生的骨质段对比健康小香猪的骨质段,并用刀具截成适合大小的段骨,应用电子测试机,进行骨质压力强度测量,测量修复区骨段和正常骨段抗压强度。

1.3.4 术后并发症观察:术后12周,观察实验组与对照组动物并发症情况,有无皮下积液、感染、移位断裂、癫痫发生,比较两组动物并发症差异。

1.3.5 组织学观察:样本浸泡10%中心福尔马林固定48h,使用脱钙剂脱钙,用细针穿透组织,如无任何阻力时,终止脱钙,持续蒸馏水冲洗8h,常规骨组织脱水、石蜡包埋切片、苏木精液染色、烘干后显微镜下观察核浆染色、封片。

2 结果

2.1 动物颅骨顶部测量 颅全长:两前颌骨到头骨顶部的距离;眶间距:左右两侧眼眶前缘之间的距离。三组颅全长、眶间距比较,无统计学差异(P>0.05)。见表1。

表1 三组术前头颅顶部测量结果

2.2 动物大体观察 (1)正常组标本:颅骨上附着的肌肉、皮下组织等,可见纤维组织走形。颅骨完整坚固,骨组织正常。(2)材料植入8周时,对照组(A孔)修补处的自体骨与边缘骨基本衔接,可见索条状环向骨间隙走形,自体骨修补区域可见散在的斑点凸起,与周围骨组织衔接良好。实验组(B孔)修补处可见异体颅骨外板固定牢靠,无移位。环形周围可见新生的骨质组织与正常骨组织衔接。(3)材料植入12周时,对照组(A孔)自骨粉缺损修复处与颅骨弧度一致,轮廓清晰可见,骨表层无凹凸,自体骨边缘与周围骨质完全融合为一体,难以辨认出修补痕迹。实验组(B孔)颅骨外板缺损修复处颅骨外板固定牢靠,与新生骨完全融合衔接,新生骨质覆盖颅骨,形成一体,边界无凹凸,自然弧度。

2.3 硬度检测结果

2.3.1 术后8周标本取材检测骨硬度:术后8周安乐死小香猪,取材观察比较颅骨外板修补脑缺损、自体骨粉修补脑缺损与正常骨质的硬度,硬度有差异,修复缺损处的硬度达不到正常骨质,差异具有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 三组术后8周硬度值

2.3.2 术后12周标本取材检测骨硬度:术后12周安乐死小香猪,取材观察比较颅骨外板修补脑缺损、自体骨粉修补脑缺损与正常骨质的硬度,差异无统计学意义(P>0.05),修复缺损处的硬度达到正常骨质的硬度,差异无统计学意义(P>0.05)。见表3。

表3 三组术后12周硬度值

2.4 术后并发症情况 术后12周,对照组与实验组并发症情况比较,差异无统计学意义(P>0.05),见表4。

表4 对照组与实验组术后并发症情况对比[n(%)]

2.5 组织学观察结果

2.5.1 材料植入8周组织学观察:实验组骨小梁已经形成,部分骨小梁存在连接,免疫学层面观察可见新生组织骨。对照组骨小梁形成良好,骨小梁存在一定厚度,免疫学层面观察明显看见新生的组织骨。见图1。

a b

2.5.2 材料植入12周组织学观察:对照组骨小梁形成密集,骨小梁相互衔接良好,免疫学层面观察明显可见大量的新生组织骨。实验组可见致密的骨小梁,颅骨外板修复处有大量的骨细胞形成。进一步说明异体颅骨外板移植,能够促进新骨组织爬行替代并成熟,并为骨细胞的迁移提供良好的场所。见图2。

3 讨论

随着科技的进步,许多材料都曾被应用修补颅骨缺损,目前常用的修复方法有自体骨和同种异体骨移植。但是理想的颅骨修补材料不是单纯地对骨缺损进行填充,需要具备骨诱导性及骨传导性的支架达到骨再生的效果[5],具备良好的生物相容性、骨传导性、骨诱导性,足够的力学性能、生物力学适应性以及良好的材料——骨组织界面[6]。颅骨从宏观上看,主要由外板、板障和内板组成,从微观上看,外板和内板较致密,属于皮质骨。颅骨外板由密质骨组成,生物相容性强,机械强度大,不易骨折,可以抵抗打击力量。

本研究利用颅骨外板切去刀将颅骨外板分离,促进颅骨外板边缘骨质和机体自身骨质吻合衔接,提供最佳的接触表面积,提供骨细胞在植入后能沿材料爬行并进一步增殖和再生的空间,其次为新生骨组织的形成提供良好的微环境,能促进细胞的功能分化和胞外基质的分泌,降低骨溶解度,增强骨组织再生能力。

颅骨外板具备合适的厚度和解剖曲面,良好的天然弧度,容易塑形,取材方便,吸收率低,被认为是最好的材料之一[1]。颅骨外板属于膜内成骨,吸收率低,颅骨外板由密质骨组成,硬度及抗压强度大,可使用钛钉固定,移植后,修复区的骨再生能力比较强,在骨质修复区形成牢固的骨性愈合,使血液供应和邻近骨骼的固定空间充足,以允许成骨细胞迁移[7]。因此,受体部位组织的质量及移植物和颅骨之间的接触稳定性是至关重要的[10]。颅顶骨作为膜化骨,骨膜表面活性细胞较多,移植骨血液循环重建快,易于存活,抗感染能力强,再吸收量少[11],同时,也避免了并发症。异体颅骨外板修复颅骨缺损,可有效提高异体颅骨修补手术的成功率。

对颅骨骨瓣进行深冻,新鲜冰冻骨仍然可保持原始的力学性能,深冻能够促使细胞代谢活动停止,但颅骨瓣修补术前复温后骨组织生物活性恢复[10]。在深低温状态,保持正常骨组织,便于修整,利于临床实践应用。同时,基于异体基质与自体良好的协同作用,赋予了良好持久的成骨、促矿化和促骨成熟能力[11],可诱导骨形成,具备异体移植的潜力。-80℃低温能够抑制引起组织破坏的胶原酶活性和降低抗原性,对骨组织的机械强度影响也较小,移植骨的再生存活与骨传导作用和骨诱导作用密切相关,而-80℃深低温保存骨的基质中仍保持着骨诱导能力[9]。

新鲜自体骨组织来源一致,符合生理要求,具有足够强度,在避免排斥反应的同时,具有诱导骨形成,促进骨生长的作用[12]。自体骨天然的多孔间隙结构,为骨细胞的爬行生长提供支架,可以引导新骨形成[4]。自体骨粉内含有存活的骨细胞,可以直接填充缺损并转化为骨。同时,自体骨粉因相容性好,再生能力强,是临床中比较青睐的一种修补材料,也是颅骨修补材料的金标准。但是,自体骨粉来源有限,不易保存,未能在临床广泛应用。

本研究通过小香猪自体对照,实施异体颅骨外板修补术及自体骨粉修补术进行对比得出结论:异体颅骨外板移植修补术具备良好的骨相容性,通过骨膜中存活的骨细胞和周围增生的结缔组织分裂增殖,参与新骨形成[13]。符合颅脑缺损修补术后对骨细胞再生的要求。颅骨外板植入8周在硬度方面比自体骨粉弱,存在差异。然而在植入12周后,颅骨外板修复区骨质可以达到与自体骨粉修复区相同的硬度,与自身骨质的骨质硬度无差异。

综上所述,颅骨外板质地坚韧,可提供骨细胞生长所需的框架结构,为新生骨组织提供爬行和增生的轨道,植入小香猪的颅骨缺损处,修复区成骨性强。因此,应用颅骨外板移植修补颅骨缺损,能有效地促进骨再生,具有良好愈合效果,并有着更强的力学性和抗压性。