骨牵张术修复犬下颌骨高速投射物伤性骨缺损的实验研究
作者：田磊 ,何黎升，刘瑞峰，任常群
【摘要】 目的 研究应用双焦点骨牵张术Ⅰ期修复下颌骨高速投射物伤性骨缺损的可行性。方法 6只犬以多功能生物撞击机的二级撞击机系统致伤，清创后即刻植入钛质内牵张器，7天后开始骨牵引，速率为1mm/d，0.5mm/次，2次/d，连续10天。在牵张结束后的2、4、10周分别行大体观察、X线片检查、苏木精?伊红染色(HE染色)组织学观察，并测量新生骨区骨密度;在固定期10周后使用三点弯法测量牵引区的抗弯强度并进行骨密度测量，均以未致伤侧下颌骨作为对照。结果 所有实验动物都顺利完成下颌骨牵张，伤口愈合良好，平均下颌骨牵张长度为(9.62±0.7)mm。放射线观察显示：固定期10周后，牵引区已无明显的透光区，有皮质骨形成。组织学观察：牵张结束后即可见牵张骨端边缘有少量新生骨形成，牵张区充满胶原纤维组织;固定期10周后,牵引区两端骨小梁呈网状，基本平行于牵引长轴，可见形成的成熟皮质骨。三点弯法测试牵引区抗弯强度结果牵张组的常温抗弯强度和骨密度与对照组抗弯强度均无统计学差异。结论 骨牵引术Ⅰ期修复犬下颌骨高速投射物伤骨缺损是可行的，新骨形成依靠膜内成骨和软骨成骨两种方式，新生骨质经放射线、组织学观察与正常骨质类似，抗弯强度好。
【关键词】 颌面损伤;火器伤;骨牵张
Abstract: Objective To study the feasibility of rehabilitation of mandible defect injured by high velocity projectile by the way of instant bifocal distraction osteogenesis in dogs.Methods Six dogs were injured by secondary impact system of the new multifunctional bio?impact on maxillofacial region.The titanium distractors were implanted into the injured canine mandible after debridement.The distractors were stretched 0.5mm each time and two times each day for 10 days consecutively.New bone formation was examined by X?ray,histological observation,bone densitometry and in the way of gross observation at different time after fixation period.And 3?point bending test was used to assess its mechanical property.Results The mandibles were lengthened 9.62mm on average in experimental group,and new bone formation was obviously without bone nonunion and deformity healing.In X?ray examination,bone defect was connected by new bone and trabecula could be observed after 10?week fixation.In histological section,new bone was obvious and lamellar bone could be seen as well as mature cortex.And there were no statistical differences in bending strength and bone density between the experimental and control groups(P>0.05).Conclusion It is feasible to rehabilitate canine mandible defect due to high velocity projectile by distraction osteogenesis instantly.The new bone is formed mainly by the way of intramembranous ossification.
Key words:maxilofacial trauma;firearm wound;distraction osteogenesis
1992年McCarthy等首先成功地将骨牵张技术(DO)应用于先天性颅面部发育不良的下颌骨缺损的，此后，骨牵张技术已经成为修复颌骨缺损的一种重要手段。目前一般认为骨膜是骨牵张中骨痂形成的最主要的因素，新骨形成多来自骨膜的骨化，软骨成骨出现极少，完整地保留骨膜是骨牵张时做皮质切开的操作原则之一。但在颌面部火器伤性骨缺损时，骨膜(包括骨内膜)可能被严重破坏或缺损，且火器伤造成组织出现坏死区、挫伤区和振荡区，其血供受到很大的影响，再生能力较一般创伤差[1，2]。虽然国内外也有采用Ⅰ期原位骨牵张技术治疗火器伤骨缺损的报道[3，4]，但都局限于四肢长骨，火器伤性颌骨缺损能否用骨牵张术来Ⅰ期修复目前还缺乏研究。本实验以已经建立的高速投射物伤性下颌骨缺损为实验模型[5]，对骨膜损伤情况下能否应用双焦点骨牵张术修复颌骨缺损进行了研究。
材料与方法
1 实验动物与分组
杂种狗6只(第四军医大学动物试验中心提供)，体重15.5～19.2kg，实验前1周进行驯养，实验前3天连续测体温、脉搏、呼吸，经统计学分析个体间无明显差异;以未致伤侧下颌骨为对照组。
2 实验方法
2.1 动物准备 实验动物肌肉注射846麻药合剂(解放军兽医大学，1.5ml/kg)麻醉，右侧下颌区剪毛备皮，动物俯卧于致伤架上。
2.2 致伤方式 使用新型生物撞击机的生物高速投射装置，采用二级驱动方式致伤。动物距离二级发射管口10mm，调节高压气室压力为1.0MPa，投射物为钢珠，质量2g致伤，投射物平均初速度为(757.6±19.4)m/s，致伤后所有动物肌注青霉素G l0万U和硫酸庆大霉素0.1g，以后每天2次给予同样剂量，共用7天。
2.3 干预措施
手术操作在无菌条件下实施，动物致伤后迅速放置于手术台上，在右侧下颌骨下缘上1.0cm处横行切口，切口经过伤道，长度约7～8cm;切开皮肤、皮下、肌层至骨膜上，用生理盐水反复冲洗伤道,清除伤道内可见异物、凝血块、污染坏死组织及游离碎骨片,尽量止血，清创后测量骨缺损范围为20mm×10mm大小。在骨缺损区近心端设计骨转移盘10mm×10mm，先用电动细裂钻在截骨线上打孔，将孔连成线，完成皮质骨切开术(corticotomy)，将小骨凿置入截骨线内，轻轻敲入，使转移盘能够有明显的活动度但不至于游离。制作转移盘时注意保护转移盘内的血管束及骨髓不受破坏，尽可能的保留转移盘的骨膜，使转移盘做成带血供的骨块(图1)。在转移盘和其近心端骨质上安放内置式钛制牵张器(骨牵引器为自行设计，由西安中邦钛生物材料有限公司制造)，骨牵开器以钛单皮质螺钉固定。安装好牵拉器, 调节牵拉器关节, 将截开骨皮质的两部分下颌骨对位、对线, 骨面密切接触固定,冲洗手术创腔，分层缝合骨膜、肌层、皮下和皮肤。牵引器的加力杆自犬耳下下颌骨升支后方的皮肤处穿出。实验组动物术后当天即开始拧动加力杆行骨牵引，每次牵引0.5mm，2次/d，牵引10天，至转移盘与另一侧骨断端接触时结束。结束牵引后仍以牵引器固定10周。在牵张期间，实验动物每日检查伤口，应用抗生素预防感染，加强动物喂养，给予软食喂养，10天后拆除伤口缝线或任其自行脱落。
3 主要观察指标
3.1 牵张结束后的2、4、10周分别行X线片检查，观察骨质愈合、改建情况。
3.2 牵张完成后和固定期2、4、10周时分别处死动物，4%多聚甲醛灌注固定后下颌骨标本脱钙，切片苏木精?伊红染色(HE染色)做组织学观察。
3.3 取固定10周的下颌骨标本，将下颌骨自中线处锯开，标本舌侧面统一向下，置于盛有深度为5cm生理盐水的盒内，采用美国 Lunar公司的DPX?LQ型DEXA及其小动物软件Lunar SmartScan TM标本检测系统测定实验侧新生骨骨密度，条件：电压=76kVp，电流=150μA。在扫描后的骨显像上，检查区域为下颌骨下缘牵开区。
3.4 使用三点弯法测量牵引区的抗弯强度，均以未致伤侧下颌骨做为对照。测试前记录下牵引区骨质和对照组相应区域骨质的宽、高和压槽的跨度(20mm)。将所得的最大受力值也进行记录，由三点弯强度公式，可计算抗弯强度，抗弯强度=3×最大受力值×跨度/(2×宽×高2)，所用的仪器为无锡建筑材料仪器机械厂生产的DKZ25OOO型电动抗折试验机。
4 统计学处理
实验数据经SPSS10.0统计软件包处理，结果用均数±标准差(±s)表示，采用Student t检验和χ2检验判定组间差异显著性，取P值为0.05。
结 果
1 一般情况
6只实验动物全部存活，术后进流食顺利，无明显痛苦表现，未见感染，颌下区切口均Ⅰ期愈合拆线。1只实验犬术后5天发现下颌升支后方牵张器加力杆穿出皮肤处有清凉液体流出，伤口无明显感染，考虑为术中将加力杆穿出时可能损伤腮腺，造成涎瘘，以过氧化氢、生理盐水清创后，在加力杆附近缝扎5针，症状消失。所有牵引器无松脱发生。
2 大体及影像学观察
所有实验动物都顺利完成下颌骨的牵张，上下颌骨位置正常，咬合关系良好，骨缺损区口内牙龈黏膜完好。骨牵开器固位良好。骨质缺损侧下颌骨手术区皮肤、肌肉、骨膜各层组织愈合良好。取下下颌骨后观察见转移盘运动有少量颊向倾斜，盘后牵引区形成新生骨质，外观和硬度类似正常骨质，舌侧皮质骨完整连续，颊侧皮质骨形成较舌侧略差，转移盘前端有新生骨质，以下缘处明显，但未形成完整的骨连接，与缺损区前端的骨质之间形成纤维连接，厚约4mm。盘后牵引区的新生骨质的高度和厚度基本满意，未见明显的缩颈现象，平均的下颌骨牵张长度为(9.62±0.7)mm。不同时间点的放射线观察显示：固定期2周可见牵引区为中央透光区，其边缘模糊，已有新骨形成迹象，透光区边缘见细长的针状钙化影顺牵张方向排列;固定期4周，牵引区的密度明显增高，两侧已被较成熟的骨结构取代。针样、片状结构消失，可见类似骨小梁结构出现;固定期10周，牵引区已无明显的透光区，被成熟的骨结构取代，可见明显的骨小梁结构，沿牵张方向排列，有皮质骨形成，结构类似于正常骨，转移盘前端与缺损远端骨质连接处仍为透光区(图2)。
3 组织学观察
牵张结束后观察见牵拉间隙中有大量的纤维组织生成,血管较丰富，无明显炎性反应，可见大量的纤维细胞和成纤维细胞,血管周围充满间质细胞。成纤维细胞梭形或狭长,沿牵拉方向排列。在牵拉间隙两侧,胶原束已形成,和牵拉轴方向一致平行排列,胶原束由两侧向牵拉间隙中央纤维组织内长入, 牵张骨端边缘有少量新生骨形成，出现早期较细的骨小梁,骨小梁表面有成骨细胞出现，牵张区充满胶原纤维组织(图3)。
固定期2周观察见牵引区两端有大量成骨细胞聚集,其下有类骨质聚集形成的骨小梁雏形,骨小梁多数沿牵引长轴排列,其间有大量毛细血管增生,破骨细胞数量较多。牵引区中心还可见软骨岛，有位于空白陷窝内的软骨细胞，骨小梁内也有骨陷窝形成,骨细胞出现，骨陷窝和骨细胞已呈规则状均匀排列。仍可见纵向排列的条束状胶原,继续矿化改建成骨小梁;骨小梁间距离仍较宽,其间被纤维组织填充，但明显减少,此时的骨结构排列仍差,血管较粗且丰富,部分编织骨向板层骨转化,骨基质胶原排列逐渐变得规则、致密。
延长完成10周时,牵引区两端骨小梁呈网状,较粗,仍然基本平行于牵引长轴。可见幼稚的哈佛氏系统,管腔粗大，破骨细胞仍然可见,成骨细胞数量开始减少，编织骨逐步被改建成成熟的板层骨,外骨膜下编织骨已为板层骨取代,逐步形成成熟的皮质骨(图4)。
图2 固定期10周X线检查，可见牵引区已经成骨 图3 牵张结束后牵张间隙内充满胶原纤维组织(HE ×40) 图4 固定期10周，牵张区内可见较成熟的骨小梁(HE ×40)4 骨密度检查
骨密度测量结果见表1。新成骨骨密度(BMD)经方差分析，实验组与对照组之间未发现统计学差异。
5 三点弯法测试牵引区抗弯强度结果
牵张组的常温抗弯强度(bending strength，BS)为(156±11.3)MPa，对照组抗弯强度为(173±15.4)MPa，统计学分析显示两组比较P>0.05，无统计学差异(见表2)。表1 骨密度测量结果表2 常温抗弯实验数据
讨 论
由于在火器伤污染创面内禁忌植骨,因此,火器伤骨缺损的存在很大困难[6] 。目前常规的治疗方法是,初期清创后不修复骨缺损,用外固定器械来维持缺损间隙，待软组织创伤痊愈,后期再行植骨填充。此方法疗程很长,多次反复手术增加了手术并发症发生的机会,骨折端屡受干扰也降低了骨愈合的成功率,伤区长期无法正常活动使其功能障碍的发生率增加，而且火器伤往往造成软组织的大量缺损，愈合后会形成严重的瘢痕组织，对Ⅱ期植骨提出了更高的要求，也使植骨的成功率下降。许多作者对火器伤骨缺损的治疗方法进行了探讨。Evans等[7]延期采用带血管蒂的骨肌皮瓣移植方法,一次性完成骨缺损重建和软组织覆盖过程,缩短了疗程。何黎升等[8]用带血管蒂的髂骨瓣修复火器伤性下颌骨缺损也取得了成功，但这种方法对供区损害较大,且需要长时间复杂的显微外科操作，增加了操作难度和手术风险。骨牵引技术成功引入颌骨缺损修复中以后，显示了巨大的优势和良好的前景，但对于修复火器伤性的颌骨缺损，目前仍未见报道。Sullivan等[9]提出在火器伤骨缺损治疗中,牵引患肢到必要的长度,用带锁髓内钉来维持其长度直至骨折愈合。但其骨折端之间存在较大距离的骨缺损增加了骨不连的发生率。外固定器技术应用于骨缺损的治疗,主要包括骨传导技术(bone transport,BT) 和骨压缩牵张技术(compression distraction,CD) ,两种方法均需在骨干骺端另作切口截骨,增加了患者的创伤,而且未见其在火器伤骨缺损中应用的报道。章亚东等[3]使用Ⅰ期骨牵张技术来修复犬肢体火器伤骨缺损，获得了成功。国外也有采用原位骨牵张技术治疗火器伤骨缺损的报道[4]。火器伤颌骨缺损的Ⅰ期原位骨牵张技术在临床上具有明显的优越性，此技术不需要骨移植，避免了骨移植长时间的爬行替代过程;术后不需限制颌骨的功能活动，能最大限度的保存颌骨功能。Ⅰ期颌骨牵张术在火器伤初期处理时即可实施，减少了手术次数，缩短了疗程，简化了操作。而且伴随着骨折愈合、完成骨延长的过程，软组织也被一起延长，同时修复了软组织缺损，可取得明显优于传统方法的疗效。但在火器伤严重损毁骨膜(包括骨内膜)的条件下，骨牵张的成功是否具有内在必然性和普遍适用价值有待于进一步探讨，此方面的研究也有利于加深对骨牵张机制的理解和指导骨牵张术的临床操作。为此，本实验利用内置式牵张器Ⅰ期修复犬下颌骨高速投射物性骨缺损，发现牵张区新生骨的组织学表现类似于正常骨，抗弯强度与正常骨组织无差异，显示利用骨牵张术Ⅰ期修复颌骨火器伤性骨缺损是可行的。
DO可分为4期[10]:(1)纤维形成排列期：发生于牵拉期,胶原纤维增生且随牵张定向排列,这是组织学的一个特点;(2)膜内骨化期：自牵拉末开始,纤维组织出现骨基质沉积,骨小梁形成直至骨重建开始后的一段时间;(3)骨重建期：自牵拉后第4周左右开始,新骨重建开始,破骨细胞活动活跃,骨新生与骨吸收同时存在;(4)骨成熟期：哈佛系统形成,板层骨出现,此期直至1年以后新生骨完全改建成熟。新沉积的新生骨矿化程度较低,而接近断端处的骨组织显示有较高的矿化程度,骨组织致密且细胞和血管少。DO愈合过程似与骨折愈合不同,骨折愈合骨痂排列紊乱,牵张生成的骨依牵张方向纵行排列,新骨形成的质和量取决于固定的坚固程度、骨髓和骨周软组织及血供损伤程度、牵张的速率和频率,而截骨线的方向及牵张延长的方向决定了成骨的方向和形态。DO的新骨形成方式主要是膜内成骨,成骨为向心性,骨生长由逐渐牵张刺激而产生,因此骨生长的方向取决于张力方向,DO的组织学表现分为胶原模板形成、牵张区矿化、骨联合及延长的骨段改建等阶段，骨形成是一个动态过程。在本实验中观察到骨缺损端骨膜组织具有一定的成骨能力，在牵张形成的新骨中占有优势地位，但也发现了成骨区有散在的软骨岛，主要位于牵张成骨区的中央处，这可能与火器伤性骨损伤时，骨外膜血管受损比较严重，导致局部低氧环境，血管来源的间充质细胞在低氧条件下向软骨细胞转化，而形成软骨成骨方式。本实验观察到骨缺损区的碎骨片表面有明显的新生骨形成，提示在骨膜严重损伤情形下，碎骨片表面的细胞可能也出现向成骨细胞分化而形成新骨。
以往修复颌面部火器伤组织缺损时，往往需要转移临近的组织瓣修复缺损区，或者利用显微外科的技术，应用吻合血管的游离组织瓣或者复合瓣来修复。虽然后者保证了血供、增强了组织愈合能力和抗感染能力，使早期清创修复成为可能，但是对于患者而言，需要增加一次供区手术的痛苦，而且也会遗留供区的畸形，加之显微外科技术需要专业培训后才能掌握，这些都成为治疗火器伤组织缺损的瓶颈。在骨牵张延长时, 软组织不是简单地被牵张,肌肉、神经、血管和皮肤也都再生延长[10]。这一点在治疗火器伤性组织缺损时极为有利，利用骨牵张技术，不仅可以延长骨，还可以一同延长被损毁的皮肤、肌肉、血管和神经。这就免去了供区手术的痛苦，而且降低了手术风险和术后感染的概率。对于火器伤后大面积组织缺损的修复，组织牵张技术(distraction histogenesis,DH)是一种新的思路和方法。
【】
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