【doc】实验性骨痂延长骨愈合的超微结构研究

【doc】实验性骨痂延长骨愈合的超微结构研究 实验性骨痂延长骨愈合的超微结构研究 上海第二医科大学 ActaUniversitati~Medicina[isSecondaeShanghai 一实验性骨痂延长骨愈合的超微结构研究船;, 上海第二医科大学附属第九人民医院骨科(200011)黄劲松侯筱魁V朱振安盛为 —,—,,,—, 摘要实验~Anizarov式外固定架固定山羊左胫骨,在其中段作骨膜下横形截骨.两周后开始牵拉延 长,每天1mm,连续30d动物定期取材,作光镜及透射电镜观察.实验结果从形态学上证实了截骨后持续缓慢 牵拉,对形成中的骨痂施以轴向的张应力,能刺激细胞增殖及代谢活动,使截骨端间获得完全的骨愈合.作者 认为:除成骨细胞外,成纤维细胞可能在骨痂延长骨愈合过程中起着重要作用. 莘;概 骨痂延长术(callotasis)是在长骨的骨干部位 截骨后延迟一段时间再对形成中的骨痂进行持续, 缓慢的轴向牵拉.骨痂在此牵拉延长过程中得以生 长和改建,最终在牵拉问琼中形成新生皮质骨…. 本实验通过透射电镜对这一比较特殊的骨愈合过程 中的细胞及其超微结构变化特征进行了连续的观察. 材料与 动物及分组选用成年青山羊1O只,麻醉后在 无菌条件下用医用克氏针交叉贯穿左胫骨,以四环 Ilizarov式外固定架稳定固定.然后在中间两环之 间作左胫骨前内侧切口,纵形切开并环形剥离骨膜, 用线锯作骨膜下横形截骨后缝合骨膜及皮肤.术后 动物分笼饲养,延迟两周后开始牵拉延长,每日延长 1ram,连续30d.术后1周,2周,延长开始后1周,2周, 延长结束及结束后2,4,8,12,16周取材. 光镜观察动物按期取材,截取延长段及截骨 端骨痂标本经常规处理后作石蜡包埋,切片,HE染 色,在OlympusBH一2型生物显微镜下观察. 透射电镜观察麻醉下活体取材,截取延长段 骨外膜及骨内膜处约3mm×2mm大小骨痂标本,迅 速固定,并经脱钙,锇酸后固定及乙醇逐级脱水后, 用环氧树脂618定向包埋.作超薄切片,双重染色后, 在H一600透射电镜下观察. 结果 实验动物胫骨延长长度为3cm,延长率约为 黄劲松:男.1971年3月出生.住院医师,硕士 国家自然科学基金资助项目(39370682) 15,20.大体观察见延长侧胫骨较对照侧显着 增长,增粗,尤以延长段明显. 光镜观察 截骨术后:呈出血及炎性反应表现.延长l,2周: 主要表现为两截骨端间有大量纤维组织生成.骨外 膜侧有小梁状骨痂由截骨端向牵拉间隙长人.髓腔 侧截骨端间则有大量纵行纤维组织出现,可见丰富 的棱形或狭长形成纤维细胞样细胞(图l延长结束 时:骨外膜侧的新生小梁骨增多,并与发生在髓腔侧 的部分小梁骨互相连结,呈稀疏的编织骨样牵拉间 琼中纤维组织已较致密,部分区域向类骨质转化.偶 可见散在软骨岛.延长结束后2,4周:新生小粱骨相 互连接成网状,直径逐渐增粗(图2).其表面有成骨 细胞出现,胞体较丰满.延长段的纤维组织中,有许 多区域可见向类骨质转化,移行.延长结束后8,16 周:延长段充满新生小梁骨,并逐渐向板层骨转化, 纤维组织少见至16周时延长段已接近于正常皮质 骨. 透射电镜观察 在电镜下我们主要观察在皮质骨截骨延长过程 的不同时期,各种细胞及其超微结构的变化,包括细 胞的数量,成分,形态,细胞器的功能状态及周围基 质的胶原生成等情况.截骨术后1,2周:截骨端间血 舯形成.内含炎性细胞.其中成纤维细胞数量较多, 具有细小突起,细胞质内有丰富的粗面内质网,层状 排列并明显扩大,细胞周围有具640,~周期明暗带 的胶原纤丝分泌.延长过程中:细胞成分,数量均十 分丰富,可见大量细胞密集排列在一起,其长轴方向 一 致,并呈功能活跃,代谢旺盛表现(图3)0众多成纤 维细胞呈梭形或狭长形,胞质内线粒体丰富,嵴排列 紧密(图4胞内许多粗面内质网扩张成池,内古中 黄劲抡等实验性骨痴延长骨愈台的超檄结构研究 等电子密度的溶胶原,并向胞外分泌细胞四周有大 量胶原纤丝.在某些标本中,还可见到少量具扇蛤样 细胞膜的软骨细胞.延长结束后1,2周:部分成纤维 细胞仍保持活跃的分泌功能,部分成纤维细胞被自 身分泌的胶原纤丝包围,逐渐固缩,胞内细胞器隐没 (图5).另有部分成纤维细胞被胶原纤丝,骨样组织 包围后形成一个隐窝,隐窝内的成纤维细胞胞质内 粗面内质网明显减少胞核异染色质浓集,部分细胞 膜突起,伸入周围基质中(图6).表明这些成纤维细 胞可能向骨细胞演变.此阶段在某些骨表面有大量 成骨细胞成层排列细胞体形丰满,胞内有众多线粒 体及粗面内质网.周围有丰富的胶原纤丝延长结束 后4,8周:成骨细胞多见,体形圆胖,细胞器丰富随 着新骨组织的不断沉积,成骨细胞被包围,并逐渐向 骨细胞演变.此后,随着新骨组织的不断沉积骨改 建的进行.有成熟的哈佛氏系统形成. 围1延长2局牵拉间隙中,骨外膜侧小粱骨及髓腔侧纵形纤维组织,可见大量成纤 维细胞(HE×150) 围2延长结束后2田新生小粱骨成网状结构(HE×60) 围3延长过程中细胞密集排列,其长轴方向一致×8000 围4延长过程中成纤维细胞呈狭长形.胞质内线粒体丰富,晴排列紧密×80DO 围5延长结束后1,2周部分成纤维细胞逐渐固螭.细胞器稳藏×6000 围6延长结束后2田部分成纤维细胞被胶原纤丝,骨样组织包围,形成隐窝×10000 讨论 传统的骨折治疗观点认为骨折断端要保持相互 接触,至少要尽可能接近.才有利于骨折的愈合.而 骨断端分离.则可能造成骨不连,骨髓腔封闭假关 节形成等.但在骨痂牵拉延长过程中,只要保持外固 定支架足够稳定,以合适的频率与速度进行牵拉延 长,最终都能获得骨愈合n.本文从超微结构水 平.对此过程进行了观察,从而对其细胞学机理进行 初步探讨 从骨痂延长骨愈合的组织形态学变化来说,本 实验主要观察到:在延长开始早期,随着牵拉的进 行.截骨端间有大量的纤维组织生成以后开始有稀 疏的编织骨出现,并逐渐致密.向板层骨转化. 根据实验结果.可发现骨痂延长后期的骨改建 过程与一般改建过程大致相同,其特殊之处主要在 于早期即牵拉延长过程中.透射电镜观察表明:在牵 拉开始后,由于施加了机械性牵拉力.延长间隙中的 细胞成分细胞增殖活动及功能状态均有其明显的 上海第二医科大学 ActaUnlversiLatlsMedlclnallsSeeondaeShahghal 特征.主要表现在三方面:1.细胞增殖活跃.在牵拉开 始后7d,细胞数量丰富,某些部位可观察到细胞密集 现象.由于牵拉作用,细胞长轴排列方向一致,往往 可看到许多形状大小相似的细胞整齐而密集地排列 在一起.2.细胞功能旺盛.各种细胞胞体内细胞器丰 富,粗面内质网数量较多,并往往扩张成池.线粒体 也很丰富,嵴排列紧密.3.细胞成分以成纤维细胞为 主.透射电镜下成纤维细胞极其多见,胞内有丰富的 粗面内质网.有的内质网中可见溶胶原样物质,这些 物质可能经分泌泡向细胞外环境分泌. 可以设想,在皮质骨截骨延长过程中,随着牵拉 的进行,截骨端间距不断增大,需要有大量细胞及细 胞介质不断再生以连接其间隙.这也是其与一般骨 折不同之处.而成骨细胞及骨细胞是由间充质细胞, 骨生成细胞相继分化谈变而来,其本身已不能再分 裂增殖,不能在较短时间内实现细胞数量的扩增,以 满足组织再生的需要. 成纤维细胞是结缔组织中最常见的细胞,能合 成分泌I型胶原及蛋白多糖,构成细胞问基质.目前, 有关其在骨折愈合过程中的作用,也愈来愈受到重 视.许多研究发现:在骨愈合过程中,成纤维细胞 不仅合成,分泌胶原,而且可以像成骨细胞及软骨细 胞一样分泌形成基质小泡及通过线粒体提供钙颗 粒,参与钙化过程.柴本甫等也观察到在骨折愈 合后阶段,成纤维细胞有两种归缩:一种是逐渐变 性,碎裂,死亡:另一种是直接演变为骨细胞.本实验 也观察到了类似现象. 因此,我们认为成纤维细胞在骨痂延长骨愈合 过程中起了重要作用,其作用至少表现在两方面:1. 在机械性张应力作用下,于延长早期不断分裂增殖, 并合成分泌丰富的胶原纤丝,从而满足了截骨端间 形成纤维组织所必需的胶原的大量需求.2.在牵拉 后期及结束之后,成纤维细胞本身亦参与了新骨形 成活动,使大量纤维骨痂最终全部为骨组织所替代. 需要指出的是以上说明成纤维细胞的作用并不 是否定了其它细胞在此过程中的作用.在本实验的 连续观察过程中,成纤维细胞.成骨细胞,成软骨细 胞,软骨细胞均有出现,说明不同细胞成分均参与了 骨愈合活动. 参考文献 1.AldegheriR,Renzi-BrivioL.AgostiniS.Thecallota— sismethodoflimblengthening.ClinOrthop,1989;241: 137 2.HizarovGA.Clinicalapp】icationofthetension—stress effectforj.岫blengthening.ClinOrthop.1990;2.50:8 3柴本甫,坜雪吼实验性骨折愈合的电镜放射自显影研究.中 华骨科杂志.1900;10(3):200 4.ChaiBF,TangXM.Ultrastructuralinvestigationof experimentalfractur~healing.Roleofosteogenesis playedbyfibroblasts.ChinMedJ.1986;99(2):126 (19卵一1O一24收稿,1997—12一l8修回) AnUltrastructuralInvestigationonExperimental CallotasisOsteogenesis HuangJinsongJHouXiaokui,ZhuZhenan,etal D印ornf0,0r岫p删d?eMPeople'sHospital ShanghaiSecondMedicalqdniversity,Shanghai0oo11) AbstractSub—periostealtransverseosteotomywasperformedatthemiddlepartoftheleft sheeptibiaafteritwasfixedwithIlizarovexterrlaIfixtor.Gradualdistractionpersistedfor30daysat therateoflmm/dayafter2weeks'delay.AftersacrificeJthesampleswereobservedby1i曲t microscopeandtransmissionelectronmicroscope.Theexperimentresultsmorphologicallydemons? tratedthatsuccessiveandslowdistractionafterosteotomycouldsubjectthefotruingcallustothe axialtensilestress,whichstimulatethecellproliferationandmetabolicactivity,andmakethe osteotomizedboneendshealedcompletely.Theauthorbelievedthatbesidestheosteoblasts,the fibroblastsmightplayanactiveroleinthecourseofcallotasisosteogenesls. Keywordscallotasisosteogenesis;ultrastructure