关键词: 骨质疏松症;骨折;弹性模量;极限强度
摘 要:目的 探讨骨质疏松骨折愈合过程中骨痂局部生物力学性能的变化. 方法 利用SD大鼠骨质疏松胫骨骨折模型，测量了骨痂局部弹性模量和极限强度的变化. 结果 骨质疏松骨折愈合过程中，弹性模量和极限强度均随着骨折愈合过程的进行而增加，在骨折后35d编织骨完全形成后，极限强度与非骨折组相比无明显差别，而弹性模量有明显差别;而两者在同一时间点与正常骨折组相比均无明显差别. 结论 骨质疏松骨折骨痂局部的弹性模量及极限强度的变化模式与正常骨折骨痂相比无明显差别.
Keywords:osteoporosis;fracture;elastic modulus;maxi-mum intensity
Abstract:AIM To research the changes of the biomechanics of the local bone callus in the process of osteoporotic bone healing.METHODS The elastic modulus and maximum in-tensity in the local callus were measured using osteoporotic tibial fracture model.RESULTS The values of elastic mod-ulus and maximum intensity increased with the proceeding of the osteoporotic bone healing.There were significant differ-ence in the maximum intensity but not in the elastic modulus at fracture day35compared with the non-fracture group.But there was no significant difference at the identical time points between two groups.CONCLUSION There may be no sig-nificant difference in the changing model of the elastic modu-lus and the maximum intensity between the osteoporotic and normal groups.
0 引言
骨质疏松（osteoporosis，OP）后，皮质骨和松质骨的生物力学性能均发生了改变［1］ :骨皮质变薄，骨弹性下降，骨脆性增加，骨小梁变得纤细，骨小梁的完整性和连续性下降，甚至发生微损害，骨骼的生物力学性能均下降.骨折后，骨骼的支撑负重功能随之丧失，但随着骨折的愈合，结构的再生和修复，其生物力学性能也逐渐恢复［2］ .然而，有关骨质疏松骨折后骨痂局部生物力学性能发生的变化，尚缺乏相关研究.本实验对骨质疏松骨折后骨痂局部生物力学性能的改变进行了研究，这不仅有助于深入了解骨质疏松骨折愈合过程，而且对临床具有一定的指导意义.
1 材料和方法
1.1 材料
所有实验动物选用纯种SD雌性大鼠，体质量250～450g（由本校实验动物中心提供），年龄在6～9mo之间，共120只，随机分为骨质疏松组（Vox）及假手术对照组（Sham）.每组又分为非骨折对照组及骨折组（骨折组以骨折后7，14，21，28和35d各分为5组），每组10只.10g L-1 戊巴比妥钠（40mg kg-1 ）腹腔麻醉下经背侧切口，Vox组行双则卵巢切除术;Sham手术组做双侧卵巢暴露，即关闭切口.术后2mo，腹腔麻醉下先用0.5mm齿科钢丝行胫骨髓腔内固定术，立即用专用大鼠骨折器于大鼠双侧胫骨中段造成闭合性骨折.分别取骨折后7，14，21，28和35d正常骨折及骨质疏松性骨折组胫骨标本，于BLR型生物力学测试机（北京科学仪器厂）上进行三点弯曲载荷的测定，以骨痂中点为三点弯曲的支点，两侧加载点跨距20mm.测定时胫骨标本放置的方向、位置等保持相对一致，以减少系统误差.
1.2 方法
1.2.1 骨痂局部弹性模量（Ef ）的测定 取不同时间段骨折模型全长胫骨，在生物力学测定仪上测定致使骨痂局部断裂的最大应力等指标，根据以下公式计算出弹性模量:Ef =ΔP L
3 （48Ixc Δy）-1 ，［L:跨距，单位:mm;ΔP:载荷变量，单位:N;Ixc :轴惯性矩，毫米的四次方（mm 4 ）;Δy:载荷作用截面的挠度，单位:mm，Ef :弹性模量，单位:MPa］.
1.2.2 骨痂局部极限强度（σf ）的测定
取不同时间段骨折模型全长胫骨，在生物力学测定仪上，进行三点应力测定致使骨痂局部断裂的最大应力，根据以下公式计算出极限强度:σf =Pmax L Yc （4Ixc ）-1 ，［Pmax :最大载荷，单位:N;Yc:形心轴至测试点的距离，单位:mm;Ixc :轴惯性矩，单位:mm4 .σf :极限强度，单位:MPa］.
正常对照采用正常组与骨质疏松组非骨折胫骨进行比较.实验对照采用正常组与骨质疏松组骨折胫骨进行比较.
统计学处理:骨折组同一时间点组间数据及同组不同时间点数据通过SPSS统计软件进行方差分析（ANOVA），非骨折组Vox与Sham组间数据进行均数t检验.
2 结果
2.1 骨痂局部弹性模量
见Tab1.表1 骨质疏松组骨痂局部弹性模量（略）
2.2 骨痂局部极限强度
见Tab2.表2 骨质疏松组骨痂局部极限强度（略）
3 讨论
正常骨折骨痂局部以及骨质疏松后骨骼的生物力学变化，国内外已有相关研究［3-5］ .骨折愈合过程是机体内典型的创伤修复反应，随着骨折愈合过程的进行，骨折断端之间逐渐被结构和来源均为复合性的结缔组织所填充连接，由于其组织类型、成分及结构的变化，其生物学特性也随之发生着变化:骨痂局部的生物力学特性逐渐恢复，抵抗不良应力的能力增强，至内外骨痂在骨折断端间形成骨性连接，骨痂局部的生物力学性能也基本恢复. 本实验中，正常骨折骨痂局部的弹性模量和极限强度均随着骨折愈合过程而增加，弹性模量分别在骨折后14d和28d有显著性增加，但在骨折后第35日，骨折端已完全被编织骨所替代，弹性模量未能恢复到骨折前水平;极限强度也在骨折后14d和28d有显著性增加，并在骨折后35d已恢复至接近非骨折水平，这与以前的研究结果相符合［3］ .相比较而言，弹性模量较极限强度恢复的程度相对较慢.由于弹性模量是代表某一材料生物力学的综合特性，其结果可受到某一材料多方面因素的影响，如:材料的形状、测试点的截面积，材质的均匀性以及受力的方向等
［6，7］ .而在骨折愈合的不同时期，骨痂局部的形状、截面积、均匀性等均发生着变化［8］ ，因此，骨痂局部弹性模量的恢复过程相对缓慢.即使在编织骨已完全形成阶段，由于骨痂的塑形尚未完成，骨痂局部的形状，截面积、均匀性等与正常相比尚有差别［9，10］ ，故其弹性模量仍不能达到正常水平.骨质疏松性骨折骨痂局部生物力学的变化，尚未见文献报道.我们实验发现，骨质疏松性骨折骨痂局部生物力学特性的变化，在弹性模量和极限强度方面与正常骨痂相比，其变化模式相似，极限强度在骨折后35d已恢复至接近正常水平，但弹性模量仍未恢复至正常水平;同一时间点骨质疏松组与正常组相比无明显差别.由于我们实验采用的是6～9mo的去势雌性大鼠，属于高代谢型骨质疏松模型［11，12］ ，以前的实验发现，具有成骨作用的细胞因子基因表达增强［13-15］ ，因此，我们发现的骨质疏松性骨折骨痂局部的弹性模量和极限强度在均数值上比正常骨痂较高，应与骨质疏松性骨折后相对增强的骨形成作用有关.但是否与破骨细胞活性的增强有关，尚需进一步的研究证实.
骨质疏松骨折愈合过程中，弹性模量和极限强度两项生物力学指标均随着骨折愈合过程的进行而增强.虽然与正常骨折愈合过程相比，在不同时间段两者在数值上无显著性差异，但骨质疏松组相对均较正常组高，因此，在骨质疏松性骨折愈合过程中，局部骨痂的生物力学性能也至少是与正常相同的.这提示，在临床上，对于Ⅰ型骨质疏松性骨折患者，无论采取外固定或内固定治疗，无须延长外固定时间或术后开始功能锻炼的时间.相反，由于骨折常可引起局部以及临近部位的骨质疏松，因此，骨质疏松性骨折后更应注意早期的功能锻炼，以免进一步加重骨质疏松症，进而增加再次骨折的危险性.
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