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股骨头缺血性坏死(avascularnecrosisoffemoralhead,AVNFH)是一种发生在髋关节的棘手疾病。近年来年轻患者的发病率呈进行性的增加,其坏死病变呈进展性,大多数因骨小梁折断而致股骨头塌陷,关节间隙变窄,导致骨关节炎发生,最终都需要行全髋关节置换,而过早进行全髋关节置换会带来不少更困难的问题,所以要在股骨头缺血坏死早期对其进行促进微血管增生和新骨形成的有效治疗,从而延缓髋关节置换手术。
目的:本研究就是利用rhBMP-2能诱导未分化的间充质细胞不可逆的分化形成软骨和骨而促进骨愈合的生物学作用和纤维蛋白胶良好的生物相容性及降解性的生物学特性,制作以纤维蛋白胶(FibrinsealantFS)为载体的rhBMP-2复合物。模拟临床上治疗股骨头坏死的髓芯减压法的手术过程,将复合材料置入激素诱导的兔缺血性坏死股骨头内,以探讨rhBMP-2/FS复合材料对股骨头坏死早期的治疗作用。
方法:成年健康白兔54只,分为两组,激素组46只连续肌注地塞米松(2.5mg/kg.d);对照组8只连续肌注生理盐水;分别在4周、8周,每组中各随机挑选4只动物,取双侧股骨头进行大体及组织形态学观察。大剂量地塞米松肌肉注射8周后进行股骨头MRI检查,筛选激素性股骨头坏死动物模型,死亡的部分动物不纳入实验。剩余的造模成功后的36只新西兰大白兔随机分成3组,手术切开一侧髋关节囊,在头颈交界处钻孔减压,清除部分坏死组织,植入材料:A组12只,植入rhBMP-2/FS复合物;B组12只,单纯植入rhBMP-2;C组12只,作为空白对照,单纯钻孔,不作充填。术后4周,从各组中随机选取6只处死,12周行核磁检查后再处死剩余动物,分批取样本行大体及HE染色后光镜观察,骨钙含量测定,并进行数据分析。
结果:MRI检查结果:激素组注射8周后,股骨头T1W1出现混杂不均信号,有长T1短T2改变,呈现线状、片状及不规则断裂影;术后8周,A组(Fig8)股骨头内T1W1原低信号明显减弱,原孔道缺损腔消失,被新生骨所取代,呈明显的短T1、短T2;B组、C组(Fig10-11)两组腔内大部分仍为低信号表现有少量的新生骨,但量较少。
术后钙含量测定:术后4周、8周,A组钙含量(5.44±1.06ug/mg、8.57±3.88ug/mg)明显高于B组(2.36±0.24ug/mg、3.27±2.41ug/mg)和C组(2.23±0.42ug/mg、2.52±0.29ug/mg),A组与B、C两组比较,差异有显著性(P<0.01),B组和C组之间差异无显著性。
病理学观察结果:激素注射后4周,光镜下见激素组骨小梁间距增宽,骨小梁变纤细,甚至断裂、降解,空骨陷窝增多,成骨细胞明显减少,骨髓腔内可见脂肪堆积,红细胞外渗,纤维组织增生。8周骨的吸收明显,软骨下骨板变得菲薄,并出现中断和缺失,软骨下区髓腔明显扩大,出现骨髓坏死、溶解。空骨陷窝率计数:激素组4、8周的平均空骨陷窝率分别为(32.2%±4.3%、46.6%±6.6%),与对照组(11.8%±2.6%、12.1%±2.8%)相比,差异具有显著性(P<0.01,P<0.01)。术后4周,A组:,材料填充区空腔面积明显减小,可见大量编织骨、新生毛细血管、幼稚骨细胞及髓腔组织;B组和C组:填充区骨缺损明显,有少量骨小梁存在,骨小梁排列紊乱,无一定方向性,缺损区中央为纤维组织,新生毛细血管少见。术后8周,A组:填充区基本消失,有大量相对较成熟的骨小梁及板状骨并存,大部分骨小梁较正常骨小梁粗排列不够规则,表面有较多的成骨细胞,可见较成熟的骨髓组织;B组和C组:填充区有所缩小,中心部仍为纤维组织,在交界区可见散在的骨样组织及岛状软骨组织。
结论:长时间、大剂量注射激素可以成功建立ANFH模型。FS是BMP的理想载体,具有良好的生物相容性和生物降解活性,FS复合BMP后对BMP的生物活性无不良影响,并具有缓释BMP的作用,从而延长了BMP发挥生物学效应的作用时间。FS/BMP-2复合材料具有较强的诱导成骨活性,对股骨头缺血性坏死具有修复作用。