脊髓损伤后异位骨化形成机制的临床与动物实验研究

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目的:   1.分析脊髓损伤后异位骨化患者的临床资料,探讨脊髓损伤后异位骨化发生的相关危险因素。   2.建立脊髓损伤后异位骨化动物模型,观察异位骨化形成过程中血清碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)含量变化及局部组织bFGF和骨形态发生蛋白-2(BMP-2)的表达,探讨脊髓损伤后异位骨化的形成机制,为早期预防、诊断及治疗异位骨化提供理论依据。   方法:   1.分析121例脊髓损伤后异位骨化患者(HO组)临床资料,并与未发生异位骨化(无HO组)的脊髓损伤患者进行比较,探讨脊髓损伤后异位骨化发生的相关危险因素。   2.为建立脊髓损伤后异位骨化动物模型,10只新西兰兔行胸10水平脊髓完全横向切断术,右后肢膝关节伸直位石膏外固定,每天去除石膏,连续被动屈伸膝关节,每周6次,每次5分钟(屈伸膝关节300次),连续5周。X线检查异位骨化形成情况,同时检测右后肢局部皮肤温度及肢体肿胀度变化,第5周末将兔处死,取骨化区行组织学检查。   3.观察成骨诱导因子bFGF和BMP-2在异位骨化形成过程中的表达。74只健康雌性新西兰兔,体重2.5~3.0kg,随机分为脊髓损伤(SCI)组、假手术(Sham)组、脊髓损伤后训练(SCI+T)组、单纯训练(T)组、正常对照(Control)组。SCI组行胸10水平脊髓完全横向切断术;Sham组仅打开椎管,不损伤脊髓;SCI+T组在胸10水平脊髓损伤的基础上行右后肢膝关节伸直位石膏固定并间歇被动活动双后肢,共5周;T组仅打开椎管不损伤脊髓,其余处理同SCI+T组;Control组不作处理。除对照组外,其余各组新西兰兔分别于术后7天、14天、21天、28天和35天行双后肢X线检查,了解异位骨化形成情况。所有新西兰兔分别于术后3天、7天、14天、21天、28天和35天采取静脉血,酶联免疫吸附法检测血清bFGF含量。SCI+T组及T组新西兰兔,分别于术后7天、14天、21天和35天各处死7只,取右后肢股四头肌,免疫组织化学法观察局部组织bFGF及BMP-2表达,同时行组织学检查及图像分析。   4.所有数据用SPSS12.0统计软件进行处理,采用t检验、x2检验、相关分析、方差分析及Logistic回归等方法进行统计分析。   结果:   1.临床研究显示,本组脊髓损伤患者异位骨化发生率为11.8%。HO组患者中完全性瘫痪者、四肢瘫痪者及痉挛性瘫痪者比例较高,统计学差异非常显著(P<0.01)。HO组患者脊髓损伤主要位于颈段及中胸段,与无HO组相比有非常显著性差异(P<0.01)。HO组患者脊髓损伤主要为ASAA级和ASIAB级,与无HO组相比有非常显著性差异(P<0.01)。痉挛性瘫痪改良AshworthⅡ级以上者异位骨化发生率较高,统计学差异非常显著(P<0.01)。脊髓损伤后第4周,异位骨化患者与无异位骨化患者血清碱性磷酸酶差异无显著性(P>0.05);脊髓损伤后第8周和第12周,异位骨化患者血清碱性磷酸酶高于无异位骨化患者(P<0.01)。   2.脊髓损伤的基础上,应用膝关节伸直位固定并间歇被动活动的方法,术后第5周术,10只新西兰兔右后肢均诱导出异位骨化,成功率为100%。X线检查发现新生成的异位骨位于股骨前方伸肌群中。   3.异位骨化形成过程中,新西兰兔右后肢出现肿胀、局部皮肤温度升高,表现与临床上异位骨化症状类似。术后第5周末,异位骨组织学检查与临床上观察到的异位骨化组织学表现类似,呈典型分带现象,内层包含大量增生肉芽组织,中层有丰富的骨样组织,外层有骨质沉积。   4.X线检查发现,SCI+T组和T组新西兰兔右后肢出现异位骨化,其余新西兰兔未有异位骨化。各时间点SCI+T组和T组新西兰兔右后肢出现的异位骨化例数未有区别。组织学检查发现,术后第21天,SCI+T组新西兰兔局部组织内软骨细胞数量较T组增多,差异有显著性(P<0.05)。   5.术后各时间点,Sham组与Control组相比,血清bFGF含量差异无显著性(P>0.05)。SCI组术后第3天血清bFGF含量略有升高,第14天达到高峰,35天时降至正常。T组术后第3天血清bFGF含量无明显变化,7天时血清bFGF含量升高,28天时降至正常。SCI+T组术后第3天血清bFGF含量明显升高,第14天达到高峰,35天时降至正常。术后3天、7天、14天、21天和28天,SCI+T组与SCI组或T组相比,血清bFGF含量明显升高(P<0.01)。   6.术后7天、14天和21天,SCI+T组与T组相比,bFGF阳性细胞计数较多(P<0.01),术后35天两组差异无显著性(P>0.05)。术后7天和14天,SCI+T组与T组相比,bFGF平均目标灰度值较低(P<0.01),术后21天和35天两组差异无显著性(P>0.05)。相关分析显示,术后7天和14天,SCI+T组血清bFGF与局部bFGF具有相关关系。   7.术后14天和21天,SCI+T组与T组相比,BMP-2阳性细胞计数较多(P<0.01),术后35天两组差异无显著性(P>0.05)。术后14天,SCI+T组与T组相比,BMP-2平均目标灰度值较低(P<0.01),术后21天和35天两组差异无显著性(P>0.05)。   结论:   1.完全性脊髓损伤、四肢瘫痪及痉挛性瘫痪是脊髓损伤后异位骨化发生的主要危险因素。脊髓损伤神经功能分级为ASIAA级和ASIAB级者容易发生异位骨化。脊髓损伤在颈段及中胸段者容易发生异位骨化。痉挛性瘫痪改良AshworthⅡ级以上者容易发生异位骨化。血清碱性磷酸酶升高对于早期珍断异位骨化有重要意义。   2.胸10水平脊髓完全横断的基础上行膝关节长期固定并间歇被动活动可以建立异位骨化动物模型。   3.脊髓损伤后异位骨化的形成机制可能有以下几个方面:①被动训练造成的软组织损伤在异位骨化形成中起重要作用,局部高表达的bFGF可能参与了异位骨化的形成;②脊髓损伤后血清bFGF含量增加,可以促进局部bFGF表达增强,增强其诱导成骨效应;③内源性BMP是异位骨化形成的关键。BMP的作用主要是在异位骨化早期促进骨原细胞向软骨细胞和成骨细胞方向分化。
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