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编号:10253168
张应力对深筋膜显微结构影响的组织化学研究
http://www.100md.com 《中国矫形外科杂志》 2000年第8期
     作者:采华 王晓滨 王海强 黄耀添 赵黎 高宏 王军

    单位:采华(第四军医大学西京医院儿科);王晓滨(海军第313医院外科);王海强 黄耀添 赵黎 高宏 王军(第四军医大学西京医院全军骨科研究所,西安 710032)

    关键词:肢体延长;张应力;筋膜;组织化学

    中国矫形外科杂志000816 摘 要 目的:探讨肢体延长中张应力对深筋膜显微结构的影 响。方法:建立兔胫骨延长模型,取材后进行组化染色,观察显微结构变化,并进行图象分 析和统计学处理。结果:正常深筋膜在横切面上为三层结构,纵切面上呈波浪形排列。延长 后,各组基本保持了此特点,2mm/d的深筋膜胶原纤维有破坏和增生修复,厚度变薄(P <0.01);1mm/d者,10%延长率变化不明显,厚度无差异(P>0.05),20%延长率有增生 ,厚度增加(P<0.01)。结论:不同速度及延长率对深筋膜显微结构均有影响,2mm/d的 速度可致结构破坏。
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    中图分类号 R686.3 文献标识码 A 文章编号 1005-8478(2000)08-0780-03

    Experimental Investigations of the Histochemical Changes of Deep Fa scia of Leg During Limb Lengthening

    WANG Hai-qiang,HUANG Yao-tian, ZHAO Li, et al

    (Institute of Orthopaedics,Xi-Jing Hospital,Fourth Military Med ical University,Xi'an 710032)

    Abstract Objective: To investigate the histochemical c hanges of deep fascia of leg in response to the Tension-Stress Principle during limb lengthening.Methods:Tibia lengthening animal model was established in rabbi ts.The deep fascia samples were studied by histochemistry staining.Image analysi s and statistic analysis were applied.Results:In the cross sections,the normal d eep fascia was consisting of three layers.While in the longitude sections,it was consisting of wavy collagenous fibers.After limb lengthening,the fascias of eac h group kept the normal three layers in the cross sections.The fascias of each g roup kept the normal three layers in the cross sections.The fascias distracted a t a rate of 2mm/day showed injuries of collagenous fibrers and regeneration to r epair the injuries.And the thickness of the fascias was thinner than the normal one (P<0.01).While the changes of fascias distracted at a rate of 1mm/day w ere not so dramatic,especially the lengthening rate of 10%.The thickness of fascias was thicker.The difference was not statistically significant(P>0.05)und er the l engthening rate of 10%.Conclusions:The distracting rate and frequency both affec t the structure of fascia.The rate of 2mm/d leads to injuries of structure of fasc ia.
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    Key words Limb lengthening Tension-Stress Fascia Hi stochemistry

    缓慢牵伸活组织产生一种应力,可刺激和保持某些组织的再生和活跃生长,Ilizarov 称此为张应力原理[1,2],组织在缓慢而稳定的牵伸作用下,发生细胞代谢和生 化功能的活化而活跃生长,这种情况的组织生长称为牵伸性组织发生(distraction histoge nesis)。此原理已广泛应用于肢体延长,畸形矫正,骨不连等的治疗,其相关的基础研究, 包括张应力对骨、肌肉、血管、神经、肌腱影响的研究均有报道,而深筋膜在肢体延长中的 变化则知之甚少。本文以组织化学的方法研究张应力对深筋膜显微结构的影响。

    1 材料和方法

    1.1 动物模型的建立 健康成年新西兰大白兔20只,建立双侧胫骨骨干近端截骨、肢体延 长模型。用单臂外固定架,在胫骨内侧以胫骨近段截骨部为中心,上螺纹钉。截骨采用多处 钻孔、闭合折骨的方法,具体操作为在胫骨近段内侧截骨的部位切一小口,切开皮肤,直至 骨膜,以电动骨钻在同一平面多处钻孔,以钻透对侧皮质为宜,钻3~4个孔后,以手法由外 侧折骨,听到清亮的骨折声,再旋转远侧肢体,以确认完全骨折。此时腓骨已折断,以不锈 钢丝标记胫骨前外侧深筋膜。闭合骨膜和皮肤,行外固定架固定。20只兔中,2例胫骨斜行劈裂,3例为空白对照(Control),3例为标准对照(Sham,即只上外固定架而不延长),其余12 只随机的分为A、B、C、D四组,(见表1)。
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    表1 动物分组 延长速度

    延长率

    10%

    20%

    1mm/d

    A组

    B组

    2mm/d

    C组

    D组

    1.2 肢体延长 手术后2h即可自由活动。术后7d,开始延长。外固定架有可移动的滑槽杆 ,可借螺母在螺杆上的移动而延长肢体。经标定螺母,拧一圈,延长1mm。每天延长2个增量 (12hr1次),直至延长到预定的延长率。
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    1.3 标本的制备和结构的观察 4组兔在其相应的延长率的时间点取材。取材时注意筋膜的 方向性。

    1.3.1 组织化学 取下的标本经10%中性福尔马林固定,由组织块随机的沿筋膜的纵向和横 向切片,切片行HE染色,Masson三色染色以显示筋膜中的胶原纤维,Alcian blue 8GX(Sigm a 公司产品)染色[3]以显示筋膜中细胞外基质中糖胺聚糖(Glycosaminoglycans), 即以pH5.8的含有不同浓度的Mgcl2的Alcian blue 8GX染液染色,其中Mgcl2浓度梯度 为0.06、0.3、0.5、0.9M,在不同的浓度对应不同的细胞外基质中糖胺聚糖成分的着色 ,在Mgcl2浓度为0.9M为硫酸角质素,0.5M为硫酸角质素和硫酸肝素,0.3M为硫酸角质素 、 硫酸肝素和硫酸软骨素,0.06M显示的透明质酸、硫酸肝素、硫酸角质素和硫酸软骨素。

, 百拇医药     1.3.2 图象分析 在不同组的Masson三色染色切片上随机的选取6个视野,以我所建立的图 象分析系统,测量深筋膜的厚度,比较各组深筋膜厚度的差异,并进行统计学处理(ANOVA) 。

    2 结果

    光镜下,正常深筋膜(即空白对照组未延长的深筋膜)的横切面由三层结构组成,包括两边两 层致密结缔组织(靠近皮肤侧的D1层和靠近肌肉的D2层)和中间一层疏松结缔组织(L层) ,D1和D2中细胞成分较多,呈长梭形,其中D2层的细胞成分多于D1层,L层中细胞 成分较少。Masson三色深筋膜呈蓝色,L层染色较D1和D2层染色深;Alcian blue染色深 筋膜为天蓝色,D1和D2层染色较L层染色深,在0.06、0.3、0.5M的Mgcl2浓度下 深 筋膜着色,而在0.9M的浓度下不着色。在纵切面上,胶原纤维为波浪形排列,其中间以少量 的梭形纤维细胞。标准对照组筋膜结构无变化,亦未见炎性细胞浸润。
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    肢体延长后,深筋膜基本保持了横切面的三层结构,其中A组深筋膜结构变化不明显,B组深 筋膜中D2层细胞增多,排列较正常深筋膜疏松,为短梭形;C组与D组深筋膜的结构发生了 显著变化,其中C组的L层中胶原纤维有破坏,该区域成纤维细胞明显增多,而相邻的区域内 胶原纤维增生明显,筋膜显著增厚,纵切面上胶原纤维沿应力方向平行排列,D1层细胞排 列疏松、紊乱;D组深筋膜中L层基本为增生的胶原纤维排列,D1层结构破坏,三层结构已 不太明显。Alcian blue染色Mgcl2浓度梯度着色与正常深筋膜相同,亦在0.9M的浓度下不 着色。图象分析结果见表2。

    表2 各组筋膜厚度的比较 组别

    筋膜厚度(像素)

    正常组(对照组)

    58.39±1.01
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    A组

    63.37±5.57*

    B组

    69.27±6.00**

    C组

    42.00±9.38**

    D组

    42.50±6.32*

    表中各组与正常组相比,*P>0.05,**P<0.01。

    3 讨论

    深筋膜属纤维结缔组织,由纤维细胞和/或成纤维细胞及细胞外基质构成,细胞外基质是结 缔组织中细胞外的间质成分,由细胞外基质蛋白和糖胺聚糖构成。其中,细胞外基质蛋白的 成分有胶原蛋白、纤维粘连蛋白、层粘连蛋白、板层蛋白、细胞外粘连蛋白等,糖胺聚糖由 硫酸软骨素、硫酸角质素、硫酸肝素和透明质酸等成分构成。研究细胞外基质中胶原和糖胺 聚糖各成分的方法,前者可用Masson三色,而后者可用Alcian blue染色。
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    在这方面,Ilizarov[2]对不同延长速度和频率下犬的组织形态学研究表明,正常 筋膜在光镜下胶原纤维呈现出波浪型排列,以1mm/d,每24hr和6hr一个增量延长的筋膜,其 胶原纤维有失去了原有的波流型排列,而呈沿应力方向排列,此变化28d较14d时更明显;2m m/d的延长速度引起的结构改变更为明显。Zhao[4]报道了胫骨延长率20%对兔深筋 膜的显微结构的影响,发现肢体延长前后深筋膜在光镜下呈“三明治”样结构,即深筋膜由 两边两层致密结缔组织和中间的疏松结缔组织构成,在1.3mm/d和2.7mm/d的速度下筋膜的结 构发生了显著变化,前者中间一层疏松结缔组织中血管增多,后者则表现出破坏的征象。

    本文是从组织化学的角度研究了深筋膜细胞外基质在肢体延长前后显微结构的变化,发现牵 伸速度2mm/d引起深筋膜结构的破坏,随着肢体延长率的增加,损伤渐为增生的成纤维细胞 修复;牵伸速度1mm/d深筋膜结构无明显损伤。Alcian blue染色表明牵伸前后的深筋膜均由 透明质酸、硫酸肝素和硫酸软骨素组成,且不含硫酸角质素。
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    在组织形态的定量方面,本文的图象分析以相同的放大倍数下各组切片的不同视野采集到的 信息,测量其所包含的像素的多少来比较筋膜的相对厚度。通过统计分析表明,B组厚度较 对照组增厚,C组和D组较对照组薄,且有显著差异(P<0.01);A组与对照组无显著差异 。而且,牵伸速度为1mm/d和2mm/d的两个延长率间无明显差异。此结果证实了形态方面的变 化,即2mm/d的速度引起筋膜内组织的破坏而厚度变薄;1mm/d的速度下,10%的延长率筋膜 结构变化不明显,而20%的延长率筋膜内有增生的变化而厚度增加。

    肢体延长动物模型建立的关键在于截骨,截骨部位常选在成骨潜能高的区域,如干骺端或骨 干,而骨干截骨部位分为骨干近端、远端和中段。Shirai[5]等指出骨干近端在成 骨和新生骨的扭转强度方面明显优于远端截骨,本文动物模型采用骨干近端截骨。

    截骨方法分闭合折骨术,横行截骨术和皮质骨截骨术三种。闭合折骨术可依据折骨技术(仪 器)的不同分为闭合弯曲折骨和闭合螺旋或斜行折骨,前者骨折线为横行,后者为螺旋或斜 行。这两种方法保持了骨膜及骨周组织、骨髓和髓内血管的完整性,对骨及软组织损伤小, 但其技术要求高,较费时且骨折线不易控制,因而尚未广泛采用。横行截骨术采用开放骨膜 的方法,于骨膜下将骨及骨髓横断。皮质骨截骨术则是以上两种方法的结合,即开放的骨膜 下皮质骨截骨,辅以旋转折骨以确认骨的完全离断。本文采用的截骨方法与以上的几种不完 全相同,即采用多处钻孔,闭合折骨的方法,通过钻孔而降低骨的强度,继而以对侧骨为支 点折骨,并旋转远侧肢体确认骨的横断。其操作并不复杂,对骨及软组织的损伤小,已在临 床上用于治疗膝内翻,取得较好的疗效。
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    本课题受陕西省自然科学基金资助(基金编号:98SM43)

    作者简介:王海强(1974-),男,河南籍,助教,医师,硕士 。研究方向:肢体延长、骨与关节损伤。

    参考文献:

    〔1〕 Ilizarov GA.The tension-stress effect on the genesis and g rowth of tissues.Part Ⅰ.The influence of stability of fixation and soft-tissue preservation[J].Clin Orthop 1989,238:249-281.

    〔2〕 Ilizarov GA.The tension-stress effect on the genesis and g rowth of tissues.Part Ⅱ.The influence of the rate and freqence of distraction[ J].Clin Orthop 1989,239:263~285.
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    〔3〕 Scott JE,Dorling J.Differential staining of acid glycosamin oglycans(mucopolysaccharides)by Alcian blue in salt solution[J].Histochemie 1 965,5:221~33.

    〔4〕 Zhao L,Gregg-Smith SJ,Simpson AHRW,et al.A histo-patholog ical study on the fascia subjected to a variety of distraction rates in a rabbit model[J].J Bone Joint Surg,1996,78B:Supp Ⅰ:42.

    〔5〕 Shirai H,Abe M,Nagaoka T,et al.Appropriate osteotomy site a nd number in limb lengthening[J].Clin-Orthop.1997 Mar(336):308-17.

    (收稿:1999-12-13 修回:2000-03-09), http://www.100md.com