實驗性脛骨骨折愈合過程中的X線表現與骨密度、骨灰重及鈣磷元素、病理學變化的相關性分析

趙書英，張萬強，耿進朝，張景國

（中國中醫科學院望京醫院，北京　100102）

實驗性脛骨骨折愈合過程中的X線表現與骨密度、骨灰重及鈣磷元素、病理學變化的相關性分析

趙書英，張萬強，耿進朝，張景國

（中國中醫科學院望京醫院，北京100102）

目的：觀察實驗性脛骨骨折愈合過程中，X線表現與骨密度、骨灰重及鈣磷元素含量及病理變化的相關性，從而確定骨折愈合不同時期X線表現對于判定骨折愈合情況及指導臨床康復治療的意義。方法：取（250±10）g左右的大鼠60只，隨機分為2組，實驗組采用鋸開法造成脛骨骨折模型，對照組不做任何處理。在術后2周和4周兩個時間點進行采樣，測試大鼠脛骨的骨密度、骨灰重，拍攝X線片以及病理切片觀察，檢測術后2周的鈣磷含量。結果：2周時，實驗組的骨密度、骨灰重均與正常組有顯著性差異，鈣磷元素在兩組之間具有顯著性差異。X線片顯示實驗組表現出骨折線模糊，病變端密度增高，少量骨痂形成，病理學切片顯示實驗組均有新生骨小梁形成。4周時，兩組之間的骨密度、骨灰重均沒有顯著性差異，X線片顯示實驗組的骨痂明顯，病理學切片顯示骨小梁粗大，并逐步融合成板狀骨。結論：骨折愈合過程中，X線表現與骨密度、骨灰重、鈣磷元素、病理變化呈正相關，可以判定骨折愈合情況，并指導臨床康復治療。

脛骨骨折；骨折愈合；骨密度；病理學；放射攝影術

脛骨骨折是較常見的四肢骨折之一，各年齡段均可發生，對人們的生活產生明顯的影響。骨折愈合情況判定對指導臨床康復治療有重要意義，而X線檢查又是首選檢查，方便快捷，而且價格相對低廉，操作簡單，一般基層醫院均可做此項檢查。許多專家學者都通過對骨折愈合過程中骨密度、鈣磷元素等因素變化的研究，闡明了其與生物力學特性間有很好的相關性［1］，已成功應用于臨床評估愈合［2-3］。因此，通過實驗研究骨折愈合過程中X線表現與骨密度、骨灰重及鈣磷元素、病理學變化的相關性是有必要的。

1　資料與方法

1.1模型制作

取 （250±10）g左右的大鼠60只，隨機分為2組，實驗組采用鋸開法造成骨折模型，正常對照組不做任何處理。同時分為2周和4周兩個時間點進行觀察。

采用鋸開法造缺損性骨折模型。取體質量（250±10）g左右大鼠30只，0.3%戊巴比妥鈉麻醉，常規消毒下手術剝離雙側脛骨中上1/3處皮膚、肌肉、筋膜直達骨面，直視下用骨鋸在脛骨平臺下外側鋸開，骨折線應能達到骨髓腔，生理鹽水沖洗后滴加青霉素8萬單位/只，縫合傷口。術后3天，肌注青霉素8萬單位/只。

1.2模型測試評價指標

分別于造模后第2、4周每次各取15只大鼠，處死后取左側脛骨，用柯達X光機及柯達CR850拍攝處理X線片。

拍攝X線片后，將左側脛骨標本從骨折水平再完全鋸斷，上半部分進行骨密度及鈣磷元素、骨灰重測試，下半部分進行病理學觀察。

骨密度測試：使用美國LUNAR公司DTXA骨密度儀，為保證數據的科學性，我們對各組脛骨標本截取相同幾何尺寸，逐個掃描，采集數據。

鈣磷元素測試：原子吸收法。主要儀器及設備：Agilent 7500ce電感耦合等離子體質譜儀。霧化器：Babington高鹽霧化器；霧化室：石英雙通道，Piltier半導體控溫于（2±0.1）℃；矩管：石英一體化，2.5 mm中心通道；樣品錐：Ni材質錐；分析模式：全定量；氧化物＜0.6%，雙電荷＜3%。Milli-Q超純水系統（Millipore，Bedford MA）；試劑：標準貯備液：10 μg/mL混合標準溶液（含有待測的4種元素），標準溶液系列由標準貯備液逐級稀釋配得，介質為5%Merk級硝酸。內標溶液：10μg/mL銠，錸標準溶液，稀釋為1μg/mL，介質為5%Merk級硝酸（HNO3）：優級純（Merck）；調諧溶液：10 ng/mL鋰、鈷、釔、鈰、鉈混合標準溶液（2%硝酸介質）（Agilent，Part#5184-3566）；超純水（18.2 MΩ），由Milli-Q超純水系統制得，用于配置所有標準溶液與樣品溶液。樣品處理：精確稱取0.050 0 g樣品，用5%Merk級硝酸定重至50 mL PET塑料瓶中混勻。隨同樣品進行空白試驗。待測元素同位素的選擇及ICP-MS儀器參數：在優化實驗條件下，對樣品消解液進行分析測試，選擇待測元素的同位素以103Rh作為內標進行本實驗的測定。ICPMS儀器全自動調諧給出儀器的工作參數，滿足靈敏度、背景、氧化物、雙電荷、穩定性要求等各項指標。

骨灰重測試：①取1組標本將其烤干，用電子天平（型號：PD303-E）稱重得到質量值為干重。②再將烤干的標本骨放香氏電子爐 （型號：JK-SX2-4-10N，上海精學科學儀器有限公司生產）中在800℃高溫下燒6 h后，得骨灰用電子天平稱重，記錄質量值；③干重質量/骨灰質量=骨灰重，比值越高，說明含鈣量越高。各組重復以上操作步驟。

1.3數據處理及統計學分析

使用SPSS 11.0統計軟件對2周及4周的骨密度、鈣磷元素、骨灰重數據進行統計分析，使用方差分析和t檢驗，對比兩組數據的相關性。

2　結果

2.1骨密度分析

在進行農業技術推廣的過程中，農業技術推廣站起著重要的作用。因此，為了促進農村地區的發展必須重視農業技術的推廣，應該加大對經費的投入力度，不斷提升農業技術人員的專業技能和水平。只有這樣，農業技術推廣站才能將科技成果向著生產力轉變，進而實現農業的發展，農民收入的提升，最終實現鄉村的振興。

2周骨密度：正常組為0.221 7±0.030 5，實驗組為0.196 3±0.018 0，P＜0.05，可見實驗組與正常組之間有顯著性差異。

4周骨密度：正常組為0.206 5±0.024 3，實驗組為0.207 8±0.013 8，兩組之間沒有顯著性差異。

2.2骨灰重分析

2周骨灰重：正常組為0.650 1±0.035 4，實驗組為0.623 4±0.021 0，P＜0.05，可見實驗組與正常組之間有顯著性差異。

4周骨灰重：正常組為0.651 4±0.026 1，實驗組為0.640 1±0.017 6，兩組之間沒有顯著性差異。

2.3鈣磷元素分析

2周元素Ca：正常組為384 140.499±6 780.850，實驗組為355 241.672±3 717.757，P＜0.01，可見兩組之間有顯著性差異。

2周元素P：正常組為214 014.108±4 660.424，實驗組為190 291.713±3 392.515，P＜0.01，可見兩組之間有顯著性差異。

2.4X線片分析

正常組無骨折線及骨痂影（圖1）。實驗組：2周時X線攝片可見骨折線模糊，少量骨痂形成（圖2）。4周時X線攝片可見骨折線更加不清晰，大量骨痂形成（圖3）。實驗組在2周、4周時觀察骨折線模糊，密度逐漸增高及骨痂形成逐漸增多，它們之間骨質改變差異明顯。

2.5病理學觀察

正常組：密質骨呈板層狀，骨陷窩中有骨細胞，結構完整（圖4，5）；骨組織無缺損，結構正常。實驗組：2周時骨折處可見新生骨小梁，呈網狀，骨小梁骨陷窩內充盈骨細胞，成骨活躍，骨小梁邊緣可見大量立柱狀成骨細胞附著（圖6）。4周時，可見骨小梁粗大，小梁間隙縮小并逐步融合形成板層骨（圖7）。

3　討論

骨折，即骨及骨附屬組織的連續性斷裂。骨折X線表現及愈合分期如下：①肉芽組織修復期：骨折修復早期，骨折1周內。骨折后斷端積血，血腫機化。X線：見骨折線由清晰漸漸模糊。②骨痂形成期：1～2周，內外骨痂開始形成；2～3周：X線見外骨痂，然后見中間骨痂；4～5周，內外骨痂將骨折兩端連接，達臨床愈合。③骨痂愈合期：骨痂繼續骨化，骨髓腔被高密度骨小梁填塞，骨折線消失需3～12月。④骨痂塑型期：骨小梁重建，多余骨痂被吸收，骨結構和形態恢復正常。

圖1　正常組。大鼠正常脛骨X線片，骨皮質、骨小梁連續，無骨折線。Figure 1.The control group.The X-ray films of normal rat tibia show that the bone cortex and trabeculae are continuous without fracture line.

圖2　實驗組。2周X線片，骨皮質、骨小梁中斷，骨折線模糊，少量骨痂形成。Figure 2.　The experimental group.X-ray films after 2 weeks of fracture show that the bone cortex and trabeculae are broken with fuzzy fracture lines and a little callus.

圖3　實驗組。4周X線片，骨皮質、骨小梁中斷，骨折線模糊，大量骨痂形成。Figure 3.The experimental group.The X-ray films after 4 weeks show that the bone cortex and trabeculae are broken with fuzzy fracture lines and much callus.

圖4　正常密質骨呈板層狀。　圖5　骨陷窩中有骨細胞。　圖6　骨折2周時骨折處可見新生骨小梁，呈網狀，骨陷窩內充盈骨細胞，骨小梁邊緣可見大量立柱狀成骨細胞附著。　圖7　骨折4周時，可見骨小梁粗大，小梁間隙縮小并逐步融合形成板層骨。Figure 4.　Normal compact bone is lamellar.　Figure 5.　Bone cells in the bone pit.　Figure 6.　After 2 weeks of fracture，the new bone is found in the trabeculae，and is reticular.The bone cells are filled in the bone pits.A large number of colum-like osteoblasts are attached to the edge of the bone.　Figure 7.After 4 weeks of fracture，trabecular bone becomes bulky.The trabecular gaps become narrowed and gradually merge into lamellar bone.

骨折愈合過程中存在兩種骨密度變化因素。一方面，局限性骨壞死和骨折固定后的應力遮擋效應及廢用性骨萎縮導致骨量丟失，骨密度降低。這種情況可能持續存在。另一方面，骨折端組織鈣化，內外骨痂形成使骨折端周圍的組織體積增加、骨量增加、骨密度增高。近年來，很多研究已證明：骨密度測定及其變化趨勢，可以較直觀地、客觀地反映骨折局部的結構特性，預測骨折的愈合趨勢［4］。在良好愈合情況下，骨折端骨礦密度持續增加，直到正常骨水平。本實驗在2周時間點的骨密度分析結果可見，實驗組與正常組之間有顯著性差異（P＜0.05）。4周的骨密度，各組之間已沒有顯著性差異，說明骨折已基本愈合。

在骨折愈合過程骨礦密度變化的長期觀測研究發現，不同骨折的骨愈合狀況不同，骨密度的變化也不同。而骨密度的變化主要是骨痂中的鈣磷元素的變化，在本實驗中骨折2周后Ca元素是（355241.672 ±3 717.757，），P元素（190 291.713±3 392.515），從而可分析出：兩組間差異顯著（P＜0.01）。所以骨痂中鈣和磷的含量與骨痂灰度值呈明顯的正相關，骨痂灰度、骨礦物質含量以及骨的生物力學參數之間有著明顯的相關性，它可以對骨折愈合進行綜合評價［5］。

本實驗只著重對骨痂形成期及骨痂愈合期的相關指標進行了測量及分析。由上述實驗過程以及結果可見：實驗組2周時間點的骨密度，骨灰重以及鈣磷元素均與正常組有顯著性差異；兩組的X線片檢查和病理切片結果均可以反映這種差異。4周時間點的骨密度，骨灰重分析結果顯示，各組之間均沒有顯著性差異，說明在4周以后，大鼠的脛骨骨折已經基本愈合。從病理學切片鏡下觀察可見，實驗組與4周時骨小梁的改建，板層骨的形態均稍接近正常組。

在骨折愈合過程中，骨密度值低，骨折愈合質量降低。自骨折后24 h到骨折后1周，大鼠的脛骨骨折密度無明顯變化，隨著時間的延長，其內的低密度骨折線逐漸被帶狀致密影所取代；病理學顯示尚未成骨，所以此時的帶狀致密線是由斷端骨小梁的扭曲、嵌插所致。2～6周，脛骨骨折密度逐漸增高，由不均勻逐漸趨向均勻；病理學顯示骨小梁逐漸增多，分布漸趨均勻，形態上逐漸成熟。所以，此時致脛骨骨折密度增高的因素主要在于：膜內成骨和軟骨內化骨致使骨量增加，密度增高；斷端骨小梁的嵌插致使密度增高。隨著骨折的減輕愈合，成骨逐漸的增多，骨小梁的嵌插逐漸減輕，二者的綜合作用使脛骨骨折密度增高。

在骨折愈合過程中，X線片檢查結果既可以和病理學結果相互印證，又可以和骨密度測量、鈣磷元素檢測結果相呼應，因而它們之間密切相關。X線片可以通過對脛骨骨折的密度變化的分析對脛骨骨折及其愈合進行評判，進而可為人類骨折愈合時間的判斷提供一定的理論依據。但還存在兩方面不足：一方面是鋸開法制造骨折有較大間隙，與真實骨折有差別，今后的實驗設計中可考慮選擇折骨造成閉合骨折模型的方法來研究，或許更接近真實骨折發生機制及改變；另一方面由于鼠脛骨在解剖結構和生物力學等方面與人類有一定不同，所以要通過鼠脛骨骨折愈合的程度來評判人類脛骨骨折的愈合程度，還需要在以后繼續深入研究［6］。

在臨床實際工作中，分析病人骨折端的鈣磷元素、做病理切片都是不現實、難以實施的檢查方法，而X線片檢查及骨密度檢測已經非常普及、技術成熟，而且無創，可為人類骨折愈合時間判斷提供一定的理論依據。因此，在今后的診治工作中，可以進行2種檢查，把結果綜合起來分析骨折愈合情況，能為臨床提供更準確的骨折愈合情況，并指導臨床康復治療。

［1］Tselentakis PG，Owen PJ，Richardson JB，et al.DEXA-scan can be used to determine fracture stiffness of callotasis segments［J］.J Bone Joint Surg（Br），1996，78（s）：135-138.

［2］Maffulli N，Cheng JC，Sher A，et al.Bone mineralization at the callotasis site after completion of lengthening［J］.Bone，1999，25（3）：333-338.

［3］Tselentakis G，Owen PJ，Richardson JB，et al.Fracture stiffness in callotasis determined by dual-energy X-ray absorptiometry scanning［J］.J Pediatric Orthop（Part B），2001，10（3）：248-254.

［4］王維彬，韓大成，張培訓，等.兔脛骨平臺骨折愈合中的骨密度變化［J］.中國組織工程研究與臨床康復，2011，15（26）：4854-4856.

［5］鮑善芬，趙霖，劉玉杰，等.金屬銅對骨折愈合作用的實驗研究［J］.中華外科雜志，2002，40（7）：538-542.

［6］張淑嫻，郭新全，孫西河，等.兔椎體骨折愈合過程的X線、MRI表現與病理學變化對照研究 ［J］.中國臨床醫學影像雜志，2007，18（8）：559-562.

Relevance analysis among X-ray image and bone density,ash weight,calcium and phosphorus element in the healing process of experimental tibial fracture

ZHAO Shu-ying，ZHANG Wan-qiang，GENG Jin-chao，ZHANG Jing-guo
（Wangjing Hospital of CACM，Beijing 100102，China）

Objective：To observe in experimental tibial fracture healing process，the X-ray appearance and bone density，ash weight，calcium and phosphorus element content changes，so as to determine the X-ray features at different periods of fracture healing and to guide clinical rehabilitation treatment.Methods：Sixty rats of（250±10）g were randomly divided into 2 groups.Sawing accident was used to cause defect in the tibial fracture model in the experimental group.Control group received no treatment.Sampling was taken 2 weeks and 4 weeks after surgery to get X-ray films and bone density，ash weight，calcium and phosphorus element.Content of calcium and phosphorus was taken 2 weeks after operation.Results：After 2 weeks，bone density and ash weight，calcium and phosphorus element content showed significant difference betwee two groups. On X-ray films，the experimental group showed fuzzy fracture line，higher density lesions in the end and a small amount of callus formation.The pathology proved new bone trabecular formation.After 4 weeks，bone density and ash weight showed no significant differences between two groups.In the experimental group，callus was obvious on X-ray film.The pathology proved the trabecular bone became bulky and gradually merged into trabular bone.Conclusion：During fracture healing process，X-ray features are positively correlated with bone density，ash weight，calcium and phosphorus element content and pathological changes，which can determine fracture healing and guide clinical rehabilitation.

Tibial fractures；Fracture healing；Bone density；Pathology；Radiography

R683.42；R814.41

A

1008-1062（2015）10-0736-04

2015-03-27；

2015-04-20

趙書英（1974-），女，北京人，主治醫師。

耿進朝，中國中醫科學院望京醫院放射科，100102。

國家自然科學基金面上項目（批準號：81373801）。