实验性胫骨骨折愈合过程中的X线表现与骨密度、骨灰重及钙磷元素、病理学变化的相关性分析

赵书英，张万强，耿进朝，张景国

（中国中医科学院望京医院，北京　100102）

实验性胫骨骨折愈合过程中的X线表现与骨密度、骨灰重及钙磷元素、病理学变化的相关性分析

赵书英，张万强，耿进朝，张景国

（中国中医科学院望京医院，北京100102）

目的：观察实验性胫骨骨折愈合过程中，X线表现与骨密度、骨灰重及钙磷元素含量及病理变化的相关性，从而确定骨折愈合不同时期X线表现对于判定骨折愈合情况及指导临床康复治疗的意义。方法：取（250±10）g左右的大鼠60只，随机分为2组，实验组采用锯开法造成胫骨骨折模型，对照组不做任何处理。在术后2周和4周两个时间点进行采样，测试大鼠胫骨的骨密度、骨灰重，拍摄X线片以及病理切片观察，检测术后2周的钙磷含量。结果：2周时，实验组的骨密度、骨灰重均与正常组有显著性差异，钙磷元素在两组之间具有显著性差异。X线片显示实验组表现出骨折线模糊，病变端密度增高，少量骨痂形成，病理学切片显示实验组均有新生骨小梁形成。4周时，两组之间的骨密度、骨灰重均没有显著性差异，X线片显示实验组的骨痂明显，病理学切片显示骨小梁粗大，并逐步融合成板状骨。结论：骨折愈合过程中，X线表现与骨密度、骨灰重、钙磷元素、病理变化呈正相关，可以判定骨折愈合情况，并指导临床康复治疗。

胫骨骨折；骨折愈合；骨密度；病理学；放射摄影术

胫骨骨折是较常见的四肢骨折之一，各年龄段均可发生，对人们的生活产生明显的影响。骨折愈合情况判定对指导临床康复治疗有重要意义，而X线检查又是首选检查，方便快捷，而且价格相对低廉，操作简单，一般基层医院均可做此项检查。许多专家学者都通过对骨折愈合过程中骨密度、钙磷元素等因素变化的研究，阐明了其与生物力学特性间有很好的相关性［1］，已成功应用于临床评估愈合［2-3］。因此，通过实验研究骨折愈合过程中X线表现与骨密度、骨灰重及钙磷元素、病理学变化的相关性是有必要的。

1　资料与方法

1.1模型制作

取 （250±10）g左右的大鼠60只，随机分为2组，实验组采用锯开法造成骨折模型，正常对照组不做任何处理。同时分为2周和4周两个时间点进行观察。

采用锯开法造缺损性骨折模型。取体质量（250±10）g左右大鼠30只，0.3%戊巴比妥钠麻醉，常规消毒下手术剥离双侧胫骨中上1/3处皮肤、肌肉、筋膜直达骨面，直视下用骨锯在胫骨平台下外侧锯开，骨折线应能达到骨髓腔，生理盐水冲洗后滴加青霉素8万单位/只，缝合伤口。术后3天，肌注青霉素8万单位/只。

1.2模型测试评价指标

分别于造模后第2、4周每次各取15只大鼠，处死后取左侧胫骨，用柯达X光机及柯达CR850拍摄处理X线片。

拍摄X线片后，将左侧胫骨标本从骨折水平再完全锯断，上半部分进行骨密度及钙磷元素、骨灰重测试，下半部分进行病理学观察。

骨密度测试：使用美国LUNAR公司DTXA骨密度仪，为保证数据的科学性，我们对各组胫骨标本截取相同几何尺寸，逐个扫描，采集数据。

钙磷元素测试：原子吸收法。主要仪器及设备：Agilent 7500ce电感耦合等离子体质谱仪。雾化器：Babington高盐雾化器；雾化室：石英双通道，Piltier半导体控温于（2±0.1）℃；矩管：石英一体化，2.5 mm中心通道；样品锥：Ni材质锥；分析模式：全定量；氧化物＜0.6%，双电荷＜3%。Milli-Q超纯水系统（Millipore，Bedford MA）；试剂：标准贮备液：10 μg/mL混合标准溶液（含有待测的4种元素），标准溶液系列由标准贮备液逐级稀释配得，介质为5%Merk级硝酸。内标溶液：10μg/mL铑，铼标准溶液，稀释为1μg/mL，介质为5%Merk级硝酸（HNO3）：优级纯（Merck）；调谐溶液：10 ng/mL锂、钴、钇、铈、铊混合标准溶液（2%硝酸介质）（Agilent，Part#5184-3566）；超纯水（18.2 MΩ），由Milli-Q超纯水系统制得，用于配置所有标准溶液与样品溶液。样品处理：精确称取0.050 0 g样品，用5%Merk级硝酸定重至50 mL PET塑料瓶中混匀。随同样品进行空白试验。待测元素同位素的选择及ICP-MS仪器参数：在优化实验条件下，对样品消解液进行分析测试，选择待测元素的同位素以103Rh作为内标进行本实验的测定。ICPMS仪器全自动调谐给出仪器的工作参数，满足灵敏度、背景、氧化物、双电荷、稳定性要求等各项指标。

骨灰重测试：①取1组标本将其烤干，用电子天平（型号：PD303-E）称重得到质量值为干重。②再将烤干的标本骨放香氏电子炉 （型号：JK-SX2-4-10N，上海精学科学仪器有限公司生产）中在800℃高温下烧6 h后，得骨灰用电子天平称重，记录质量值；③干重质量/骨灰质量=骨灰重，比值越高，说明含钙量越高。各组重复以上操作步骤。

1.3数据处理及统计学分析

使用SPSS 11.0统计软件对2周及4周的骨密度、钙磷元素、骨灰重数据进行统计分析，使用方差分析和t检验，对比两组数据的相关性。

2　结果

2.1骨密度分析

在进行农业技术推广的过程中，农业技术推广站起着重要的作用。因此，为了促进农村地区的发展必须重视农业技术的推广，应该加大对经费的投入力度，不断提升农业技术人员的专业技能和水平。只有这样，农业技术推广站才能将科技成果向着生产力转变，进而实现农业的发展，农民收入的提升，最终实现乡村的振兴。

2周骨密度：正常组为0.221 7±0.030 5，实验组为0.196 3±0.018 0，P＜0.05，可见实验组与正常组之间有显著性差异。

4周骨密度：正常组为0.206 5±0.024 3，实验组为0.207 8±0.013 8，两组之间没有显著性差异。

2.2骨灰重分析

2周骨灰重：正常组为0.650 1±0.035 4，实验组为0.623 4±0.021 0，P＜0.05，可见实验组与正常组之间有显著性差异。

4周骨灰重：正常组为0.651 4±0.026 1，实验组为0.640 1±0.017 6，两组之间没有显著性差异。

2.3钙磷元素分析

2周元素Ca：正常组为384 140.499±6 780.850，实验组为355 241.672±3 717.757，P＜0.01，可见两组之间有显著性差异。

2周元素P：正常组为214 014.108±4 660.424，实验组为190 291.713±3 392.515，P＜0.01，可见两组之间有显著性差异。

2.4X线片分析

正常组无骨折线及骨痂影（图1）。实验组：2周时X线摄片可见骨折线模糊，少量骨痂形成（图2）。4周时X线摄片可见骨折线更加不清晰，大量骨痂形成（图3）。实验组在2周、4周时观察骨折线模糊，密度逐渐增高及骨痂形成逐渐增多，它们之间骨质改变差异明显。

2.5病理学观察

正常组：密质骨呈板层状，骨陷窝中有骨细胞，结构完整（图4，5）；骨组织无缺损，结构正常。实验组：2周时骨折处可见新生骨小梁，呈网状，骨小梁骨陷窝内充盈骨细胞，成骨活跃，骨小梁边缘可见大量立柱状成骨细胞附着（图6）。4周时，可见骨小梁粗大，小梁间隙缩小并逐步融合形成板层骨（图7）。

3　讨论

骨折，即骨及骨附属组织的连续性断裂。骨折X线表现及愈合分期如下：①肉芽组织修复期：骨折修复早期，骨折1周内。骨折后断端积血，血肿机化。X线：见骨折线由清晰渐渐模糊。②骨痂形成期：1～2周，内外骨痂开始形成；2～3周：X线见外骨痂，然后见中间骨痂；4～5周，内外骨痂将骨折两端连接，达临床愈合。③骨痂愈合期：骨痂继续骨化，骨髓腔被高密度骨小梁填塞，骨折线消失需3～12月。④骨痂塑型期：骨小梁重建，多余骨痂被吸收，骨结构和形态恢复正常。

图1　正常组。大鼠正常胫骨X线片，骨皮质、骨小梁连续，无骨折线。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.

图2　实验组。2周X线片，骨皮质、骨小梁中断，骨折线模糊，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.

图3　实验组。4周X线片，骨皮质、骨小梁中断，骨折线模糊，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.

图4　正常密质骨呈板层状。　图5　骨陷窝中有骨细胞。　图6　骨折2周时骨折处可见新生骨小梁，呈网状，骨陷窝内充盈骨细胞，骨小梁边缘可见大量立柱状成骨细胞附着。　图7　骨折4周时，可见骨小梁粗大，小梁间隙缩小并逐步融合形成板层骨。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.

骨折愈合过程中存在两种骨密度变化因素。一方面，局限性骨坏死和骨折固定后的应力遮挡效应及废用性骨萎缩导致骨量丢失，骨密度降低。这种情况可能持续存在。另一方面，骨折端组织钙化，内外骨痂形成使骨折端周围的组织体积增加、骨量增加、骨密度增高。近年来，很多研究已证明：骨密度测定及其变化趋势，可以较直观地、客观地反映骨折局部的结构特性，预测骨折的愈合趋势［4］。在良好愈合情况下，骨折端骨矿密度持续增加，直到正常骨水平。本实验在2周时间点的骨密度分析结果可见，实验组与正常组之间有显著性差异（P＜0.05）。4周的骨密度，各组之间已没有显著性差异，说明骨折已基本愈合。

在骨折愈合过程骨矿密度变化的长期观测研究发现，不同骨折的骨愈合状况不同，骨密度的变化也不同。而骨密度的变化主要是骨痂中的钙磷元素的变化，在本实验中骨折2周后Ca元素是（355241.672 ±3 717.757，），P元素（190 291.713±3 392.515），从而可分析出：两组间差异显著（P＜0.01）。所以骨痂中钙和磷的含量与骨痂灰度值呈明显的正相关，骨痂灰度、骨矿物质含量以及骨的生物力学参数之间有着明显的相关性，它可以对骨折愈合进行综合评价［5］。

本实验只着重对骨痂形成期及骨痂愈合期的相关指标进行了测量及分析。由上述实验过程以及结果可见：实验组2周时间点的骨密度，骨灰重以及钙磷元素均与正常组有显著性差异；两组的X线片检查和病理切片结果均可以反映这种差异。4周时间点的骨密度，骨灰重分析结果显示，各组之间均没有显著性差异，说明在4周以后，大鼠的胫骨骨折已经基本愈合。从病理学切片镜下观察可见，实验组与4周时骨小梁的改建，板层骨的形态均稍接近正常组。

在骨折愈合过程中，骨密度值低，骨折愈合质量降低。自骨折后24 h到骨折后1周，大鼠的胫骨骨折密度无明显变化，随着时间的延长，其内的低密度骨折线逐渐被带状致密影所取代；病理学显示尚未成骨，所以此时的带状致密线是由断端骨小梁的扭曲、嵌插所致。2～6周，胫骨骨折密度逐渐增高，由不均匀逐渐趋向均匀；病理学显示骨小梁逐渐增多，分布渐趋均匀，形态上逐渐成熟。所以，此时致胫骨骨折密度增高的因素主要在于：膜内成骨和软骨内化骨致使骨量增加，密度增高；断端骨小梁的嵌插致使密度增高。随着骨折的减轻愈合，成骨逐渐的增多，骨小梁的嵌插逐渐减轻，二者的综合作用使胫骨骨折密度增高。

在骨折愈合过程中，X线片检查结果既可以和病理学结果相互印证，又可以和骨密度测量、钙磷元素检测结果相呼应，因而它们之间密切相关。X线片可以通过对胫骨骨折的密度变化的分析对胫骨骨折及其愈合进行评判，进而可为人类骨折愈合时间的判断提供一定的理论依据。但还存在两方面不足：一方面是锯开法制造骨折有较大间隙，与真实骨折有差别，今后的实验设计中可考虑选择折骨造成闭合骨折模型的方法来研究，或许更接近真实骨折发生机制及改变；另一方面由于鼠胫骨在解剖结构和生物力学等方面与人类有一定不同，所以要通过鼠胫骨骨折愈合的程度来评判人类胫骨骨折的愈合程度，还需要在以后继续深入研究［6］。

在临床实际工作中，分析病人骨折端的钙磷元素、做病理切片都是不现实、难以实施的检查方法，而X线片检查及骨密度检测已经非常普及、技术成熟，而且无创，可为人类骨折愈合时间判断提供一定的理论依据。因此，在今后的诊治工作中，可以进行2种检查，把结果综合起来分析骨折愈合情况，能为临床提供更准确的骨折愈合情况，并指导临床康复治疗。

［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］王维彬，韩大成，张培训，等.兔胫骨平台骨折愈合中的骨密度变化［J］.中国组织工程研究与临床康复，2011，15（26）：4854-4856.

［5］鲍善芬，赵霖，刘玉杰，等.金属铜对骨折愈合作用的实验研究［J］.中华外科杂志，2002，40（7）：538-542.

［6］张淑娴，郭新全，孙西河，等.兔椎体骨折愈合过程的X线、MRI表现与病理学变化对照研究 ［J］.中国临床医学影像杂志，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

赵书英（1974-），女，北京人，主治医师。

耿进朝，中国中医科学院望京医院放射科，100102。

国家自然科学基金面上项目（批准号：81373801）。