引导性骨再生模型中皮质骨哈弗系统再建及其作用
作者：张浩 卢世璧 王继芳
单位：100853 北京，解放军总医院骨科(张浩现在第一军医大学南方医院骨科,510515)
关键词：哈弗系统；骨再生；骨折愈合；动物，实验
中华外科杂志/980508 【摘要】 目的 观察研究引导性骨再生模型中皮质骨内哈弗系统再建及其作用。方法 成年新西兰兔24只，一侧造成桡骨的10 mm骨缺损，以硅胶管套于缺损两侧外骨膜外，分别于术后3天和1、2、3、4、6、10、12周将动物处死，标本行X线、非脱钙骨切片组织学观察。结果 哈弗系统再建的组织学表现为哈弗系统中央管管腔扩大、管壁皮质骨溶解、管腔内出现大量的成骨细胞。皮质骨内哈弗系统再建与其周围骨修复的部位相对应；皮质骨内哈弗系统再建与骨修复进程相关；哈弗系统中央管腔内的成骨细胞与周围骨修复组织中的成骨细胞相联系。结论 引导性骨再生模型中，皮质骨内的哈弗系统再建与骨修复过程密切相关。
, http://www.100md.com
Haversian remodeling in guided bone regeneration Zhang Hao,Lu Shibi,Wang Jifang.Department of Orthopedics, General Hospital of Chinese People′s Liberation Army,Beijing 100853.
【Abstract】 Objective To study the relationship between Haversian remodeling and bone regeneration in guided bone regeneration(GBR). Method 10 mm long segmental defects were created in the diaphses of one radiius in 24 rabbits.The defect was covered with silicone membrane shaped as a tube.Rabbits were killed at the 3rd day, 1st,2nd,3rd,4th,6th,10th,12th weeks.Undecalcified section was prepared for histologic examination. Result Bone resorption was seen in Haversian canal,connection between osteocytes and osteoblasts in Haversian,and connection of osteoblasts in Haversian and in callus. The process of Haversian remodeling was involved in the process of bone regeneration,just like primary bone healing.The process of Haversian remodeling and regeneration was coupled in topography,time and size. Conclusion Bone repair is related to Haversian remodeling.
, 百拇医药
【Key words】 Haversian system Bone regeneration Fracture healing Animals,laboratory
皮质骨内的哈弗系统介于内、外骨板之间[1]，哈弗系统管道也称中央管(central cannal)，内有血管、神经及少量结缔组织。哈弗系统是长骨干皮质骨的主要成分，也是皮质骨结构和功能的基本单位[2，3]。我们应用非脱钙骨切片技术研究了哈弗系统再建与引导性骨再生成骨过程的关系，旨在探讨哈弗系统在骨修复过程的作用。
材料与方法
成年新西兰大白兔24只，雌雄不限，体重1.5～2.0 kg。3%噻胺酮肌肉注射麻醉。一侧前肢常规脱毛、灭菌，于桡骨中段行40 mm切口，显露桡骨30 mm，保留外骨膜。连同外骨膜截除10 mm桡骨。应用1 mm厚的医用硅胶膜16 mm×16 mm，将两侧卷曲，缝合成管状，套于桡骨缺损两端的外骨膜外，远近端各套入3 mm。另一侧为对照侧，不施手术。
, 百拇医药
术后每周拍摄双前肢X线片。分别于术后3天和1、2、3、4、6、10、12周处死动物。以缺损为中心，连同周围软组织截取30 mm桡骨标本。70%乙醇固定3天，70%、80%、90%、95%乙醇逐级脱水及无水丙酮脱水。采用甲基丙烯酸甲酯和丁酯包埋。用JUNG-K型切骨机切出7μm的非脱钙切片，Giemsa染色，光镜下观察。
结 果
各对照组X线、组织学检查无区别。观察实验侧骨修复过程时，以隔膜为界，将引导性骨再生修复过程分为膜管内骨再生过程和膜管外骨再生过程两部分。
一、X线征象
1.膜管内骨痂:术后1周，膜管内均无再生骨痂。术后2周，桡骨近端附近中见少量骨痂。术后4周，两端均出现骨痂并相对生长，成骨尖端显示外层为一薄层皮质骨，中间为透亮区域的特殊X线征象(图1)。术后10～12周，膜管内两成骨尖端汇合，两侧透亮区域融合，髓腔再通。
, 百拇医药
2.膜管外骨痂:术后1周，膜管边缘与肌肉交界处出现外骨痂。术后2～5周，外骨痂逐渐增大。术后6周，外骨痂开始停止生长。随后，外骨痂逐渐缩小，恢复桡骨X线外形。
二、组织学观察结果
1.膜管内、外的成骨过程：膜管内成骨过程特点是成骨细胞直接成骨，即从髓腔和哈弗管内来源的成骨细胞直接形成原始骨组织，无软骨组织参与(图2)。这些骨组织不断被髓腔组织吸收，形成了吸收和成骨并存的特殊成骨现象，使膜管内两成骨尖端不断前进，直至两端汇合。膜管外骨修复过程的特点为有软骨组织参与的成骨过程，即来自皮质骨内、外骨膜的成骨细胞与周围软组织相互作用形成软骨组织、原始骨小梁，随后形成成熟的板层骨。这些骨组织也不断被吸收，最后恢复骨干的外形。
2.皮质骨内哈弗系统再建与膜管内骨修复过程的关系:术后第2周开始，在靠近各成骨组织的皮质骨内均有哈弗系统再建现象，表现为哈弗系统中央管管壁骨溶解、管腔扩大(图3)；哈弗系统中央管腔内的成骨细胞与皮质骨外各成骨组织内的成骨细胞相互联系(图4)；哈弗系统中央管腔内的成骨细胞与管壁骨细胞相互联系。
, 百拇医药
皮质骨内哈弗系统再建现象与其临近的成骨部位有着密切联系。术后2周哈弗系统再建出现在如下的皮质骨区域内：(1)与髓腔内成骨组织接触的部位(图5)；(2)与膜管外成骨组织接触的部位(图6)；(3)与膜管内成骨尖端接触的部位(图7)。
引导性骨再生模型骨修复过程中，这种哈弗系统再建活动有着明显的规律性。早期哈弗系统再建主要集中在与各成骨部位邻近的皮质骨区域，如膜管内、外的成骨部位等。随着膜管内成骨尖端的前进，这种再建活动的范围逐渐扩大，其结果使骨修复区域内的皮质骨均失去正常的板层骨结构(图8)，表现为皮质骨的板层骨结构被破坏。该现象一直持续到膜管内两成骨尖端汇合。
讨 论
本实验观察到皮质骨内哈弗系统的再建与其周围的成骨现象有着密切的联系，表现为：(1)哈弗系统再建过程与周围成骨组织在空间上相对应，如临近膜管内、骨髓腔及膜管外的皮质骨内均出现哈弗系统再建过程；(2)皮质骨内哈弗系统的再建与膜管内的骨缺损修复过程有着时间上相对应的关系，膜管内成骨过程不停止，哈弗系统再建也将继续下去；(3)哈弗系统中央管内的成骨细胞与其周围成骨组织中的成骨细胞及管壁骨的吸收过程所释放的骨细胞有着密切的联系。
, http://www.100md.com
根据实验中的皮质骨内哈弗系统再建与骨再生过程的密切关系，我们认为骨修复过程中皮质骨内哈弗系统的再建可能有以下两种意义：(1)提供成骨细胞，哈弗系统中央管内血管内皮细胞、间充质细胞及管壁骨溶解释放的骨细胞可向成骨细胞转化，而为各骨修复过程提供成骨细胞；(2)哈弗系统的骨溶解可释放各种骨生长因子，可诱导周围组织中的间充质细胞向成骨细胞转化。
本实验研究了哈弗系统再建与骨修复过程的关系，国内外类似文献较少。而且对于哈弗系统的再建与骨修复之间关系的研究仅见于骨折一期愈合模型中。骨折一期愈合模型需要许多特殊的成骨环境，如坚强内固定及骨折间隙狭小[4]等，但是其骨愈合的本质是哈弗系统的再建，即破骨细胞骨吸收和成骨细胞直接成骨[5]。本实验中皮质骨内哈弗系统再建类似于骨折一期愈合中的哈弗系统的再建活动，这种成骨现象是否可出现于其它的骨修复过程中?尚未见这方面的报道。本实验观察中发现哈弗系统再建活动与各成骨过程均有密切联系，该现象发生于无需类似于骨折一期愈合特殊成骨环境，这是否说明哈弗系统再建过程对骨修复过程有重要影响?这方面尚需要更深入研究。
, http://www.100md.com
综上所述，本实验初步研究了引导性骨再生模型中的骨修复过程与皮质骨内哈弗系统再建关系，相信这方面的研究有着广阔的基础及临床应用价值。
图1 术后4周X线观察：膜管内成骨组织外层为一薄层皮质骨，中间为透亮区
图2 术后2周膜管内成骨组织学观察：成骨细胞直接形成原始骨组织 Giemsa ×200
图3 术后2周，皮质骨内哈弗系统管壁内骨表面溶解、管腔扩大Giemsa ×200
图4 术后2周，皮质骨内哈弗系统管腔内的成骨细胞与皮质外成骨组织中的成骨细胞相联系。黑箭头示皮质骨内再建的哈弗系统，白箭头示皮质骨外的成骨组织Giemsa ×40
图5 术后2周。黑箭头示髓腔内成骨组织，白箭头示皮质内再建的哈弗系统Giemsa ×40
, 百拇医药
图6 术后2周。黑箭头示膜管外成骨组织，白箭头示皮质骨内再建的哈弗系统Giemsa ×40
图7 术后2周。黑箭头示膜管内成骨组织，白箭头示膜管内成骨尖端附近皮质骨内再建哈弗系统Giemsa ×200
图8 术后6周，皮质骨内失去正常板层骨结构Giemsa ×200
参 考 文 献
1成令忠，著.组织学.第2版.北京：人民卫生出版社，1993.300-302.
2Skedros JG,Mason MW,Bloebaum RD.Differences in osteonal micro-morphology between tensile and compressive cortices of a bending skeletal system:indications of potential strain specific differences in bone micro-structure.Anat Rec,1994,239:405-413.
, 百拇医药
3Crofts RD,Boyce TM,Bloebaum RD.Aging changes in osteon mineralization in the human femoral neck.Bone,1994,15:147-152.
4McKibbin B.The biology of fracture healing in long bones.J Bone Joint Surg(Br),1978,60:150-162.
5Simmons DJ.Fracture healing perspective.Clin Orthop,1985,200:100-113.
6Shpiro F.Cortical bone repair:the relationship of the lacunar-canlicular system and intercellular gap junctions to the repair process.J Bone Joint Surg(Am),1988,70:1067-1081., 百拇医药
单位：100853 北京，解放军总医院骨科(张浩现在第一军医大学南方医院骨科,510515)
关键词：哈弗系统；骨再生；骨折愈合；动物，实验
中华外科杂志/980508 【摘要】 目的 观察研究引导性骨再生模型中皮质骨内哈弗系统再建及其作用。方法 成年新西兰兔24只，一侧造成桡骨的10 mm骨缺损，以硅胶管套于缺损两侧外骨膜外，分别于术后3天和1、2、3、4、6、10、12周将动物处死，标本行X线、非脱钙骨切片组织学观察。结果 哈弗系统再建的组织学表现为哈弗系统中央管管腔扩大、管壁皮质骨溶解、管腔内出现大量的成骨细胞。皮质骨内哈弗系统再建与其周围骨修复的部位相对应；皮质骨内哈弗系统再建与骨修复进程相关；哈弗系统中央管腔内的成骨细胞与周围骨修复组织中的成骨细胞相联系。结论 引导性骨再生模型中，皮质骨内的哈弗系统再建与骨修复过程密切相关。
, http://www.100md.com
Haversian remodeling in guided bone regeneration Zhang Hao,Lu Shibi,Wang Jifang.Department of Orthopedics, General Hospital of Chinese People′s Liberation Army,Beijing 100853.
【Abstract】 Objective To study the relationship between Haversian remodeling and bone regeneration in guided bone regeneration(GBR). Method 10 mm long segmental defects were created in the diaphses of one radiius in 24 rabbits.The defect was covered with silicone membrane shaped as a tube.Rabbits were killed at the 3rd day, 1st,2nd,3rd,4th,6th,10th,12th weeks.Undecalcified section was prepared for histologic examination. Result Bone resorption was seen in Haversian canal,connection between osteocytes and osteoblasts in Haversian,and connection of osteoblasts in Haversian and in callus. The process of Haversian remodeling was involved in the process of bone regeneration,just like primary bone healing.The process of Haversian remodeling and regeneration was coupled in topography,time and size. Conclusion Bone repair is related to Haversian remodeling.
, 百拇医药
【Key words】 Haversian system Bone regeneration Fracture healing Animals,laboratory
皮质骨内的哈弗系统介于内、外骨板之间[1]，哈弗系统管道也称中央管(central cannal)，内有血管、神经及少量结缔组织。哈弗系统是长骨干皮质骨的主要成分，也是皮质骨结构和功能的基本单位[2，3]。我们应用非脱钙骨切片技术研究了哈弗系统再建与引导性骨再生成骨过程的关系，旨在探讨哈弗系统在骨修复过程的作用。
材料与方法
成年新西兰大白兔24只，雌雄不限，体重1.5～2.0 kg。3%噻胺酮肌肉注射麻醉。一侧前肢常规脱毛、灭菌，于桡骨中段行40 mm切口，显露桡骨30 mm，保留外骨膜。连同外骨膜截除10 mm桡骨。应用1 mm厚的医用硅胶膜16 mm×16 mm，将两侧卷曲，缝合成管状，套于桡骨缺损两端的外骨膜外，远近端各套入3 mm。另一侧为对照侧，不施手术。
, 百拇医药
术后每周拍摄双前肢X线片。分别于术后3天和1、2、3、4、6、10、12周处死动物。以缺损为中心，连同周围软组织截取30 mm桡骨标本。70%乙醇固定3天，70%、80%、90%、95%乙醇逐级脱水及无水丙酮脱水。采用甲基丙烯酸甲酯和丁酯包埋。用JUNG-K型切骨机切出7μm的非脱钙切片，Giemsa染色，光镜下观察。
结 果
各对照组X线、组织学检查无区别。观察实验侧骨修复过程时，以隔膜为界，将引导性骨再生修复过程分为膜管内骨再生过程和膜管外骨再生过程两部分。
一、X线征象
1.膜管内骨痂:术后1周，膜管内均无再生骨痂。术后2周，桡骨近端附近中见少量骨痂。术后4周，两端均出现骨痂并相对生长，成骨尖端显示外层为一薄层皮质骨，中间为透亮区域的特殊X线征象(图1)。术后10～12周，膜管内两成骨尖端汇合，两侧透亮区域融合，髓腔再通。
, 百拇医药
2.膜管外骨痂:术后1周，膜管边缘与肌肉交界处出现外骨痂。术后2～5周，外骨痂逐渐增大。术后6周，外骨痂开始停止生长。随后，外骨痂逐渐缩小，恢复桡骨X线外形。
二、组织学观察结果
1.膜管内、外的成骨过程：膜管内成骨过程特点是成骨细胞直接成骨，即从髓腔和哈弗管内来源的成骨细胞直接形成原始骨组织，无软骨组织参与(图2)。这些骨组织不断被髓腔组织吸收，形成了吸收和成骨并存的特殊成骨现象，使膜管内两成骨尖端不断前进，直至两端汇合。膜管外骨修复过程的特点为有软骨组织参与的成骨过程，即来自皮质骨内、外骨膜的成骨细胞与周围软组织相互作用形成软骨组织、原始骨小梁，随后形成成熟的板层骨。这些骨组织也不断被吸收，最后恢复骨干的外形。
2.皮质骨内哈弗系统再建与膜管内骨修复过程的关系:术后第2周开始，在靠近各成骨组织的皮质骨内均有哈弗系统再建现象，表现为哈弗系统中央管管壁骨溶解、管腔扩大(图3)；哈弗系统中央管腔内的成骨细胞与皮质骨外各成骨组织内的成骨细胞相互联系(图4)；哈弗系统中央管腔内的成骨细胞与管壁骨细胞相互联系。
, 百拇医药
皮质骨内哈弗系统再建现象与其临近的成骨部位有着密切联系。术后2周哈弗系统再建出现在如下的皮质骨区域内：(1)与髓腔内成骨组织接触的部位(图5)；(2)与膜管外成骨组织接触的部位(图6)；(3)与膜管内成骨尖端接触的部位(图7)。
引导性骨再生模型骨修复过程中，这种哈弗系统再建活动有着明显的规律性。早期哈弗系统再建主要集中在与各成骨部位邻近的皮质骨区域，如膜管内、外的成骨部位等。随着膜管内成骨尖端的前进，这种再建活动的范围逐渐扩大，其结果使骨修复区域内的皮质骨均失去正常的板层骨结构(图8)，表现为皮质骨的板层骨结构被破坏。该现象一直持续到膜管内两成骨尖端汇合。
讨 论
本实验观察到皮质骨内哈弗系统的再建与其周围的成骨现象有着密切的联系，表现为：(1)哈弗系统再建过程与周围成骨组织在空间上相对应，如临近膜管内、骨髓腔及膜管外的皮质骨内均出现哈弗系统再建过程；(2)皮质骨内哈弗系统的再建与膜管内的骨缺损修复过程有着时间上相对应的关系，膜管内成骨过程不停止，哈弗系统再建也将继续下去；(3)哈弗系统中央管内的成骨细胞与其周围成骨组织中的成骨细胞及管壁骨的吸收过程所释放的骨细胞有着密切的联系。
, http://www.100md.com
根据实验中的皮质骨内哈弗系统再建与骨再生过程的密切关系，我们认为骨修复过程中皮质骨内哈弗系统的再建可能有以下两种意义：(1)提供成骨细胞，哈弗系统中央管内血管内皮细胞、间充质细胞及管壁骨溶解释放的骨细胞可向成骨细胞转化，而为各骨修复过程提供成骨细胞；(2)哈弗系统的骨溶解可释放各种骨生长因子，可诱导周围组织中的间充质细胞向成骨细胞转化。
本实验研究了哈弗系统再建与骨修复过程的关系，国内外类似文献较少。而且对于哈弗系统的再建与骨修复之间关系的研究仅见于骨折一期愈合模型中。骨折一期愈合模型需要许多特殊的成骨环境，如坚强内固定及骨折间隙狭小[4]等，但是其骨愈合的本质是哈弗系统的再建，即破骨细胞骨吸收和成骨细胞直接成骨[5]。本实验中皮质骨内哈弗系统再建类似于骨折一期愈合中的哈弗系统的再建活动，这种成骨现象是否可出现于其它的骨修复过程中?尚未见这方面的报道。本实验观察中发现哈弗系统再建活动与各成骨过程均有密切联系，该现象发生于无需类似于骨折一期愈合特殊成骨环境，这是否说明哈弗系统再建过程对骨修复过程有重要影响?这方面尚需要更深入研究。
, http://www.100md.com
综上所述，本实验初步研究了引导性骨再生模型中的骨修复过程与皮质骨内哈弗系统再建关系，相信这方面的研究有着广阔的基础及临床应用价值。
图1 术后4周X线观察：膜管内成骨组织外层为一薄层皮质骨，中间为透亮区
图2 术后2周膜管内成骨组织学观察：成骨细胞直接形成原始骨组织 Giemsa ×200
图3 术后2周，皮质骨内哈弗系统管壁内骨表面溶解、管腔扩大Giemsa ×200
图4 术后2周，皮质骨内哈弗系统管腔内的成骨细胞与皮质外成骨组织中的成骨细胞相联系。黑箭头示皮质骨内再建的哈弗系统，白箭头示皮质骨外的成骨组织Giemsa ×40
图5 术后2周。黑箭头示髓腔内成骨组织，白箭头示皮质内再建的哈弗系统Giemsa ×40
, 百拇医药
图6 术后2周。黑箭头示膜管外成骨组织，白箭头示皮质骨内再建的哈弗系统Giemsa ×40
图7 术后2周。黑箭头示膜管内成骨组织，白箭头示膜管内成骨尖端附近皮质骨内再建哈弗系统Giemsa ×200
图8 术后6周，皮质骨内失去正常板层骨结构Giemsa ×200
参 考 文 献
1成令忠，著.组织学.第2版.北京：人民卫生出版社，1993.300-302.
2Skedros JG,Mason MW,Bloebaum RD.Differences in osteonal micro-morphology between tensile and compressive cortices of a bending skeletal system:indications of potential strain specific differences in bone micro-structure.Anat Rec,1994,239:405-413.
, 百拇医药
3Crofts RD,Boyce TM,Bloebaum RD.Aging changes in osteon mineralization in the human femoral neck.Bone,1994,15:147-152.
4McKibbin B.The biology of fracture healing in long bones.J Bone Joint Surg(Br),1978,60:150-162.
5Simmons DJ.Fracture healing perspective.Clin Orthop,1985,200:100-113.
6Shpiro F.Cortical bone repair:the relationship of the lacunar-canlicular system and intercellular gap junctions to the repair process.J Bone Joint Surg(Am),1988,70:1067-1081., 百拇医药