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编号:10282317
氟化钠对骨基质明胶修复骨缺损的影响
http://www.100md.com 《广东医学院学报》 2000年第1期
     作者:刘卫平 耿华欧 周磊

    单位:

    刘卫平(广东医学院附属医院口腔科,湛江 524001); 耿华欧(广东医学院附属医院口腔科,湛江 524001);周磊(广东医学院附属医院口腔科,湛江 524001)

    关键词:氟化钠;骨基质明胶;骨缺损修复

    广东医学院学报000106 摘 要:目的:探讨低浓度氟化钠影响骨基质明胶(BMG)修复大鼠颅骨缺损的效果和机理。方法:48只SD大鼠行颅骨缺损BMG移植修复术后,随机半数大鼠以NaF(1.00 mg/kg)灌胃,另半数大鼠以等量生理盐水灌胃,一周5次。术后不同时期处死大鼠。应用大体解剖、血碱性磷酸酶检测及扫描电子显微镜手段观察骨缺损的修复能力。结果:加氟组的骨缺损修复早于对照组,且其新生骨量较丰富。结论:适当低浓度氟可有效地促进骨基质明胶成骨活性,提高成骨率。
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    分类号:R683

    文章编号:1005-4057(2000)01-0014-03

    The influence of sodium fluoride on repairing bone defect with bone matrix gelatin

    Liu Weiping,Geng Huaou,Zhou Lei

    (Department of Stomatology.Affiliated Hospital of Guangdong Medical College,Zhanjiang 524001)

    Abstract:Objective:To investigate the effect and mechanism of low doese sodium fluoride(NaF) on the repairing bone defect with bone matrix gelatin (BMG).Methods:Forty-eight SD rats which were created defects in cranial bone were implanted with BMG.After operation,randomiged half of rats were given NaF(1.0 mg/kg) five a weekly,while others were given same amount normal saline.Then the rats were killed at different timepoint.The bone repairing ability was evaluated by anatomising,enzymehistochemistry and electron microanalysis.Results:The repair of bone defect was earlier than that of control group,and the new bone amount in fluoride group was much,too.Conclusion:Lower doese fluoride may enhance the activity of bone formation of BMG and the rate of new bone formation.
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    Key words:sodium fluoride;bone matirx gelatin;reconstruction of bone defect▲

    骨代用品修复骨缺损在临床上的应用已日益广泛,其中生物性材料因其较优越的生物性能逐渐受到重视。多数生物性材料具备骨引导和骨诱导双重性能,其植入使自然状态下难以完全修复的骨缺损的修复成为可能;但由于生物性材料修复骨缺损多是随代用品吸收同时新骨生成,而植入物吸收和新骨生成的速度还较难达到平衡,导致整体成骨效率较低,难以达到理想修复状态。因此,提高成骨效率,激发成骨活性成为亟待解决的问题[1]。本实验观察氟化物对颅骨骨基质明胶修复骨缺损的影响并探讨其机制,旨为临床更有效地治疗骨折或骨缺损提供新的思路。

    1 材料和方法

    1.1 骨基质明胶的制备

    采用 Urist[2]方法稍加改进,取成年SD大鼠若干只处死取四肢骨,将其脱脂、脱钙,除去部分水溶性蛋白质后获取BMG,再制成0.6mm左右的颗粒状BMG,封装后2000伦琴60Co辐射灭菌,4℃保存备用。前期小鼠肌囊诱骨试验阳性。
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    1.2 动物分组和模型制备

    选用雌性SD大鼠48只,4月龄,体重288~312 g,购自广东医学院动物中心。购回后,适应环境1周,自由饮水、摄食,自然光照下饲养。以3%戊巴比妥钠40mg/kg体重腹腔注射麻醉,无菌条件下在颅盖骨正中剥离骨外膜1 cm以上,于两眼眶后连线之后0.5 cm处,以牙科钻造成一长径8 mm,短径4 mm全层椭圆形骨缺损,勿伤及硬脑膜,同期植入BMG颗粒,将缺隙填充密实,间断缝合伤口,术日及术后3d肌注庆大霉素4万U。

    1.3 用药

    术后1周,将大鼠随机分为2组,每组24只。一组为加氟组,以NaF(分析纯,广州试剂厂)1.0 mg/(kg.d-1)灌胃,一周5次。对照组以等量生理盐水灌胃。用药时间共8周。

    1.4 取材及检测
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    灌胃后于 2、4、8周分别过量麻醉处死大鼠,分项检测。

    1.4.1 大体观察 将颅骨暴露,生理盐水冲洗后用肉眼及 4倍放大镜观察,用细探针由正常骨床向骨缺损中央划过并轻探缺损区填充物。

    1.4.2 血碱性磷酸酶(AKP)检测 心脏取血,离心血清,采用对硝基苯磷酸二钠基质测定法检测碱性磷酸酶。

    1.4.3 扫描电子显微镜观察 以金刚砂片将植入物及其周围3 mm全层骨片切割取出,4%戊二醛固定,液氮骤冷劈开后形成自然断面,乙醇逐级脱水,镀膜后以扫描电镜(philipx xL30型,广东湛江师范学院测试中心)观察骨片表面及断面形貌。

    1.5 统计学处理

    采用t检验。

    2 结果
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    2.1 大体观察

    2.1.1 氟化物组 喂药后2周,植入物与周围骨床已有较紧密结合,BMG颗粒间已难发现明显间隔,动度较小,探针轻探有较明显的抵触感。4周时,骨缺损区已为浅粉色硬韧组织填充,并有牢固的连接,骨缺损表面较平整,未发现BMG颗粒痕迹,探之骨床边缘及中央区有骨样感觉,部分区域探针有勾挂感。8周时,骨缺损已较难与正常骨质分辨,但骨面有不明显的凹陷,基本上感觉为骨样硬度。

    2.1.2 对照组 生理盐水灌胃后2周,植入物与骨床连接较为薄弱,有一定动度,部分区域BMG颗粒易为探针勾出,探针刮挂可见有少量丝状物,有一定抵触感。4周时,填充物固位稳固,外观偏浅红色,部分区域可见有BMG颗粒残余,其周探之较软,整个骨缺损区不平整。8周时,未发现MBG颗粒,骨缺损区类似碟形,部分区域相当薄弱,探之多数薄弱区为软骨样感觉,可探入一定深度,整个骨缺损区探针勾划有艰涩感,硬度整体较差。

    2.2 血AKP测定结果见表1。
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    表1 加氟组与对照组不同时相血AKP比较 ( U/L) 组 别

    喂药前(n=24)

    2周(n=8)

    4周(n=8)

    8周(n=8)

    加氟组

    109.2±7.8

    169.6±8.4*

    200.9±6.5*

    132.4±6.8
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    对照组

    111.7±6.3

    135.2±10.3*

    170.7±4.2*

    129.2±7.6

    * 两组间差异有极显著性(P<0.001)余P>0.05

    2.3 扫描电镜 (SEM)观察

    2.3.1 加氟组 术后 2周:植入BMG颗粒与骨床结合紧密,界面较为清晰,表面观察可见部分区域界面已为大量小梁状、片状、蔓状类骨质样基质所连接,部分缺隙处也可见有多量不定型颗粒。断面观察见多量团块状钙盐结晶沉积于BMG颗粒表面及BMG颗粒间胶原纤维束之间 (图1)。术后 4周:植入BMG颗粒与原骨床界面消失,界限难以分辨。BMG颗粒部分已崩解,为新骨代替,深部BMG颗粒尚保持一定形状,但BMG颗粒间已为骨样组织充填(图2)。术后 8周:骨缺损已为新骨充填,BMG颗粒难以发现,骨断面见骨板尚不规整,原缺损区骨板扭曲,部分区域骨质有不规则膨出,其深部可见有数个较小的腔隙(图3)
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    2.3.2 对照组 术后 2周:植入BMG颗粒与骨床界面清晰,BMG颗粒与骨床间连接大多为纤维束,有少量新骨组织形成。术后 4周:植入BMG颗粒与骨床间界面模糊,边缘BMG有虫蚀状破坏,吸收腔隙与新骨间有一定距离,为正在钙化胶原纤维束充填。术后 8周:较大量片状新骨充填于原骨缺损区,BMG颗粒未发现,骨缺损区骨质较菲薄且不平整,深部有较大的洞腔,仍可见纤维样成分存留。骨表面骨片迂曲走行,为未完全成熟之骨质表现(图4)。
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    图1 区域界面可见梁状、片状、蔓状类骨质连接,部分缺隙处有多量不定型颗粒 (2周加氟组SEM×800)

    图2 BMG颗粒间为骨样组织充填(4周加氟组SEM×500)

    图3 骨板不规整,骨板扭曲,BMG颗粒消失 (8周加氟组SEM×150)

    图4 骨缺损区深部未完全修复,可见纤维成分存留 (8周对照组SEM×125)

    3 讨论

    骨缺损超过一定限度,依靠自身机能难以达到完全修复,临床应用代用品可解决这一问题。骨代用品的应用除一般的占位作用外,目前更为看重的是其具有一定促进成骨的作用。BMG植入鼠颅骨缺损后,血管侵入植入物,间充质细胞被诱导分化为破骨细胞,参与移植吸收,当移植物随吸收释放骨生长因子并形成空隙时,间充质细胞被诱导成为成骨细胞并形成新骨于空隙内。可以看出,骨缺损修复过程中成骨与破骨作用的相互协调是取得良好修复的关键。实验和临床研究均已发现,成骨不理想的重要原因在于成骨作用相对滞后于生物性材料吸收,吸收腔隙为矿化不完全纤维组织充填。国内外均有学者就如何促进成骨活性方面进行研究。本实验选择氟化物研究其对骨缺损修复的影响,并探讨其作用机制和临床应用可行性。
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    氟化物早期作为一种治疗骨质疏松的药物应用于临床,取得一定疗效。后逐渐发现其对正常骨骼也具有增加骨量和提高骨密度作用[3]。广泛研究已证实氟化物可促进生物硬组织硬化,增加成骨作用。细胞化学和分子生物学的研究也证实氟化物对骨代谢的作用[4]。Marie等认为氟可通过促丝分裂作用而促进成骨细胞的增殖[5]。Wergedal 认为氟通过抑制磷酸酪氨酰蛋白磷酸酶的增加和促进酪氨酸激酶的活性而使细胞内磷酸化过程加速。进一步研究表明,氟对培养早期颅骨成骨细胞分裂增殖活性有明显作用,形成的骨样结节数量较多[6]。此外,氟化物组骨样成分矿化较早且较为彻底,钙磷密度高且较均匀。最新研究表明,一定药效浓度的氟化物尚可加强胰岛素、表皮生长因子及胰岛素样生长因子的促有丝分裂活性,间接刺破成骨细胞的增生[5]。本实验证实加氟组血清中 AKP 水平较对照组为高,尤以早期差异有极显著性 (P<0.001)。AKP来自成骨细胞,其在骨钙化过程中通过水解磷脂,使磷酸根与钙沉积于骨缺损区域的胶原骨架上,完成骨矿化作用。血 AKP水平一定程度可以反映成骨细胞活跃状况。有学者推测氟化物可能介入了成骨细胞内丰富碱性磷酸酶的代谢,使 AKP水平提高。本实验结果表明加氟组成骨较早,功能较活跃。扫描电镜结果表明加氟组的骨修复过程启动较早,比对照组提前一个时段。胶原纤维沉积钙盐结晶过程较为迅速,成骨过程活跃,BMG颗粒的吸收与新骨生成基本协调一致,成骨量较为接近预期要求,部分区域有过分生长表现,新骨的改建和重建也较理想。深部未达到完全修复区域也较小。初步推断氟化物通过影响成骨细胞磷酸化过程促使其大量分泌骨基质和快速增殖,可能对胶原纤维的生长也有一定的促进作用。另外,氟量的增加可能使游离钙量较充分,有利于骨的成熟。
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    临床应用氟制剂已有较长历史。如果应用得当,并无严重的不良后果。新近开发的氟制剂,使应用更为安全。根据本实验结果,初步可以认为氟制剂对骨代用品尤其是生物性代用品成骨活性具有较有力促进作用,有必要继续探讨其深层次机理并展开临床实践。■

    作者简介:刘卫平,男,1964年3月出生,学士,主治医师

    参考文献:

    [1]杨连甲,金岩,胡蕴玉主编.口腔和骨科的生物活性材料.西安:陕西科学技术出版社,1993.146~147

    [2]Urist MR,Zwata M,Ceceotti PWL.Bone morphgenesis in implants of isoluble bone gelatin.Proc Natl Acad Sci USA,1973,70:3511
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    [3]Ream LJ.The effects of short-term fluoride ingention on bone formation and resorption in the rat femar.Cell Tissue Res,1981,221:421~430

    [4]Chavassieux P,Boivin G,Serre CM,et al.Fluoride increases rat osteoblast function and population after in vivo adminsitration but not after in vitro exposure.Bone,1993,14(5):721~725

    [5]Marie PJ,DeVernejoul MC,Lomri A.Stimulation of bone formation in osteoporsis patients treated with fluoride associated with increased DNA synthesis by osteoblastic cells in vitro.J Bone Miner Res,1992,7(1):103~113

    [6]张伟国.氟对鼠颅骨成骨细胞表型发育影响的体外研究.上海口腔医学,1998,7(2):88

    收稿日期:1999-09-30

    修稿日期:1999-12-15, 百拇医药