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复合骨生长刺激因子的胶原膜修复下颌骨缺损的应用研究

作　者: 袁继龙
导　师: 柳大烈
学　校: 南方医科大学
专　业: 整形外科
关键词: 膜引导骨再生技术骨形态发生蛋2 胶原膜下颌骨缺损修复自体颗粒骨磨骨术
分类号: R782
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

前言：上、下颌骨位于颅颌面的中下部，是人体较为复杂的骨骼，而下颌骨也是整个颅颌骨中唯一能活动的骨骼。它担负着构成下半颜面部的轮廓，参与咀嚼、咬合、语言、保持呼吸道通畅等重要功能。由于先天或后天的一些因素，导致颌骨部分缺损或不对称，而这种缺损或不对称常常导致严重的功能丧失和颜面畸形。颅颌面骨缺损修复旨在重建颌骨的完整性，恢复颌骨的功能，矫正颌面畸形。颅颌面骨缺损修复的方法很多，传统的治疗方法主要是骨移植，其中包括自体骨移植、异体或异种骨移植和人工骨代用品。自体骨移植保留了骨传导和骨诱导功能，并有成骨细胞存在，且无疾病传播的危险。通过吻合血管或带蒂骨移植可增加移植骨的抗感染能力，疗效最为肯定，应用时间最长；但受来源限制、外形雕刻困难及造成自体损伤，仍不能达到理想的修复。膜引导骨再生技术的概念是近年来提出来的，应用于口腔科牙周疾病治疗的一种技术，其原理是通过机械性的屏障作用，来分隔不同的组织，目的是建立能使特定组织再生功能得到最大程度发挥的有利环境，达到组织定向修复的目的。其作为一种新型促骨再生技术，能不同程度地增强骨组织再生能力，加快骨组织新陈代谢，有效地避免骨缺损的纤维愈合，促进骨性愈合。膜引导性组织再生技术为骨缺损开辟了一个新的治疗领域。通过多年的改脸型手术及下颌角截骨过度修复治疗经验，课题组积累了丰富的下颌骨手术的经验，并获得了比较满意的治疗效果，为本实验的实施奠定了一定的理论依据。本课题在自体骨移植的基础上改良了下颌骨自体骨移植的方法，以口内入路为手术方法，利用自体颗粒骨填塞缺损区，覆盖复合骨生长刺激因子的胶原膜，修复重建下颌骨外形，得到了比较满意的治疗效果。目的：为了明确膜引导骨再生技术在颌骨修复中的成骨机制和愈合过程，我们设计了应用自体颗粒骨移植，以复合骨形态发生蛋白—2的胶原膜覆盖移植创面，修复下颌骨部分缺损的动物实验模型与成骨指标检测。通过动物实验了解复合胶原膜引导自体颗粒骨的成骨机制和检验成骨效果，寻求一种操作简便、行之有效的颌骨部分缺损修复的临床治疗方法。材料与方法：主要通过动物实验和临床应用两方面来实现。动物实验部分的主要内容包括：下颌骨部分缺损模型的建立和应用复合骨形态发生蛋白—2的胶原膜下的自体颗粒骨修复成骨指标检测。以26只新西兰大白兔为实验对象，采用磨骨术建立下颌骨部分缺损模型，随机选取一侧应用自体颗粒骨回填移植，并以复合胶原膜覆盖作为实验组，另一侧缺损旷置作为对照组，均采用自体对照。于术后2、4、8、12及24周分别处死动物，作相应成骨指标测定：一、大体标本、X-ray检查和组织学光镜检测。获得完整下颌骨标本后进行大体和X-ray比对，观察两组标本的成骨效果，然后将标本脱钙后进行HE染色组织学光镜观察，分析成骨愈合过程；二、成骨超微结构观察。制作电镜标本观察骨缺损修复的超微结构变化，进一步验证成骨机理；三、成骨的定量检测，在处死动物前应用荧光标记，将获得的标本进行骨密度检测，然后以术后4周、12周缺损近中心部、12周缺损其他部及24周的骨密度值为参数进行统计学分析，了解成骨愈合过程中新骨组织细微形态学的动态变化。临床应用部分为近两年来于我科就诊的各类下颌骨部分缺损的患者共计7名(其中男性1名，女性6名，年龄在20-43岁)，包括下颌骨截骨过多4例和先天性下颌骨发育不良3例。从两方面检验手术方法的可行性和观察治疗效果：一、临床颅颌面骨缺损修复重建中的三维螺旋CT的辅助指导作用。为每位患者做术前、术后三维螺旋CT重建，为下颌骨缺损修复提供影像学方面的指导，检验修复效果；二、膜引导骨再生技术引导自体颗粒骨修复颅颌面骨部分缺损的临床应用。手术采用口内入路，应用自体颗粒骨回填缺损处，覆盖复合胶原膜，对比手术前后数码照片和影像学检测，观察复合膜引导自体颗粒骨修复下颌骨部分缺损的手术疗效。结果：动物实验部分：实验一大体标本、X线检查和组织学检测大体标本及X线观察：术后2周时缺损清晰可见，颗粒骨移植侧形成薄层骨痂，X线表现为缺损处骨密度低，质不均；对照组缺损明显，与原缺损基本一致。在4周实验组的标本上，近远中向及颊舌侧可见缺损处由新生骨充满，骨皮质白线模糊不清。而对照组的标本亦可见周围有新骨形成，但骨小梁尚不清楚。新生骨与复合骨生长刺激因子的胶原膜紧密接触，已开始向缺损中心方向生长，尚未完全覆盖下颌骨缺损。二者相比，植入与未植入复合骨生长刺激因子的胶原膜其骨生长速度有明显不同。实验组骨密度高于对照组、且速度快，但新生骨的密度均低于原骨质。对照组缺损明显，但较术后2周标本略有缩小。术后8周时两侧新生成骨质地坚硬、表面凹凸不平，实验组X线表现为缺损处骨质增生，密度均匀升高并有不规则骨纹理，下颌骨皮质连续，骨密度略低于正常；但对照侧缺损较实验侧略大，骨皮质不连续。实验组12周后的标本可见远中新生骨的密度和骨小梁排列方向接近于原骨质，复合骨生长刺激因子的胶原膜完全吸收，膜近缺损侧可见新生骨痂覆盖，靠缺损中心部分密度与周边接近，近缺损边缘的部分密度几乎于正常骨一致。对照组的标本其新生骨量不如实验组，且密度亦低于实验组，有一标本近边缘未见明显骨生长，仅见边缘毛糙。实验组24周后的标本无论复合骨生长刺激因子的胶原膜近远中、中心及边缘均可见新生骨的密度和骨小梁排列的方向与原骨质一致。而对照组除少数标本近缺损中心部骨质密度略低于实验组外，余无明显差别。HE染色镜检：实验组术后2周时表现为纤维组织填充，间质细胞增生，毛细血管增生长入缺损内，缺损两端成骨细胞增殖、形成薄层骨痂，可见残留颗粒骨包裹，周围可见破骨细胞，但异物反应较轻，可见少量巨噬细胞，新生骨小梁呈网状；术后4周时的标本可见复合骨生长刺激因子的胶原膜呈浅灰白色，未见明显吸收，膜内侧可见新生骨，尤以缺损与胶原膜之间隙可见大量新生的骨小梁，但排列紊乱，可见胶原纤维穿插其中，数量减少，炎症反应明显，有大量淋巴细胞、浆细胞浸润，尤以近缺损中心明显；术后8周时骨小梁排列结构也大量恢复呈编织骨，骨小梁形成的编织骨已逐渐向板层骨过渡，部分髓腔贯通，其中可见大量髓细胞和脂肪细胞，基本没有残留颗粒骨和炎症反应；术后12周时几乎不见复合骨生长刺激因子的胶原膜残余，骨质成熟呈板状骨，骨质较厚为片状，骨陷窝大量分布其中，未发现残留颗粒骨。24周的标本可见新生骨已成熟，已改建为板状骨，与受骨床无区别。而对照组术后2、4周时相仿，镜下可见大量肉芽组织和疤痕修复，亦可见肌肉纤维嵌入其中，缺损内细胞玻璃样变，炎症反应重；术后8周时仍可见大量炎症反应，新生骨小梁数量少，分布分散。术后12周时仍可见肌肉组织嵌入骨缺损内，新生骨质薄。24周时除近中心部外，其它与实验组无明显差别。实验二超微结构观察扫描电镜观察：1、实验组2周标本：缺损区内有大量低电子密度的新生纤维组织，胶原纤维排列基本按缺损方向走行，并与两端原骨组织界线明显。基质中有大量表现为高密度影像的点状、小团块状及絮状钙盐沉积。2、实验组4周标本：新生骨质区电子密度增高，纤维成份明显减少，骨基质钙化程度提高，晶体沉积物粗大致密，呈短棒状、大团块状，成骨细胞数量增多，有较长突起，彼此相连呈网状，尚见较多红细胞，缺损间隙逐渐变窄形成多孔较疏松的新骨组织，但缺损区新生骨和原骨交接处的密度差异仍较大，正常骨组织与新生组织之间开始有纤维连接；新生疏松的编织骨占据绝大部分空间，新生骨小梁形成，新骨超微结构呈“蜂窝状”。3、实验组8周标本：骨小梁钙化程度继续升高，缺损区充满成熟的骨组织，新生骨组织由多孔疏松的结构向致密性结构转化，呈板层状，且排列出现一定方向性，出现哈佛氏系统，有少量成熟骨细胞埋于陷窝中，缺损区和原有骨组织骨密度相近，界线不清，新原骨组织基本上融为一体产生骨性结合，髓腔相通。24周时实验与对照组无明显差别。实验三成骨的定量检测1．骨密度检测和统计学分析：所有检测指标以((?)±s)表示，采用随机区组设计的析因方差分析。结果显示，实验组和对照组间差异有显著性意义(F=30.835，P=0.000)；不同时间之间差异有显著性意义(F=252.3775，P=0.0001；组别和时间之间有交互作用(F=23.842，P=0.000)。结果显示应用复合骨形态发生蛋白2的胶原膜引导自体颗粒骨移植修复下颌骨缺损可以促进成骨，效果良好。2．术后4周实验组骨密度是19.902±1.313，对照组骨密度是16.512±1.002；术后12周实验组近中心部骨密度是21.536±1.176，对照组骨密度是21.051±1.650；术后12周实验组其他部骨密度是22.226±1.946，对照组骨密度是21.878±0.936；术后24周实验组骨密度是24.275±1.633，对照组骨密度是24.429±1.597；配对t检验结果显示4周时差异有显著性(P=0.000)。12周时近中心部的差异具有统计学意义(P=0.028)，12周其他部骨密度(P=0.437)及24周骨密度(P=0.711)的差异无显著性，无统计学意义。3．各组内不同周之间的比较经单因素方差分析，结果显示均有显著性意义(P均=0.000)。表明各时间点间成骨不同。4．骨密度检测12周时近中心部与其他部进行比较，经配对t检验，结果显示，实验组二者间差异无显著性意义(t=1.533，P=0.138)；对照组二者间差异有显著性意义(t=2.358，P=0.027)。表明实验组12周时新生骨已成熟，缺损中心部及其他部均有新骨形成包绕，实验组与对照组成骨无差别。而对照组近中心与其他部差异有显著性，具有统计学意义，表明缺损区间成骨不同。5．骨组织形态染色切片镜检。Masson-Goldner三色法染色切片镜检：染色后，应用普通电子显微镜观察，骨质为绿色，边缘可见未矿化的类骨质染为红色，骨细胞位于骨小梁中，胞浆红染，胞核染为灰蓝色。实验组镜下观察骨质丰富，骨小梁分布广泛，形态好，骨细胞大量分布在骨小梁之间；而对照组仍可见多量类骨质成分，骨小梁分布较稀疏，骨细胞较少。Von Kossa染色切片镜检：在荧光显微镜下观察，沉积在骨表面的四环素荧光呈黄色，沉积在骨表面的钙黄绿素呈绿色，在两条荧光带之间为标记的骨质矿化沉积，表明了骨质矿化沉积的速率。半自动图像数字化分析仪分析实验组的沉积率高于对照组。临床应用部分：实验四临床颅颌面骨缺损修复重建中的三维螺旋CT的辅助指导作用采用64排螺旋CT对下颌骨缺损和先天性下颌骨发育不良患者以0.65mm层厚进行横扫，所得CT资料经由联机图像工作站采用表面投影显示法将其重建为颅面三维影像。通过对三维影像分析得出诊断和治疗方案，进行术前设计和术后比对。实验五应用膜引导骨再生技术引导自体颗粒骨修复颅颌面骨缺损的临床应用7例手术均获得成功，术后无伤口感染，伤口均Ⅰ期愈合，双侧对称性较术前有明显改善，面部轮廓外形良好。随访1个月至6个月，行三维螺旋CT重建检查，显示均出现骨愈合，有少量骨吸收，无脱钙及坏死现象，缺损修补区变硬，坚实如健侧，所有患者对治疗结果满意。结论：一、通过成骨指标检测证实应用复合膜引导骨再生技术引导自体颗粒骨修复下颌骨部分缺损成骨效果可靠，愈合时间缩短。本实验采用由中国医学科学院生物医学工程研究所研制的BME-10X胶原膜，复合rhBMP-2后，具有组织相容性，可吸收性、促组织再生能力。组织引导再生术的机理，主要是通过阻止软组织长入缺损内，维持缺损空间，有利于成骨细胞及其它骨修复细胞的活动。通过旁分泌及内分泌机制产生的促骨生成因子在骨形成区域内浓聚而达到骨愈合的目的是当骨缺损较大及局部成骨能力较弱时，单纯使用膜屏障常显不足。将骨形态发生蛋白与生物可吸收性促骨生成膜(胶原膜)相复合，既阻止了软组织的长入，又增加了局部成骨生长因子的浓度，从而加速骨愈合，并在一定程度上弥补了胶原膜吸收速度过快的不足。自体颗粒骨移植后经历了吸收、血管及其周围组织长入，新生骨从缺损断端逐渐向内生长替代移植颗粒骨的过程，属于典型的爬行替代。骨愈合发生的主要机理是骨传导，同时兼有骨诱导及骨形成，成骨方式是膜性化骨。二、通过骨组织形态计量学指标检测证实了应用复合膜引导骨再生技术引导自体颗粒骨修复下颌骨部分缺损效果良好，定量、形象地描述了在成骨愈合过程中新骨组织细微形态学的动态变化。三、下颌骨术前、术后三维螺旋CT重建对于个体化修复有着重要的指导意义，同时也是检验治疗效果的可靠手段。为临床应用复合膜引导骨再生技术修复颅颌面骨缺损提供了有益的影像学指导。四、膜引导骨再生技术引导自体颗粒骨修复颅颌面骨部分缺损的临床应用表明，口内入路的手术术式方法简便，采用磨骨术去骨范围可以控制的更加精确，成骨可靠，术前后对比，面部轮廓形态明显改善，双侧对称性基本一致。

全文目录

摘要  3-10
ABSTRACT  10-24
第一章下颌骨部分缺损模型建立和组织学检测  24-34
  1.1 前言  24
  1.2 材料与方法  24-26
  1.3 结果  26-28
  1.4 讨论  28-30
  参考文献  30-34
第二章应用复合骨形态发生蛋白2的胶原膜引导自体颗粒骨修复下颌骨缺损的超微结构观察  34-40
  2.1 前言  34
  2.2 材料与方法  34-36
  2.3 结果  36
  2.4 讨论  36-38
  参考文献  38-40
第三章应用复合骨形态发生蛋白2的胶原膜引导自体颗粒骨修复下颌骨缺损的成骨定量检测  40-51
  3.1 前言  40
  3.2 材料与方法  40-44
  3.3 结果  44-45
  3.4 讨论  45-47
  3.5 附表  47-49
  参考文献  49-51
第四章临床颅颌面骨缺损修复重建中的三维螺旋CT的辅助指导作用  51-56
  4.1 前言  51
  4.2 临床资料与方法  51-52
  4.3 结果  52
  4.4 讨论  52-54
  参考文献  54-56
第五章应用膜引导骨再生技术引导自体颗粒骨修复颅颌面骨缺损的临床应用  56-63
  5.1 前言  56
  5.2 临床资料  56-57
  5.3 方法  57
  5.3 结果  57-58
  5.4 讨论  58-61
  参考文献  61-63
附图  63-78
综述一促骨生成膜复合骨生长刺激因子在颌面外科领域的应用进展  78-90
  参考文献  86-90
综述二骨形态发生蛋白(BMP)在骨修复中成骨机理的研究与现状  90-99
  参考文献  96-99
攻读学位期间成果  99-100
致谢  100-102

复合骨生长刺激因子的胶原膜修复下颌骨缺损的应用研究

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