人工关节假体无菌性松动动物模型的快速建立
发布时间：2020-12-08 16:59
目的:人工关节置换手术发展至今,取得了非常大的成功,已在临床解决了许多终末期的关节疾患。研究表明,假体无菌性松动的患者,其假体周围处于高骨更新状态。因此骨-假体界面的早期整合对于阻止磨屑颗粒和细胞因子的迁移至关重要,而限制人工关节假体使用寿命的一个主要原因是磨屑颗粒诱导的假体无菌性松动。在本研究中,我们旨在尝试使用107个UHMWPE颗粒快速建立人工关节假体无菌性松动的兔动物模型,以便为进一步探讨假体无菌性松动的机制及防治奠定实验基础。方法:我们用雌性新西兰大白兔建立动物模型,随机均分为实验组和对照组,在两组动物的左侧胫骨髓腔内植入羟基磷灰石（hydroxyapatite,HA）涂层假体。在实验组中,分别于假体表面和膝关节腔内植入0.5×107超高分子量聚乙烯（Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE）颗粒。结果:同对照组相比,实验组动物的关节内压力更高、骨组织形态学参数更差、假体生物力学固定强度更低,同时,促炎细胞因子和骨更新标志均显著高于对照组。结论:我们使用很少的UHMWPE颗粒成功快速地建立了人工关节假...
【文章来源】：现代生物医学进展. 2019年20期 第3818-3822页
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
标本切割示意图Fig.1Adiagramofthespecimensections关节内压力测量基础麻醉后
现代生物医学进展biomed.cnjournals.comProgressinModernBiomedicineVol.19NO.20OCT.2019图4骨组织形态学参数Fig.4ParametersofbonehistomorphometryNote:Datawereexpressedasx±SD,n=10.*:P<0.01,comparedwithcontrolgroup.图3骨-假体界面组织学Fig.3Histologyofbone-implantinterfaceNote:*(A-left):newbone;*(A-right):interfacemembrane;i:implant;h:HAcoating;b:trabecularbone;if:interfacemembrane.Bar=100μm.以清晰发现实验组的骨-假体界面间由软组织填充，通过高倍放大观察还可发现界面间未被软组织包裹的UHMWPE颗粒（图3C-中、右）。2.3骨组织形态学测量如图4所示，实验组的BV/TV、Tb.Th和Tb.N分别为15.2±4.7%、0.09±0.01mm和1.7±0.2，同对照组（BV/TV：25.2±8.4%、Tb.Th：0.12±0.01mm和Tb.N：2.1±0.2）相比，分别显著下降了40%、26%和20%；而Tb.Sp（对照组：0.36±0.06；实验组：0.51±0.07）显著升高了42%。2.4骨矿化测量实验组的BMD（200±30HAmg/cm3）比对照组（480±63HAmg/cm3）显著下降了58%。通过扫描电镜的背散射模式，计算M.BAF值显示（图5），对照组M.BAF值随着远离假体表面而逐渐降低，但在任一区域均高于实验组。2.5生物力学测量与对照组（极限负荷：110±27N、表观抗剪刚度385±43N/mm和总能量吸收值：36±13N/mm）相比，实验组的极限负荷（76±24N）、表观抗剪刚度（267±42N/mm）和总能量吸收值（22±8N/mm）均有所下降，分别下降了31%、31%和39%，结果有统计学意义。2.6细胞因子测量如图6所示，实验组的IL-
现代生物医学进展biomed.cnjournals.comProgressinModernBiomedicineVol.19NO.20OCT.2019图6细胞因子测量Fig.6CytokinelevelsNote:Datawereexpressedasx±SD,n=10.*:P<0.01,comparedwithcontrolgroup.图5矿化骨面积分数曲线Fig.5M.BAFcurvesNote:Datawereexpressedasx±SD,n=10.*:P<0.01,comparedwithcontrolgroup.IL-6：16.5pg/mL和RANKL：44.2pg/mL）显著升高了310%、122%和143%。3讨论慢性炎症反应被认为是无菌性松动过程中的重要病理过程。关节的滑膜组织可以分泌促炎细胞因子。因此，炎性滑膜组织会分泌更多的关节液，从而导致更高的关节内压力。许多研究证实，高关节内压力可以导致假体周围骨吸收和骨溶解[22，23]。为了充分研究其中的机制，一个合适的动物模型显得至关重要。我们的研究证实，在磨屑颗粒刺激后，术后3周时关节内压力可显著升高（图2）。随后关节内压力的突然下降恰恰证明了骨-假体界面的破坏，即关节液通过"有效关节间隙"进入了髓腔，使得关节内压力突然降低。同关节液一起进入"有效关节间隙"的还有磨屑颗粒和促炎细胞因子。由此，关节内压力表现为持续的缓慢升高[11,15]。Rahbek等[11]和Sundfeldt等[24]证实，在骨-假体界面整合良好地情况下，磨屑颗粒单独并不能诱导假体周围无菌性松动。而当磨屑颗粒通过"有效关节间隙"进入骨-假体界面后，磨屑颗粒的物理阻隔会直接妨碍骨小梁和HA涂层接触（图3C-右）。在机械负荷的进一步刺激下，骨和假体间会形成微动，从而抑制骨-假体的骨性整合，促进骨-假体间纤维样界膜组织形成（图3A-右、3B-右
【参考文献】：
期刊论文
[1]CD11b表达与人工髋关节置换术后无菌性松动的相关性分析[J]. 杨国曦,陈晓勇,朱锦宇,朱庆生,杨重飞. 现代生物医学进展. 2017(11)
[2]全关节成形术中假体周围骨溶解的概述:本体因素与未来发展方向[J]. 邢金锋,宋科官,彭锂,张浩伟,周永飞. 现代生物医学进展. 2016(02)
本文编号：2905377
【文章来源】：现代生物医学进展. 2019年20期 第3818-3822页
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
标本切割示意图Fig.1Adiagramofthespecimensections关节内压力测量基础麻醉后
现代生物医学进展biomed.cnjournals.comProgressinModernBiomedicineVol.19NO.20OCT.2019图4骨组织形态学参数Fig.4ParametersofbonehistomorphometryNote:Datawereexpressedasx±SD,n=10.*:P<0.01,comparedwithcontrolgroup.图3骨-假体界面组织学Fig.3Histologyofbone-implantinterfaceNote:*(A-left):newbone;*(A-right):interfacemembrane;i:implant;h:HAcoating;b:trabecularbone;if:interfacemembrane.Bar=100μm.以清晰发现实验组的骨-假体界面间由软组织填充，通过高倍放大观察还可发现界面间未被软组织包裹的UHMWPE颗粒（图3C-中、右）。2.3骨组织形态学测量如图4所示，实验组的BV/TV、Tb.Th和Tb.N分别为15.2±4.7%、0.09±0.01mm和1.7±0.2，同对照组（BV/TV：25.2±8.4%、Tb.Th：0.12±0.01mm和Tb.N：2.1±0.2）相比，分别显著下降了40%、26%和20%；而Tb.Sp（对照组：0.36±0.06；实验组：0.51±0.07）显著升高了42%。2.4骨矿化测量实验组的BMD（200±30HAmg/cm3）比对照组（480±63HAmg/cm3）显著下降了58%。通过扫描电镜的背散射模式，计算M.BAF值显示（图5），对照组M.BAF值随着远离假体表面而逐渐降低，但在任一区域均高于实验组。2.5生物力学测量与对照组（极限负荷：110±27N、表观抗剪刚度385±43N/mm和总能量吸收值：36±13N/mm）相比，实验组的极限负荷（76±24N）、表观抗剪刚度（267±42N/mm）和总能量吸收值（22±8N/mm）均有所下降，分别下降了31%、31%和39%，结果有统计学意义。2.6细胞因子测量如图6所示，实验组的IL-
现代生物医学进展biomed.cnjournals.comProgressinModernBiomedicineVol.19NO.20OCT.2019图6细胞因子测量Fig.6CytokinelevelsNote:Datawereexpressedasx±SD,n=10.*:P<0.01,comparedwithcontrolgroup.图5矿化骨面积分数曲线Fig.5M.BAFcurvesNote:Datawereexpressedasx±SD,n=10.*:P<0.01,comparedwithcontrolgroup.IL-6：16.5pg/mL和RANKL：44.2pg/mL）显著升高了310%、122%和143%。3讨论慢性炎症反应被认为是无菌性松动过程中的重要病理过程。关节的滑膜组织可以分泌促炎细胞因子。因此，炎性滑膜组织会分泌更多的关节液，从而导致更高的关节内压力。许多研究证实，高关节内压力可以导致假体周围骨吸收和骨溶解[22，23]。为了充分研究其中的机制，一个合适的动物模型显得至关重要。我们的研究证实，在磨屑颗粒刺激后，术后3周时关节内压力可显著升高（图2）。随后关节内压力的突然下降恰恰证明了骨-假体界面的破坏，即关节液通过"有效关节间隙"进入了髓腔，使得关节内压力突然降低。同关节液一起进入"有效关节间隙"的还有磨屑颗粒和促炎细胞因子。由此，关节内压力表现为持续的缓慢升高[11,15]。Rahbek等[11]和Sundfeldt等[24]证实，在骨-假体界面整合良好地情况下，磨屑颗粒单独并不能诱导假体周围无菌性松动。而当磨屑颗粒通过"有效关节间隙"进入骨-假体界面后，磨屑颗粒的物理阻隔会直接妨碍骨小梁和HA涂层接触（图3C-右）。在机械负荷的进一步刺激下，骨和假体间会形成微动，从而抑制骨-假体的骨性整合，促进骨-假体间纤维样界膜组织形成（图3A-右、3B-右
【参考文献】：
期刊论文
[1]CD11b表达与人工髋关节置换术后无菌性松动的相关性分析[J]. 杨国曦,陈晓勇,朱锦宇,朱庆生,杨重飞. 现代生物医学进展. 2017(11)
[2]全关节成形术中假体周围骨溶解的概述:本体因素与未来发展方向[J]. 邢金锋,宋科官,彭锂,张浩伟,周永飞. 现代生物医学进展. 2016(02)
本文编号：2905377
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