兔胫骨钻骨孔径对骨髓炎模型的影响

doi:10.12307/2023.693

中国组织工程研究 ›› 2023, Vol. 27 ›› Issue (28): 4429-4434.doi: 10.12307/2023.693

• 组织构建实验造模 experimental modeling in tissue construction • 下一篇

兔胫骨钻骨孔径对骨髓炎模型的影响

邱晓明1，李继东1，康冠1，乔永杰2，李文波2，冯强生2，甄平2，蓝旭1

1甘肃省人民医院，甘肃省兰州市 730000；2联勤保障部第940医院，甘肃省兰州市 730000

收稿日期:2022-06-28 接受日期:2022-10-18 出版日期:2023-10-08 发布日期:2023-01-29
通讯作者: 蓝旭，博士，主任医师，甘肃省人民医院，甘肃省兰州市 730000
作者简介:邱晓明，男，1986年生，2018年兰州大学毕业，硕士，主治医师，主要从事骨感染与骨组织工程方面的研究。
基金资助:
甘肃省自然基金项目(20JR10RA411)，项目负责人：邱晓明

Size of the borehole affects rabbit tibial osteomyelitis models

Qiu Xiaoming1, Li Jidong1, Kang Guan1, Qiao Yongjie2, Li Wenbo2, Feng Qiangsheng2, Zhen Ping2, Lan Xu1

1Gansu Provincial Hospital, Lanzhou 730000, Gansu Province, China; 2The 940th Hospital of Logistics Support Force of PLA, Lanzhou 730000, Gansu Province, China

Received:2022-06-28 Accepted:2022-10-18 Online:2023-10-08 Published:2023-01-29
Contact: Lan Xu, MD, Chief physician, Gansu Provincial Hospital, Lanzhou 730000, Gansu Province, China
About author:Qiu Xiaoming, Master, Attending physician, Gansu Provincial Hospital, Lanzhou 730000, Gansu Province, China
Supported by:
Gansu Provincial Natural Fund Project, No. 20JR10RA411 (to QXM)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

骨髓炎：常由血液中或者临近软组织中微生物引起的骨髓、骨皮质及骨膜的感染炎症反应。临床上常反复发作，需多次手术治疗，甚至截肢、残疾、危及生命可能。
急性血源性骨髓炎：多发生于儿童及青少年，起始于长骨的干骺端，成团的细菌在此处停滞繁殖。病灶形成脓肿后周围为骨质，引流不畅，多有严重的毒血症表现，以后脓肿扩大依局部阻力大小而向髓腔、骨膜下、关节腔不同方向蔓延，常因感染留有肢体生长障碍、关节功能障碍等后遗症。
慢性硬化性骨髓炎：多见于青壮年，多侵犯长骨(如股骨、胫腓骨)，病程缓慢，一般认为是致病菌毒力较低或人体抵抗力较强并长期感染所致。表现为骨的进行性、广泛性和硬化性炎症，髓腔变细，骨干变粗，无脓肿、死骨和瘘管。

背景：直到现在骨髓炎仍然是临床骨科医生需要解决的难题，开发理想的骨髓炎模型对于新治疗方法的评价非常重要。
目的：稳定有效地制备出适用于不同实验需求的兔胫骨骨髓炎模型。
方法：将25只新西兰大白兔随机分成3组，小孔组10只、大孔组10只、假手术组5只。小孔组采用小孔法，用1 mm钻头在兔胫骨中上段钻孔，注入金黄色葡萄球菌(2×106 cfu)悬浮液100 μL；大孔组采用大孔法，用5 mm钻头在兔胫骨中上段钻孔，其余操作同小孔组；假手术组切开后缝合，不进行钻孔及细菌注射。术后1个月内进行一般状态、体温、X射线片、CT、组织病理学观察及血清C-反应蛋白、降钙素原质量浓度测定。

结果与结论：①与假手术组相比，术后小孔组、大孔组兔体温和血清C-反应蛋白质量浓度均呈现不同程度升高；②钼靶X射线片及CT检查：小孔组影像学表现为全骨髓腔感染，大孔组表现为局部骨缺损感染；③提示在制备兔胫骨骨髓炎模型时，钻孔大小不同可导致不同的胫骨感染后果，使用5 mm钻孔的模型可能适用于局部抗感染材料效能的研究，使用1 mm钻孔的模型可能适用于全身抗生素药物治疗骨髓炎效果的评价。

https://orcid.org/0000-0001-8302-0821(邱晓明)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 胫骨, 骨髓炎, 钻孔, 金黄色葡萄球菌, 动物模型

Abstract: BACKGROUND: Osteomyelitis remains a challenge for clinical orthopedic surgeons to address until now, and the development of ideal models of osteomyelitis was very important for the evaluation of new treatments.
OBJECTIVE: To stably and effectively establish a rabbit tibia model of osteomyelitis, suitable for different experimental requirements.
METHODS: A total of 25 New Zealand white rabbits were randomly divided into three animal model groups: pore group (n=10), macropore group (n=10) and sham operation group (n=5). In the pore group, a 1 mm drill was used to drill holes in the tibia and the 100 μL Staphylococcus aureus (2×106 cfu) was injected. In the macropore group, the same method was used but the drill holes were 5 mm. The sham operation group was cut and sutured without drilling or injecting bacteria. The general state, body temperature, X-ray, CT, histopathological observation, serum C-reactive protein and procalcitonin mass concentration were measured within 1 month after surgery.
RESULTS AND CONCLUSION: Compared with the sham operation group, the body temperature and serum C-reactive protein mass concentration of rabbits in the pore group and the macropore group increased in varying degrees. Molybdenum target X-ray film and CT examination: The imaging manifestations of the pore group were whole marrow cavity infection, while the macropore group was local bone defect infection. It is suggested that in the preparation of rabbit models of tibial osteomyelitis, the size of the borehole may lead to different consequences of tibial infection. The 5 mm borehole model may be suitable for the study of the efficacy of local anti-infection materials, and the 1 mm borehole model may be suitable for the evaluation of the efficacy of systemic antibiotic drug treatment of osteomyelitis.

Key words: tibia, osteomyelitis, drilling, Staphylococcus aureus, animal model

中图分类号:

邱晓明, 李继东, 康冠, 乔永杰, 李文波, 冯强生, 甄平, 蓝旭. 兔胫骨钻骨孔径对骨髓炎模型的影响[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(28): 4429-4434.

Qiu Xiaoming, Li Jidong, Kang Guan, Qiao Yongjie, Li Wenbo, Feng Qiangsheng, Zhen Ping, Lan Xu. Size of the borehole affects rabbit tibial osteomyelitis models[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2023, 27(28): 4429-4434.

图/表（结果） 8

2.1 实验动物数量分析假手术组5只均存活；小孔组共10只，术后死亡3只(可能发生血行感染死亡)，7只形成骨髓炎，其中2只有窦道形成；大孔组共10只，因麻醉因素死亡1只，9只流脓窦道形成骨髓炎，见表2。

2.2 实验兔大体观察及体温监测术后小孔组和大孔组实验动物均出现了患肢保护性反射、跛行、负重功能有限。小孔组28 d时仅2只有窦道形成，切口较少出现渗液流脓，可触及胫骨肿胀。大孔组7 d后伤口局部出现红肿、渗出及流脓；14 d后伤口渗出减少，脓液固化；28 d时9只流脓形成窦道，局部软组织感染严重。
术后对所有实验兔的体温进行了监测，相比假手术组，小孔组和大孔组体温呈现持续升高后稍有回落表现，小孔组升高趋势更明显(图2)。

2.3 血清C-反应蛋白和降钙素原质量浓度在术后30 d的监测期内，小孔组和大孔组兔的C-反应蛋白质量浓度相比假手术组持续增高(图3)；降钙素原质量浓度无增高，相比假手术组轻微降低(图4)。

2.4 影像学表现钼靶X射线片显示，14 d时兔胫骨形态发生了变化(图5)[14]，小孔组和大孔组均有骨溶解表现。小孔组可见骨髓腔内感染，骨膜反应轻；而大孔组感染灶较小孔组局限，局部有骨膜钙化、骨膜反应较小孔重。术后28 d小孔组局部骨溶解较前加重，全骨段髓腔感染更明显，骨膜反应重，感染扩展到全骨段，邻近关节也受到一定影响；大孔组未见明显全骨髓腔感染，局部感染及骨反应性增生较小孔组重。假手术组无阳性表现。

CT图片结果显示，在术后14 d，小孔组和大孔组骨感染阳性率均为100%。术后CT能较早清楚地观察到骨膜反应、骨溶解、骨的反应性增生、骨皮质变厚等变化，能更直观地观察到小孔组髓腔内有骨感染、溶解情况及有骨裂迹象出现；大孔组局部有包壳形成、死骨排出(图6)。假手术组无阳性表现。

2.5 细菌学表现取兔左侧胫骨中上段窦道的脓液、软组织及骨组织研磨后进行细菌培养，对其形态进行观察，小孔组和大孔组存活动物均感染金黄色葡萄球菌，假手术组阴性(图7)。

2.6 组织学病理学表现术后28 d时处死实验兔，制成胫骨切片，经苏木精-伊红染色后观察，结果显示：假手术组未见明显异常；小孔组骨髓腔内可见大量坏死组织及炎性细胞浸润，髓腔内骨增生严重；大孔组骨髓腔外可见大量坏死组织、肉芽组织，髓腔外骨小梁稀疏(图8)。

参考文献

[1] LI S G, LIU Z, SUN TS, et al. VSD combined with fascio-cutaneous flap transferation staging operation to treat post-traumatic osteomyelitis. Zhongguo Gu Shang. 2012;25(6):516-519.
[2] TUCHSCHERR L, GERACI J, LOFFLER B. Staphylococcus aureus Regulator Sigma B is Important to Develop Chronic Infections in Hematogenous Murine Osteomyelitis Model. Pathogens. 2017;6(3):31.
[3] DE GRAAF H, SUKHTANKAR P, ARCH B, et al. Duration of intravenous antibiotic therapy for children with acute osteomyelitis or septic arthritis: a feasibility study. Health Technol Assess. 2017;21(48):1-164.
[4] PARK KH, CHO OH, LEE JH, et al. Optimal Duration of Antibiotic Therapy in Patients With Hematogenous Vertebral Osteomyelitis at Low Risk and High Risk of Recurrence. Clin Infect Dis. 2016;62(10):1262-1269.
[5] GEURTS J, HOHNEN A, VRANKEN T, et al. Treatment strategies for chronic osteomyelitis in low- and middle-income countries: systematic review. Trop Med Int Health. 2017;22(9):1054-1062.
[6] NORDEN CW. Experimental osteomyelitis. I. A description of the model. J Infect Dis. 1970;122(5):410-418.
[7] 陈金水, 廖肇山, 林松庆, 等. 兔股骨慢性骨髓炎模型的制作[J]. 中国组织工程研究,2015,19(49):7885-7889.
[8] 霍茜瑜, 闵昌敏, 袁琴, 等. 多重耐药鲍曼不动杆菌引起慢性骨髓炎的动物模型建立与评价[J]. 中国卫生检验杂志,2016,26(20): 2902-2905.
[9] 黄金亮, 唐辉, 范新宇, 等. 慢性难治性骨髓炎动物模型制备与鉴定[J]. 西南国防医药,2012,22(3):236-239.
[10] 袁承杰, 翁蔚宗, 周启荣, 等. 骨髓炎骨缺损动物模型构建研究进展[J]. 中华骨与关节外科杂志,2016,9(1):87-90.
[11] ROUX KM, COBB LH, SEITZ MA, et al. Innovations in osteomyelitis research: A review of animal models. Animal Model Exp Med. 2021; 4(1):59-70.
[12] 高正琴, 邢华, 孙怀昌, 等. 金黄色葡萄球菌对小鼠致病性的实验研究[J]. 中国比较医学杂志,2003(2):27-29.
[13] 刘金月, 章猛奇, 卿明松, 等. 金黄色葡萄球菌性骨髓炎动物模型构建的研究与进展[J]. 中国组织工程研究,2020,24(14):2256-2262.
[14] QIU X, LI S, LI X, et al. Experimental study of β-TCP scaffold loaded with VAN/PLGA microspheres in the treatment of infectious bone defects. Colloids Surf B Biointerfaces. 2022;213:112424.
[15] 化昊天, 王新卫, 张磊, 等. 慢性骨髓炎的诊疗研究进展[J]. 中国骨与关节杂志,2022,11(2):132-136.
[16] 慕月晶, 王伟佳, 严海忠, 等. PCT检测在全身和局部细菌感染诊断中的临床应用[J]. 检验医学,2015,30(1):17-20.
[17] 石婷婷, 李双庆, 梁利波. 降钙素原在感染中的应用及研究进展[J]. 中华全科医学,2018,16(4):620-625.
[18] 刘保光, 谢苗, 董颖, 等. 金黄色葡萄球菌研究现状[J]. 动物医学进展,2021,42(4):128-130.
[19] HORST SA, HOERR V, BEINEKE A, et al. A novel mouse model of Staphylococcus aureus chronic osteomyelitis that closely mimics the human infection: an integrated view of disease pathogenesis. Am J Pathol. 2012;181(4):1206-1214.
[20] HIENZ SA, SAKAMOTO H, FLOCK JI, et al. Development and characterization of a new model of hematogenous osteomyelitis in the rat. J Infect Dis. 1995;171(5):1230-1236.
[21] MORRISSY RT, HAYNES DW. Acute hematogenous osteomyelitis: a model with trauma as an etiology. J Pediatr Orthop. 1989;9(4):447-456.
[22] Privalov VA, Svetlakov AL, Kushakovskii OS, et al. An experimental model of suppurative osteomyelitis. Patol Fiziol Eksp Ter. 2000;(1):26-29.
[23] 王晓波, 郑欣, 陈一心. 感染性骨缺损动物模型的研究进展[J]. 医学综述,2015,21(7):1158-1161.
[24] XING J, HOU T, LUOBU B, et al. Anti-infection tissue engineering construct treating osteomyelitis in rabbit tibia. Tissue Eng Part A. 2013; 19(1-2):255-263.
[25] STEVENSON MC, SLATER JC, SAGI HC, et al. Diagnosing Fracture-Related Infections: Where Are We Now? J Clin Microbiol. 2022;60(2):e280720.
[26] YEN C, KAUSHIK S, DESAI SB. Image-guided percutaneous bone biopsy for pediatric osteomyelitis: correlating MRI findings, tissue pathology and culture, and effect on clinical management. Skeletal Radiol. 2022. doi: 10.1007/s00256-022-04131-4.
[27] SHAYEGAN A, ZUCCHI A, DE SWERT K, et al. Lipoteichoic acid stimulates the proliferation, migration and cytokine production of adult dental pulp stem cells without affecting osteogenic differentiation. Int Endod J. 2021;54(4):585-600.
[28] HU CC, CHANG CH, HSIAO YM, et al. Lipoteichoic Acid Accelerates Bone Healing by Enhancing Osteoblast Differentiation and Inhibiting Osteoclast Activation in a Mouse Model of Femoral Defects. Int J Mol Sci. 2020;21(15):5550.
[29] ODEKERKEN JC, WALENKAMP GH, BRANS BT, et al. The longitudinal assessment of osteomyelitis development by molecular imaging in a rabbit model. Biomed Res Int. 2014;2014:424652.
[30] 汪晓波, 李旭. MRI在诊断儿童长骨骨髓炎的应用价值[J]. 中国医学计算机成像杂志,2019,25(3):299-302.
[31] ZHANG W, LIN Y, ZONG Y, et al. Staphylococcus aureus Infection Initiates Hypoxia-Mediated Transforming Growth Factor-beta1 Upregulation to Trigger Osteomyelitis. mSystems. 2022;7(4):e38022.

引言

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验，两两比较采用t检验。
1.2 时间及地点实验于2017年3月至2018年3月在联勤保障部第940医院动物实验科完成。
1.3 材料
1.3.1 实验动物 25只雌性新西兰大白兔由联勤保障部第940医院动物实验科提供并饲养，约5月龄，体质量2.5-3.0 kg，生产许可证号：SCXK(军)2017-0023；使用许可证号：SYXK(军)2017-0047。在进行手术前，动物均饲养2周以适应环境，并对其健康状况进行观察。该研究中严格遵循动物伦理原则(伦理批件号：2016KYLL002)及外科无菌操作原则。
1.3.2 主要试剂及仪器戊巴比妥钠(上海上药新亚药业有限公司)，金黄色葡萄球菌悬浮液(2×106 cfu)(联勤保障部第940医院实验室提供，ATCC25923)，5%鱼肝油酸钠注射液(上海信谊)，大清生物纸(北京大清生物技术有限公司)，骨蜡(联勤保障部第940医院手术室赠送)，兔C-反应蛋白酶联免疫分析(上海西唐生物科技有限公司)，兔降钙素原酶联免疫分析(上海西唐生物科技有限公司)。
H1650-R台式高速冷冻离心机(上海皖宁精密科学仪器有限公司)，钼靶软X射线照相机(美国GE公司)，石蜡切片机(德国莱卡公司)，CT(荷兰Philip公司)。
1.4 方法
1.4.1 动物分组 25只新西兰兔按随机数字表法随机分为3组，小孔组10只，大孔组10只，假手术组5只。

1.4.2 手术方法各组兔称质量后，麻醉平稳，仰卧位四肢外展固定于兔板上，于左侧小腿膝关节远端备皮至膝关节水平位置，碘伏消毒，铺无菌洞巾。胫骨结节内侧向下做长约1 cm纵行切口，依次切开皮肤、筋膜、肌肉、骨膜，将骨膜及其他软组织向两侧分离。①假手术组5只，切开后缝合，不钻孔及注射细菌。②小孔组于胫骨结节内侧骨平坦处用1 mm骨钻钻孔，钻透一侧皮质(深度约3 mm)，制作出1 mm骨缺损，无菌生理盐水冲洗髓腔内外碎骨屑，抽取少许髓腔内骨髓，先注入5%鱼肝油酸钠0.1 mL，用纱布堵塞孔洞10 s，见髓腔内无骨髓溢出后，将事先制备好的大青叶生物纸卷塞入骨缺损处，再用1 mL注射器向髓腔内注射金黄色葡萄球菌(2×106 cfu) 悬浮液0.1 mL，用无菌骨蜡封闭，将骨膜外软组织逐层缝合。③大孔组于胫骨结节内侧骨平坦处用5 mm骨钻钻孔，局部滴生理盐水避免钻头高温烫伤组织，制作出5 mm宽骨缺损，其余操作同小孔组。操作流程细节见图1。

1.5 主要观察指标

1.5.1 后续实验参数及监测在术后30 d内，严密监测左后肢及其伤口外观和感染的一般体征，测量体温，并按实验计划从实验兔耳缘静脉采集血液，10 000 r/min速度离心提取血清，分析实验兔的血清C-反应蛋白和降钙素原水平，具体时间点见表1。

1.5.2 影像学表现在术后第14，28天，对实验兔进行钼靶X射线摄片和CT扫描，观察影像学变化。
1.5.3 细菌学观察评估组织感染细菌菌种，于第30天时耳缘静脉过量注射戊巴比妥钠麻醉处死兔子并取胫骨局部软组织和部分坏死骨组织进行研磨，接种于琼脂培养皿上，培养3 d后对培养皿中的主要细菌形态进行观察。
1.5.4 组织学观察将实验动物过量麻醉安乐死后，取胫骨样本用多聚甲醛溶液固定24 h，10%EDTA溶液脱钙30 d，乙醇梯度浓度脱水，二甲苯透明以及石蜡包埋。包埋后的组织进行连续胫骨水平面方向切片，厚4 μm。切片放入二甲苯中脱蜡 2次，每次 10 min，乙醇梯度水化每次 30 s，清水冲洗后，苏木精着色 5 min，流水洗去多余染液后用5%的乙酸分色1 min，流水冲洗，浸入伊红染色液2 min，流水冲洗，乙醇梯度脱水，二甲苯透明1 min，中性树胶封固，显微镜下观察。
1.6 统计学分析实验动物的体温、C-反应蛋白、降钙素原水平等数据采用x±s表示，以SPSS 22.0软件进行t检验统计分析，检验水准P≤0.05。数据的图形表示均采用GraphPad Prism 9.0制作。文章统计学方法已经兰州大学医学院生物统计学专家审核。

讨论

骨髓炎可由局部创伤或远处细菌感染迁移引起，也是创伤性骨折或矫形手术的主要并发症，治疗骨髓炎是临床医生必须面对的艰难挑战，因此，制备骨髓炎动物模型对开发新的骨髓炎治疗方法至关重要。此次研究中使用2种不同的钻孔孔径，先使用血管硬化剂，然后在孔洞中塞入可降解大青叶生物纸，再注入细菌并用骨蜡封闭，这种方法有效改善了造模手术时细菌外漏对周围软组织的污染，最终在胫骨引起了有效的感染，建模成功。
连续的术后监测可以反映骨髓炎的变化过程。实验中小孔组和大孔组实验动物体温监测和C-反应蛋白表达水平都显示出同样的升高趋势，接近30 d时表现平稳并有轻度回落趋势，表明骨感染炎症反应在接近30 d的时间趋于稳定，符合骨髓炎从急性演变至慢性的表现[15]。然而有趣的是，对细菌感染敏感的降钙素原不仅无增高反而有轻微降低，其原因可能为：①局部感染不够引起严重的全身炎症反应导致降钙素原指标升高[16]；②近年研究指出，细菌内毒素是刺激诱导降钙素原释放的主要因素[17]，此次实验中致病菌为革兰阳性菌金黄色葡萄球菌，以外毒素为主，缺乏内毒素[18]。
不同时间点的钼靶X射线片和CT片可以清楚观察到骨感染灶的形态变化，如感染引起的骨膜反应、增生钙化及骨溶解。在存活的实验动物中，CT相比X射线片能更早地精确显示出骨感染的细微变化；第28天的影像学检查骨感染差异明显，小孔组全骨段感染，大孔组局部感染重。
理论上，营养骨的滋养血管从骨皮质外侧的滋养孔依次穿过骨膜下外侧环形骨板-骨单位间隙内骨板-骨内侧环形骨板-突入骨髓腔中央的骨小梁，分支后反向穿入骨皮质进入横行的Volkmann管，再纵向发出毛细血管进入哈弗斯管营养骨单位。基于这种生理解剖结构，血液中的病菌从外周滋养动脉进入骨髓腔内，再向骨单位营养分支行进的时候由于血管孔径变小、路线迂曲，易发生栓塞感染。由于靠近髓腔侧血管孔径较大，感染易于向髓腔内扩散形成典型的急性血源性骨髓炎表现。这类似于此次研究中小孔组在细菌注入骨髓腔后表现，由于孔太小，注入的细菌无法早期移出骨髓腔外，在髓腔内形成骨感染灶，且无法及时引流排出，引起毒血症，导致动物模型出现高体温、早期高死亡率(此次实验存活率70%)；之后感染沿阻力较小的骨髓腔蔓延扩散，于28 d时形成全骨髓腔内感染。早期14 d内实验动物模型在体温及血液炎症指标表现与急性血源性骨髓炎相似，而到第28天时又与菌源性慢性硬化性骨髓炎表现类似。既往有学者通过血液途径或血液加局部创伤的方法制备了血源性骨髓炎的模型[19-21]，但这些方法都有一个缺陷就是菌血症引起实验动物的高死亡率。PRIVALOV等[22]研究指出局部感染可显著降低实验动物死亡率，此次实验小孔法造模是局部注菌产生感染，但依旧出现了30%的死亡率，考虑与注入的细菌数量有密切关系，今后造模可尝试进一步降低注入细菌量以改善存活率。相信此造模法可以运用于针对血源性骨髓炎和细菌性慢性硬化性骨髓炎的病理机制及药理学研究，但对于无菌性炎症引起的慢性硬化性骨髓炎可能并不适用。
局部骨脓肿骨髓炎多是临近软组织感染直接蔓延或细菌栓塞部位靠近骨皮质外侧，感染不易扩散至整个骨髓腔而形成局部骨溶解感染，此次研究大孔组选择5 mm钻头制作骨缺损并植入细菌可较好地模拟这种骨髓炎表现。5 mm钻孔骨缺损较大，为避免注射菌液实验环节细菌外漏，局部用大青叶生物纸和骨蜡对孔洞进行了填塞，防止了制备模型时骨髓腔内细菌的移位，尽管局部还有骨蜡封闭，但随着时间延长，生物纸降解，细菌从孔洞溢出骨髓腔外，髓腔内压力降低，感染侵及髓外骨和软组织，在局部形成明显的骨溶解骨脓肿表现。在第14天时，大孔组与小孔组相比，其体温变化、肢体反射性保护及全身反应症状较轻；28 d时的影像学表现与慢性局限性骨脓肿表现相似。值得注意的是，王晓波等[23]在大鼠股骨制造骨髓炎模型时采用6 mm骨缺损并接种1×106 CFU细菌后骨局部固定装置稳定性受到明显影响；而XING等[24]研究的3 mm钻孔法制备骨髓炎可致全骨髓腔感染，因此选择5 mm骨缺损可能是制备局部感染性骨髓炎的最优解，此种局部骨髓炎模型可运用于针对新型负载抗生素的人工骨替代材料及新型生物支架材料局部药物缓控释作用方面的研究，不适用于就单一抗感染药物对骨髓炎疗效的研究。
细菌培养是检测活体骨髓炎感染的金标准[25]。病理学表现可以揭示骨感染的微观表现[26]。30 d后对处死的实验动物进行的细菌培养及病理学检查，结果证实小孔和大孔组实验动物均为金黄色葡萄球菌感染。从病理可以观察到小孔法制备形成的模型为全髓腔内感染，髓腔内坏死组织、炎性细胞浸润、髓腔内骨小梁增多致密并纤维化，这与此次研究在X射线片上全骨段感染致密阴影、髓腔变窄或闭塞、形成类似硬化性骨髓炎的表现相吻合；大孔法制备的模型由于髓腔内感染及时排出，骨外侧软组织及骨感染明显，外侧炎性肉芽组织增多、反应性小骨梁增生，但增生较稀疏，与X射线片局部骨密度减低的表现相吻合。
病理结果和X射线片、CT相互验证揭露了不同感染模型表现的微观变化，此外还有一个明显的共同点是有骨感染的地方就会有骨增生，小孔法模型髓腔内感染严重，对应髓腔内的骨增生明显，大孔法模型局部及髓外感染严重，对应的骨外侧反应骨增生明显，这些表现在一定程度上均印证了骨髓炎“炎性反应-瘢痕形成-骨增生”的修复机制[27-28]。
此次研究描述了2种能够简单、高效建立金黄色葡萄球菌感染兔胫骨骨髓炎模型的方法：①小孔组方法可用于模拟急性血源性骨髓炎演变至硬化性骨髓炎的过程，大孔组方法可模拟骨脓肿型骨髓炎，为以后实现自由控制构建不同类型的骨髓炎模型提供了可能，并结合各项实验监测指标对骨髓炎的发生发展有了一定的认识，此外也可以用于研究及推测不同骨髓炎表现的形成机制。②实验中的各项监测指标揭示了不同类型的骨髓炎从急性演变至慢性的过程，其中体温和C-反应蛋白是敏感的检测指标，降钙素原或可以作为骨髓炎致病菌的鉴别点，为临床抗生素的应用提供指导。③CT相比X射线片能较早、清楚地观察到骨感染及骨增生的变化情况。④选择兔子作为实验动物，其较大的长骨能更好地模拟人类的外科手术过程。因此，建立此种实验动物模型是必要的，这将有助于评估抗生素治疗急性骨感染的体内疗效，也可为基础抗感染材料研究和临床治疗提供有用信息。
以上实验结果对骨髓炎模型的制备提供了新思路，但由于此次研究样本量小，稍有局限，将来在不违背伦理的情况下可以进行足够数量的动物实验，增加实验检测指标(如显微PET 等新型核医学影像检测手段[29-30])及实验后期处理项目(引入分子水平的研究内容[31])，以求推断并证实骨髓炎骨缺损的发病机制，得到精确结果实现精准医疗。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

兔胫骨钻骨孔径对骨髓炎模型的影响

Size of the borehole affects rabbit tibial osteomyelitis models

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 8

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	李晓敏, 田向东 , 谭冶彤 , 朱光宇 , 王荣田 , 王剑 , 薛志鹏, 马晟, 胡元一, 黄叶, 丁天送. 骨质疏松性内侧室膝骨关节炎胫骨高位截骨后下肢力线及膝关节功能的变化[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(9): 1325-1329.
[2]	郑博, 张秀莉, 周浩, 何泽壁, 周进, 周维云, 李鹏. 关节镜辅助下锁定空心螺钉固定与切开复位钢板内固定治疗Schatzker Ⅱ-Ⅲ型胫骨平台骨折的早期CT评价[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(9): 1410-1416.
[3]	阮凌, 王光华, 吴荣平, 晋战, 吕镇庆, 张楠, 李寿邦. 运动强度与高脂饮食模型大鼠脂代谢紊乱和氧化应激的相关性[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(8): 1149-1155.
[4]	赵伟, 冯卫, 杨铁翼, 任伟, 王玉鑫, 吕慧成, 常志强, 冯晓东, 王紫横, 郭世炳. 3D打印模具制备抗生素骨水泥髓内钉治疗下肢长骨感染[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(7): 1023-1030.
[5]	李晓寅, 杨晓青, 陈淑莲, 李正超, 王梓琪, 宋震, 朱达仁, 陈旭义. 胶原/丝素蛋白支架联合神经干细胞治疗创伤性脊髓损伤[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(6): 890-896.
[6]	黄贵江, 季雨伟, 赵鑫, 杨艺, 赵玉兰, 王佩锦, 唐薇, 角建林. 胎盘间充质干细胞不同给药途径治疗骨质疏松性骨折树鼩的疗效和机制[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(6): 909-914.
[7]	刘广銮, 郭宗磊, 戈进, 黄栋, 王业华. 前交叉韧带损伤伴发内侧半月板后根撕裂：解剖学的危险因素分析[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(5): 663-668.
[8]	宋健, 赵磊, 刘挨师. 小型猪心肌缺血模型的构建及应用现状[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(5): 772-778.
[9]	王晓歌, 刘吉文, 杨帅, 鲍金宇, 李翠. 运动对慢性不可预测轻度应激模型鼠抑郁样行为的干预作用：系统综述和Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(5): 813-820.
[10]	于嘉安, 刘鑫伟, 廉洪宇, 刘可鑫, 李子涛. 胫骨内侧开放与外侧闭合截骨治疗单间室膝骨关节炎的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(4): 632-639.
[11]	周航, 冯硕, 张金成, 张乐曙, 陈家浩, 陈向阳. 胫骨平台解剖形态与半月板撕裂的相关性[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(31): 4977-4983.
[12]	李浩然, 黄健. 有限元分析在人工膝关节置换中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(31): 5058-5063.
[13]	周广智, 邰东旭. 踝关节骨关节炎动物模型构建的研究与进展[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(29): 4745-4750.
[14]	张璐, 王仁崇, 谢友, 胡居正, 温定付, 杨通池, 黄书钟, 石展英. 胫骨平台后外侧柱骨折新型前外侧钢板设计与有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(29): 4593-4598.
[15]	李晓敏, 田向东, 谭冶彤, 薛志鹏, 马晟, 胡元一, 黄叶, 丁天送. 胫骨结节远端单平面截骨患者髌股关节退变及髌骨高度的改变[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(27): 4367-4372.