股骨骨折模型兔外固定架稳定性与股四头肌肌腱的关系

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.39.009

中国组织工程研究 ›› 2016, Vol. 20 ›› Issue (39): 5834-5839.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.39.009

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股骨骨折模型兔外固定架稳定性与股四头肌肌腱的关系

张猛，魏俊强，段建伟，闫石

承德医学院附属医院创伤小儿骨科，河北省承德市 067000

修回日期:2016-07-02 出版日期:2016-09-23 发布日期:2016-09-23
通讯作者: 闫石，硕士，主任医师，承德医学院附属医院创伤小儿骨科，河北省承德市 067000
作者简介:张猛，男，1989年生，河北省容城县人，汉族，承德医学院在读硕士，主要从事创伤、小儿骨科及骨肿瘤方面的研究。
基金资助:
河北省医学科学研究课题(ZL20140067)

Relationship of quadriceps tendon and the stability of external fixator in rabbit femur fracture model

Zhang Meng, Wei Jun-qiang, Duan Jian-wei, Yan Shi

Department of Pediatric Orthopedic Trauma, Affiliated Hospital of Chengde Medical College, Chengde 067000, Hebei Province, China

Revised:2016-07-02 Online:2016-09-23 Published:2016-09-23
Contact: Yan Shi, Master, Chief physician, Department of Pediatric Orthopedic Trauma, Affiliated Hospital of Chengde Medical College, Chengde 067000, Hebei Province, China
About author:Zhang Meng, Studying for master’s degree, Department of Pediatric Orthopedic Trauma, Affiliated Hospital of Chengde Medical College, Chengde 067000, Hebei Province, China
Supported by:
the Medical Science Research Project of Hebei Province, No. ZL20140067

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

股四头肌：大腿肌肉前面有股四头肌，后面有股二头肌，内侧有缝匠肌、内收大肌等。要使大腿强壮首要是发展股四头肌，因为股四头肌是人体最大、最有力的肌肉之一。股四头肌由4个头组成即股直肌、股中肌、股外肌和股内肌组成，肌腱构成人体最大的籽骨-髌骨和髌骨韧带。股四头肌的功能是使小腿伸、大腿伸和屈，伸膝(关节)屈髋(关节)，并维持人体直立姿势。

外固定器在骨科中的应用：使骨外固定器治疗骨折成为一种公认标准方法的为前苏联著名学者Ilizarov，他发明的多孔性全环式外固定器，使用直径较细钢针(1.5 mm)张应力下固定，使得骨外固定稳定性和针道感染两个最主要问题得到了较满意的的解决。目前国内使用的外固定器种类很多，用的较多的骨外固定器有李氏半环槽式和仿De Bastiani 的单边式外固定器和潍坊三维可调式外固定器。

摘要

背景：在兔股骨骨折类造模实验中，关于股四头肌肌腱是否会影响固定装置稳定性的相关研究较少。

目的：分析股四头肌肌腱对兔股骨骨折模型中外固定架稳定性的影响。

方法：将48只新西兰大白兔随机分为2组，使用外固定架制作兔股骨骨折模型，实验组切断股四头肌肌腱，对照组保留股四头肌肌腱，2周后行X射线检查观察在骨折造模开始到成功阶段2组外固定架失效的数量。

结果与结论：①X射线检查：造模后2周实验组1只兔外固定架螺钉游离于股骨外，对照组7只实验兔外固定架螺钉游离于股骨外，其中1只螺钉折断，螺纹部分留置于股骨内；②外固定架失效率：实验组1只兔外固定架失效，失效率4%，对照组12只兔外固定架失效，失效率50%，差异有显著性意义(P < 0.05)。结果证明切断兔股四头肌肌腱可以有效地保证术后兔外固定架的稳定性，间接的提高了实验的成功率。

ORCID:0000-0001-9298-2512(张猛)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 骨科植入物, 骨植入物, 外固定架, 新西兰大白兔, 股骨, 骨折

Abstract:

BACKGROUND: In rabbit femur fracture model experiment, there are a few studies on whether quadriceps tendon will affect the stability of the fixed device.

OBJECTIVE: To analyze the effects of quadriceps tendon to the stability of external fixator in rabbit models of femur fracture.

METHODS: The 48 New Zealand white rabbits were randomly divided into two groups. External fixator was used to make fracture model. In the experiment group, quadriceps tendon was cut. In the control group, quadriceps tendon was retained. 2 weeks later, X-ray examination was utilized to observe the number of failed external fixator in both groups from modeling to success.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) X-ray examination: 2 weeks after model establishment, external fixation frame screw was free from femur in one rabbit of the experiment group, and seven rabbits in the control group. Of them, one screw was broken. Threaded portion retained in the femur. (2) External fixation failure rate: failed external fixator was found in one rabbit in the experiment group, resulting in a failure rate of 4%, and 12 rabbits in the control group, resulting in a failure rate of 50% (P < 0.05). These findings suggested that cutting off the rabbit quadriceps tendon can effectively ensure the stability of the external fixator, and indirectly improve success rate of the experiment.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: External Fixators, Femur, Disease Models, Animal, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

张猛，魏俊强，段建伟，闫石. 股骨骨折模型兔外固定架稳定性与股四头肌肌腱的关系[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(39): 5834-5839.

Zhang Meng, Wei Jun-qiang, Duan Jian-wei, Yan Shi. Relationship of quadriceps tendon and the stability of external fixator in rabbit femur fracture model[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2016, 20(39): 5834-5839.

图/表（结果） 4

2.1 造模成功动物数量及过程 新西兰大白兔48只，分为2组，实验过程中无脱失，全部进入结果分析。分组流程图见图2。2组兔月龄分布和体质量分布情况见表1，2。

2.2 模型稳定性 制作兔股骨骨折模型是根据王永刚等^[14]、郭树章等^[15]、赵震宇等^[16-17]和张猛等^[^18-19]学者的方法总结而出，比较具有代表性，其股骨骨折模型造模后稳定性根据上述学者的研究，其造模方法稳定性良好，此次实验在以上学者造模基础上增加离断股四头肌肌腱一步骤，基本不影响以上学者证明的造模的稳定性。

2.3 大体观察 实验动物于相同的清洁级环境中饲养，大白兔术前及术后可自由活动。2组实验动物术后当天切口均可见少量血性液体渗出，切口经过换药3 d后渗出逐渐减少至干燥结痂，八九天切口基本愈合。最初3 d实验动物均出现不同程度萎靡，患肢跛行，进食减退，只饮少量水，1周后大部分兔食量正常。2周内实验组1只兔外固定架螺钉松动脱落，对照组5只实验兔仅外固定架螺母松动掉落，5只实验兔仅外固定架螺钉松动脱落，2只实验兔螺母及螺钉均松动脱落。全部实验动物术后可自由活动，3 d后恢复术前状态，步态无异常。实验期间，全部实验动物均正常健康生长。

2.4 X射线检查 术后2周给予所有动物行X射线检查，实验组1只兔外固定架螺钉游离于股骨外，对照组7只实验兔外固定架螺钉游离于股骨外，其中1只螺钉折断，螺纹部分留置于股骨内。

2.5 实验组与对照组外固定架失效率比较 见表3。

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引言

近年来，医学技术的发展越来越快，而医学的发展则意味着需要大量的临床及基础实验研究来进行前期的可行性探索，也意味着需要更多的实验动物用于实验。就骨科专业来说，比较多的是需要对实验动物进行部分有创操作来制造骨折类相关模型，再进行后续的实验研究。虽然很多的造模都有了固定的方法，但仍有很多的细节没有注意，而很多实验正是某些细节未注意到而导致了实验的失败率明显增加，因此，很多即使已经成固定模式的实验操作仍需要进行细致的分析来提高实验的成功率。

很多的骨科实验都以兔作为实验动物来进行前期研究的^[1]。在常用的实验动物中，兔以其性价比高，骨质接近于人类，可耐受很多有创操作而被骨科专业的实验者所青睐^[2-4]。

而无论是创伤骨科^[5]、矫形骨科^[6]、小儿骨科还是其他的骨科专业^[7]，基础实验大部分都是以有创操作后置入固定装置来造模或进行后期研究，同时骨折模型的建立需要很长时间才能完成，那么保证固定牢固，不易失效则是重中之重，可以说固定装置的稳定性直接决定了实验的成败^[8-10]。

股四头肌肌腱是股四头肌与股骨远端的主要连接装置，股四头肌的收缩及舒张必须由股四头肌肌腱的牵引作用于股骨上才能引起相应部位的运动。肌腱的作用对于肢体的运动至关重要，而对于动物实验中需要牢固固定的固定装置，可能肌腱的作用更多的是无益的，肌腱的牵拉导致了局部的微动，间接的导致了固定装置的微动，甚至固定装置的松动、脱落、失效^[11-13]。

因此，为了提高固定装置的稳定性来间接提高实验动物造模实验的成功率，实验拟对在外固定架制作兔股骨骨折模型中股四头肌肌腱的对外固定架稳定性的影响进行探究。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 造模动物及材料 实验于2014年9月至2015年6月在承德医学院附属医院动物实验中心完成。

实验动物：健康雄性4-6月龄新西兰长耳大白兔48只，体质量1.5-2.5 kg，由北京金牧阳实验动物养殖有限责任公司提供。许可证号：scxk(京)2015-0005。实验过程中对动物的处置符合医学伦理学标准。

外固定装置：Ⅰ型FK5号指骨型外固定支架，由张家港市医械制造有限公司提供。
1.2 造模方法 按照随机数字表将48只大白兔随机分为实验组和对照组，根据王永刚等^[14]、郭树章等^[15]、赵震宇等^[16-17]和张猛等^[18-19]学者的方法制作兔股骨骨折外固定模型。术前1 d所有实验动物禁食水，所有操作均由同一人进行。

取大白兔左腿为实验侧，予术区电动褪毛器褪毛。术前常规肌注青霉素40×10⁴U感染。使用3%戊巴比妥钠按照1.0 kg的剂量注入耳缘静脉进行麻醉，实验兔取侧卧位于兔台上，保持其呼吸道通畅，于褪毛区应用0.5%碘伏消毒，常规铺无菌手术单。取兔大腿中部外侧纵形切口，逐层分离软组织，最大程度避免损伤软组织，于股外侧肌和股后肌之间的肌间隔钝性分离，充分暴露兔股骨干。实验组于髌骨上缘离断股四头肌肌腱，对照组不离断。然后分别于股骨远端及近端平行放置2枚 1.5 mm外固定架螺纹钉，安装外固定架，确保外固定架固定牢固。用线锯在股骨中段离断股骨，然后彻底止血，用 0.9%氯化钠注射液及5%碘伏消毒液反复冲洗手术伤口后缝合，包扎伤口。将大白兔于清洁级环境下分笼饲养，术后自由活动。术后肌注青霉素40×10⁴ U/d连续1周，并用5%碘伏消毒液2次/d毒伤口并常规换药预防感染。2周后给予术侧股骨行X射线检查。动物造模过程见图1。

1.3 造模成功的检测标准 造模后行X射线检查以外固定架固定于原位置则为造模成功，若内固定失效则为失败。

1.4 主要观察指标 新西兰大白兔的大体情况，X射线检查有无外固定螺钉的松动及脱落。

1.5 统计学分析 所有采集的数据使用SPSS 19.0统计软件包进行统计分析处理。实验组和对照组两组的计数资料数据采用χ²检验，检验标准 P 为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程< 0.05

讨论

兔的股四头肌肌腱是股四头肌与股骨远端的主要连接装置，股四头肌的收缩及舒张必须由股四头肌肌腱的牵引作用于股骨上才能引起相应部位的运动^[20] 。肌腱的作用对于肢体的运动至关重要，而对于动物实验中需要牢固固定的固定装置，可能肌腱的作用更多的是无益的，肌腱的牵拉导致了局部的微动，间接的导致了固定装置的微动，甚至固定装置的松动、脱落、失效^[21]。目前仍无文献明确指出在制作兔股骨骨折模型的过程中，股四头肌肌腱的有无会影响到骨折模型的稳定性。

3.1 实验动物及部位的选择为了满足日益发展的骨科治疗技术，填补相应的临床动物实验不足，关于骨折造模的研究越来越多，而实验动物选用最多的为鼠、兔和狗。邢丹等^[22-23]和费志强等^[24]用大鼠制作骨折模型，郭树章等^[15]和卢旻鹏等^[25]用大白兔作为实验动物，韩大为等^[26]和Cole等^[27]则用狗作为实验动物。相对于狗，兔作为实验动物是由于兔来源广、价廉、体形适中, 性情温和、麻醉易行、安全、可以循环利用^[28]，而狗的实验成本较高，且不易控制。与鼠相比，兔的的组织、器官与人的组织、器官具有许多相似之处^[29]，而且兔的骨骼较鼠的骨骼更加粗壮，更利于术野的显露，同时也能有更大的空间来进行手术操作，可降低手术的难度。因此，兔越来越多的被用来进行骨科动物实验，该实验则根据兔的越来越多的实验率出发，分析影响兔骨折固定方式的因素。

3.2 部位的选择兔的下肢骨包括髂骨、股骨、膝盖骨、小腿骨、跗骨、跖骨、趾骨和籽骨^[30-31]，其中以股骨最粗。同时，大部分大型哺乳动物比如狗、羊、牛等的下肢与兔的下肢骨组成及结构相似。关于Ilizarov技术的研究，韩大为等^[32]就是用狗作为实验动物进行研究，殷力等^[33]则用兔的后肢来验证，同时石义刚等^[34]则在同一实验中使用兔与狗来作为实验动物，说明二者有其相似的地方。因此根据兔的下肢骨与大型动物的相似性，选取最具代表性且是最粗的股骨，既可以因相似性选取兔作为实验对象降低成本，又可以因股骨较粗而使骨科的操作更简单易行，而且部分关于骨的长度数值更易测量及控制。

3.3 固定方式的选择该实验主要探讨兔股骨骨折模型中股四头肌肌腱对固定方式稳定性的影响，在兔骨折模型中，主要的固定方式有克氏针进行髓内固定、微型钢板进行内固定和外固定架外固定^[35-36]，但前两种固定方法抗旋转能力都很差^[37-39]，由于实验动物术后自由活动，过度的活动会因内固定的抗旋转能力差而导致骨折断端旋转微动造成局部血运受到破坏，使实验的干扰因素增多。而外固定架固定既可以通过螺钉的刚度对骨折部位进行牢固固定，同时也具有较大的防旋转能力^[40-42]。因此，该实验选取既可牢固固定又可减少实验干扰因素的外固定架固定作为代表性的固定方式。

3.4 实验的不足 ①临床上骨折有粉碎性、螺旋形、横行骨折等多种，此次实验仅从兔股骨的横行骨折造模进行实验研究，力求在可控性应力与微动作用下达到骨折愈合标准后进行观察，尚不能证明其他类型的骨折会不会存在更多不可控的应力而导致外固定架松动失效，需要从广度、深度上进一步研究；②此次实验的实验对象为新西兰大白兔，虽然实验达到了预期的效果，证明切断兔股四头肌腱可保证外固定架的稳定性，但由于个体化的差异，同时样本量比较小，可能不具有太权威的代表性，需要更进一步进行大样本的研究。

综上所述，在进行兔股骨骨折模型的建立时，离断股四头肌肌腱可以有效地降低外固定的失效率，增加造模的成功率。

结论：在兔股骨骨折造模使用外固定架时，切断股四头肌肌腱可有效避免外固定架脱落，确保造模的顺利完成。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

股骨骨折模型兔外固定架稳定性与股四头肌肌腱的关系

Relationship of quadriceps tendon and the stability of external fixator in rabbit femur fracture model

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