植入物内固定四肢长管状骨骨折：骨折愈合与血清瘦素的变化

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.33.001

摘要/Abstract

摘要：

背景：内固定后四肢骨折不愈合是骨折后最常见的并发症之一，影响骨折愈合的因素较多，近年来有学者研究发现血清瘦素可能参与骨折愈合过程中多种代谢的调节。

目的：分析内固定手术治疗四肢长管状骨骨折，患者血清瘦素水平变化与骨折愈合的关系。

方法：选择四肢长管状骨骨折的患者60例，根据内固定后8个月骨折愈合情况分为骨折愈合组30例和骨折不愈合组30例，另取30例健康志愿者为正常对照组。分别于内固定前后抽取患者外周静脉血，采用双抗体夹心酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清瘦素水平的变化。

结果与结论：骨折愈合组和骨折不愈合组患者内固定前后血清瘦素水平均高于正常对照组(P < 0.05)；骨折愈合组高于不愈合组(P < 0.05)。骨折愈合组内固定前后血清瘦素水平差异无显著性意义；骨折不愈合组内固定后血清瘦素水平显著高于内固定前(P < 0.05)。结果提示瘦素可能在骨折愈合过程有一定影响。

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: 组织构建, 骨组织工程, 瘦素, 长管状骨, 骨折, 骨折不愈合

Abstract:

BACKGROUND: After internal fixation, limb fracture nonunion is the most common complication. Many factors affect fracture healing, but in recent years researchers have found that serum leptin may be involved in the process of fracture healing to regulate a variety of metabolisms.
OBJECTIVE: To analyze the relationship between the changes of serum leptin and fracture healing in patients with long tubular fracture of the limbs after internal fixation.
METHODS: Sixty patients with long tubular bone fracture who underwent internal fixation treatment were selected, and divided into two groups, union group (n=30) and nonunion group (n=30), according to the degree of fracture healing at 8 months after operation. Another 30 healthy volunteers served as normal control group. Peripheral blood samples were extracted before and after internal fixation to detect the changes in serum leptin levels using ELISA.
RESULTS AND CONCLUSION: Preoperative serum leptin level was higher in the union group and nonunion group than the normal control group as well as higher in the union group than the nonunion group (P < 0.05). There was no difference in the serum leptin levels in the union group before and after operation, but the nonunion group had a higher preoperative serum leptin level than the postoperative level. These findings indicate that the serum leptin may have an influence on fracture healing.

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Key words: Leptin, Extremities, Fractures, Ununited

中图分类号:

R318

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图/表（结果） 2

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引言

近年来四肢骨折的发病率逐渐增加，术后骨折不愈合时有发生，因此影响骨折愈合的因素一直是临床研究的热点问题。人体脂肪与骨代谢的关系吸引了较多研究者的关注。最近，瘦素在骨代谢和脂肪组织之间的重要作用已经得到较多认可，但其中许多关键作用机制尚未完全阐明^[1]。

瘦素是一种由哺乳动物脂肪组织分泌的活性蛋白，参与造血、生殖、发热、血管新生、缺血与再灌注损伤、炎症反应及免疫应答，具有炎症因子的作用。近年来有学者研究发现，血清瘦素参与骨折愈合过程中多种代谢的调节，可通过中枢和外周两种途径调节骨的代谢^[2-3]。

在中枢途径调节研究中，Karsenty等^[4-5]在研究中指出缺乏瘦素的ob/ob小鼠有异常骨量增高现象，并且这种骨量增加不可能仅仅是一种小鼠身体质量的增加导致的骨代偿性反应，因为异常骨量增加较早出现，此种情况同样发生在其他不能生成瘦素或瘦素受体缺乏的小鼠上。此研究还指出在同时存在雌激素与瘦素缺乏的小鼠会出现破骨细胞数量猛增，由于这种小鼠成骨细胞能产生2倍于正常小鼠的骨基质而抵消了破骨细胞的作用，最终体现为高骨量反应。此研究同时发现脑室内注射瘦素后小鼠的骨量是减少的^[6-9]。

另外通过外周途径进行瘦素给药可以明显降低去势大鼠骨量的减少，减少小梁骨的破坏性改变，并且与雌激素联合应用可以进一步减少骨量的丢失，此种方法比单用雌激素组的效果还要明显^[10]。外周调节研究发现一些循环系统中的瘦素也可以进入骨髓，在那里影响早期的成骨细胞和破骨细胞，刺激产生胰岛素样生长因子1，刺激并增强成骨细胞的成骨能力。

Heer等^[11]的研究提示了瘦素促进成骨细胞功能增加成骨量的结果。但是血清瘦素水平与骨代谢的关系研究结果尚不明确，同时存在着正相关、负相关和无关的研究结果^[12-13]。

本研究推测瘦素在四肢骨折愈合过程中可能发生一定的变化，因此，通过检测四肢骨折术后愈合和不愈合患者术前、术后血清瘦素水平的变化来探讨瘦素与骨折愈合的关系，为探讨瘦素对骨折愈合的影响提供依据。

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材料方法

设计：病例-对照分析。

时间及地点：2010年3月至2014年3月在济宁医学院附属医院及协作医院的完成。

对象：病例来源于同期济宁医学院附属医院及协作医院的四肢骨折患者60例，内固定前确定有手术指征后进行切开复位接骨板内固定，内固定后经影像学方法复查分为骨折愈合组和骨折不愈合组，各组随机选取30例患者进行分析。

骨折愈合组30例：男17例，女13例，平均年龄(39.3±4.6)岁，其中股骨干骨折15例，胫骨干骨折12例，肱骨干骨折3例。骨折不愈合组30例：男16例，女14例，平均年龄(41.3±5.1)岁，其中股骨干骨折14例，胫骨干骨折11例，肱骨干骨折5例。另取30例健康志愿者为正常对照组，男15例，女15例，平均年龄(40.1±4.9)岁。

诊断标准：内固定前经临床、影像学和体征确诊为四肢长管骨骨折。

纳入标准：①内固定前确定有手术指征后进行切开复位接骨板内固定者。②内固定后资料完整者。③患者对治疗均知情同意。

排除标准：①合并颅脑损伤。②年龄不在18-60岁之间。③合并皮肤缺损或创面感染。④合并严重基础疾病。⑤有内分泌疾病及其他自身免疫性疾病。⑥应用生长激素及生长抑素类药物者。

材料：本研究中使用的内固定物为创生传统接骨板和锁定接骨板，型号分为上肢接骨板和下肢接骨板，均为钛合金材质。使用接骨板主要通过以下治疗原则实现骨折端的稳固：①加压原则。②中和原则。③桥接原则：用于粉碎性骨折等。

方法：

标本采集及处理：入选患者分别于骨折术前即刻及术后第5天抽取空腹静脉血2 mL。正常对照组于平静状态下抽取空腹静脉血2 mL。将静脉血注入消毒普通试管，于4 ℃冰箱中静置30 min，离心机3 000 r/m离心15 min，分离血清置消毒EP管内，于-80 ℃冰箱冻存待检。血清瘦素水平的测定采用双抗体夹心酶联免疫吸附试验(ELISA)法(ELISA试剂盒购自上海绿叶公司)，按试剂盒说明书操作测定血清瘦素水平。

主要观察指标：内固定前后各组患者血清瘦素水平的变化。

统计学分析：所有数据采用SPSS 13.0版本软件进行统计学分析，测定结果用x(_)±s表示，计数资料采用卡方检验，两组计量资料采用t 检验，多组计量资料采用F 检验。P < 0.05表示差异有显著性意义。

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讨论

随着社会和经济的不断发展，四肢骨折发生率和损伤的严重程度逐渐增加，骨折不愈合仍然是一个摆在骨科医师和病患面前的严峻考验^[14]。

骨折愈合是一个复杂的骨再生经过，其组织学演变过程中常伴有多种生物学调节机制来影响骨折愈合。近年来影响骨折愈合因素的相关研究越来越多^[15]，目前认为骨折的愈合过程就是骨骼生长的过程，包括细胞、生长因子、细胞内外环境之间的相互作用，其中炎性细胞、血管细胞、软骨干细胞、破骨细胞在骨组织修复的细胞水平上发挥着重要作用，而炎症细胞因子、生长因子和血管生成因子在骨组织修复的的分子水平上发挥作用^[16]。有关于人体脂肪与骨代谢的研究不断增加。外周脂肪通过中枢系统和外周内分泌因子影响骨量。细胞因子如瘦素，是由脂肪细胞分泌，有学者通过研究发现瘦素可能通过内分泌等系统的调节来影响骨骼组织的代谢，是成为研究中影响骨折愈合的重要细胞因子^[17-19]。、瘦素是肥胖基因的表达产物，由167个氨基酸组成^[20]，主要参与机体的造血、骨代谢调节、缺血再灌注损伤、炎症反应及免疫应答等过程^[21-22]，血清瘦素的表达主要受到神经内分泌系统反馈调节，与儿茶酚胺、糖皮质激素、交感神经兴奋性、炎症细胞及递质存在联系。瘦素有外周性促进骨形成的作用。人体中胚层发育的主要组织是骨、软骨、肌肉及脂肪组织，有基础研究提示在小鼠的中胚层中有瘦素受体基因的表达。瘦素受体可在骨细胞上表达^[23]，瘦素可直接作用于成骨细胞，促进其分化和成熟，也通过影响骨保护素和蛋白质的表达，抑制破骨细胞发生^[24]。研究发现，瘦素还能诱导白细胞介素1受体拮抗剂的表达^[25]，而白细胞介素1可促进骨吸收。此外，瘦素还可作用于人骨髓间质细胞，使其向成骨细胞分化，同时抑制其向脂肪细胞分化。因此，瘦素在外周可直接作用于骨细胞，促进骨形成或(和)抑制骨吸收。有学者指出发生创伤如股骨骨折、脊髓损伤、脑损伤等后血清瘦素水平会立即升高^[26-27]。此外血清瘦素水平增加可外周静脉诱导细胞分化，成骨细胞的增殖，及促进在骨折部位的骨量增加^[4^，¹⁹^，^26-27]。有实验研究表明脂肪细胞组中在长时间的高剂量血清瘦素水平下，可出现刺激骨髓基质干细胞向成骨细胞分化^[4^，⁶^，^28]。在骨折愈合过程中瘦素可能作用在细胞水平影响骨量，不仅增加成骨细胞也分化软骨细胞促进骨折愈合^[19]。骨折愈合过程中，血管生成是为了给骨折端提供营养物质、细胞、炎性递质等。血管生成不仅在膜内而且在软骨内成骨起着重要作用^[28-29]，这是骨折愈合的自然阶段。 Bouloumié等^[30]强调瘦素是一种强大的调制器，瘦素影响体外培养的内皮细胞的迁移和活化，以及体内的血管生成。因此，有学者认为瘦素通过对血管生成的作用发挥了影响骨折愈合的作用。在骨科临床工作中常发现脑损伤合并骨折的患者骨折端骨痂生长快、数量多，甚至还会出现异位骨化现象^[31]。有学者进一步研究指出脑损伤合并四肢骨折患者伤后血清瘦素浓度升高，导致骨痂生长快、数量多，可能的机制有^[32-33]：①创伤后机体组织处于高代谢、低能储状态，产生更多的游离脂肪酸，大量炎性递质释放，通过神经内分泌系统调节促使血清瘦素水平升高。②创伤后的机体低氧状态使得脂肪细胞高表达，促使外周血清瘦素水平上升。③大部分由造血细胞构成的黄骨髓自骨折断端释放，黄骨髓分解时释放大量瘦素。④下丘脑垂体是瘦素分泌调节中枢，脑损伤脑组织受损后，瘦素浓度对下丘脑受体的反馈作用被竞争性拮抗，导致瘦素抵抗，进而反射性分泌瘦素增加。⑤在创伤组织修复、骨折愈合过程也有通过旁分泌或自分泌反馈效应方式引起血清瘦素升高的可能。另有国内有学者研究发现，长管状骨折后早期血清瘦素水平比正常对照组显著增高，其推测相关因素为：①损伤后的内毒素血症。内毒素血症造成机体内环境的紊乱，瘦素水平的上升可能参与维持机体内环境平衡。②损伤后的高代谢状态。损伤后早期机体处于高代谢、低能储状态，通过神经内分泌系统反馈调节升高瘦素水平^[34]。③与创伤后机体低氧状态有关。创伤后高代谢需氧量升高，导致体内低氧，促使脂肪细胞分泌瘦素水平增加^[35]。④长管状骨折后骨折断端释放黄骨髓。长管状骨含有丰富的黄骨髓，其组成大部分是脂肪变的造血细胞，因此骨折后这部分细胞受损裂解时可释放大量瘦素。⑤机体的神经内分泌调节。损伤导致全身性神经内分泌调节，使瘦素能促进脂肪酸和损伤局部渗出的蛋白降解，为合成ATP提供胞膜泵动力，推测瘦素对长管状骨折所致创伤性急性炎症反应具有显著的应答能力，并发挥一定程度的抗炎和修复细胞因子的作用。因此推测在骨折愈合过程中，瘦素可能发挥重要的诱导作用^[36]。本课题通过分析四肢长管状骨骨折愈合及骨折不愈合患者内固定前后血清瘦素水平的变化，探讨血清瘦素对骨折愈合的影响。实验结果提示：内固定前后骨折愈合组血清中瘦素的质量浓度均高于骨折不愈合组，骨折愈合组及骨折不愈合组的内固定前后血清中瘦素的浓度均高于正常对照组，提示血清瘦素可能参与骨折的愈合过程并影响骨折的预后。另外骨折不愈合组内固定后血清中瘦素水平高于内固定前水平提示骨折不愈合患者再次接受手术时可能会刺激机体进一步释放瘦素，考虑原因如下：①内固定中骨折断端清理，人为造成创伤应激。在清理断端的过程中需要大面积剥离局部软组织，以显露骨折端、打通断端骨髓腔，亦释放大量骨髓，刺激瘦素释放。②取自体髂骨，充分松质骨填充骨折断端。自体髂骨中含有丰富的骨髓、脂肪组织，在局部充分填充，刺激瘦素更多的释放。因此，作者认为骨折创伤后血清瘦素水平与骨折愈合有密切联系，能促进骨折的愈合。本研究中存在不足之处，首先纳入本研究的病例数目较少，其数据会存在一定偏倚；其次该研究仅检测了血清瘦素水平，下一步作者将通过检测骨折断端组织中瘦素浓度进行验证。综上所述，骨折愈合是个复杂的过程，受多种生长因子的调节，其中关于瘦素对骨折愈合作用的机制十分复杂，其进一步机制尚无定论，本研究提示在内固定后骨折愈合过程中骨折愈合与血清瘦素的关系密切，内固定后骨折愈合组血清瘦素水平较骨折不愈合组明显升高，骨折不愈合组血清瘦素水平内固定后较内固定前升高，证实瘦素在骨折愈合过程有一定影响。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