Related factors accelerate fracture healing in traumatic brain injury combined with fracture

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.32.006

Abstract

Abstract:

BACKGROUND: Brain injury can promote fracture healing is becoming an issue of concern, but the underlying mechanism remains unknown.
OBJECTIVE: To establish a model of cerebral injury combined with right tibial fracture, and to investigate the cerebrospinal fluid and serum levels of calcitonin gene-related peptide, nerve growth factor and insulin-like growth factor-1.
METHODS: New Zealand white rabbits were randomly divided into four groups: group A: blank control group; group B: simple brain injury group; group C: simple tibial fracture group; group D: tibial fracture combined with brain injury. The cerebrospinal fluid and serum levels of calcitonin gene-related peptide, nerve growth factor and insulin-like
growth factor-1 were detected at different time points. The rabbits in the groups C and D were sacrificed at 1, 4 and 8 weeks after modeling to remove the whole tibia, and scanned by X-ray. The callus volume was calculated, and the pathological changes were analyzed.
RESULTS AND CONCLUSION: The fracture healing was faster in the group D than the group C. The callus volume, trabecular width, trabecular area ratio, and the number of newly born vessels in the group D were significantly higher than those in the group C at 4 weeks after modeling (P < 0.05). The cerebrospinal fluid and serum levels of calcitonin gene-related peptide, nerve growth factor and insulin-like growth factor-1 in the group D were significantly higher than those in the group C (P < 0.05), and the cerebrospinal fluid levels reached the maximum values earlier than did the serum levels. Furthermore, in the group D, the calcitonin gene-related peptide level was increased earlier than the other two factors. To conclude, calcitonin gene-related peptide, nerve growth factor and insulin-like growth factor-1 are essential factors involved in promoting fracture healing after traumatic brain injury, and moreover calcitonin gene-related peptide shows a stronger ability than the other factors.

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

Key words: Tissue Engineering, Nerve Growth Factor, Brain Injuries, Fractures, Bone

CLC Number:

R318

Ma Le-yuan, Zhao Yan, Qiao Wan-qing, Zhu Feng. Related factors accelerate fracture healing in traumatic brain injury combined with fracture[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(32): 5115-5121.

Figures/Tables 5

2.1 实验动物数量分析在整个实验过程中，颅脑损伤合并骨折模型动物死亡2只，空白对照组死亡1只，后期均进行补做，最终48只兔进入结果分析。 2.2 兔一般情况变化所有颅脑损伤的实验动物较空白对照组，均出现呼吸明显加深加快约持续时间约2 min，后逐渐恢复平稳，角膜及耳廓反射减弱。 2.3 各组兔神经功能变化 NSS评分见表1。建模后6 h所得分数显著低于对照组(P < 0.05)，建模后4周逐渐趋于稳定。 2.4 各组骨折修复情况 X射线拍片显示，单纯骨折组和颅脑创伤合并骨折组两组建模后7 d无明显差异，建模后4周两组均有骨痂呈现，但颅脑创伤合并骨折组较单纯骨折组愈合修复更好(图3)；建模后8周两组基本无显著差异。 2.5 各组骨痂体积测量结果建模后4周颅脑创伤合并骨折组骨折周围骨痂的体积明显比单纯骨折组增大，表明骨痂量显著增多，而建模后8周两者未见明显差异(图4，表2)。 2.6 各组骨痂骨组织细胞形态变化苏木精-伊红染色显示，建模后4周，对照组：神经元细胞表现锥体形，胞核椭圆或类圆形，蓝染；单纯颅脑创伤组：镜下见受损部位神经细胞普遍肿胀，气球样变，胞质红染显著增强，并出现核固缩、核碎裂，核仁溶解等表现(图5)。 2.7 各组骨痂骨组织形态变化建模后1周，颅脑创伤合并骨折组骨折处骨痂内可以找到十分不成熟的骨小梁以及表现为层状分布的成骨细胞。建模后4周，颅脑创伤合并骨折组骨折局部骨痂中骨小梁显著增多、更加成熟，呈网格状或呈海绵状，有功能比较活分的成骨细胞、成纤维细胞以及破骨细胞同时存在，而单纯骨折组骨痂中的骨小梁比较稀少，骨小粱呈不规则排列(图6)；建模后8周，颅脑创伤合并骨折组骨小梁变得更加成熟，其塑建程度高于单纯骨折组。 2.8 骨痂中相关参数量化分析结果建模后4周骨小梁平均宽度(TW)、骨小梁面积比(TV%)及血管数目颅脑创伤合并骨折组明显高于单纯骨折组(P < 0.05)；模型制作后8周两组之间未见明显差异(表3)。 2.9 各组血清及脑脊液3种因子水平的ELISA检测结果各组血清降钙素基因相关肽水平：建模后第3天颅脑创伤合并骨折组、单纯颅脑创伤组和单纯骨折组血清中降钙素基因相关肽浓度显著高于对照组并且浓度达到高峰，其中颅脑创伤合并骨折组明显高于单纯颅脑创伤组及单纯骨折组(P < 0.05)；造模后第7天颅脑创伤合并骨折组、单纯颅脑创伤组、单纯骨折组血清中浓度降低，但依旧高于对照组(P < 0.05)；建模后14天单纯颅脑创伤组、单纯骨折组、对照组之间浓度未见明显差异，但颅脑创伤合并骨折组浓度仍然高于对照组；其后各组降至正常水平(表4)。各组脑脊液降钙素基因相关肽水平：建模后第3天，颅脑创伤合并骨折组与单纯颅脑创伤组浓度均显著升高，并达到峰值并与单纯骨折组、对照组对比差异有显著性意义(P < 0.05)，但颅脑创伤合并骨折组与单纯颅脑创伤组之间未见明显差异。建模后7 d，颅脑创伤合并骨折组和单纯颅脑创伤组浓度较建模后3 d时显著降低，但仍然高于单纯骨折组和对照组(表5)。各组血清胰岛素生长因子1水平：建模后第3天时除正常对照组外，其他3组胰岛素生长因子1质量浓度逐步升高，建模后第14天达到高峰值，随后又有所下降，建模后第28天时各组质量浓度仍高于正常对照组；每个组在同一时间对比，脑损合并骨折组其血清中的胰岛素生长因子1质量浓度显著高于另外3组(P < 0.05)；单纯脑损组含量次之，且均高于单纯骨折组(P < 0.05；表6)。各组脑脊液胰岛素生长因子1水平：建模后6 h，4组未见明显差异。在骨折第3天时，颅脑创伤合并骨折组与单纯颅脑创伤组脑脊液中胰岛素生长因子1质量浓度升高，并与单纯骨折组及对照组对比差异有显著性意义(P < 0.05)。造模后第7天颅脑创伤合并骨折组与单纯颅脑创伤组脑脊液胰岛素生长因子1质量浓度达到最高值，且两者之间浓度未见明显差异，后期逐渐降低。在造模后第14天，依旧高于对照组及单纯骨折组(表7)。各组血清神经生长因子水平：在建模后6 h，4组浓度之间未见明显差异；之后除对照组外其他3组神经生长因子质量浓度逐渐增加，在建模后第14天达高峰，颅脑创伤合并骨折组除建模后6 h外其他各时刻均高于其他组，差异有显著性意义(P < 0.05)；在建模后第3，7，14天单纯颅脑创伤组神经生长因子质量浓度显著高于单纯骨折组(P < 0.05；表8)。各组脑脊液神经生长因子水平：建模后第3天，颅脑创伤合并骨折组与单纯颅脑创伤组质量浓度上升，并与单纯骨折组、对照组相比有显著差异(P < 0.05)。建模后第7天颅脑创伤合并骨折组与单纯颅脑创伤组浓度达到峰值，两者之间无显著差异；建模后第14，21天，颅脑创伤合并骨折组与单纯颅脑创伤组脑脊液神经生长因子质量浓度，逐渐降低但仍然高于对照组及单纯骨折组(表9)。"

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