胶原复合羟基磷灰石修复下颌骨缺损的组织学观察
作者：程玉华* 赵广军* 刘海俊* 李志勤* 陈 东* 夏镇斌*
单位：* 解放军第254医院口腔科(天津，300142)
关键词：胶原；羟基磷灰石；骨缺损；组织学
中国修复重建外科杂志980204 摘 要 在小型猪的下颌骨建立基准骨缺损模型，于缺损区植入胶原复合羟基磷灰石移植材料，用自体骨移植和空白作对照。术后4，8，12，24和48周，分别处死动物取材。光镜下观察动态的组织学变化。结果显示，全部实验动物均存活至观察时间，手术部位无感染及坏死，胶原复合羟基磷灰石移植物与宿生骨融为一体难以分辨。镜下见二者间无纤维组织间隔，成骨活跃，修复过程与自体骨基本一致。未见异物巨细胞及骨坏死所致空泡。认为，胶原复合羟基磷灰石移植材料较自体骨来源广泛，制作方法简便，易于操作，无颗粒游走及移位，对组织无毒、无刺激，不引起机体排斥反应，并可使患者免于因供骨所致的手术创伤，是一种经济、实用及生物相容性好的骨代用品。
, 百拇医药
HISTOLOGICAL EVALUATION OF COLLAGEN-HYDROXYAPATITE COMPOSITE AS OSSEOUS IMPLANTS IN THE REPAIR OF MANDIBULAR DEFECT/Cheng Yuhua, Zhao Guangjun, Liu Haijun, et al. Department of Stomatology, No.254 Hospital of PLA, Tianjin P.R.China 300142
Abstract To observe the collagen-hydroxylapatite composite in the repair of bone defect, ten minipigs were chosen to make a mandibular dafect measuring 2cm in diameter and the composite was implanted, while the use of autogenous bone graft and the blank wese served as control. On the 4, 8, 12, 24 and 48 weeks after the operation, the animals were sacrificed and the samples were examined under light microscope. The result showed that: no infection or necrosis occurred. The composite coalesced with host bone and the outcome was similar to that of the autogenous bone graft. No foreign body giant cells or vacuum left from osteonecrosis was observed. It was suggested that the composite had the advantage of abundant supply, easy to handle and no harm. The biocompatibility was good and might be hopeful as a bone substitute.
, 百拇医药
Key words Collagen Hydroxyapatite Bone defect Histology
颌骨缺损多用植骨术进行修复，自体骨移植是最常用的方法之一。虽然自体骨移植具有不存在免疫排斥反应，临床效果好等优点，但其供骨量受到限制，且塑形有一定困难，同时要经受供区取骨与可能造成的术后并发症的痛苦。近年来，随着工业技术的提高及基础医学研究的不断深入，医学生物材料领域的不断发展，在对骨移植的生物生理学认识，植骨的免疫学概念，各种骨代用品的研究与应用，以及手术方法的改进等方面有了长足的进步。羟基磷灰石(hydroxyapatite， HA)与胶原(collagen)是人体骨骼及牙齿的主要成分，我们将人工合成的HA与胶原复合植入颌骨缺损，也取得了满意的实验结果。
1 材料与方法
中国实用小型猪10头，雄性。体重4 kg～8 kg。随机编号，并按实验设计分为实验组及对照组。
, 百拇医药
胶原复合羟基磷灰石移植材料(collagen/ hydroxyapatite inplant, CHAI)块状，扁圆形，直径2 cm，厚1 cm，由协和医科大学生物工程研究所提供。
于氯胺酮、硫喷妥钠麻醉下，在小型猪的双侧下
颌骨制备直径2 cm的圆形全层骨缺损共20个。实验组植入CHAI共10个，对照组植入自体骨和无植入的空白对照各5个。术后观察4，8，12，24和48周，分别处死动物取材，10%福尔马林液固定，脱钙，石蜡包埋，连续切片，HE染色，光镜下观察。
2 结果
2.1 一般情况
术后一般情况好，麻醉清醒后可正常进食。术部轻度肿胀，1周左右消失。全部动物存活至观察时间。切口无感染，缝线自行脱落。
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2.2 大体标本
CHAI组 4周，材料周围被结缔组织包裹，断面见HA颗粒。8周，材料中心为HA颗粒，范围较4周时明显缩小。12周，仅见中心残存少许颗粒，有些已完全消失，被骨组织代替。肉眼所见骨质颜色略浅于宿主骨，不易辨认二者界限。24周和48周时难以区分。
自体骨移植组 4周，移植骨吸收呈薄片。8，12和24周，移植骨与宿主骨逐渐连成一整体，难以分辨。
空白对照组 4周，肉芽组织长入，至48周时仍遗有直径约1 cm的骨缺损。
2.3 光镜
CHAI组 4周，植入材料间出现吸收腔隙，可见新生血管及大量纤维细胞和胶原纤维，材料周边成骨细胞增生活跃，新骨形成，移植骨与骨床骨性连接(图1)。8周，新骨范围扩大，在移植骨内部穿插生长，骨小梁相互融合，部分已开始钙化，并出现骨髓腔(图2)。12周，移植物大部分吸收，并被纤维组织代替，胶原纤维密集，均质化，呈束状，新生骨比例增多，穿插于移植物之间，靠近新生骨部分可见哈佛氏系统(图3)。24周，小部分骨组织中，可见残留材料，边缘新骨继续形成，成熟骨比例明显增多(图4)。48周，为成熟骨组织，偶见移植物颗粒，完全骨性连接，未见宿主骨与移植物间的间隙及明显痕迹。
, 百拇医药
自体骨移植组 修复过程在破骨与成骨中进行，可见部分炎性纤维结缔组织，长入移植骨的胶原纤维纤细，稀疏，成骨过程与CHAI组基本一致。
空白对照组 4周～8周见缺损区中央纤维化，周边有少量成骨细胞增生。12周，可见炎性肉芽组织及骨吸收，外周有少许成骨细胞反应，无活跃状态。24周，缺损区为稀疏的纤维结缔组织。
图1 4周，CHAI内血管增高，出现吸收腔隙(×200)
图2 8周，骨小梁相互融合，出现钙化(×100)
图3 8周，周边出现板层骨(×100)
, 百拇医药
图4 24周，CHAI大部分纤维化，骨化(×100)
3 讨论
HA是极似牙齿和骨质的矿化物，也是近十多年被人们关注的骨代用品。由于它的自然骨基质成分，很受人们欢迎。而胶原与HA复合物又吸收了HA的优点，克服了颗粒移位、游走及难以成形，不易放置的缺点[1]。复合物中的胶原基质，能有效的刺激骨形成[2，3]，并促进肉芽组织长入，对纤维细胞和成骨细胞起营养作用[4]。其材料来源广泛，制取方法简便，且可塑形，术中易于放置，术后无材料移位游走。本组全部材料植入后，无一例发生移位。
我们的实验显示，CHAI植入后，无感染及炎性细胞浸润，无软组织及骨组织坏死。镜下未见异物巨细胞及骨坏死所致空泡，新骨可顺利长入CHAI，直接沉积于材料表面，二者间无纤维组织间隔，证实了CHAI无毒、无刺激，不引起机体的排斥反应，有良好的生物相容性[5]。
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CHAI植入后4周，即可见受区大量成骨细胞增生，随之胶原降解，纤维组织长入，形成新生骨，并在材料周围及HA颗粒间穿插生长。早期骨组织为编织，8周后改建为板层骨，并相继出现骨单元结构，材料全部被新生骨覆盖，与骨组织结合成一体，说明CHAI不干扰组织的正常修复过程，显示了良好的骨传导性。
骨缺损的愈合，很大程度上取决于缺损的大小。因此，用于研究骨修复材料的实验性骨缺损，应大于自行修复能力的范围。这种情况下，骨修复材料的成骨实验才有意义。马伟光[6]总结了众多学者的实验研究后认为：实验性骨缺损，是在一种动物特定的骨骼上造成终生不能修复的最小缺损，称为基准大小的骨缺损。建立颌骨缺损的动物模型，以2 cm～4 cm为基准大小。我们的实验缺损直径为2 cm，并设空白对照，48周未见空白对照组骨缺损愈合，排除了自行修复及其它方式所致的成骨。
该实验将自体骨植入缺损与CHAI进行同期同体对照，观察骨修复过程，认为二者基本相似 。但镜下表明CHAI植入后成骨细胞增生活跃，胶原纤维粗大，新生血管密集。因此认为，CHAI的成骨活动更为活跃而不逊于自体骨。
, 百拇医药
4 结论
CHAI的生物学特性及组织学变化，均证实它是一种很好的骨修复材料，可为免除患者供骨手术的创伤，且经济、实用，易于推广。
5 参考文献
1 Kao SY, Licu CP, Chang YL et al. Histological study of hydroxyapatite mixed with collagen as osseous implant in mandible. Chung Hua I Hsuen Tsa Chin, 1989;44(4):229
2 Devore DT. Collagen beterografts for bone replacement. Oral Surg, 1973;36(4):609
3 Delbalso AM. Collagen gel in ossesous defects. Oral Surg, 1976;42(5):562
, http://www.100md.com
4 杨泰美.胶原与创面愈合.国外医学 创伤与外科基本问题分册，1994；15(2)：72
5 Bell R, Beirne OR. Effect of hydroxyapatite, tricalcium phosphate and collagen on the healing of defects in the rat mandible. J Oral Maxillofac Surg, 1988;46(7):589
6 马伟光.建立下颌骨植骨材料实验研究动物模型的探讨.国外医学 口腔分册，1987；(4)：224
(收稿：1997-04-22), http://www.100md.com
单位：* 解放军第254医院口腔科(天津，300142)
关键词：胶原；羟基磷灰石；骨缺损；组织学
中国修复重建外科杂志980204 摘 要 在小型猪的下颌骨建立基准骨缺损模型，于缺损区植入胶原复合羟基磷灰石移植材料，用自体骨移植和空白作对照。术后4，8，12，24和48周，分别处死动物取材。光镜下观察动态的组织学变化。结果显示，全部实验动物均存活至观察时间，手术部位无感染及坏死，胶原复合羟基磷灰石移植物与宿生骨融为一体难以分辨。镜下见二者间无纤维组织间隔，成骨活跃，修复过程与自体骨基本一致。未见异物巨细胞及骨坏死所致空泡。认为，胶原复合羟基磷灰石移植材料较自体骨来源广泛，制作方法简便，易于操作，无颗粒游走及移位，对组织无毒、无刺激，不引起机体排斥反应，并可使患者免于因供骨所致的手术创伤，是一种经济、实用及生物相容性好的骨代用品。
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HISTOLOGICAL EVALUATION OF COLLAGEN-HYDROXYAPATITE COMPOSITE AS OSSEOUS IMPLANTS IN THE REPAIR OF MANDIBULAR DEFECT/Cheng Yuhua, Zhao Guangjun, Liu Haijun, et al. Department of Stomatology, No.254 Hospital of PLA, Tianjin P.R.China 300142
Abstract To observe the collagen-hydroxylapatite composite in the repair of bone defect, ten minipigs were chosen to make a mandibular dafect measuring 2cm in diameter and the composite was implanted, while the use of autogenous bone graft and the blank wese served as control. On the 4, 8, 12, 24 and 48 weeks after the operation, the animals were sacrificed and the samples were examined under light microscope. The result showed that: no infection or necrosis occurred. The composite coalesced with host bone and the outcome was similar to that of the autogenous bone graft. No foreign body giant cells or vacuum left from osteonecrosis was observed. It was suggested that the composite had the advantage of abundant supply, easy to handle and no harm. The biocompatibility was good and might be hopeful as a bone substitute.
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Key words Collagen Hydroxyapatite Bone defect Histology
颌骨缺损多用植骨术进行修复，自体骨移植是最常用的方法之一。虽然自体骨移植具有不存在免疫排斥反应，临床效果好等优点，但其供骨量受到限制，且塑形有一定困难，同时要经受供区取骨与可能造成的术后并发症的痛苦。近年来，随着工业技术的提高及基础医学研究的不断深入，医学生物材料领域的不断发展，在对骨移植的生物生理学认识，植骨的免疫学概念，各种骨代用品的研究与应用，以及手术方法的改进等方面有了长足的进步。羟基磷灰石(hydroxyapatite， HA)与胶原(collagen)是人体骨骼及牙齿的主要成分，我们将人工合成的HA与胶原复合植入颌骨缺损，也取得了满意的实验结果。
1 材料与方法
中国实用小型猪10头，雄性。体重4 kg～8 kg。随机编号，并按实验设计分为实验组及对照组。
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胶原复合羟基磷灰石移植材料(collagen/ hydroxyapatite inplant, CHAI)块状，扁圆形，直径2 cm，厚1 cm，由协和医科大学生物工程研究所提供。
于氯胺酮、硫喷妥钠麻醉下，在小型猪的双侧下
颌骨制备直径2 cm的圆形全层骨缺损共20个。实验组植入CHAI共10个，对照组植入自体骨和无植入的空白对照各5个。术后观察4，8，12，24和48周，分别处死动物取材，10%福尔马林液固定，脱钙，石蜡包埋，连续切片，HE染色，光镜下观察。
2 结果
2.1 一般情况
术后一般情况好，麻醉清醒后可正常进食。术部轻度肿胀，1周左右消失。全部动物存活至观察时间。切口无感染，缝线自行脱落。
, http://www.100md.com
2.2 大体标本
CHAI组 4周，材料周围被结缔组织包裹，断面见HA颗粒。8周，材料中心为HA颗粒，范围较4周时明显缩小。12周，仅见中心残存少许颗粒，有些已完全消失，被骨组织代替。肉眼所见骨质颜色略浅于宿主骨，不易辨认二者界限。24周和48周时难以区分。
自体骨移植组 4周，移植骨吸收呈薄片。8，12和24周，移植骨与宿主骨逐渐连成一整体，难以分辨。
空白对照组 4周，肉芽组织长入，至48周时仍遗有直径约1 cm的骨缺损。
2.3 光镜
CHAI组 4周，植入材料间出现吸收腔隙，可见新生血管及大量纤维细胞和胶原纤维，材料周边成骨细胞增生活跃，新骨形成，移植骨与骨床骨性连接(图1)。8周，新骨范围扩大，在移植骨内部穿插生长，骨小梁相互融合，部分已开始钙化，并出现骨髓腔(图2)。12周，移植物大部分吸收，并被纤维组织代替，胶原纤维密集，均质化，呈束状，新生骨比例增多，穿插于移植物之间，靠近新生骨部分可见哈佛氏系统(图3)。24周，小部分骨组织中，可见残留材料，边缘新骨继续形成，成熟骨比例明显增多(图4)。48周，为成熟骨组织，偶见移植物颗粒，完全骨性连接，未见宿主骨与移植物间的间隙及明显痕迹。
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自体骨移植组 修复过程在破骨与成骨中进行，可见部分炎性纤维结缔组织，长入移植骨的胶原纤维纤细，稀疏，成骨过程与CHAI组基本一致。
空白对照组 4周～8周见缺损区中央纤维化，周边有少量成骨细胞增生。12周，可见炎性肉芽组织及骨吸收，外周有少许成骨细胞反应，无活跃状态。24周，缺损区为稀疏的纤维结缔组织。
图1 4周，CHAI内血管增高，出现吸收腔隙(×200)
图2 8周，骨小梁相互融合，出现钙化(×100)
图3 8周，周边出现板层骨(×100)
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图4 24周，CHAI大部分纤维化，骨化(×100)
3 讨论
HA是极似牙齿和骨质的矿化物，也是近十多年被人们关注的骨代用品。由于它的自然骨基质成分，很受人们欢迎。而胶原与HA复合物又吸收了HA的优点，克服了颗粒移位、游走及难以成形，不易放置的缺点[1]。复合物中的胶原基质，能有效的刺激骨形成[2，3]，并促进肉芽组织长入，对纤维细胞和成骨细胞起营养作用[4]。其材料来源广泛，制取方法简便，且可塑形，术中易于放置，术后无材料移位游走。本组全部材料植入后，无一例发生移位。
我们的实验显示，CHAI植入后，无感染及炎性细胞浸润，无软组织及骨组织坏死。镜下未见异物巨细胞及骨坏死所致空泡，新骨可顺利长入CHAI，直接沉积于材料表面，二者间无纤维组织间隔，证实了CHAI无毒、无刺激，不引起机体的排斥反应，有良好的生物相容性[5]。
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CHAI植入后4周，即可见受区大量成骨细胞增生，随之胶原降解，纤维组织长入，形成新生骨，并在材料周围及HA颗粒间穿插生长。早期骨组织为编织，8周后改建为板层骨，并相继出现骨单元结构，材料全部被新生骨覆盖，与骨组织结合成一体，说明CHAI不干扰组织的正常修复过程，显示了良好的骨传导性。
骨缺损的愈合，很大程度上取决于缺损的大小。因此，用于研究骨修复材料的实验性骨缺损，应大于自行修复能力的范围。这种情况下，骨修复材料的成骨实验才有意义。马伟光[6]总结了众多学者的实验研究后认为：实验性骨缺损，是在一种动物特定的骨骼上造成终生不能修复的最小缺损，称为基准大小的骨缺损。建立颌骨缺损的动物模型，以2 cm～4 cm为基准大小。我们的实验缺损直径为2 cm，并设空白对照，48周未见空白对照组骨缺损愈合，排除了自行修复及其它方式所致的成骨。
该实验将自体骨植入缺损与CHAI进行同期同体对照，观察骨修复过程，认为二者基本相似 。但镜下表明CHAI植入后成骨细胞增生活跃，胶原纤维粗大，新生血管密集。因此认为，CHAI的成骨活动更为活跃而不逊于自体骨。
, 百拇医药
4 结论
CHAI的生物学特性及组织学变化，均证实它是一种很好的骨修复材料，可为免除患者供骨手术的创伤，且经济、实用，易于推广。
5 参考文献
1 Kao SY, Licu CP, Chang YL et al. Histological study of hydroxyapatite mixed with collagen as osseous implant in mandible. Chung Hua I Hsuen Tsa Chin, 1989;44(4):229
2 Devore DT. Collagen beterografts for bone replacement. Oral Surg, 1973;36(4):609
3 Delbalso AM. Collagen gel in ossesous defects. Oral Surg, 1976;42(5):562
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4 杨泰美.胶原与创面愈合.国外医学 创伤与外科基本问题分册，1994；15(2)：72
5 Bell R, Beirne OR. Effect of hydroxyapatite, tricalcium phosphate and collagen on the healing of defects in the rat mandible. J Oral Maxillofac Surg, 1988;46(7):589
6 马伟光.建立下颌骨植骨材料实验研究动物模型的探讨.国外医学 口腔分册，1987；(4)：224
(收稿：1997-04-22), http://www.100md.com