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编号:10232311
周围神经适应缓慢牵伸的机制研究——兔胫后神经血-神经屏障及束膜屏障观察
http://www.100md.com 《中华骨科杂志》 2000年第10期
     作者:许建中 李起鸿

    单位:400038重庆,第三军医大学西南医院骨科

    关键词:胫骨;骨延长术;胫神经;兔

    中华骨科杂志001003 【摘要】目的观察缓慢牵伸胫骨延长对兔胫后神经束膜屏障及毛细血管屏障的影响。方法取兔胫骨延长10%、20%、30%及40%的四组动物各4只行胫后神经电镜观察,再各取4只行束膜屏障及毛细血管屏障测试。结果随着肢体延长幅度增加,神经束膜变薄、平直,束膜内线粒体增多,并出现大量空泡,但束膜的连续性始终保持完整,束内毛细血管连接紧密,血-神经及束膜屏障完好。结论与急性牵伸不同,缓慢牵伸过程中,神经的屏障功能始终完整,为神经的再生修复提供了良好的微环境。

    A study on the adaptive mechanism of peripheral nerve to gradual limb lengthening: observation on the perineurial barrier and vascular permeability
, 百拇医药
    XU Jianzhong

    (Department of Orthopaedics, Southwest Hospital, Third Military Medical University, Chongqing 400038, China)

    LI Qihong.

    (Department of Orthopaedics, Southwest Hospital, Third Military Medical University, Chongqing 400038, China)

    【Abstract】Objective To evaluate the effect of limb lengthening on the perineurial barrier and vascular permeability of peripheral nerve. Methods Thirtytwo rabbits with limb lengthening of 10% , 20% , 30% and 40% were used in this study; 8 animals were allocated in each group. Sixteen were employed for the electron microscopic(EM) observation and the others for the investigation of perineurial barrier and vascular permeability of the tibial nerves. Results Even if the elongation reached 40% of the original length of the tibia, both the perineurium and inner membrane of capillary was still intact, the perineurial barrier and vascular permeability maintained normal; however, EM examination revealed increase of a large number of vacuoles and the increase of the number of mitochondria in the cell of the perineurial membrane. Conclusion It is the gradual limb lengthing of <1 mm per day that keeps normal perineurial barrier and vascular permeability, which helps to preserve a constant and favorable introfascicular micro environment for nerve regeneration.
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    【Key words】Tibia; Bone lengthening; Tibial nerve; Rabbits

    周围神经对牵张损害非常敏感,急性牵张或张力下神经吻合除了牵张应力及血循环障碍对周围神经造成损害外,神经的屏障功能受损也是导致神经功能损害及神经修复后功能难以恢复的重要因素。近年研究表明,缓慢牵伸、大幅度肢体延长过程中,周围神经是通过对反复微损伤的再生修复来适应延长的。本实验采用电镜观察及质量分数为5%的白蛋白-伊文蓝液(bovineserumalbuminEvansblue,EBA)局部及静脉注射,观察缓慢牵伸胫骨延长对兔胫后神经血-神经屏障及束膜屏障的影响。

    材料与方法

    一、动物模型

    选用体重2.0~2.5kg的日本大耳白兔32只,随机分为骨延长率10%、20%、30%及40%四组,每组8只。动物手术:质量分数为3%的戊巴比妥钠按1ml/kg静脉麻醉。分别于胫骨平台下1、5及7cm处交叉穿入三组直径为1.2mm的克氏针,交叉角度为25°~45°。在上两组钢针之间于骨膜下横行截断胫骨,微型外固定器骨断端加压固定。术后第5d先去除骨断端加压,然后按1mm/d分2次的速度逐渐延长后肢,术后动物可自由活动,延长时被动伸屈膝关节(图1)。肢体延长率按骨延长度占胫骨原长度的百分率计算。
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    二、电镜观察

    取肢体延长率为10%、20%、30%及40%的实验动物各4只,质量分数为3%的戊巴比妥钠按1ml/kg静脉麻醉后,切取骨延长区胫后神经电镜观察。

    三、神经屏障检测

    图1兔胫骨延长40%组X线片

    图2延长40%组胫神经束膜电镜×6000

    a横切片b纵切片

    图3延长40%组EBA静脉注射后胫神经切片×400
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    按Ateinwall和Klatzo的方法配制质量分数为5%的EBA,再通过分子筛(Sephadex-100Column)过滤,以清除未与白蛋白结合的伊文蓝。在血-神经屏障观察时,将质量分数为5%EBA按1ml/100g经兔耳缘静脉缓慢注射。30min后,切取骨延长区胫后神经,置于体积分数为5%中性福尔马林液中固定24h,然后做神经纵行和横行冰冻切片,厚约10μm,用体积分数为50%的甘油封片,即刻于暗视野荧光显微镜下观察。用于检测束膜屏障时,取质量分数为5%的EBA2ml注射到延长的胫后神经周围,2h后,再次显露延长区胫后神经,将神经远、近端结扎后切取2cm,同上法制做切片,荧光显微镜下观察。本组16只动物用于束膜屏障及血-神经屏障测试各8只。

    结果

    一、电镜观察

    正常兔胫后神经神经束膜分三层,外层与外膜及束间膜相延续;内层为单层扁平状束膜细胞;中间层由较长突起的扁平束膜细胞和基底膜组成同心圆排列的板层,各层束膜细胞交界处细胞突起互相融合,重叠相嵌,形成紧密的细胞结合,随着肢体延长幅度的增加,束膜逐渐变平直、变薄,胞浆内可见较多的空泡状结构,线粒体也明显增多,但束膜的连续性始终保持完整,未发现有束膜断裂现象(图2)。束膜内毛细血管内皮细胞连接紧密,管壁完整。
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    二、神经屏障检测

    经静脉给药者,胫后神经着色明显,目测可见神经内纤细着色的血管。随着肢体延长幅度的增加,着色血管逐渐变直,但无血管断裂、EBA漏出现象。显微镜下,不同延长组的镜下表现基本相同,束间及外膜血管着色明显,EBA明显外渗,使血管周围广泛着色,呈雾状散发亮红色荧光,大部分区域呈云雾状荧光,融合成片。但神经束内呈暗绿色,束内毛细血管清晰可见,呈亮红色荧光着色,轮廓清晰,无明显的荧光外渗(图3)。

    经神经周围给药者,大体标本整个神经干染成暗绿色,表面结构不清,纵切片见束外亮红色荧光已呈片状,在束内未见荧光着色,横切面神经干类似藕节横断面,束内无着色,以束膜为界形成边缘锐利、整齐的无荧光区。束外(包括束间)及外膜广泛亮红色荧光,融合成片状。束膜内背景与束间及外膜的片状红色荧光形成鲜明的颜色反差(图4)。
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    a横切片b纵切片

    图4延长40%组EBA局部注射胫神经切片×400

    除血管的粗细及走行外,无论是静脉内注射还是神经周围注射EBA,均未见束膜内及束膜内毛细血管外有荧光着色,束膜屏障及束膜内毛细血管屏障与正常对照组无明显差别。

    讨论

    大幅度肢体延长术后往往出现难以恢复的肌力减退,是肌肉牵拉损害,还是神经受损?近年来临床及实验研究证实超神经弹性限度的大幅度肢体延长过程中,周围神经的亚临床损害广泛存在[1-7],然而这种亚临床损害是否与周围神经的屏障功能有关?本文在于探讨大幅度肢体延长过程中周围神经的屏障功能变化。

    周围神经的血循环非常丰富,按其分布可分为外膜血管,束膜间血管及束内血管,束内血管基本上是毛细血管,其结构与身体其它部位的毛细血管有所不同。毛细血管内皮细胞间的连接非常紧密,从而构成了其通透屏障的组织学基础[8]。而束间及外膜血管与身体其它部位的血管无明显差别,小分子物质可通过细胞间隙或内皮细胞的吞饮作用漏出。
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    神经的结缔组织分三层,即外膜、束膜和内膜。

    束膜又可分为三层,外层与束间膜及神经外膜移行,缺乏细胞。内层由单层扁平束膜细胞组成,细胞间紧密连接形成光滑内壁,其与内膜间有一潜在间隙,允许少量活动。中间层为板层状,由具有长突起的扁平束膜细胞和基底膜组成3~15层同心圆排列的板层,各层束膜细胞借突起紧密重叠相嵌,基底亦相互融合,形成单层隔膜,是阻止物质弥散的屏障[9]

    周围神经的屏障功能非常重要,浸于脓液中的神经之所以不受侵蚀,就是因为神经束膜有较好的束膜屏障机制。血-神经屏障损伤可引起毛细血管内外渗透压的改变及内膜血管通透性增加,致使大量富含蛋白质的液体渗出,束膜腔内压力升高,进而压迫血管,造成神经束内纤维化,阻碍轴突及髓鞘再生[10],临床上称之为SunderlandⅢ度损伤,需行束膜切开减压术来缓解束内压力。Haftek[11]发现:切断或结扎周围神经会引起局部内膜血管的通透性增加,循环中的标记蛋白渗出,并很快弥散到整个远侧端束膜内。伤后2周出现第二次发生于整个远侧段神经内膜血管的通透性增加,并可持续相当长的时间,伤后12周损伤远段的束膜内仍可见标记蛋白荧光。
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    急性牵张应力对神经功能的影响程度取决于牵张应力的大小、速度,以及神经的结构。当牵张力达到一定程度时仅出现神经传导功能阻滞而无形态改变,进一步牵拉则造成轴突和束膜的断裂。

    正常情况下兔胫神经的内膜血管及神经束膜对EBA没有通透性,静脉注射EBA后,亮红色荧光局限于内膜血管内,而束内的其它区域无荧光。局部给予EBA,束膜腔内亦无荧光出现,即使胫神经牵伸延长11%~18%(平均15%)时,束膜屏障和血-神经屏障仍保持正常[12]。本实验在将兔胫骨延长40%,远远超过Lundborg所谓神经牵伸高限(upperstretchinglimit)的情况下,胫后神经束膜和血-神经屏障仍保持完整,从而在微循环及维持神经束内微环境的稳定性方面解释了大幅度缓慢牵伸肢体延长时周围神经不出现明显的临床损害及停止延长后神经电生理逐渐恢复正常的原因。

    从本实验可以看出,神经水肿仅发生于束间及外膜,是由束间及外膜血管的通透性增加所致,后期是否会引起束间或外膜纤维增生形成A型或B型神经纤维化,造成神经卡压,影响神经功能恢复,还有待于进一步研究。
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    参考文献

    1,许建中,李起鸿,吴宗耀.周围神经适应缓慢牵伸机理的电生理观察.中华物理医学杂志,1998,20:195-198.

    2,Galardi G, Comi G, Lozza L, et al. Peripheral nerve damage during limb lengthening: neurophysiology in five cases of bilateral tibial lengtheniny. J Bone Joint Surg (Br), 1990, 72:121-124.

    3,Young NL, Davis RJ, Bell DF, et al. Electromyographic and nerve conduction changes after tibial lengthening by the Ilizarov method. J Pediatr Orthop, 1993, 13:473-477.
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    4,Mizumoto Y, Mizuta H, Nakamura E, et al. Tibial nerve function during tibial lengthening: measurement of nerve conduction and blood flow in rabbits. Acta Orthop Scand, 1995, 66:275-277.

    5,Lee DY, Han TR, Choi IH, et al. Changes in somatosensory-evoked potentials in limb lengthening: an experimental study on rabbits, tibiae. Clin Orthop, 1992, (285):273-279.

    6,Chuang TY, Chan RC, Chin LS, et al. Neuromuscular injury during limb lengthening: a longitudinal follow-up by rabbit tibial model. Arch Phys Med Rehabil, 1995, 76:467-470.
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    7,Morishita Y, Ikeda K, Tomita S. Peripheral nerve injury during limb lengthening using sciatic nerve of the rabbit. J Jpn Soc Ext Fix, 1994, 5:139-143.

    8,Mackinnon SE, Hudson AR, Falk R, et al. The nerve allograft response:an experimental model in the rat. Ann Plast Surg, 1985, 14:334-339.

    9,Cabaud HE, Rodkey WG, Nemeth TJ. Progressive ultrastructural changes after peripheral nerve transection and repair. J Hand Surg(Am),1982, 7:353-365.
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    10,Politis MJ, Ederle K, Spencer PS. Tropism in nerve regeneration in vivo: attraction of regenerating axons by diffusible factors derived from cells in distal nerve stumps of transected peripheral nerves. Brain Res, 1982, 253:112.

    11,Haftek J. Stretch injury of peripheral nerve:acute effects of stretching on rabbit nerve. J Bone Joint Surg (Br), 1970, 52:354-365.

    12,Bain JR, Mackinnon SE, Hudson AR, et al. The peripheral nerve allograft: an assessment of regeneration across nerve allografts in rats immunosuppressed with cyclosporin A. Plast Reconstr Surg, 1988, 82:1052-1066.

    (收稿日期:1999-12-21), 百拇医药