长管状骨再生骨膜形态学和成骨能力的实验研究
作者：贝抗胜 刘建平 刘文清 徐明清 吴义方
单位：贝抗胜 刘建平 粤北人民医院 手、显微外科，刘文清 病理科，徐明清 麻醉科(512026)；吴义方 中山医科大学电镜室(510089)
关键词：再生骨膜；骨膜切除；成骨能力
广东医学990702 【摘要】 目的 探讨长管状骨骨膜切取移植后供骨再生骨膜的组织结构、生成机制和成骨能力。方法 实验杂种犬16条，随机分为4组，每组4条。第1组行胫骨骨膜次全切除；第2组：同第1组+滋养血管切断；第3组：同第2组+干骺血管切断(1～3组均为双侧胫骨手术、左侧术后分期切取标本行光、电镜检查；右侧术后8周行胫骨锯断钢板内固定，分期拍片)；第4组为对照组，仅行右胫骨锯断内固定和拍片观察。结果 第1、2组术后2周供区表面形成薄层组织膜，至12周形态结构与正常骨膜相似，新生血管网与胫后、腓动脉的肌间隙支相通。第3组“再生骨膜”始终为纤维组织。X线观察：第1、2组与对照组相同；第3组未见骨折愈合现象。结论 再生骨膜的组织结构和成骨能力与正常骨膜相似，其形成机制与骨修复本能、健康骨质的基质作用、邻近组织血循的供养等因素有关；长管状骨骨膜大块切取移植对供骨无不利影响。
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Research on morphology of the rebirth of the long-tube bone periosteum and the ability of ossification
Bei Kangsheng, Liu Jianping, Liu Wenqing, et al.
Department of Hand Surgery and Microsurgery, People's Hospital of North Guangdong Province, Shaoguan 512026
【Abstract】 Objective After the long-tube periosteum were excised and transplanted, the tissue structure, the formation mechanism and ossification ability of reborn periosteum were explored. Methods 16 crossbreed dogs were divided into 4 gruops. Gruop 1: The tibia periosteum was excised partially. Group 2: The same operation was done as group 1 and then the nourishing vessels were cut off. Group 3: The same operation was done as group 2 and then the epiphysis vessels were cut off (group 1～3 were operated on either side of tibiae and the samples of the left-side tibia were examined in 2,4,8 and 12 weeks after the operation. The right-side tibia were cut off and fixed by steel plate in 8 weeks after the operation and observed by X-ray). Group 4 (control group): The right-side tibia were only cut off and fixed by steel plate, and observed by X-ray. Results In group 1～2 there were thin tissue membrane on the surface of the supplied area 2 weeks after the operation. After 12 weeks, the inside and outside structure were similar toward the normal, and the reborn vessel net were connected toward the intermuscular septum branches of the posterior tibial artery and the fibular artery. In group 3: “The reborn perioateum” was always fibrous tissue. X-ray: Groups 1～2 were similar as control group; In group 3 the coalescing were not seen. Conclusion The tissue structure and ossification ability of the reborn periosteum are similar as normal peniosteum. The rebirth of periosteum is related to the instinct of bone reperative, the stroma function of health bone and the supply of blood circulatory nearby tissue, etc. There are no bad influence to supply bone if the long-tube bone periosteum are excised and transplanted.
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【Key words】 Rebirth periosteum Excision of the periosteum Ossification ability
随着显微外科技术的发展，各种长管状骨骨膜移植供区不断出现[1～3]。骨膜切取可获再生，但其形态学和成骨能力如何，目前罕有报道。本文通过犬胫骨骨膜次全切除的方法对再生骨膜的组织结构、生成机制和成骨能力进行了观察和探讨。现报道如下。
1 材料与方法
1.1 实验动物 实验用成年杂种犬16条，体重10～12 kg，普通级环境饲养。
1.2 方法 实验犬随机分为4组，每组4条，硫喷妥钠静脉麻醉，无菌条件下手术。第1组胫骨骨膜次全切除；第2组胫骨骨膜次全切除+滋养血管切断；第3组胫骨骨膜次全切除+滋养血管、干骺部血管切断。以上三组每次手术做双侧胫骨，术后2、4、8、12周分期切取左侧再生骨膜行组织学检查(光、电镜)，右侧术后8周行胫骨中段锯断、四孔普通钢板内固定，并按2、4、8、12、16周分期拍X线片了解骨折愈合情况。第4组为正常对照组，单纯行右侧胫骨中段锯断，四孔普通钢板内固定，术后2、4、8、12、16周分期摄片。无论实验组和对照组，胫骨锯断内固定术中均不做骨膜剥离。
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2 结果
2.1 肉眼观察 第1、2组骨膜术后2周骨干表面均有薄层结缔组织膜形成；4周组织层增厚，与邻近肌层有广泛粘连；8周再生组织外观似正常骨膜，明显可见从邻近组织长入的血管；12周再生骨膜与正常骨膜无明显区别，与邻近组织层次分明，表面可见网状血管分布，其主干血管与邻近肌支等小血管相通。第3组术后2周、4周变化与第1、2组类似，但8周后其结缔组织膜与邻近组织广泛粘连、融合，并形成较坚韧的纤维组织包裹骨干表面。
2.2 组织学观察 第1、2组术后2周光镜下组织膜均为纤维组织。4周后光、电镜见其仍以纤维组织为主，主要是成纤维细胞、轴突和雪旺细胞及其周围被囊细胞，并有毛细血管。8周后再生骨膜内外层可分辨，除成纤维细胞外，光镜在内层可见少量成骨细胞。电镜下见成骨细胞胞浆中有大量扩张的粗面内质网，部分线粒体呈空泡变性；较幼稚的骨细胞胞浆粗面内质网轻度扩张，可见线粒体、游离核糖体和溶酶体等细胞器；骨原细胞较少，体积较小，呈不规则的棱形或类网状细胞，突起细小，细胞器也少；再生骨膜下骨质可见骨细胞位于硕大的骨陷窝中；核中，异染色质边集，胞质浓集，细胞器少，少量长的细胞呈突起状；内层新生的毛细血管内皮细胞向管腔隆突，表面有多寡不等的微绒毛状突起，管腔较为狭窄，有的为红细胞填塞。12周后再生骨膜内外层分界较清，光镜见外层主要为粗大的胶原纤维束，且排列致密，细胞基质少，内层纤维稀疏，血管较丰富，细胞较多。电镜下见骨膜内层附近有含多核的破骨细胞，胞质中有许多线粒体和大量的大泡小泡、少量的溶酶体等细胞器；靠近骨质一面的质膜折迭区有少量的微绒毛，亮区不明显；有的破骨细胞这一面变得很光滑，附近还可见成行排列的骨原细胞，胞体较细，呈梭形或扁平形；新生的毛细血管发育比较成熟，骨腔面较为平整，管腔较大。第3组“再生骨膜”始终为纤维组织，内外层结构分辨不清。
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2.3 X线观察 经1、2组胫骨中段锯断内固定后钢板、螺丝钉均无松脱，2例钢板有10°弯曲成角。术后2周X线片未见明显变化；4周后可见少量的骨痂阴影；8周骨痂明显增多，骨折线清晰；12周后骨痂阴影更为致密，骨折线模糊；16周后骨痂外形规则，密质均匀，骨折端有明显骨小梁通过，但骨折线仍可分辨。对照组骨折愈合情况基本与第1、2组相似。第3组胫骨骨折端周围始终未见明显骨痂，骨折线8周后明显增宽，12周后骨干密度分布不匀，有骨变性及坏死征象，2例钢板弯曲松脱。
3 讨论
骨膜是功能复杂的组织器官，由于具有很强的成骨能力，使其在骨骼的成长发育和修复重建过程中发挥重要的作用。从理论上讲，任何一块骨膜都能以吻合血管或带血管转位的方式作为供区移植于受区。但是，由于人体每一块骨的解剖形态、结构特征不同，血供来源各不相同，故能用于骨膜移植的供区多来自于长管状骨的腓骨、胫骨、股骨和桡尺骨等。长管状骨的血供一般均较丰富，由滋养血管、骨膜血管和干骺血管三套系统构成，各系统间有交通支连络成网。Williams[4]认为骨膜动脉的血供量在其中处于次要的地位。本项目第1、2组实验证实在骨膜血管和滋养血管均被切断后，干骺血管仍可提供足够的血供营养骨骼，这与Rhinelander的研究结果是一致的[5]。随再生骨膜形成的新生血管则另可汇合成网，与邻近的血管沟通，组成新的骨膜血管。
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骨膜在组织结构上分为内生发层和外纤维层，再生骨膜形成后的形态学与正常骨膜完全相同。分析其形成机理，可能与以下因素有关。
3.1 骨膜切除后机体出于本能在骨干表面形成的结缔组织膜的转化作用 如同根据人体的使用需要，骨骼具有按力学原理重新改造的功能一样，骨结构缺损时，它亦有自身的修复、重建能力。骨膜切除后，骨骼为健全自身的组织结构在骨干表面形成一层疏松的结缔组织，这是其本体和邻近软组织对骨创伤的一种本能反应。这种反应是机体按自身需求进行并转化的，本实验证实该组织随时间推移而逐渐转化为新生骨膜，在12周其结构与正常骨膜已基本相同。
3.2 健康的供骨骨质对结缔组织膜转为新骨膜的基质作用 本项目第3组在骨膜血管、滋养血管和干骺部血管均被切断后，骨质正常血供中断，骨组织缺血变性或坏死，其骨干表面的结缔组织膜始终为纤维组织，无法转化为新生骨膜。而第1、2组则因仍有有效血循供养、健康骨组织的存在及其健全的修复机能使结缔组织膜得到正常转化。
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3.3 来源于周围软组织的新生血管为再生骨膜的形成提供了良好的存活和转化条件 第1、2组肉眼观察发现再生骨膜中的新生血管其内侧与胫后动脉肌间隙支相通，外侧与腓动脉肌支及肌间隙支相通，且在骨膜表面吻合成网，可见再生骨膜的转化主要依赖于邻近血供的营养，这也是其正常转化不可少的物质基础。
3.4 骨干远近端残存骨膜的长入
骨膜具有很强的成骨能力，其内层细胞是分化为成骨细胞、恢复造骨机能的基地。再生骨膜不仅在形态学而且在成骨能力上也与正常骨膜相同。第1、2组胫骨骨膜切取8周、锯断内固定后，再生骨膜一般4周后均在骨折端附近形成少量骨痂阴影，16周后骨折已达临床愈合标准，与正常对照组基本相同。由此可见再生骨膜的成骨修复能力是很强的，这为临床长管状骨膜大块切取移植而无须顾忌对供骨带来的影响提供了有力的依据。
本研究为广东省卫生厅立项资助项目
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参考文献
1 钟桂午，张发惠，刘经南.带血供肱骨下段内侧骨(膜)瓣的移位术.中华显微外科杂志， 1998，1：9
2 谭金海，陈振光，余国荣，等.带血管胫骨节段性骨膜移植的解剖及临床应用.中华实验外科杂志，1996，4：219
3 张发惠，陈振光，郑和平，等.胫后血管肌间隙支胫骨内侧骨膜瓣移位术的应用解剖.中国临床解剖学杂志， 1996， 4：259
4 Williams SM， Mclarthy ID. Distributed model of blood-bone exchange. J Biomed Eng, 1986, 8:235
5 Rhinelander FM. The normal microcirculation of diaphyseal cortex and its response to fracture. J Bone Surg, 1968, 50:784, 百拇医药
单位：贝抗胜 刘建平 粤北人民医院 手、显微外科，刘文清 病理科，徐明清 麻醉科(512026)；吴义方 中山医科大学电镜室(510089)
关键词：再生骨膜；骨膜切除；成骨能力
广东医学990702 【摘要】 目的 探讨长管状骨骨膜切取移植后供骨再生骨膜的组织结构、生成机制和成骨能力。方法 实验杂种犬16条，随机分为4组，每组4条。第1组行胫骨骨膜次全切除；第2组：同第1组+滋养血管切断；第3组：同第2组+干骺血管切断(1～3组均为双侧胫骨手术、左侧术后分期切取标本行光、电镜检查；右侧术后8周行胫骨锯断钢板内固定，分期拍片)；第4组为对照组，仅行右胫骨锯断内固定和拍片观察。结果 第1、2组术后2周供区表面形成薄层组织膜，至12周形态结构与正常骨膜相似，新生血管网与胫后、腓动脉的肌间隙支相通。第3组“再生骨膜”始终为纤维组织。X线观察：第1、2组与对照组相同；第3组未见骨折愈合现象。结论 再生骨膜的组织结构和成骨能力与正常骨膜相似，其形成机制与骨修复本能、健康骨质的基质作用、邻近组织血循的供养等因素有关；长管状骨骨膜大块切取移植对供骨无不利影响。
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Research on morphology of the rebirth of the long-tube bone periosteum and the ability of ossification
Bei Kangsheng, Liu Jianping, Liu Wenqing, et al.
Department of Hand Surgery and Microsurgery, People's Hospital of North Guangdong Province, Shaoguan 512026
【Abstract】 Objective After the long-tube periosteum were excised and transplanted, the tissue structure, the formation mechanism and ossification ability of reborn periosteum were explored. Methods 16 crossbreed dogs were divided into 4 gruops. Gruop 1: The tibia periosteum was excised partially. Group 2: The same operation was done as group 1 and then the nourishing vessels were cut off. Group 3: The same operation was done as group 2 and then the epiphysis vessels were cut off (group 1～3 were operated on either side of tibiae and the samples of the left-side tibia were examined in 2,4,8 and 12 weeks after the operation. The right-side tibia were cut off and fixed by steel plate in 8 weeks after the operation and observed by X-ray). Group 4 (control group): The right-side tibia were only cut off and fixed by steel plate, and observed by X-ray. Results In group 1～2 there were thin tissue membrane on the surface of the supplied area 2 weeks after the operation. After 12 weeks, the inside and outside structure were similar toward the normal, and the reborn vessel net were connected toward the intermuscular septum branches of the posterior tibial artery and the fibular artery. In group 3: “The reborn perioateum” was always fibrous tissue. X-ray: Groups 1～2 were similar as control group; In group 3 the coalescing were not seen. Conclusion The tissue structure and ossification ability of the reborn periosteum are similar as normal peniosteum. The rebirth of periosteum is related to the instinct of bone reperative, the stroma function of health bone and the supply of blood circulatory nearby tissue, etc. There are no bad influence to supply bone if the long-tube bone periosteum are excised and transplanted.
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【Key words】 Rebirth periosteum Excision of the periosteum Ossification ability
随着显微外科技术的发展，各种长管状骨骨膜移植供区不断出现[1～3]。骨膜切取可获再生，但其形态学和成骨能力如何，目前罕有报道。本文通过犬胫骨骨膜次全切除的方法对再生骨膜的组织结构、生成机制和成骨能力进行了观察和探讨。现报道如下。
1 材料与方法
1.1 实验动物 实验用成年杂种犬16条，体重10～12 kg，普通级环境饲养。
1.2 方法 实验犬随机分为4组，每组4条，硫喷妥钠静脉麻醉，无菌条件下手术。第1组胫骨骨膜次全切除；第2组胫骨骨膜次全切除+滋养血管切断；第3组胫骨骨膜次全切除+滋养血管、干骺部血管切断。以上三组每次手术做双侧胫骨，术后2、4、8、12周分期切取左侧再生骨膜行组织学检查(光、电镜)，右侧术后8周行胫骨中段锯断、四孔普通钢板内固定，并按2、4、8、12、16周分期拍X线片了解骨折愈合情况。第4组为正常对照组，单纯行右侧胫骨中段锯断，四孔普通钢板内固定，术后2、4、8、12、16周分期摄片。无论实验组和对照组，胫骨锯断内固定术中均不做骨膜剥离。
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2 结果
2.1 肉眼观察 第1、2组骨膜术后2周骨干表面均有薄层结缔组织膜形成；4周组织层增厚，与邻近肌层有广泛粘连；8周再生组织外观似正常骨膜，明显可见从邻近组织长入的血管；12周再生骨膜与正常骨膜无明显区别，与邻近组织层次分明，表面可见网状血管分布，其主干血管与邻近肌支等小血管相通。第3组术后2周、4周变化与第1、2组类似，但8周后其结缔组织膜与邻近组织广泛粘连、融合，并形成较坚韧的纤维组织包裹骨干表面。
2.2 组织学观察 第1、2组术后2周光镜下组织膜均为纤维组织。4周后光、电镜见其仍以纤维组织为主，主要是成纤维细胞、轴突和雪旺细胞及其周围被囊细胞，并有毛细血管。8周后再生骨膜内外层可分辨，除成纤维细胞外，光镜在内层可见少量成骨细胞。电镜下见成骨细胞胞浆中有大量扩张的粗面内质网，部分线粒体呈空泡变性；较幼稚的骨细胞胞浆粗面内质网轻度扩张，可见线粒体、游离核糖体和溶酶体等细胞器；骨原细胞较少，体积较小，呈不规则的棱形或类网状细胞，突起细小，细胞器也少；再生骨膜下骨质可见骨细胞位于硕大的骨陷窝中；核中，异染色质边集，胞质浓集，细胞器少，少量长的细胞呈突起状；内层新生的毛细血管内皮细胞向管腔隆突，表面有多寡不等的微绒毛状突起，管腔较为狭窄，有的为红细胞填塞。12周后再生骨膜内外层分界较清，光镜见外层主要为粗大的胶原纤维束，且排列致密，细胞基质少，内层纤维稀疏，血管较丰富，细胞较多。电镜下见骨膜内层附近有含多核的破骨细胞，胞质中有许多线粒体和大量的大泡小泡、少量的溶酶体等细胞器；靠近骨质一面的质膜折迭区有少量的微绒毛，亮区不明显；有的破骨细胞这一面变得很光滑，附近还可见成行排列的骨原细胞，胞体较细，呈梭形或扁平形；新生的毛细血管发育比较成熟，骨腔面较为平整，管腔较大。第3组“再生骨膜”始终为纤维组织，内外层结构分辨不清。
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2.3 X线观察 经1、2组胫骨中段锯断内固定后钢板、螺丝钉均无松脱，2例钢板有10°弯曲成角。术后2周X线片未见明显变化；4周后可见少量的骨痂阴影；8周骨痂明显增多，骨折线清晰；12周后骨痂阴影更为致密，骨折线模糊；16周后骨痂外形规则，密质均匀，骨折端有明显骨小梁通过，但骨折线仍可分辨。对照组骨折愈合情况基本与第1、2组相似。第3组胫骨骨折端周围始终未见明显骨痂，骨折线8周后明显增宽，12周后骨干密度分布不匀，有骨变性及坏死征象，2例钢板弯曲松脱。
3 讨论
骨膜是功能复杂的组织器官，由于具有很强的成骨能力，使其在骨骼的成长发育和修复重建过程中发挥重要的作用。从理论上讲，任何一块骨膜都能以吻合血管或带血管转位的方式作为供区移植于受区。但是，由于人体每一块骨的解剖形态、结构特征不同，血供来源各不相同，故能用于骨膜移植的供区多来自于长管状骨的腓骨、胫骨、股骨和桡尺骨等。长管状骨的血供一般均较丰富，由滋养血管、骨膜血管和干骺血管三套系统构成，各系统间有交通支连络成网。Williams[4]认为骨膜动脉的血供量在其中处于次要的地位。本项目第1、2组实验证实在骨膜血管和滋养血管均被切断后，干骺血管仍可提供足够的血供营养骨骼，这与Rhinelander的研究结果是一致的[5]。随再生骨膜形成的新生血管则另可汇合成网，与邻近的血管沟通，组成新的骨膜血管。
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骨膜在组织结构上分为内生发层和外纤维层，再生骨膜形成后的形态学与正常骨膜完全相同。分析其形成机理，可能与以下因素有关。
3.1 骨膜切除后机体出于本能在骨干表面形成的结缔组织膜的转化作用 如同根据人体的使用需要，骨骼具有按力学原理重新改造的功能一样，骨结构缺损时，它亦有自身的修复、重建能力。骨膜切除后，骨骼为健全自身的组织结构在骨干表面形成一层疏松的结缔组织，这是其本体和邻近软组织对骨创伤的一种本能反应。这种反应是机体按自身需求进行并转化的，本实验证实该组织随时间推移而逐渐转化为新生骨膜，在12周其结构与正常骨膜已基本相同。
3.2 健康的供骨骨质对结缔组织膜转为新骨膜的基质作用 本项目第3组在骨膜血管、滋养血管和干骺部血管均被切断后，骨质正常血供中断，骨组织缺血变性或坏死，其骨干表面的结缔组织膜始终为纤维组织，无法转化为新生骨膜。而第1、2组则因仍有有效血循供养、健康骨组织的存在及其健全的修复机能使结缔组织膜得到正常转化。
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3.3 来源于周围软组织的新生血管为再生骨膜的形成提供了良好的存活和转化条件 第1、2组肉眼观察发现再生骨膜中的新生血管其内侧与胫后动脉肌间隙支相通，外侧与腓动脉肌支及肌间隙支相通，且在骨膜表面吻合成网，可见再生骨膜的转化主要依赖于邻近血供的营养，这也是其正常转化不可少的物质基础。
3.4 骨干远近端残存骨膜的长入
骨膜具有很强的成骨能力，其内层细胞是分化为成骨细胞、恢复造骨机能的基地。再生骨膜不仅在形态学而且在成骨能力上也与正常骨膜相同。第1、2组胫骨骨膜切取8周、锯断内固定后，再生骨膜一般4周后均在骨折端附近形成少量骨痂阴影，16周后骨折已达临床愈合标准，与正常对照组基本相同。由此可见再生骨膜的成骨修复能力是很强的，这为临床长管状骨膜大块切取移植而无须顾忌对供骨带来的影响提供了有力的依据。
本研究为广东省卫生厅立项资助项目
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参考文献
1 钟桂午，张发惠，刘经南.带血供肱骨下段内侧骨(膜)瓣的移位术.中华显微外科杂志， 1998，1：9
2 谭金海，陈振光，余国荣，等.带血管胫骨节段性骨膜移植的解剖及临床应用.中华实验外科杂志，1996，4：219
3 张发惠，陈振光，郑和平，等.胫后血管肌间隙支胫骨内侧骨膜瓣移位术的应用解剖.中国临床解剖学杂志， 1996， 4：259
4 Williams SM， Mclarthy ID. Distributed model of blood-bone exchange. J Biomed Eng, 1986, 8:235
5 Rhinelander FM. The normal microcirculation of diaphyseal cortex and its response to fracture. J Bone Surg, 1968, 50:784, 百拇医药