镍钛记忆合金牵张成骨修复犬下颌骨缺损与不同截骨方式的关系*★

曾融生，张朋，王成

课题背景：颌面骨的牵张成骨是近十几年来口腔颌面外科和整形外科领域骨畸形矫正和骨缺损修复的研究热点。目前应用较多的是内置式的、用螺旋杆机械施力的牵张器，但它存在着螺旋杆等外置部分、需间断加力、可能引起感染及面部瘢痕等缺点。研制完全内置，能靠自身弹力不间断加力的牵张器是最新研究方向之一。镍钛记忆合金（TiNi-SMA）牵张器就是这一研究方向的代表。

应用要点：保留部分松质骨的骨皮质切开术可根据需要调整骨组织阻力，使其与牵张力平衡，同时骨皮质切开术保留了髓内血供及舌侧骨膜，更有利于新骨的形成。因此，在使用镍钛记忆合金牵张器时，截骨方式的选择应根据缺损部位、缺损范围及软组织条件等实际情况综合考虑。

相关链接：已有学者利用镍钛形状记忆合金制成可持续自动牵张的牵张器，成功应用于牵张成骨的动物实验及临床。但关于镍钛记忆合金牵张器在颌面骨不同部位的不同截骨方式，与镍钛记忆合金牵张器弹力的相互平衡关系及对牵张成骨效应的影响，还需进行深入研究。

曾融生★，男，1958年生，福建省莆田市人，汉族，1988年中山医科大学毕业，硕士，教授，主任医师，主要从事颌面骨缺损修复和畸形矫治的临床和基础研究。
rszeng@yahoo.ca

广东省科技计划项目（2003C327 06）*

摘要
目的: 镍钛记忆合金具有记忆性、耐磨性及生物相容性好等优点，与常规牵张成骨在截骨方式、生物力学上存在着不同。建立犬下颌骨矩形缺损的动物模型，探讨不同截骨方式下镍钛记忆合金牵张器的牵张成骨效果。
方法：实验于2005-10/12在中山大学动物实验中心完成。①实验材料：成年雄性Beagle犬8只，体质量12~14 kg。②实验过程：双侧下颌骨体制造1.5 cm×1.0 cm矩形缺损，并在近中形成相应大小的骨传送盘。左侧骨传送盘行颊舌侧全层截骨术，右侧骨传送盘行保留部分松质骨的皮质切开术，置入镍钛记忆合金牵张器。③评估：于术后1，4，7 d及9周拍摄X射线片并进行组织病理学检查，对比双侧牵张区新骨生成情况。
结果：8只犬均进入结果分析。①大体观察：所有动物术后创口无感染，愈合良好。②X射线检查：见右侧即骨皮质切开侧术后骨传送盘逐渐向缺损区移动，于术后7 d基本占据骨缺损区；左侧即颊舌侧全层截骨侧术后1 d骨传送盘已移位，术后7 d骨传送盘完全离开缺损区。③组织学检查:见9周后右侧牵张区形成新生骨质，符合膜内成骨，传送盘与近中牵张区形成骨性连接；左侧由于骨传松盘离开缺损区，牵张区与缺损区形成一较大的凹陷，未见明显新骨形成。
结论：采用保留部分松质骨的骨皮质切开术的截骨方式可成功建立犬下颌骨矩形缺损牵张成骨动物模型。
关键词：牵张成骨；镍钛记忆合金；下颌骨；骨缺损；犬；组织构建

曾融生，张朋，王成.镍钛记忆合金牵张成骨修复犬下颌骨缺损与不同截骨方式的关系[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(2):217-220 [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-2/2k-217(ps).pdf]

中图分类号:R329.4
文献标识码:A
文章编号:1673-8225
(2008)02-00217-04

Osteotomy with Titanium-Nickel shape memory alloy distracter for repairing mandibular defects in dogs

AIM:Titanium-Nickel shape memory alloy (TiNi-SMA) has memory, abradability and good biocompatibility. It has different osteotomy methods and biomechanics from routine distraction osteogenesis. In this study, the dog models of mandibular defects were established to explore the effect of TiNi-SMA distractor with different osteotomy methods on mandibular distraction osteogenesis.
METHODS: The experiment was performed at the animal experimental center of Sun Yat-sen University from October to December 2005. ①Eight male adult Beagle canines of 12-14 kg were selected. A 1.5 cm×1.0 cm bone defect was made in bilateral mandible of each dog. The same size transport bone disc was created mesially by osteotomy on left side and corticotomy on right side. TiNi-SMA distractor was implanted to repair defect. ②One, four, and seven days, and nine weeks after operation, the canines were radiographed for histological analysis and bone formation was observed.
RESULTS: Eight dogs were all included in the final analysis. ①Gross observation found the wounds healed well without infection in all experiment dogs. ②X-ray examination showed the bone transport disc on the right side of corticotomy moved to defect area gradually after operation and filled defect area on the whole on the 7th day after operation; The bone transport disc dislocated 1 day after operation and separated from defect area totally on the 7th day after operation on the side of osteotomy (left side). ③Histological examination demonstrated bone formed in accordance with intramembranous ossification in distraction zone and bony connection between the transport disc and mesial mandible on right side; On the left side, there was a big defect at the area of both distraction and defect zone because of dislocated bone transport disc, and no obvious new bone regeneration was found.
CONCLUSION: Corticotomy can be used to establish a successfully canine model of mandibular distraction osteogenesis.

Zeng RS, Zhang P, Wang C.Osteotomy with Titanium-Nickel shape memory alloy distracter for repairing mandibular defects in dogs.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(2):217-220(China)
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-2/2k-217(ps).pdf]

牵张器的不断改进促进了牵张成骨技术的广泛应用，使其成为颅颌面外科及口腔颌面外科的一项常用治疗手段。但目前临床使用的内置式牵张器仍存在诸多缺陷，如存在外置部分，长期的牵张疗程易造成局部感染和面部瘢痕，且牵张期需要每天频繁的旋转外置螺杆进行加力，治疗过程繁琐。因此设计微型化、个体化、完全内置的、可自动连续牵张的牵张装置一直是牵张器研究的方向[1-4]。已有学者利用镍钛形状记忆合金制成可持续自动牵张的牵张器，成功应用于牵张成骨的动物实验及临床应用[5-9]。但由于镍钛记忆合金自身的特点，与常规牵张成骨在截骨方式、生物力学上存在着不同，仍有待于进一步研究探讨。本实验尝试建立犬下颌骨矩形缺损的动物模型，对比不同截骨方式对镍钛记忆合金牵张器成骨效果的影响。

设计：随机对照动物观察。
单位：中山大学光华口腔医学院口腔颌面外科。
材料：实验于2005-10/12在中山大学动物实验中心完成。选取健康成年雄性Beagle犬8只，体质量12~14 kg，由中山大学动物实验中心提供并饲养（动物合格证号：2005A032）。实验前驯养1周，确定无全身疾病, 无牙齿缺失，咬合关系良好，无口颌系统疾病。镍钛记忆合金牵张器由北京解放军总医院口腔科胡敏教授等研制和提供，并已获专利[10-11]，为直径1.33 mm正弦波形，固定脚间距4 cm，复形温度33~35℃，脚间距压缩至2.0 cm时产生回复力14.1 N（见图1）。

设计、实施、评估者：实验设计为第一作者，实施为全部作者，均受过相关培训。
技术路线：
牵张器消毒后置于无菌冰水中待用。犬手术前8 h禁食水，肌注速眠新Ⅱ 0.1 mL/kg（解放军军事医学科学院军事兽医研究所）麻醉后常规消毒铺巾，于下颌角前2 cm行下颌下缘切口，长约4 cm，分层切开皮肤、皮下组织至骨膜，暴露下颌骨体下缘及颊侧骨面，舌侧骨膜不剥离，于下颌管以下做高1 cm，长1.5 cm的矩形截骨，形成局部缺损（见图2）。缺损的近中用裂钻钻孔，并形成相同大小的骨传送盘。其中左侧传送盘行颊舌侧全层截骨的骨切开术，右侧行保留部分骨松质的骨皮质切开术。在牵开骨缝两侧钻孔安置牵张器，孔间距2.0 cm（见图3）。术中注意保护骨膜及软组织。冲洗创面分层缝合关闭伤口。术后3 d每日两次肌注青霉素80万单位。观察术后体质量、饮食、伤口愈合等一般情况。分别于术后1，4，7 d拍摄双侧下颌骨侧位片观察传送盘移动情况。9周后麻醉下处死动物，取下颌骨拍摄X射线片后，取术区新生骨组织标本40 g/L甲醛固定、脱钙、包埋、切片后，行苏木精-伊红染色，光镜下观察。

主要观察指标：①犬术后大体观察。②X射线观察。③组织学观察。

2.1 实验动物数量分析实验选用Beagle犬8只，均进入结果分析。
2.2 犬术后大体观察结果所有实验动物术后体质量未见明显变化，创口无严重感染发生，愈合良好。
2.3 X射线观察结果术后1，4，7 d X射线检查显示右侧（保留部分骨松质的骨皮质切开术）牵张器脚间距依次增大，骨传送盘逐渐向缺损区移动。术后第7天骨传送盘已基本占据骨缺损区，骨缺损得到修复（见图4a，b，c）；左侧（颊舌侧全层截骨）显示术后牵张器完全复形，传送盘移位并离开缺损区（见图4d，e）。术后9周X射线显示右侧新骨形成，再生骨段骨化较均匀，与近中正常骨段形成较好的骨连接（见图4f）；左侧骨缺损仍存在，未见新骨形成（见图4g）。

2.4 大体标本及组织学观察结果术后9周大体标本显示右侧牵张区形成新生骨质，传送盘与近中牵张区形成骨性连接，下颌骨下缘连续性基本恢复，颊侧骨丰满度较舌侧略差。左侧牵张区未见新骨形成，传送盘分别向颊侧或舌侧移位，被纤维组织包裹牢固。截骨线边缘有少量新生骨，下颌骨下缘连续性未恢复，仍见矩形缺损(见图5)。组织学观察见右侧新生骨形态良好，新生骨骨小梁沿牵张方向成束状有规律排列。新生骨内可见大量成熟的骨细胞及成骨细胞，未见到明显的软骨形成和软骨内成骨，符合膜内成骨的表现（见图6）。左侧缺损区内见少量新生骨。

牵张器的开发研制一直是牵张成骨的研究热点之一。颌骨牵张器已由最初的外置式发展到现在临床应用的多种规格，不同设计方式的内置式牵张器[12]。
镍钛记忆合金由于其具有记忆性、耐磨性及生物相容性好等优点，在生物医用领域已有广泛的应用。研究发现近等原子比镍钛合金的弹性模量与人体骨骼弹性模量相近，可用作骨骼植入材料，满足生物力学相容性的要求[7]。低温变形后的镍钛合金在受约束的条件下加热会产生柔和的径向回复力，更类似于发育期的生理张力状态，能够最大程度的激发组织的再生能力。
镍钛记忆合金的形状记忆特性和超弹性使其可持续发挥弹力，达到持续牵张的目的，比间断性的加力更有利于提高再生骨的质量[13]。但同时镍钛记忆合金牵张器植入体内后即依靠自身形变加力，外界无法干预，因此手术方式的选择尤为重要。已有研究证实截骨方式对牵张成骨有重要影响[14]。牵张成骨术中主要存在两种截骨方式，即骨部分切开术（如骨皮质切开术）和骨全层切开术。对于常规的牵张成骨，早期Ilizarov等[15-16]强调保存骨髓血供是保证骨断端间新骨形成的重要条件之一。但亦有研究证实在牵张成骨过程中，保护软组织尤其是骨膜对新骨生成更为重要。骨膜提供的节段性血流足以提供骨传送盘所需的血流供给[17]。而在镍钛记忆合金牵张成骨实验方面，Idelsohn等[7]在犬下颌骨采用了骨皮质切开术，同时在近远中骨段间安置钛板加强下颌骨稳定性，获得良好的成骨效应。周宏志等[18-19]比较了犬下颌骨节段缺失模型两种截骨方式的成骨效果后显示：行骨皮质切开术骨传送盘未能移动，而行全层骨切开术时骨传送盘移动，但必须辅以克氏针以维持骨传送盘的方向及稳定性。姚军等[20]比较了犬下颌牙槽骨增高术两种截骨方式的成骨效果后显示：采用保留舌侧部分骨皮质的不完全截骨术，牙槽骨增高的质和量最佳，而采用全层骨切开术时，虽能增高牙槽骨，但其颊舌侧骨明显凹陷。以上结果说明在使用镍钛记忆合金牵张器牵张成骨时，对于不同的缺损部位、缺损范围及软组织条件下，截骨方式的选择尚未成熟。
本实验中犬双侧下颌骨骨传送盘采用不同的截骨方式进行镍钛记忆合金牵张成骨以对比成骨情况，影像学及组织学均证实保留部分骨松质的骨皮质切开术在术后第9周牵张区新骨生成良好。大体标本见新生骨与骨传送盘之间为骨性结合，牵张器固位牢靠。舌侧成骨较颊侧略好，应与舌侧保留较多骨膜，软组织创伤小有关。组织学显示新生骨小梁沿牵张方向成束状有规律排列。松质骨小梁及周围胶原纤维组织排列基本与牵张方向一致，新生骨内可见大量成熟的骨细胞及成骨细胞，符合膜内成骨的表现。而行颊舌侧完全截骨的骨切开术则无明显新骨形成。导致这一结果应和实验所采用的镍钛记忆合金牵张器有关。镍钛记忆合金因其具有超弹性，在正常体温下即可复形，产生回复力。将镍钛记忆合金牵张器置入体内后，其复形产生的牵张力会对传送盘产生即刻的牵张作用。行颊舌侧全层截骨术时，传送盘主要依靠软组织附着，牵张力与软组织产生的阻力相差较大，导致传送盘移动速度过快，不符合牵张成骨的生物力学原则，造成无新骨形成。而保留部分松质骨的骨皮质切开术可根据需要调整骨组织阻力，使其与牵张力平衡，同时骨皮质切开术保留了髓内血供及舌侧骨膜，更有利于新骨的形成。因此作者认为在使用镍钛记忆合金牵张器时，截骨方式的选择应根据缺损部位、缺损范围及软组织条件等实际情况综合考虑。

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