促進骨折愈合方法的研究近況(一)

1、促進骨折愈合方法的研究近況(一)    關(guān)鍵詞：骨折愈合誘導(dǎo)成骨 骨折愈合是一個影響因素眾多、極其復(fù)雜的生理過程。近年在探討促進骨折愈合方法及機制方面的研究取得了令人矚目的進展。 1.骨生長因子及誘導(dǎo)成骨骨折愈合是通過爬行替代還是骨誘導(dǎo)來完成多年來一直存在分歧。Urist(1965)將脫鈣骨植入肌肉內(nèi)，成功地誘發(fā)異位成骨，并預(yù)言脫鈣骨中含有一種特殊蛋白，可以誘導(dǎo)血管周圍游走的間充質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化為骨系細胞，該蛋白稱為骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)。隨后于1982年從牛骨中提純了BMP(bBMP)，并對生化等方面的特性進行了深入研究，從而闡述了骨折愈合新理論誘導(dǎo)成骨。

2、Chalmers等1提出誘導(dǎo)成骨三要素：(1)誘導(dǎo)刺激物BMP；(2)BMP的靶細胞間充質(zhì)類細胞；(3)有利于骨生長的血供環(huán)境。繼Urist之后已從人及許多動物骨組織中提純了BMP。實驗表明正常骨組織中BMP主要位于骨膠原纖維、骨膜及骨髓基質(zhì)中2。BMP還存在于小鼠及人的骨肉瘤組織中，但軟骨肉瘤中卻沒有測到BMP的存在3。臨床應(yīng)用BMP修復(fù)骨缺損先后有成功報道4，5。然而BMP在骨內(nèi)含量極微，約1mg/kg濕骨，且在體內(nèi)迅速彌散、降解6，因此僅用BMP修復(fù)骨缺損用量太大4，使臨床應(yīng)用受到限制。如何以最小的BMP用量獲取較大的成骨效應(yīng)，成為被關(guān)注的問題7。近年許多學(xué)者將BMP與載體結(jié)合組成其釋放

3、系統(tǒng)(BMP/載體)來解決這些問題8、9。常用的載體有鈣磷陶瓷人工骨、生物玻璃、石膏、膠原及纖維蛋白凝塊等。BMP賦于載體骨誘導(dǎo)能力，載體則充當(dāng)BMP的釋放系統(tǒng)，并為新骨的形成提供支架和場所。據(jù)Urist等9介紹BMP/磷酸三鈣植入肌肉內(nèi)其誘導(dǎo)的新骨量比單用BMP大12倍，表明BMP借助載體緩慢釋放，不斷作用于靶細胞，誘導(dǎo)形成更多新骨。此外BMP基因重組蛋白的研究也受到重視10。有關(guān)BMP應(yīng)用方式，除手術(shù)切開植入外，近有學(xué)者將BMP與成纖維細胞因子(FGF)復(fù)合物經(jīng)皮注射，促進骨愈合。這些新的組合及給藥途徑，將為臨床應(yīng)用帶來積極影響。 (1)轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)：是一類功能復(fù)雜的蛋白多肽，具

4、有多種生物活性和調(diào)節(jié)多種細胞生長、分化作用，骨折后24小時血腫中即可出現(xiàn)。浸潤在血腫中的皮質(zhì)骨骨膜界面由于受到TGF的作用，出現(xiàn)骨膜增生和膜內(nèi)成骨現(xiàn)象。在軟骨痂形成期出現(xiàn)TGF基因表達高峰，刺激骨細胞中DNA的重組和合成，調(diào)節(jié)細胞增殖和骨基質(zhì)合成。在體外TGF具有誘導(dǎo)正常骨產(chǎn)生軟骨組織和軟骨內(nèi)鈣化的作用。另外TGF通過對破骨細胞的影響，抑制骨吸收。有學(xué)者認為BMP是TGF超家族的一種11。 (2)血小板衍生因子(PDGF)：最初(1974)發(fā)現(xiàn)PDGF主要是由血小板釋放以后又從正常組織、新生組織如骨髓和骨細胞中以及腫瘤組織如骨肉瘤中分離出來。對骨折愈合早期具有重要作用，誘導(dǎo)骨折周圍細胞發(fā)生趨化

5、反應(yīng)，刺激骨細胞DNA和蛋白質(zhì)合成，同時又能與其它生長因子或激素互相作用，既能促進骨形成，又能刺激骨吸收，對骨重建具有雙向調(diào)節(jié)作用。 (3)類胰島素生長因子(IGF)：是一族依賴生長激素的多肽，包括IGF1和IGF2，分子量分別為7600和7800，能由骨、軟骨和其它多種組織合成，有胰島素樣作用，促細胞分裂。IGF具有延長生長激素半衰期、調(diào)節(jié)其活性，刺激骨基質(zhì)合成，促進骨生長的功能。 (4)成纖維細胞生長因子(FGF)：最初是從牛腦垂體分離出來，后來發(fā)現(xiàn)在人體組織包括骨基質(zhì)中廣泛存在，包括aFGF和bFGF，分子量分別為17000和16000，主要氨基酸順序相似，并具有相似的生物活性。FGF對

6、血管內(nèi)皮細胞有明顯的增殖促進作用，是毛細血管增殖的刺激劑12，刺激骨折斷端骨痂和骨移植物周圍毛細血管增生，提前血管重建，提高BMP和骨移植物活性，對血運不良的骨折可能有積極影響。骨培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)FGF能刺激DNA合成和細胞復(fù)制，促使骨細胞增多。FGF刺激血管化和骨細胞復(fù)制的兩種作用相結(jié)合，對骨折修復(fù)具有重要調(diào)節(jié)作用。Graves等13將TGF、PDGF、IGF、FGF及BMP統(tǒng)稱為生長因子。 (5)骨衍生生長因子(BDGF)：是多肽類微球蛋白，分子量為11800。在哺乳動物的細胞表面均可發(fā)現(xiàn)，是通過結(jié)合到其他生長因子和激素的受體上間接地對骨細胞起調(diào)節(jié)作用，使骨細胞數(shù)量增加并聚集。體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)BDGF

7、能刺激合成骨膠原和DNA14。 (6)神經(jīng)生長因子(NGF)：是最早發(fā)現(xiàn)的生長因子，其組織來源和分子量差別很大，其中分子量為11600的NGF與骨折愈合密切相關(guān)，對成骨細胞有促有絲分裂作用，主要參與骨痂形成及骨化。 另外其它一些來自血細胞的衍生因子如白細胞溶菌素、腫瘤壞死因子、淋巴細胞毒素、干擾素等以刺激骨吸收為主15，可能與骨折愈合塑形有關(guān)，但對早期新骨形成不利。 2.植骨術(shù)骨移植是治療骨缺損、促進骨愈合應(yīng)用最廣泛最成熟的方法，隨著基礎(chǔ)研究的深入其地位將越發(fā)重要。 (1)自體骨移植不但起到支架作用，而且提供大量成骨細胞，具有良好的成骨誘導(dǎo)性。有報道髓腔內(nèi)大段自體皮質(zhì)骨移植作為“生物髓內(nèi)針”既

8、有內(nèi)固定作用，又有成骨作用，同時又是理想的生物降解材料，在骨結(jié)構(gòu)重建中具有獨特的優(yōu)越性。骨膜可人為塑形，具有較強的成骨及誘導(dǎo)成骨能力，主要用于骨與軟骨缺損的修復(fù)。骨髓作為一個器官具有造血和成骨功能，由于其特殊的流動性，可經(jīng)皮注射移植16，17。骨髓移植加速骨愈合的機制是：帶入了大量的成骨細胞；提早啟動骨愈合進程；引起骨折愈合過程中2次損傷，刺激機體釋放更多的成骨活性物質(zhì)。 (2)同種異體骨存在免疫排斥反應(yīng)，通常采用煮沸、脫鈣、深低溫冷凍、凍干、輻照等方法處理保存，與BMP、生長因子及自體骨髓組成復(fù)合物移植，已有實驗及臨床報道。胎兒骨無明顯排斥反應(yīng)，且具有較強的誘導(dǎo)成骨能力。異種骨來源廣泛，關(guān)鍵

9、是解決免疫排斥反應(yīng)，保留誘導(dǎo)成骨能力，實驗室研究已有嘗試18。 3.骨折部加壓治療加壓方法包括外固定架、加壓鋼板及加壓釘?shù)?。Wolf學(xué)說認為加壓可以改善細胞功能，增加局部血供，促進骨折愈合。近年發(fā)現(xiàn)鋼板彈性模量遠高于皮質(zhì)骨，產(chǎn)生應(yīng)力遮擋，導(dǎo)致局部骨質(zhì)疏松，引起學(xué)者們廣泛關(guān)注，開始尋求與皮質(zhì)骨剛度近似的接骨板及新的降解材料。80年代國外學(xué)者觀察到對骨折斷端施以低頻周期性載荷，可以防止骨質(zhì)疏松，促進新骨形成，有利于骨折愈合19，20。 4.電刺激成骨50年代Yasuda研究了骨的電特性，闡述了骨的壓電現(xiàn)象，證明在陰極周圍有新骨形成。隨后有許多實驗及臨床應(yīng)用相繼報告2123。應(yīng)用方式有全置入式、半置

10、入式和非置入式，采用的電流有恒定直流電、脈沖電流、電磁場及駐極體等。 5.微量元素與骨折愈合骨折后體內(nèi)鋅重新分布，血清鋅顯著下降，骨痂中鋅含量增高。實驗表明補鋅的家兔其骨痂量、鈣化時間及生物學(xué)性能均優(yōu)于對照組。鋅與骨折愈合過程中分化增殖的多種細胞所需酶的活性有關(guān)，并參與骨鹽形成。鐵是細胞色素系統(tǒng)過氧化氫酶的重要組成部分，有重要的輸氧功能，在供氧充足情況下骨樣組織可直接成骨。錳參與膠原及粘多糖合成。銅在骨折愈合全過程均有高水平值出現(xiàn)。鎂在骨折愈合早、中期活躍。鎳在中、末期較活躍。而鍶則始終呈現(xiàn)一峽谷狀變化曲線24。 6.藥物治療左旋多巴能夠間接促進內(nèi)源性生長激素分泌，利于骨鹽形成與沉積25。骨折

11、愈合刺激素是微生物的代謝產(chǎn)物，骨折處局部注射，刺激毛細血管增生，復(fù)活骨折處細胞代謝，促進骨折愈合。祖國醫(yī)學(xué)認為氣滯血瘀是骨折的病理核心，活血化瘀藥如紅花、丹參等均有利于骨折愈合。 總之促進骨折愈合的方法不一，機制各異，尚沒有一種理論可以解釋骨折愈合的所有問題。近年在BMP的純化及臨床應(yīng)用，各類生長因子的調(diào)節(jié)機制，成骨細胞的體外培養(yǎng)等方面成績斐然，相信不久的將來一定會有新的理論與技術(shù)問世，服務(wù)于人類。參考文獻 1.ChalmersJ，GrayDH,RushJ.Observationsontheinductionofboneinsofttissues.JBoneJointSurg(Br)，1975

12、，53(1):36 2.YangLJ,JinY.Immunohistochemicalobservationsonbonemorphogeneticproteininnormalandabnormalconditions.ClinOrthop1990，257:249 3.YoshikawaH,RettigWJ,LaneJM,etal.Immunohistochemicaldetectionofbonemorphogeneticproteinsinboneandsofttissuesarcomas.Cancer，1994，74(3):842 4.UristMR,KovacsS,YatesKA,e

13、tal.Regenerationofanenchondromadefectundertheinfluenceofanimplantofhumanbonemorphogeneticprotein.JHandSurg，1986，11(3):417 5.JohnsonEE,UristMR,FinermanGAM.Bonemorphogeneticproteinaugmentationgraftingofresistantfemoralnonunions.ClinOrthop，1988，230:257 6.KawamuraM,UristMR.Humanfibrinisaphysiologicdeliv

14、erysystemforbonemorphogeneticprotein.ClinOrthop，1988，235:302 7.HechmanJD,BoyanBD,AufdemorteTB,etal.Theuseofbonemorphogeneticproteininthetreatmentofnonunioninacaninemodel.JBoneJointSurg(Am)，1991，73(5):750 8.UristMR,NilssonO,RasmussenJ,etal.Boneregenerationundertheinfluenceofabonemorphogeneticprotein,

15、beta-tricalciumphosphate(TCP)compositeinskulltrephinedefectsindogs.ClinOrthop，1987，214:295 9.UristMR,LietzeA,DawsonE.-tricalciumphosphatedeliverysystemforbonemorphogeneticprotein.ClinOrthop,1984，187:277 10.ChenP,CarringtonJL,HammondsRG,etal.Stimulationonchondrogenesisinlimbbudmesodermcellsbyrecombin

16、anthumanbonemorphogeneticprotein2Bandmodulationbytransforminggrowthfactor1and2.ExpCellRes，1991，195(4):509 11.SampathTK,CoughlinJE,WhetstoneRM,etal.BovineosteogenicproteiniscomposedofdimersofDP-1andBMP-2A,twomembersofthetransforminggrowthfactor-betasuperfamily.JBiolChem，1990，265(3):13198 12.Gospodaro

17、wiczD.Fibroblastgrowthfactor.ClinOrthop，1990，257：231 13.GravesDT,CochranDL.Periodontalregenerationwithpolypeptidegrowthfactors.CurrOpinPeriodontal，1994，1:178 14.狄勛元.生長因子對骨折修復(fù)的作用.骨與關(guān)節(jié)損傷雜志，1991，6(2)：120 15.史鳳芹，于世鳳.IL-2、TNF-a和PGF2對破骨細胞性骨吸收的作用.中華骨科雜志，1995，15(7)：458 16.HealeyJH,ZimmermanPA,JessopAB,etal.

18、Percutaneousbonemarrowgraftingofdelayedunionandnonunionincancerpatients.ClinOrthop，1990，256:280 17.ConnollyJF,GuseR,TiedemanJ,etal.Autologusmarrowinjectionasasubstituteforoperativegraftingoftibialnonunions.ClinOrthop，1991，266:259 18.孫玉鵬，陸裕樸，胡蘊玉，等.TGF-復(fù)合牛松質(zhì)骨載體修復(fù)節(jié)段性骨缺損的實驗研究.中華骨科雜志，1996，16(9)：574 19.WolfJWJR,WhiteAA,PanjabiMM,etal.Comparisonofcyclicloadingversusconstantcompressioninthetreatmentoflo