作者：楊克強 李柱林 張春林 王臻 胡蘊玉 楊牧 穀孝將 謝小榮 劉慧峰 張鑫 趙盛坤 李光新  

【摘要】  目的：研究深低溫冷凍法和常溫法儲(chu) 骨對皮質骨生物力學特性的影響。方法：用深低溫冷凍法和常溫酒精浸泡法儲(chu) 存相同時間的股骨皮質作標本，分別將其修成彎曲及壓縮試件，在Instron 1195型電子拉伸試驗機上測試兩(liang) 組的極限彎曲強度，彈性模量及極限壓縮強度，所得數據進行組間t檢驗。結果：兩(liang) 組間極限彎曲強度、彈性模量、極限壓縮強度差異均不明顯（P>0.05）。結論：深低溫冷凍及常溫法儲(chu) 骨對皮質骨生物力學特性無影響，在無深低溫冷凍儲(chu) 骨條件的地方，如有合適的骨源，也可積極取骨用常溫法儲(chu) 存，以免骨源浪費。

【關(guan) 鍵詞】  低溫保存;皮質骨;酒精;生物力學

    【ABSTRACT】  Objective: To Study the cryopreservation and room temperature preservations effect to the biomechanics characteristics of the cortical bone. Methods: Preserve the thighbones cortical bone with the cryopreservation and the room temperature preservation,while make samples,and  then turn them to be bended and compressed samples. Test the two groups ultimate flexure strength、modulus of elasticity、ultimate crushing strength in the Auto Tensile Tester(Instron-1195),then inspect the data with “t" test between the two groups. Results: The discrepancy of ultimate flexure strength、modulus of elasticity、ultimate crushing strength between the two groups was not very apparent(P>0.05). Conclusion： The cryopreservation and the room temperature preservation will not influnce the biomechanics characteristics of the cortical bone, so, when the bones cant be cryopreserved, if there is suitable source of bone, they can be preserved in the room with normal temperature to prevent them from being wasted.

    【KEY WORDS】  Cryopreservation; Corticalbone; Alcohol; Biomechanics

    目前，大段異體(ti) 皮質骨移植在臨(lin) 床上已廣泛應用，但由於(yu) 國內(nei) 僅(jin) 在較大城市建有大中型骨庫，且數量有限，所以深低溫冷凍皮質骨的來源有限，遇有大段骨缺損失,是否可用常溫保存的異體(ti) 骨移植,其生物力學特性與(yu) 深低溫冷凍骨是否不同,這方麵的報道較少，本研究旨在對兩(liang) 種儲(chu) 骨方法儲(chu) 存的異體(ti) 皮質骨的生物力學特性進行比較,指導臨(lin) 床應用,同時探討在有骨源而無深低溫條件儲(chu) 骨時,是否可以常溫儲(chu) 存。

    1  材料與(yu) 方法

    1.1  試驗材料與(yu) 儀(yi) 器

    1.1.1  實驗材料  深低溫保存2年的男性青年股骨12根和常溫保存(酒精浸泡)的男性青年股骨14根(年齡20～35歲)（第四軍(jun) 醫大學西京醫院全軍(jun) 骨科研究所，西安）。

    1.1.2  儀(yi) 器  Instron 1195型電子拉伸試驗機（西安交通大學材料工程學院疲勞實驗室）。

    1.2  材料製備與(yu) 分組

    1.2.1  製備  取深低溫儲(chu) 存2年的男性青年股骨12根,逐漸複溫至室溫,每根取相同部位修成截麵為(wei) 矩形的長骨條作為(wei) 彎曲試件(去除髓腔內(nei) 鬆質骨),截麵為(wei) 矩形的短長方體(ti) (高度不超過底邊寬度的2.5倍)作為(wei) 壓縮試件,其壓縮方向與(yu) 骨幹縱軸方向一致,修整過程中始終向試件上滴加Lingers液。

    1.2.2  分組

    (1)彎曲試件:

    深低溫冷凍組: 試件共12個(ge)

    常溫組：試件共14個(ge)

    (2)壓縮試件:

    深低溫冷凍組: 試件共12個(ge)

    常溫組：試件共14個(ge)

    1.3  實驗條件及方法

    1.3.1  實驗條件：常溫常壓，加載速度2mm/min，實驗過程中始終向試件上滴加Lingers液，使試件保持正常濕度。

    1.3.2  實驗方法及生物力學參數測定。

    1.3.2.1  將修整好的彎曲試件在Instron 1195型電子拉伸試驗機上進行三點彎曲實驗（跨距L為(wei) 40mm），采用函數記錄儀(yi) 記錄載荷——變形曲線（圖1示），並根據應力應變公式計算出相應的力學指標，公式如下：

    σmax=MW=3PL2bh2        E=PL34h3ba

    式中σmax為(wei) 極限彎曲強度，M為(wei) 彎矩，W為(wei) 截麵抵抗矩，P為(wei) 壓力，L為(wei) 跨距，h為(wei) 試件厚度，b為(wei) 試件寬度，a為(wei) 橈度，E為(wei) 彈性模量。

    P（N）

    圖1  彎曲實驗中的載荷——變形曲線

    靠近縱坐標的為(wei) 深低溫冷凍組*號標本

    P：97N  h:2.1mm  b:8.8mm

    遠離縱坐標的為(wei) 常溫組*號標本

    P：104N  h:2.3mm  b:7.5mm

2008年2月楊克強等：深低溫冷凍與(yu) 常溫儲(chu) 骨對皮質骨生物力學特性影響的研究第1期2008年2月河北北方學院學報（醫學版）第1期1.3.2.2  將修整好的壓縮試件在Instron 1195型電子拉伸試驗機上進行壓縮試驗，壓力方向與(yu) 骨長軸（即骨單位）方向一致。采用函數記錄儀(yi) 記錄載荷——變形曲線（圖2示），並根據應力、應變公式計算出相應的力學指標，公式如下：

    σmax=PA

    P為(wei) 壓力，A為(wei) 麵積（橫截麵）， σmax為(wei) 極限壓縮強度。

    圖2  壓縮實驗中的載荷——變形曲線

    靠近縱坐標的為(wei) 深低溫冷凍組*號標本

    P：1720N  A:15.12mm2

    遠離縱坐標的為(wei) 常溫組*號標本

    P：1800N  h:15.93mm2

    1.3.3  統計學處理

    各項測定指標均采用均數±標準差（x±s）表示。組間差異行t檢驗。

    2  結果

    兩(liang) 組彎曲及壓縮試件的極限彎曲強度、極限壓縮強度相比P>0.05，彎曲試驗中的彈性模量兩(liang) 組相比P>0.2>0.05，即兩(liang) 組極限彎曲強度無顯著性差異，兩(liang) 組極限壓縮強度無顯著性差異，兩(liang) 組間彈性模量無顯著性差異（見表1）。

    圖1所示為(wei) 兩(liang) 組中兩(liang) 個(ge) 抗彎曲試件在彎曲過程中的載荷——變形曲線，隨著載荷的增加，骨試件彎曲變形，在一定範圍內(nei) 載荷-變形曲線呈線性關(guan) 係，服從(cong) 虎克定律，說明骨是一種具有彈性的材料，而當載荷達到一定程度後，曲線出現彎曲。兩(liang) 試件的斜率基本一致，zui大載荷略有差異，與(yu) 試件的截麵抵抗矩個(ge) 體(ti) 間差異有關(guan) 。表1  兩(liang) 組股骨皮質極限彎曲強度、極限壓縮強度及彈性模量比較 注：兩(liang) 組極限彎曲強度比較* P>0.05；兩(liang) 組極限壓縮強度比較# P>0.05；兩(liang) 組彈性模量比較 △ P>0.2

    圖2所示為(wei) 兩(liang) 組中兩(liang) 個(ge) 抗壓縮試件在壓縮過程的載荷-變形曲線，與(yu) 圖1比較，曲線在一定範圍內(nei) 也呈線性關(guan) 係，服從(cong) 虎克定律，但其斜率較大，說明在縱向壓縮過程中骨變形相對較小。而兩(liang) 試件的斜率基本一致，zui大載荷略有差異，與(yu) 兩(liang) 試件間截麵積不同有關(guan) 。

    注：圖1及圖2為(wei) 按Instron 1195電子拉伸實驗機試驗中描記的曲線1∶1比例手工加重描記到白紙上，再掃描進入電腦形成。

    3  討論

    皮質骨由骨細胞、纖維和基質三種成分組成，與(yu) 其他結締組織基本相似，但皮質骨在細胞間質中有大量鈣鹽沉積，從(cong) 而使皮質骨成為(wei) 很堅硬的結締組織與(yu) 其他結締組織有本質的區別。皮質骨內(nei) 有許多膠質纖維環繞血管間隙而成同心圓狀緊密排列，部分膠原纖維可穿過板間區，皮質骨的物質組成及結構組成使其既有一定的彈性，同時具有較大強度，不易斷裂，因此皮質骨的缺損的替代物為(wei) 同種異體(ti) 皮質骨。動物實驗證明，大段同種異體(ti) 皮質骨移植能夠較好的愈合及替代，並且其愈合及替代是多途徑的[1，2]。同種異體(ti) 骨能夠移植及較好愈合就需要有異體(ti) 骨的儲(chu) 存，這就導致了骨庫技術的誕生，雖然二十世紀中期以來骨庫技術較廣泛應用，深低溫冷凍儲(chu) 骨已成為(wei) 四肢管狀骨的主要儲(chu) 存方法，但國內(nei) 大中型骨庫數量仍很有限，分布不甚合理，一些地方距大中型骨庫較遠，所以一些傳(chuan) 統的小型或自給型骨庫仍用常溫酒精浸泡方法儲(chu) 骨。有研究發現，深低溫冷凍法儲(chu) 骨，儲(chu) 存時間對皮質骨極限彎曲、彈性模量及極限壓縮強度無明顯影響[3]；那麽(me) 不同溫度儲(chu) 存是否對骨的生物力學特性造成影響，Pelker對-20℃、-70℃及-196℃三種溫度下的儲(chu) 骨進行測試，發現長骨的抗扭強度和壓應力與(yu) 新鮮骨無明顯差異[4]；而常溫儲(chu) 骨又以酒精浸泡法為(wei) 主[5]，並且酒精浸泡法簡便易行，中小醫院也能做到，但這種方法儲(chu) 骨對皮質骨生物力學特性是否有影響，這方麵的報道較少，本實驗的目的就是通過對深低溫冷凍及常溫條件下儲(chu) 骨的生物力學特性進行對比，探討兩(liang) 種儲(chu) 骨方法對骨生物力學特性的影響。

    研究結果發現，兩(liang) 種儲(chu) 存方法的皮質骨試件極限彎曲及壓縮強度無顯著性差別（P>0.05），彎曲試驗中的彈性模量無顯著性差異（P>0.05），表明皮質骨的彎曲壓縮極限強度及彎曲彈性模量受兩(liang) 種儲(chu) 存方法的影響不明顯，與(yu) 石瑾[5]等的實驗結果不同，可能因石瑾等是用深凍後脫脂再酒精固定有關(guan) ，標本處理方法不*相同。

    實驗結果提示我們(men) ，*、臨(lin) 床應用大段異體(ti) 皮質骨移植時，不論深低溫冷凍儲(chu) 存還是常溫儲(chu) 存的異體(ti) 骨，其內(nei) 固定的選擇及術後處理不應受儲(chu) 存方法的影響。第二、目前，我國大中型骨庫分布不很合理，在無深低溫儲(chu) 骨條件的醫療單位，如有誌願捐獻骨材者，亦應及時取骨，可常溫酒精浸泡保存防止骨源浪費。

    綜上所述，深低溫冷凍方法及常溫酒精浸泡方法儲(chu) 骨對骨的生物力學特性影響不大，在目前我國大中型骨庫不很合理的情況下，如有骨源而無深低溫儲(chu) 骨條件，亦應及時取骨，行常溫酒精浸泡保存，不要貽誤取骨時機，造成寶貴的骨材的浪費。臨(lin) 床上在給患者植入此兩(liang) 種方法儲(chu) 存的異體(ti) 骨時，其固定方法及術後處理不應因儲(chu) 存方法不同而有差別。

    由於(yu) 深低溫冷凍方法儲(chu) 存四肢長管狀骨已*為(wei) 理想的儲(chu) 骨方法，如有條件，均應采用該方法。目前，隨著國內(nei) 大中型骨庫的逐漸增多，深低溫冷凍儲(chu) 骨必將廣泛普及，而在此之前，兩(liang) 種儲(chu) 骨方法將會(hui) 同時存在。

【參考文獻】
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3 楊克強，王臻，桑宏勳，等.深低溫冷凍異體(ti) 骨生物力學特性與(yu) 儲(chu) 存時間的關(guan) 係\[J\].醫用生物力學，2000，15（3）：183186

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