作者：楊克強 李柱林 張春林 王臻 胡蘊玉 楊牧 谷孝將 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骨對皮質骨生物力學特性無影響，在無深低溫冷凍儲骨條件的地方，如有合適的骨源，也可積極取骨用常溫法儲存，以免骨源浪費。

【關鍵詞】  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，大段異體皮質骨移植在臨床上已廣泛應用，但由于國內僅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骨移植,其生物力學特性與深低溫冷凍骨是否不同,這方面的報道較少，本研究旨在對兩種儲骨方法儲存的異體皮質骨的生物力學特性進行比較,指導臨床應用,同時探討在有骨源而無深低溫條件儲骨時,是否可以常溫儲存。

    1  材料與方法

    1.1  試驗材料與儀器

    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)（第四軍醫大學西京醫院全軍骨科研究所，西安）。

    1.1.2  儀器  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  材料制備與分組

    1.2.1  制備  取深低溫儲存2年的男性青年股骨12根,逐漸復溫至室溫,每根取相同部位修成截面為矩形的長骨條作為彎曲試件(去除髓腔內松質骨),截面為矩形的短長方體(高度不超過底邊寬度的2.5倍)作為壓縮試件,其壓縮方向與骨干縱軸方向一致,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

    常溫組：試件共14個

    (2)壓縮試件:

    深低溫冷凍組: 試件共12個

    常溫組：試件共14個

    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40mm），采用函數記錄儀記錄載荷——變形曲線（圖1示），并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為極限彎曲強度，M為彎矩，W為截面抵抗矩，P為壓力，L為跨距，h為試件厚度，b為試件寬度，a為橈度，E為彈性模量。

    P（N）

    圖1  彎曲實驗中的載荷——變形曲線

    靠近縱坐標的為深低溫冷凍組*號標本

    P：97N  h:2.1mm  b:8.8mm

    遠離縱坐標的為常溫組*號標本

    P：104N  h:2.3mm  b:7.5mm

2008年2月楊克強等：深低溫冷凍與常溫儲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，壓力方向與骨長軸（即骨單位）方向一致。采用函數記錄儀記錄載荷——變形曲線（圖2示），并根據應力、應變公式計算出相應的力學指標，公式如下：

    σmax=PA

    P為壓力，A為面積（橫截面）， σmax為極限壓縮強度。

    圖2  壓縮實驗中的載荷——變形曲線

    靠近縱坐標的為深低溫冷凍組*號標本

    P：1720N  A:15.12mm2

    遠離縱坐標的為常溫組*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組相比P>0.2>0.05，即兩組極限彎曲強度無顯著性差異，兩組極限壓縮強度無顯著性差異，兩組間彈性模量無顯著性差異（見表1）。

    圖1所示為兩組中兩個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，在一定范圍內載荷-變形曲線呈線性關系，服從虎克定律，說明骨是一種具有彈性的材料，而當載荷達到一定程度后，曲線出現彎曲。兩試件的斜率基本一致，zui大載荷略有差異，與試件的截面抵抗矩個體間差異有關。表1  兩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：兩組極限彎曲強度比較* P>0.05；兩組極限壓縮強度比較# P>0.05；兩組彈性模量比較 △ P>0.2

    圖2所示為兩組中兩個抗壓縮試件在壓縮過程的載荷-變形曲線，與圖1比較，曲線在一定范圍內也呈線性關系，服從虎克定律，但其斜率較大，說明在縱向壓縮過程中骨變形相對較小。而兩試件的斜率基本一致，zui大載荷略有差異，與兩試件間截面積不同有關。

    注：圖1及圖2為按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，從而使皮質骨成為很堅硬的結締組織與其他結締組織有本質的區別。皮質骨內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同種異體皮質骨。動物實驗證明，大段同種異體皮質骨移植能夠較好的愈合及替代，并且其愈合及替代是多途徑的[1，2]。同種異體骨能夠移植及較好愈合就需要有異體骨的儲存，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，深低溫冷凍儲骨已成為四肢管狀骨的主要儲存方法，但國內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，所以一些傳統的小型或自給型骨庫仍用常溫酒精浸泡方法儲骨。有研究發現，深低溫冷凍法儲骨，儲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]；那么不同溫度儲存是否對骨的生物力學特性造成影響，Pelker對-20℃、-70℃及-196℃三種溫度下的儲骨進行測試，發現長骨的抗扭強度和壓應力與新鮮骨無明顯差異[4]；而常溫儲骨又以酒精浸泡法為主[5]，并且酒精浸泡法簡便易行，中小醫院也能做到，但這種方法儲骨對皮質骨生物力學特性是否有影響，這方面的報道較少，本實驗的目的就是通過對深低溫冷凍及常溫條件下儲骨的生物力學特性進行對比，探討兩種儲骨方法對骨生物力學特性的影響。

    研究結果發現，兩種儲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種儲存方法的影響不明顯，與石瑾[5]等的實驗結果不同，可能因石瑾等是用深凍后脫脂再酒精固定有關，標本處理方法不*相同。

    實驗結果提示我們，*、臨床應用大段異體皮質骨移植時，不論深低溫冷凍儲存還是常溫儲存的異體骨，其內固定的選擇及術后處理不應受儲存方法的影響。第二、目前，我國大中型骨庫分布不很合理，在無深低溫儲骨條件的醫療單位，如有志愿捐獻骨材者，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。臨床上在給患者植入此兩種方法儲存的異體骨時，其固定方法及術后處理不應因儲存方法不同而有差別。

    由于深低溫冷凍方法儲存四肢長管狀骨已*為理想的儲骨方法，如有條件，均應采用該方法。目前，隨著國內大中型骨庫的逐漸增多，深低溫冷凍儲骨必將廣泛普及，而在此之前，兩種儲骨方法將會同時存在。

【參考文獻】
  1 王臻，劉繼中，黃長明，等.大段同種異體皮質骨移植術后哈佛管內的骨誘導成骨研究\[J\].中華骨科雜志，2002，22（5）：313317

2 桑宏勛，楊克強，王臻，等.自固化磷酸鈣復合BMP及同種異體骨修復兔股骨大段骨缺損\[J\].中國矯形外科雜志，2006，14（1）：3942

3 楊克強，王臻，桑宏勛，等.深低溫冷凍異體骨生物力學特性與儲存時間的關系\[J\].醫用生物力學，2000，15（3）：183186

4 Pelker RR, Friedlaender GD, Markham TC.Biomechanical properties of bone allografts\[J\].Clin Orthop,1983,174:54

5 石瑾，歐陽鈞，傅群武，等.不同貯存及處理方法對人骨拉力螺釘生物力學性能的影響\[J\].中國臨床解剖學雜志，2000，18（3）：268270