作者：张玲莉¹ 赵一龙² 吴伟¹

单位：

1、上海体育学院运动科学学院

2、上海中医药大学附属普陀医院心脑功能科室

摘要：骨折是临床常见病、突发病，多因交通事故、跌倒和高处坠落等造成，其中股骨骨折占有较大比例。骨折的发生会造成患者病死率、患病率的升高和治疗费用的增高，给社会带来负担。因此，骨折的预防、治疗及康复都是亟需解决的问题。在研究骨折愈合过程骨转换自我修复机制中，骨折模型的建立显得尤为必要。骨折模型的制作主要有两个过程，包括破坏骨骼连续性和固定骨骼。破坏骨骼连续性分为开放性和闭合性破坏，固定骨骼分为髓内固定和外固定。本文以鼠类股骨骨折为例，详细阐述开放性股骨骨折和闭合性股骨骨折两种造模手段，介绍髓内固定和外固定两种常用固定手段，分析其优缺点，为基础实验骨折造模提供参考依据。

关键词：大鼠；小鼠；股骨；骨折

骨折是临床常见病、突发病，多因交通事故、跌倒和高处坠落等造成，其中股骨骨折占有较大的比例，多发于老年人。骨折的发生也常常与骨代谢异常有关，骨代谢的紊乱很容易引起骨疾病的发生，譬如骨质疏松症(osteoporosis，OP)，进而存在骨折风险。研究发现，骨折人群和非骨折人群的骨密度(bone mineral density，BMD)有很大程度上的重叠，BMD和骨折之间存在着一种广泛但并不精确的关系。此外，长期的运动训练疲劳也可能造成疲劳性骨折。骨折引起的长期卧床加剧骨量流失、肌力减退和多种并发症出现，大大增加了患者的病死率。因此，在研究骨折愈合过程中骨转换自我修复机制中，观察多种骨生长因子、激素，譬如：骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein, BMP)、转化生长因子-β(transforming growth factor beta, TGF-β)、成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor, FGF)等，在骨折的愈合过程中如何发挥着积极的促进作用，骨折模型的建立显得尤为必要。鼠类由于其基因图谱详尽，可复制人类诸多遗传疾病，且实验周期较短，便于饲养，价格便宜，常用于构建骨折模型。

骨折模型制作主要包含两个过程，一是破坏骨骼连续性(造成骨折)，二是固定骨骼。本文主要针对国内外常见鼠类股骨骨折造模方法进行阐述。

根据骨折端是否与外界相通可分为开放性骨折和闭合性骨折两大类。

开放性股骨骨折模型

开放性骨折是指骨折附近的皮肤或黏膜破裂，骨折断端直接或间接与外界相通。开放性股骨骨折模型造模过程通常是将鼠类麻醉后，切开其股部皮肤及皮下组织，使其与股骨骨干钝性分离，从而能充分暴露股骨骨干；再用电动摆锯等工具，在股骨实施可选择骨折角度及骨折位置的骨面光整切割，从而造成骨折。

梁春雨等取12周龄大鼠右腿股骨沿中段外侧纵向切割皮肤，充分暴露骨干，固定股骨后，用线锯在骨干1/3段锯断形成横行骨折，同时切断前交叉韧带制作大鼠股骨骨折模型，6周后通过X线检查观察愈合情况，发现骨折线清晰且固定良好。Bourque等将4~6月龄雄性CD-1大鼠固定在支架上，用铡刀做垂直切割直接切断骨干造成骨折。由于铡刀较锋利，骨折端较线锯造成的骨折断面更加光滑。Imia等先将小鼠麻醉，股骨骨干暴露后，直接徒手将小鼠的骨干掰断，造成小鼠骨折。小鼠骨骼脆、硬度小，可以采用这种造模方法，虽然这种造模方法能够更真实地模拟骨折情况，但对小鼠造成较大的损伤，且会导致个体之间差异较大，可控制性差，对实验的结果影响较大。

开放性骨折模型的优势在于可以控制骨折的角度及位置，但由于破坏了骨膜、软组织及骨髓腔，导致骨细胞及骨髓基质干细胞损伤，血液循环明显减少，整个骨折愈合过程变得非常缓慢，甚至出现不愈合的情况。此外，由于骨面被光整地切割，使骨折断端产生微动，增加了骨折愈合中的不稳定，继而出现不同的愈合反应。开放性骨折造模比较复杂，耗时长，劳动量大，实验结果不稳定。因此，目前国内外骨折模型中，开放性股骨骨折模型选用较少。

闭合性股骨骨折模型

闭合性骨折是指骨折外皮肤或黏膜完整，骨折断端与外界不相通。Einhorn研究中，用40只雄性小鼠制作了闭合性骨折模型，其主要由4个部分组成，包括整体框架、动物固定装置、切割锤击装置及500 g砝码。操作时，将动物先固定在框架上，然后使砝码自由落体，利用锤击装置造成固定部位骨折。其特点是操作便捷，对周围软组织及血运状况影响较小，能够真实地反应骨组织修复过程。此后，不断有人改进Einhorn的造模手段，使其更加精简。目前，国际上制作骨折模型一般多选用闭合性骨折模型。

宋扬等研究中，以36只3月龄雄性SD大鼠作为实验对象，在实验装置的上下钢板间额外安装了弹簧。Hiltunen等以68只10~12周龄雄性C57小鼠作为实验对象，在固定砝码的支架上另外安装了弹簧，这种额外安装弹簧的方法可缓冲一部分刀的重力，减轻刀对骨组织周围软组织的损伤。张连方等在Marturano等造模的基础上，用60只8周龄雄性C57BL/6小鼠作为实验对象，进行了两处改进，一方面所用装置可以根据小鼠的体型进行调整，另一方面装置可以使冲击力稳定准确地传导至所需部位。周晓中等的研究中，用40只2月龄和3月龄雄性的SD大鼠作为研究对象，保留了Einhorn的支架理念，同时将设计制作简便化。将造模支架双侧立柱改为限位螺母和套筒，增加了底座可调节间距的两个对立铁砧等。改良后的造模支架可方便调节高度，既能对不同大小肢体造成骨折，还可以限制骨刀的过度移位而加大骨折成角和软组织损伤，使造模方法更简单方便，可控制性及适用范围也更加广泛，造模成功率提升至85.9%。

闭合性骨折模型较之于开放性骨折模型具有操作方便，对周围软组织及血运状况影响小等优势特征。但闭合性骨折模型不能精准控制骨折的角度及力线的方向，对后期骨折的愈合可能会产生不同的影响。

不同方式造成鼠类骨折后，都需对其进行固定，以便更好地研究其愈合过程。目前，主要的固定方式有髓内固定及外固定两种。

髓内固定

髓内固定是指用髓内针固定钢针，穿入所需固定的骨干髓腔内，以控制该骨干骨折的位置。普通的髓内固定方法就是将一根钢针插入骨髓腔内，但是由于存在周围骨骼肌对股骨施加的旋转扭力，普通髓内针不能很好地提供股骨抗旋转的稳定性。

Holstein等用16只成年的CD-1大鼠制作骨折模型时使用了带螺纹的髓内针。一般的髓内针表面都是比较光滑，不能很好地固定骨干轴向的稳定，随着实验鼠的活动使骨干骨折部产生旋转，不利于愈合，而带螺纹的髓内针能够提供轴向稳定性，防止骨折部产生旋转。李志强等用50只雄性Wistar大鼠制作骨折模型应用加锁髓内针不仅可以提供轴向稳定，还可以增加股骨愈合过程中的生物学特性，从而促进骨痂形成。

Wang等认为髓内针的弹性模量占正常股骨刚度的20%~50%时，其促进骨折愈合的效果最好。另一种观点则认为，近似正常骨刚度的髓内针弹性模量，除了能促进骨折愈合外，还可以保证骨的稳定性，有效地防止应力遮挡。刑丹等研究发现在骨折愈合过程中，闭合骨折髓内钉固定模型的力学性能优于开放骨折钢板内固定模型，髓内针固定后骨痂形成的面积小，最大载荷量大，且造模时间短，出血量少。

髓内针造模由于对鼠类产生的创口小、出血量少等优势，应用较为广泛。研究表明，骨髓腔内植入物不会对骨折愈合产生影响，但是要将钢针插入骨髓腔内，势必造成髓腔内组织破损。目前国内对髓内针的直径对骨折愈合的影响少有研究。Sigurdsen等研究发现，粗髓内针的固定强度超过细髓内针强度3倍时，骨折愈合的效果远不及细髓内针。髓内针过细则又不能保证骨折的稳定支持。国内有学者提出，髓内针的直径占骨髓内径85%最为适宜，此直径的髓内针促进骨折愈合的效果最佳。此外这种单一固定模式不能提供与钢板固定类似的框架式稳定结构，研究人员对此是否具有足够的稳定性也有争议。所以有必要了解鼠类股骨骨髓腔的应用解剖，对其骨髓腔形态、皮质厚度、内径和最狭窄点做一定的基础性研究。

外固定

外固定是指在骨干的近端和远端分别穿入钢针，于体外用金属或高强度的非金属杆及连接装置将钢针连接固定，通过固定、加压、牵引等作用达到治疗骨折的效果，矫治骨干与关节畸形，以及肢体延长的技术。通常有单边式、双边式、思变式、三角式、半环式和全环式等固定方式。关于鼠类外固定骨折模型，不同的研究分别选取了不同外固定方法。

Cheung等用铝环将小鼠骨折部位做外固定，在其骨折愈合过程中，并未发现移位。赵震雨等制作了可调式单边外固定的股骨骨折模型，研究发现此固定方法可以提供可靠的固定，不影响周围组织的血运状况，且具有不必固定关节，动物可以自由活动等优势。刘金伟等在实验中选取的是可调式外固定支架，沿股骨力学轴线分布的四根螺纹针增加了与骨的接触面及把持力，其结果的稳定性和可靠性高。王峰等对大鼠胫骨闭合性骨折采用夹板外固定的方法，并于骨折后0、7、14、21、28 d拍摄X线观察骨折的愈合情况。本实验的外夹板采用的是强度较高的自凝塑料，同时在不影响其强度的情况下打孔做成了网状夹板，增加了其通透性。内衬医用棉增加了内摩擦防止夹板脱落，还可以调节固定式的压强。

外固定造模可提供的抗旋转扭力较大，不会对骨髓腔内组织造成很大破损。缺点是外固定造模过程比较复杂，造模时间较长，出血量大，很可能导致实验鼠的死亡。此外，外固定造模类似给实验鼠带上了一副枷锁，其重量越大，对实验鼠的影响也越大。外固定用的钢针直接将骨组织与外界连接，在实验鼠饲养的环境中，很容易造成实验鼠骨组织内部感染。

上述属于在基础实验中所采用的股骨骨折造模，实验鼠都是健康且未做任何处理的。骨折造模旨在研究骨折愈合过程中骨组织修复机制，以便更好地应用于临床。骨折愈合是一个十分复杂的过程，在造模的过程中须考虑到每一个环节以便于后续研究的一致性。目前，国内外鼠类股骨骨折造模手段的研究中，闭合性的髓内针造模手段，因其操作方便、出血量少等优点，实验过程中采用较多。加之利用加锁或者螺纹针体等方式，亦能克服骨折的轴向不稳定，并随着骨折内固定材料的不断优化，相信虽然目前此类造模手段的成功率不高，且有关髓内针直径是否会对骨折愈合产生不同影响研究较少，通过改进会使此种造模方法更加完善。

因此，在鼠类股骨骨折模型中提出两点疑问：针对OP性骨折或疲劳性骨折的愈合过程研究，在造模前是否有必要先建立其OP或疲劳模型，有利于更加真实地模拟其愈合及恢复过程。髓内针的直径是否会影响骨愈合过程骨髓内组织以及骨生长因子的变化。

相信随着相关技术的发展和研究层次的深入，鼠类股骨骨折模型将能更加真实地模拟骨折损伤愈合的过程，更好地服务于临床。