年龄及力学环境对骨折愈合组织胶原纤维形成及矿化的影响研究

目的增龄影响骨折的愈合能力以及愈合进程对力学环境的响应。承重骨骨折后,通常采用机械制动的干预措施促进愈合。然而,骨痂愈合组织内新骨的形成和矿化如何响应增龄及制动力学环境的过程和机制尚不清楚。方法本研究构建了幼龄(5周龄)和老龄(17月龄)的小鼠胫骨骨折愈合模型,两个年龄小鼠分为正常负重愈合组和后肢尾悬吊去负荷制动组,骨折愈合21 d后收集骨痂组织。利用三点弯曲、微观和纳观纳米压痕测试检测骨痂组织的多尺度力学性能。利用背散射扫描电子成像、micro-CT、拉曼光谱、原子力显微镜分析骨痂组织的多尺度结构及组成成分。结果与幼龄鼠相比,增龄导致老龄鼠骨折愈合延迟,愈合组织微观结构重塑受损、矿化程度和力学性能降低。制动促进了老龄鼠骨折愈合,老龄鼠矿化骨痂晶体长度增加48%,矿物基质比增加42%。与之相反,制动导致幼龄鼠骨折愈合组织矿化能力变差,胶原纤维排布紊乱(P<0.001),矿物颗粒晶体长度和矿物基质比减少(32%和36%)。制动组幼龄鼠骨痂处矿化胶原纤维排布散乱,而制动组老龄鼠中矿化胶原纤维则是有序的。结论制动对幼龄和老龄鼠骨痂内胶原纤维形成和矿化的影响相反。骨折愈合进程中,老龄鼠比幼龄鼠对稳定的力学环境更为依赖。