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骨折动物模型
更新时间: 2026-08-21 16:32

骨折是临床常见病之一,是指骨结构的连续性完全或部分的断裂,多因交通事故、跌倒和高处坠落等造成。此外,骨代谢的紊乱也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。另外,长期的运动训练疲劳也可能造成疲劳性骨折。

骨折治疗随着外科技术的发展取得了长足的进步,但骨折自身修复时间周期长,多种原因造成的骨折延迟愈合、不愈合现象在临床工作中时有发生,给患者造成严重的负担。

因此,骨折模型的建立显得尤为必要。此建立一个标准的能够模拟实际生活中人类骨折的动物模型对骨折愈合的研究将起到巨大的推动作用,从而更加有效地指导临床实践。

动物的选择

选择合适的实验动物是建立动物模型的重要前提条件。

过去,研究人员偏爱大型的动物模型,如犬、山羊等,利用大型动物的骨骼重建可以更逼真地模仿人类的骨骼重建过程,但是其主要弊端是在骨骼愈合过程中需要较长时间的圈养,并且消耗大量的科研经费。

因此,较小体型的动物模型越来越被认同和广泛应用。

鼠类价格低廉、喂养方便,实验周期较短,且基因组图谱详尽,可复制人类诸多遗传疾病,常用于构建骨折模型从而探究骨折愈合的机制。

如今我们能够将小鼠的基因序列利用转基因技术进行重构,这给我们研究具体的基因在骨折愈合过程中所起的作用提供了可靠的技术支持。

另外,鼠没有呕吐反射,在进行口服给药并且需要定量的实验中较为适用。

但是鼠骨结构中不含有哈佛系统,不能完全模拟人类的骨骼重建过程,且鼠的骨骼尺寸过于细小,这就使得重建一系列相同的骨骼模型成为一个极具挑战性的任务。

兔性情温顺,便于饲养,耳缘静脉便于取血,也是制备模型时较为常用的动物。

兔骨骼转化速度快,约达到了人类的3倍,因此可以在短期内观察骨折愈合时骨组织的变化。且其后肢发达,股骨粗大,可用于股骨头坏死的动物模型制备,也多用于疲劳性骨折的模型制备。

但兔是草食类动物,消化系统与人差异较大,不应用于骨折愈合的药物治疗实验。

(DOI: 10.22203/eCM.v040a11)

骨折动物模型的建立方法

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。

(1)造成骨折方法

根据骨折端是否与外界相通可分为开放性骨折(开放截骨)和闭合性骨折(闭合骨折)两大类。

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。

开放性骨折模型的优势在于可以控制骨折的角度及位置,提高了造模的可控性,造模成功率较高(动物模型均一,骨折部位一致)。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,不能反映近中期骨折愈合的真实状态。

此外,由于骨面被光整地切割,导致骨折端易滑动,增加了骨折愈合中的不稳定,继而出现不同的愈合反应。另,开放性骨折造模比较复杂,耗时长。

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。经典的Einhorn闭合骨折造模法始于1984年。

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。

闭合性骨折模型主要利用三点受力原理模拟长骨干骨折时的受力情况,可借由专用的折骨器造成。

三点弯曲重力驱动装置是广泛应用于制作小鼠闭合骨折模型领域,最早由Bonnarens等应用于制作兔子的胫骨骨折。最新一代的“三点弯曲重力驱动装置”能够横行的复制出不同年龄和体型的小鼠股骨骨折工具

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。

但造模时不能精准控制骨折的角度及力线的方向。打击部位可能不同,受力不均匀,有可能造成粉碎性骨折,可控性较差,易损伤骨干周围的组织、神经及一些大血管。

 

考虑到骨折部位周围的骨膜和软组织在骨折愈合过程中起重要作用,使用闭合骨折模型已成为研究骨折愈合过程的首选模型。目前,国际上制作骨折模型一般多选用闭合性骨折模型。

 

(DOI: 10.1080/10496475.2012.726954)

另外还有一种自发性骨折:SFX鼠直到停止哺乳后未见机体异常,至7-8周时,X线显示股骨远端的自发性不完全性骨折,并显示骨痂形成。该模型优点是能自发发生骨折,时间短,但较少形成完全性骨折,且费用较高,适用于青春期的骨生长机制的研究。

 

(2)固定骨骼方法

 

不同方式造成骨折后,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。

髓内固定是指将大小、长短适合的髓针插置于骨折断端两侧的骨髓腔内,以控制该骨干骨折的位置。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。

 

髓内针有不同类型,如“V”形、梅花形、三角形等。“V”形、梅花形、三角形髓内针,适用于长管状骨骨折;三翼钉,适用于股骨颈骨折;克氏钢针,常用于手足的短骨骨折。

 

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。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。

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。

 

通常有单边式、双边式、四边式、三角式、半环式和全环式等固定方式。

 

 

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。

目前国际上大多采用闭合骨折模型,而国内文献报道中仍较多采用开放截骨模型。

 

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。针对OP性骨折或疲劳性骨折的愈合过程研究,在造模前先建立其OP或疲劳模型,有利于更加真实地模拟其愈合及恢复过程。

 

附几种骨折模型造模方法

 

(1)股骨骨折模型

 

股骨骨折占有较大的比例,多发于老年人。

 

造模方法:将鼠类麻醉后备皮,股骨内侧从髌骨内侧缘中点开始向近侧做切口(切口大小依据动物体型大小而定),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(注意避免损伤韧带);再用电动摆锯或线锯等工具,在股骨中段实施股骨干截骨,从而造成造成横形骨折。

 

(2)胫骨骨折模型

 

胫骨骨折(Tibial fracture)是小于10岁的儿童较为常见的四肢创伤。采用胫骨横断骨折并使用髓内克氏针固定断骨即可制作胫骨骨折模型。

 

兔胫骨骨折模型

 

实验动物:2-2.5kg新西兰大白兔,性别不限。

 

造模方法:新西兰兔麻醉后,侧卧于处置台上,于双侧胫骨前外侧做长7cm纵向切口,线锯锯断胫骨中段制备1mm骨折缺损,所有骨折均克氏针Ⅰ期固定,同时去除骨折断端对应的胫前肌肌肉及皮肤。

 

 

大鼠胫骨骨折模型

 

实验动物:SD大鼠,雌性,3月龄,220g左右。

 

造模方法:大鼠麻醉后,侧卧固定,碘伏消毒,在前外侧胫骨骨干中上1/3交界处起开皮肤1.5-2cm,暴露胫骨骨干,手术刀来回横行截断造成骨折,用0.8mm的克氏针(长度17mm左右,逆行向上打入克氏针,再顺行打入胫骨骨干)固定好后,消毒,缝合。