手术切除骨膜改变新西兰白兔骨骼几何结构与力学性能的研究：探索儿童神经肌肉疾病骨折预防新策略

本研究针对儿童神经肌肉疾病导致的骨脆弱性骨折问题，通过新西兰白兔模型开展近端胫骨骨膜切除术（Periosteal Resection），系统评估了骨生长速率、骨密度（BMD）、微结构及力学性能的变化。研究发现手术虽能增加骨直径和矿物质含量，但伴随远端皮质孔隙率升高和三维形状改变，导致扭转强度降低。该研究为理解骨膜调控骨骼生长的机制提供了新证据，并为临床干预策略的开发提出重要警示。

　　

儿童神经肌肉疾病如脊髓性肌萎缩症（SMA）、脑瘫（CP）和脊柱裂患者常伴随骨量减少和骨骼纤细，骨折发生率高达20%-100%。传统干预主要依赖营养补充、负重训练和双膦酸盐治疗，但无法解决骨骼几何形态缺陷这一关键风险因素。Matthew A. Halanski团队基于前期观察到骨膜切除可加速骨骼生长的现象，提出假说：通过手术干预骨膜可能增加骨直径，从而提升力学强度。这项由美国亚利桑那大学/凤凰城儿童医院主导的研究，联合威斯康星大学麦迪逊分校等机构，在《JBMR Plus》发表的研究揭示了骨膜切除对骨骼多尺度结构的复杂影响。

研究采用53只7周龄雌性新西兰白兔，通过单侧近端胫骨骨膜切除术结合脉冲荧光标记、二次谐波成像（SHG）、微CT、双能X线吸收法（DXA）和统计形状建模等技术，系统评估了术后8周内骨骼生长动力学、微结构特征和力学性能的变化。关键发现包括：（1）术后2周近端和远端生长板生长速率显著加速（近端389±38 vs 323±36 μm/d，p<0.001）；（2）8周时实验组胫骨长度和中段周径更大，但皮质孔隙率增加（远端2.0±0.01% vs 1.4±0.02%，p=0.004）；（3）统计形状分析显示实验组出现明显近端弯曲（procuratum deformity，p<0.001）；（4）尽管骨矿物质含量增加（3.4±0.2 vs 3.1±0.2 gm，p<0.001），扭转强度却降低（1.19±0.3 vs 2.9±0.4 Nm，p<0.001）。

生长速率：骨膜切除后生长板呈现时空异质性响应。近端生长加速仅维持3周，而远端加速持续至8周，提示骨膜调控存在区域特异性机制。

骨膜胶原排列：二次谐波成像显示术后8周，手术远端区域胶原纤维排列紊乱，与持续的生长加速相关，支持"机械张力释放"假说。

骨微结构：近端生长板下骨小梁结构模型指数（SMI+）升高（2.95±0.48 vs 2.67±0.22，p=0.005），表明向杆状结构转变；远端皮质孔隙率增加直接关联力学性能下降。

三维形态学：统计形状建模首次量化了胫骨近端弯曲畸形，这种几何变化与完整腓骨的机械约束作用相关，解释了扭转测试中非对称失效模式。

该研究突破了传统仅关注纵向生长的局限，首次系统阐明了骨膜切除对骨骼多尺度结构的影响。虽然手术成功增加了骨尺寸和矿物质含量，但皮质孔隙率升高和几何畸变导致力学性能下降，这一发现对临床转化具有重要警示意义。研究创新性地结合SHG成像、统计形状建模和高分辨率微CT，为理解骨膜在骨骼形态发生中的作用提供了新范式。未来研究需探索不同手术时机、解剖部位（如无腓骨约束的股骨）以及联合抗吸收治疗的可行性，以优化这种潜在的治疗策略。