該研究有*意義(yi) ，是有史以來篇用步態分析係統（CatWalk）來評價(jia) 骨重建中疼痛緩解，並用局部麻醉鎮痛的文章。文章來源於(yu) The Journal of Pain（2017年影響因子4.859），2018年5月15日發表，本文將為(wei) 大家做詳細闡述。
有文獻報道這種疼痛是自體(ti) 骨移植術後的主要並發症之一 , 可能危及手術全程的成功，這種疼痛必須在術後3-4天內(nei) 得到控製和減少，以防止它變成慢性的。術後前四周的疼痛護理會(hui) 更地降低其轉化成慢性疼痛的風險。
傳(chuan) 統治療會(hui) 給予係統的鎮痛劑，比如對乙酰氨基酚，非甾體(ti) 抗炎藥和含嗎啡的藥品，這些傳(chuan) 統的對身體(ti) 的損副作用和傷(shang) 害大，同時鎮痛劑處方會(hui) 增加總體(ti) 花費。磷酸鈣（CaP）骨替代物和CaP骨水泥（CPC）現在被認為(wei) 是許多骨填充骨科手術適應症的標準治療方法。
它們(men) 可以被細胞吸收，具有明顯的骨傳(chuan) 導特性，作為(wei) 局部藥物傳(chuan) 遞係統，可以與(yu) 生物活性分子和治療劑結合。由於(yu) CPCs已成為(wei) 許多骨科及外傷(shang) 適應症的治療方法，因此作者設計了一種新型的生物注射材料，將CPC與(yu) 不同的局部麻醉藥粘合在一起，用於(yu) 骨科或骨外傷(shang) 適應症。
作者目的是1）通過步態分析係統（CatWalk）對骨填充手術術後疼痛進行功能評價(jia) ；2）評價(jia) 骨損傷(shang) 填充手術結合使用的磷酸鈣水泥對於(yu) 術後疼痛的緩解；3）評估他們(men) 的機械和生物學性能。具體(ti) 方法是利用手術在大鼠股骨遠端製造了一個(ge) 臨(lin) 界大小的骨缺損模型，並在其損傷(shang) 處以裝載或不裝載帶局部麻醉劑的注射用磷酸鈣骨水泥（CPC）為(wei) 填充來緩解骨重建修複術後的疼痛。
通過使用步態分析係統（CatWalk）所測量的步態的變化來對比不同的CPC裝載材料對於(yu) CPC骨重建修複手術後創傷(shang) 疼痛的緩解。結果表明，術後短期時間內(nei) ，在腳印麵積和腳印平均接觸強度這兩(liang) 個(ge) 指標上兩(liang) 種鎮痛方法都有顯著的疼痛緩解。與(yu) 術前的基礎值相比，CPC組，裝載羅呱卡因CPC組(CPC-Ropi)，和裝載丁呱卡因CPC組 (CPC-Bupi)在第24小時，腳印麵積值分別降低了65%, 42%和24%，同時腳印平均接觸強度也分別降低了25%, 9%和1%。CPC-Bupi比CPC-Ropi有更的功能康複效果。
除此之外，CPC手術保持了機械和生物學性能。這步態結果可能乍一看有點不思其解，這三個(ge) 組都比對照組降低了啊，怎麽(me) 說明哪個(ge) 比哪個(ge) 好呢？ 這個(ge) 結果側(ce) 麵說明了疼痛程度，對照組的肯定高，這三個(ge) 手術組的老鼠疼啊，所以腳爪接觸麵積和接觸強度肯定是都降低的，哪個(ge) 方法效果更佳，肯定是降低的數值更少的那個(ge) 了。
在過去的十年裏，步態分析係統（CatWalk）已經被證明是一種無創的評估慢性疼痛的方法，被證實為(wei) 研究齧齒類動物許多疾病模型的方法工具，如神經退行性疾病，肌筋膜炎症，周圍神經損傷(shang) ，骨關(guan) 節炎，外傷(shang) 。該方法通過視頻跟蹤分析步態，對每個(ge) 爪印的時空參數和動態肢體(ti) 協調進行了完整的分析。
上圖所示，大鼠術後步態分析采用步態分析係統（CatWalk）具體(ti) 參考之前文獻報道，總的來說CatWalk的原理是：大鼠在一條8厘米寬的走廊裏，非強迫自主穿過一塊發光的玻璃板，與(yu) 玻璃板接觸後，腳爪把綠燈反射到下麵的攝像機（100HZ）上，攝像機就會(hui) 記錄整個(ge) 運動的過程。每隻動物的每一次實驗的步態相關(guan) 指標都會(hui) 被係統記錄，整個(ge) 過程沒有食物誘導刺激。
手術過程見下圖：
圖1，骨水泥手術過程
A）手術一個(ge) 圓柱狀尺寸合適的切口；（B）填充注射骨水泥修複；（C）在縫合之前填充切口
實驗分組：3個(ge) CPC實驗組，其實還有1個(ge) 隱藏組（Control）：手術前後的自身對比
1. Control group (preoperation的Control組)
2. CPC unloaded with anesthetic agent (CPC組)
3. CPC loaded with 8% bupivacaine (CPC-Bupi組)
4. CPC loaded with 8% ropivacaine (CPC-Ropi組)
實驗protocol：手術前兩(liang) 周，每天讓大鼠適應走廊環境在其中自由活動，手術前一天的適應訓練的數據作為(wei) 術前參考值。為(wei) 了排除個(ge) 體(ti) 差異性，用每一隻自身手術前後的值來對比統計。分別在手術後第2,4,6,24,48,72小時,以及第7天第14天測CatWalk數據。步態分析實驗對清楚磷酸鈣水泥的相同實驗員設盲，開始操作注射水泥的時間記為(wei) 第0天。
下來是實驗裝置和具體(ti) 統計的數據：步態分析係統的走廊長42cm，符合標準的步態會(hui) 被記錄：1）通過走廊全程的時間在1-5秒之間；2）速度大變化不超過80%，標準之外的數據係統不會(hui) 去采集記錄（圖2A）。統計以下數據：
1、腳印麵積 (cm2) 是在站立時相完整腳印的表麵積（圖2B）。
2、腳印平均接觸強度（AU）：完整腳印在一個(ge) 步長周期中步態支撐期接觸的平均強度（圖2C）。
3、腳印長度（cm）：第三指中間到腳後跟的距離（圖2C）。
4、支撐期比重（%）：在一個(ge) 步長周期中，支撐期所占比重（圖2D）。
這四個(ge) 指標都是經典的用來衡量疼痛與(yu) 康複的數據，其中腳印平均接觸強度被報過用來評估神經性疼痛，包括機械性痛覺超敏。
圖2， 健康大鼠的步態分析效果圖
（A）對照組大鼠在CatWalk係統上的背景圖；（B）術前的CatWalk腳印（腳印麵積）左腳印紅色，右腳印藍色，後肢顯示淺色，前肢深色；（C）一個(ge) 正常大鼠的右後腿爪，顯示出的手動腳印測量長度和腳印接觸強度；（D）術前CatWalk步態圖
除了做步態分析外，作者還做了掃描電鏡和組織學實驗，更進一步驗證自己的實驗。在Leo 1450VP掃描電鏡圖像下，手動標記興(xing) 趣區（活性區域）包括新形成的骨和水泥吸收的表麵部分，這個(ge) 在後麵具體(ti) 的電鏡數據上來直觀地觀察這三個(ge) 部分的變化。
圖3，股骨植入後的掃描電鏡圖像
使用Leica QWin Pro軟件來分析興(xing) 趣區，具體(ti) 是：（A）生物活性區（淺藍色區域），它包括了（B）新形成的骨頭（綠色區域）和（C）骨水泥吸收的表麵（藍色區域）。
接下來就是數據結果分析了，首先是CatWalk的結果分析：手術前，動物步態正常，與(yu) 對側(ce) 相比，右後腿爪的印紋麵積和印紋長度沒有顯著差異。術前基礎參考的平均值為(wei) ：腳印麵麵積1.88±0.03 cm2，腳印平均接觸強度115.28±0.55 AU，腳印長度1.86±0.02cm2，支撐期比重66.34%±0.56%。
圖和6A顯示的是手術前後腳印麵積的變化。CPC組腳印麵積從(cong) 2.04±0.07 cm2手術前的值下降到24小時之後的0.66±0.06 cm2，14天以後逐漸增加到1.60±0.06 cm2。在這兩(liang) 種骨水泥中，在術後次減少後，與(yu) 未加載的CPC在14天時相比，兩(liang) 種均可以更快地恢複到基線值。
術後24小時，骨水泥處理大鼠的步態變化達到高水平（從(cong) 基礎值降到低），這說明了CPC-Bupi和CPC-Ropi組的相比CPC組腳印麵積有了顯著增加（P＜0.01）：CPC-Bupi組1.44±0.06 cm2，CPC-Ropi組1.10±0.06 cm2，圖5B中腳印圖也可以很直觀的對應此結果。與(yu) 此同時，兩(liang) 種水泥之間也是有差異的，CPC-Bupi組腳印麵積明顯大。術後48小時後，兩(liang) 種水泥跟CPC相比，依然有差異，一直持續到第7天，CPC-Bupi組恢複到手術前的基礎值時才消失。
圖5，實驗組術後右後爪的腳印麵積
(A) CPC組表示為(wei) 黃色實線，CPC-Bupi組藍色點虛線，PC-Ropi組綠色點劃線，手術前的參考組黑色虛線。用雙因素方差分析，事後分析Fisher檢驗，結果表示為(wei) 平均值±標準差(N = 6),* P < 0.01 (CPC-Bupi vs CPC-Ropi vs CPC),** P < 0.01 anesthetic loaded-CPCs vs CPC, # P < 0.01 CPC-Bupi vs others；（B）手術後24小時每組腳印麵積圖
接觸強度的結果也是這樣（圖6B）。術後24小時，與(yu) 術前基礎值相比，CPC組，CPC-Bupi和CPC-Ropi組分別下降了25%±2%，9%±2%，1%±2%。這三組互相比較都有顯著差異（P＜0.01），48小時後，CPC組下降至低（79%±2%），分別與(yu) CPC-Ropi組（96%±2%）和CPC-Bupi組（98%±2%）比較。有趣的是，CPC-Ropi組全程跟術前的基礎值相比都沒有統計差異，這一點很費解。術後第14天，CPC組和CPC-Bupi組開始回到基礎值，這種差異才消失。
與(yu) 腳印麵積結果一致，腳印長度在術後是降低的（圖6C）。24小時後，CPC組腳印長度的值為(wei) 72%±2%，CPC-Bupi組和CPC-Ropi組分別為(wei) 91±2%，88±2%，與(yu) CPC組相比這兩(liang) 組都有統計差異（P＜0.01），但是CPC-Bupi組和CPC-Ropi組本身沒差異。7天後，這兩(liang) 組與(yu) 術前基礎值相比也沒差異了。
圖6，三種骨水泥的4種測試參數
（A）術前腳印麵積的基礎值；（B）術前腳印接觸強度的基礎值；（C）腳印長度占術前的百分比重；（D）支撐期比重占術前的基礎值百分比；CPC組表示為(wei) 黃色實線，CPC-Bupi組藍色點虛線，PC-Ropi組綠色點劃線，手術前的參考組黑色虛線。用雙因素方差分析，事後分析Fisher檢驗，結果表示為(wei) 平均值±標準差(N = 6), * P < 0.01 (CPC-Bupi vs CPC-Ropi vs CPC), ** P < 0.01 loaded-CPCs vs CPC, # P < 0.01 CPC-Bupi vs others
支撐期比重在整個(ge) 手術過程中都沒有表現出來差異，這兩(liang) 種水泥組也沒有差異。相反，在24小時後，CPC組支撐起比重值降低並且和兩(liang) 種水泥組相比有顯著差異（P＜0.01）：CPC組84%±2%，CPC-Ropi組95%±2%和CPC-Bupi組99%±2%。術後48小時開始差異消失，第7天恢複至術前的值。
結果除了步態分析，還有SEM（掃描電鏡）和組織學結果分析，可見作者實驗設計的嚴(yan) 格和縝密，手術3周後，注射植入的骨水泥仍然在注射的位置可見，同時新生的骨質層相同位置也能觀察到骨水泥 (圖7A)。
不僅(jin) 如此，所有骨水泥均觀察到骨樣組織與(yu) 成骨細胞細胞係交界，這說明使用三種不同的骨水泥，不影響新生骨質的生長。在所有的骨水泥（與(yu) 骨組織之間），可以看到骨組織被一條由成骨細胞排成的線標記出邊沿，這說明不同骨水泥中的藥物的釋放，並沒有改變骨質-骨水泥界麵和骨修複。
上圖7為(wei) （A）手術後的掃描電鏡圖像；（B）結果表示為(wei) 新骨形成相比於(yu) 興(xing) 趣區的百分率
圖8術後3周後股骨標本的組織學分析。（A）Movat染色法觀察全水泥置入後的效果（藍色=水泥；黃色-綠色=骨，淡粉色=軟組織）；（B）Movat染色下的新骨形成的詳細圖像（紅線=骨樣組織，紫線=成骨細胞細胞株）；（C）蘇木素-伊紅染色觀察骨髓
步態和掃描電鏡做完了，作者還不放心，又做了組織學的實驗，組織學分析沒有發現任何不良炎症反應，(圖8)。圖8A 顯示的是在植入骨水泥手術後整個(ge) Movat’s染色的圖（藍色=水泥；黃色-綠色=骨，淡粉色=軟組織） Movat染色法能在一張組織切片上確定多種結締組織成分，能有效的區分軟骨的鈣化，能明顯的區分成骨細胞破骨細胞和其他成分，在研究骨的生長和修複中起關(guan) 鍵作用。還有更細節的地方，染色圖裏的新骨形成圖8B（紅線=骨樣組織，紫線=成骨細胞細胞株），與(yu) 未加載的CPC相比，藥物的局部釋放並沒有改變加載CPCs的骨水泥界麵和骨結合，後再來個(ge) 蘇木素-伊紅染色看看骨髓的情況。
作者很嚴(yan) 謹，後提出了出於(yu) 動物倫(lun) 理原因，手術過程中作為(wei) 麻醉動物用的鹽酸丁丙諾非是按先發鎮痛作用皮下注射的，半衰期比嗎啡還長（大於(yu) 6小時），所以擔心這種長效麻醉作用影響CatWalk早期階段的數據，同時手術情況和CatWalk實行雙盲，也是嚴(yan) 謹的另一麵。到這裏就算做完了，得出結論：本文的意義(yi) 在於(yu) 開創了一個(ge) 用來評價(jia) 骨重建修複引起的疼痛的指導方法：CatWalk步態分析體(ti) 統從(cong) 行為(wei) 上直觀直接的測試，並且用了這種CPC材料和局部麻醉劑的結合來研究骨手術術後重建疼痛的緩解，對該領域的研究起到指導和借鑒作用。
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