應力環(huán)境與骨折愈合(一)

1、應力環(huán)境與骨折愈合 一 關(guān)鍵詞：應力骨折愈合骨外科摘要骨組織對應力刺激有良好的適應性， 骨折愈合的好壞與其力學環(huán)境密切相關(guān)。接骨板固定、骨外固定的力 學性能不同，構(gòu)成的力學環(huán)境有異， 因而對骨折愈合的影響亦不相同。 應力刺激骨折愈合的機制仍不清楚， 骨細胞具有感受力學信號的功能， 第二信使 cAMP、PGE2 可能參與了信號傳遞，但詳細機制有待進一步 探討。1引言骨折愈合是由眾多物質(zhì)參與的復雜的機體結(jié)締組織再生修復過程，受 眾多因素影響。近年來，隨著生物力學的飛速開展，力學環(huán)境因素影 響骨創(chuàng)傷修復的重要性已逐漸為人們重視，不少學者致力于骨愈合最 佳應力環(huán)境的研究并取得了很大進展，為骨折治療提供

2、了諸多理論依 據(jù)。2骨的力學特性及其功能對應力刺激的適應性 骨組織是一種粘彈性固體材料，具有各向異性，力學特性復雜，在不 同種類、濕度、溫度、年齡、性別等狀態(tài)下其力學性能不同。皮質(zhì)骨 質(zhì)密， 能承受較大載荷， 但抗張力能力較小， 當其變形超過原長 2時 即會斷裂；海綿狀骨為多孔形結(jié)構(gòu)， 儲能能力強，變形可超過原長的 7 新鮮濕潤骨最大形變可達 1.2，而枯燥骨較脆，應變能力僅 0.41。 在進行骨的機械性能測定時應盡量模擬骨骼在機體內(nèi)的生理狀態(tài)，減 少實驗誤差。由于骨組織結(jié)構(gòu)及功能與其力學特性及力學環(huán)境狀態(tài)密 切相關(guān)，決定了不同的應力刺激對骨代謝和骨愈合有不同的影響作用。(1) 應力種類的影響

3、：骨折愈合早期，縱向載荷產(chǎn)生的壓應力能驅(qū)動成 骨細胞及成纖維細胞向分化成骨方向開展，對骨愈合有利；而剪切和 扭轉(zhuǎn)載荷產(chǎn)生剪應力，易造成骨斷端動態(tài)摩擦，對形成的毛細血管和 骨痂有很大傷害作用，并可驅(qū)動成纖維細胞增殖，產(chǎn)生纖維組織而不 利于骨折愈合。但在骨折愈合中后期，各種應力對骨痂形成或改建均 有一定促進作用 2。(2) 應力大小的影響： 骨折愈合需適當?shù)纳锪W環(huán)境或最正確應力水平， 即固定后的骨斷端有適宜的應力刺激，能促進對骨折愈合起決定作用 的成骨細胞、成軟骨細胞和成纖維細胞增殖分化。不同的愈合階段， 骨折所需的應力大小不同，愈合早期，骨愈合區(qū)組織剛度低，承受外 力能力差，所需應力水平亦低

4、；隨著愈合區(qū)組織剛度增加，其承受負 荷的能力加大，所需刺激的應力水平也隨之增加。只有當骨斷端應力 水平與愈合區(qū)組織剛度互相平衡和協(xié)調(diào)時， 組織才能良好分化和愈合。 否那么，應力過大，超過組織承受能力，會損傷形成的骨痂，使骨組織 壞死吸收，導致骨萎縮；反之，缺乏以引起彈性變形，組織分化難于 產(chǎn)生，可能導致骨緩慢愈合或骨不連 3。(3) 應力刺激方式的影響：有研究發(fā)現(xiàn) 4， 5，間歇性應力刺激較 連續(xù)性應力刺激更能激發(fā)骨組織細胞活性，表現(xiàn)為表達葡糖 -6-硫酸 -胱 氨酸G6PD的骨細胞數(shù)及活力均明顯增加，對 3H-尿嘧啶核苷酸的 攝取量增強，并與應力刺激的強弱相關(guān)聯(lián)。提示骨組織對間歇性或循 環(huán)性

5、應力刺激有更敏感的感受特性。3接骨板固定的力學環(huán)境狀態(tài)及其對骨愈合的影響 骨折切開復位接骨板固定是采用螺絲釘將接骨板固定于骨折段的張力 側(cè)，用自身的強度和張力帶原理維持骨結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。普通 接骨板強度低，僅能發(fā)揮簡單的固定作用，難于承受肢體功能活動而 使間歇性應力刺激作用減弱或喪失。加壓接骨板內(nèi)固定在早期可消除 剪應力等不利于骨折愈合的因素， 保證骨折固定與早期肢體功能鍛練， 但在骨折愈合后期卻常因應力遮擋效應導致骨折愈合延緩、固定段骨 質(zhì)疏松及再骨折 6。有學者用有限元方法分析接骨板固定段骨的應力分布情況，發(fā)現(xiàn)固定 段的應力大小與接骨板的剛度成反比 7。因此，剛度不同的接骨板 固定骨折時的應力刺激水平不同，骨折愈合情況亦不同。剛度較低的 鈦合金接骨板固定骨折時具有不銹鋼鋼板同樣的固定強度，但其應力 遮擋、骨折愈合強度更優(yōu) 8。低剛度碳纖維復合材料接骨板所致的 骨質(zhì)疏松亦明顯輕于不銹鋼接骨板 9。高剛度接骨板固定后骨折愈 合延緩、骨質(zhì)疏松及再骨折的原因主要是接骨板的高應力遮擋作用導 致骨質(zhì)吸收 成骨代謝動態(tài)平衡喪失，使骨吸收快于成骨所致。在堅 硬固定狀態(tài)下，骨哈佛氏管逐漸增大，管道內(nèi)大量破骨細胞堆集，膠 原纖維束趨向紊亂， 接骨板下及對側(cè)皮質(zhì)骨吸收變薄， 骨鈣含量減低， 髓腔增大 10。如接骨板同骨結(jié)合