應(yīng)力環(huán)境與骨折愈合(一)

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

2、了諸多理論依 據(jù)。2骨的力學(xué)特性及其功能對(duì)應(yīng)力刺激的適應(yīng)性 骨組織是一種粘彈性固體材料，具有各向異性，力學(xué)特性復(fù)雜，在不 同種類(lèi)、濕度、溫度、年齡、性別等狀態(tài)下其力學(xué)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(dāng)其變形超過(guò)原長(zhǎng) 2時(shí) 即會(huì)斷裂；海綿狀骨為多孔形結(jié)構(gòu)， 儲(chǔ)能能力強(qiáng)，變形可超過(guò)原長(zhǎng)的 7 新鮮濕潤(rùn)骨最大形變可達(dá) 1.2，而枯燥骨較脆，應(yīng)變能力僅 0.41。 在進(jìn)行骨的機(jī)械性能測(cè)定時(shí)應(yīng)盡量模擬骨骼在機(jī)體內(nèi)的生理狀態(tài)，減 少實(shí)驗(yàn)誤差。由于骨組織結(jié)構(gòu)及功能與其力學(xué)特性及力學(xué)環(huán)境狀態(tài)密 切相關(guān)，決定了不同的應(yīng)力刺激對(duì)骨代謝和骨愈合有不同的影響作用。(1) 應(yīng)力種類(lèi)的影響

3、：骨折愈合早期，縱向載荷產(chǎn)生的壓應(yīng)力能驅(qū)動(dòng)成 骨細(xì)胞及成纖維細(xì)胞向分化成骨方向開(kāi)展，對(duì)骨愈合有利；而剪切和 扭轉(zhuǎn)載荷產(chǎn)生剪應(yīng)力，易造成骨斷端動(dòng)態(tài)摩擦，對(duì)形成的毛細(xì)血管和 骨痂有很大傷害作用，并可驅(qū)動(dòng)成纖維細(xì)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(yīng)力對(duì)骨痂形成或改建均 有一定促進(jìn)作用 2。(2) 應(yīng)力大小的影響： 骨折愈合需適當(dāng)?shù)纳锪W(xué)環(huán)境或最正確應(yīng)力水平， 即固定后的骨斷端有適宜的應(yīng)力刺激，能促進(jìn)對(duì)骨折愈合起決定作用 的成骨細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞和成纖維細(xì)胞增殖分化。不同的愈合階段， 骨折所需的應(yīng)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(yīng)力水平亦低

4、；隨著愈合區(qū)組織剛度增加，其承受負(fù) 荷的能力加大，所需刺激的應(yīng)力水平也隨之增加。只有當(dāng)骨斷端應(yīng)力 水平與愈合區(qū)組織剛度互相平衡和協(xié)調(diào)時(shí)， 組織才能良好分化和愈合。 否那么，應(yīng)力過(guò)大，超過(guò)組織承受能力，會(huì)損傷形成的骨痂，使骨組織 壞死吸收，導(dǎo)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(dǎo)致骨緩慢愈合或骨不連 3。(3) 應(yīng)力刺激方式的影響：有研究發(fā)現(xiàn) 4， 5，間歇性應(yīng)力刺激較 連續(xù)性應(yīng)力刺激更能激發(fā)骨組織細(xì)胞活性，表現(xiàn)為表達(dá)葡糖 -6-硫酸 -胱 氨酸G6PD的骨細(xì)胞數(shù)及活力均明顯增加，對(duì) 3H-尿嘧啶核苷酸的 攝取量增強(qiáng)，并與應(yīng)力刺激的強(qiáng)弱相關(guān)聯(lián)。提示骨組織對(duì)間歇性或循 環(huán)性

5、應(yīng)力刺激有更敏感的感受特性。3接骨板固定的力學(xué)環(huán)境狀態(tài)及其對(duì)骨愈合的影響 骨折切開(kāi)復(fù)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(qiáng)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(qiáng)度低，僅能發(fā)揮簡(jiǎn)單的固定作用，難于承受肢體功能活動(dòng)而 使間歇性應(yīng)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(yīng)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(yīng)力遮擋效應(yīng)導(dǎo)致骨折愈合延緩、固定段骨 質(zhì)疏松及再骨折 6。有學(xué)者用有限元方法分析接骨板固定段骨的應(yīng)力分布情況，發(fā)現(xiàn)固定 段的應(yīng)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(shí)的應(yīng)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(shí)具有不銹鋼鋼板同樣的固定強(qiáng)度，但其應(yīng)力 遮擋、骨折愈合強(qiáng)度更優(yōu) 8。低剛度碳纖維復(fù)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(yīng)力遮擋作用導(dǎo) 致骨質(zhì)吸收 成骨代謝動(dòng)態(tài)平衡喪失，使骨吸收快于成骨所致。在堅(jiān) 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(xì)胞堆集，膠 原纖維束趨向紊亂， 接骨板下及對(duì)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