第二节　骨折愈合原理

一、骨折愈合机制及理论医学思维方法

骨折始终是威胁人类健康的严重创伤。在20世纪，骨折的临床治疗及骨折愈合的基础研究都取得了辉煌的历史成就。进入21世纪以来，对骨折愈合机制的认识正经历着一场深刻的变革，即由形态现象的描述向揭示因果关系逻辑方向转变。当然，形态学研究是这种转变的必备前提基础。骨折愈合的病理形态学分期概念建立于20世纪初，与现今外科学教材的分期概念大同小异，即血肿机化演进期，原始骨痂形成期，骨痂改造塑型期。这种分期系统把骨折愈合过程描述成为一个非重复性的单向过程，很难从因果关系上对各种骨折愈合现象给出合理的解释和预测。

（一）什么是骨折愈合机制

骨折愈合过程是一个由多种细胞和细胞因子参与的有时空顺序和因果联系的复杂的免疫学过程。骨折愈合机制主要指骨折愈合过程的细胞学机制，包括骨折愈合的启动过程、骨折愈合的参与细胞、骨折愈合的延续与终止原理等，也包括参与这一过程的多种细胞因子的作用机制。骨折愈合机制应该对骨折愈合过程中的诸多临床现象从因果关系上给出合理的解释。以下将围绕这样一个定义，在进行必要的铺垫之后展开讨论。

（二）理论医学时代的到来及思维方法的转变

医学的发展经历了一个特殊的阶段，即在实验医学之后经历了循证医学阶段。而同为自然科学的物理学早在100年之前已经发展到理论物理学阶段，量子论和相对论的提出是其标志。生命科学的发展也脱离不了一般自然科学的发展规律，揭示生命系统的基本规律也是生命科学的基本任务，随着科技水平的不断提高，揭示生命的本质规律在21世纪越来越成为可能，理论医学从萌芽到发展是21世纪医学发展的内在要求和必然结果。

根据定义，循证医学的基本任务在于通过循证来寻求最佳的临床治疗策略，即着力于解决和评价治疗问题。理论医学的主要任务在于揭示生命系统的逻辑规律，它以生命中的系统为研究对象，其基本的前提假设是生命系统的存在必须符合较为稳定的逻辑规则。理论医学不是对循证医学的替代，也不能替代实验医学，而是利用实验医学和循证医学的研究成果作为基本论据。理论医学侧重于判断医学理论的科学性，属于科学划界的范畴。对于科学理论的判断，采用证伪分析的方法往往比实证的方法更具有说服力，相反的事实证据对理论命题具有一票否决权或者是限定了理论适用的范围。理论医学时代的来临将伴随着思维方法的重要转变，即由注重统计学分析向注重逻辑分析方向转变，也就是由注重结果分析向注重过程分析转变。科学理论常常具有简单性特征，理论医学不排斥甚至更重视简单有效的事实证据，包括非统计性的事实证据，一般不会复杂到需要进行Meta分析。

根据证据的可重复性可将临床或实验证据划分为孤证和铁证，孤证是指没有被充分重复证明的证据，铁证是指被公认的可重复的事实证据。高等级的循证医学证据也可能因设计者或者是经济上的原因等，成为难以重复的孤证。也可将证据划分为逻辑证据和反证据，逻辑证据是指符合理论命题逻辑的证据，反证据是指与理论命题相冲突的事实证据。一个理论的逻辑证据越多，能够组成一个合理的证据链条而没有明显的反证据，这个理论就是相对科学的理论。而只要有一个公认的反证据，这个理论就存有较大的疑问或需要修正。

因此，理论医学更注重对逻辑链条的分析，更注重对反证据的收集，证伪分析方法是理论医学的基本思维方法。骨折愈合机制问题属于理论医学的研究范围，下面将注重采用证伪分析方法对问题进行分析。

二、骨折愈合机制的相关基础研究

（一）骨组织的细胞形态学

以皮质骨为例，骨骼具有简洁优美的细胞形态学结构，骨单位由4～6层同心圆排列的骨细胞围绕着中央的血管通道哈弗管构成（图1-2-1）。正如太阳系的行星轨道蕴含着星际间相互引力作用的因果关系，骨骼的形态结构也蕴含着骨骼新陈代谢的因果关系。

根据骨骼的内部形态特征，可以将骨骼分为两大区域，即陆地区和水边区。所谓陆地区是指钙化的骨组织区域，这里只生存一种细胞，即骨细胞。骨细胞具有密集细长的细胞突起深入到钙化骨基质中（图1-2-2），这种形态结构提示了骨细胞可能在钙盐代谢中扮演主要角色，骨病理生理学的一个基本问题是，何种细胞是骨质疏松的介导细胞？

所谓水边区是指血管及血管周围间隙，位于骨单位的中心区，通常只占很小的区域，但在骨单位改建时中心区要吸收扩大。水边区是骨骼最为活跃的区域，是骨骼新陈代谢的策源地。除了骨细胞，所有的骨骼相关细胞都属于水边细胞。这种分类在分析骨吸收和骨质疏松时具有很重要的意义，也就是说骨质疏松到底是水边事件还是陆地事件？因为水边事件和陆地事件具有不同的形态学表现。

假设骨质疏松是陆地事件并且由破骨细胞介导，因为破骨细胞骨吸收后要形成吸收陷窝，其形态学表现应该如图1-2-3所示。如果骨质疏松是水边区事件，其形态学表现应该如图1-2-4所示。遗憾的是骨质疏松症不能通过病理学活检来诊断，也就是说这两种形态学表现均不存在。如果假设骨质疏松症由骨细胞来介导（见图1-2-2），则很容易解释临床病理现象。

在正常骨骼中，最常见的只有两种细胞，即骨细胞和血管内皮细胞。破骨细胞和成骨细胞来源于血液或血管旁。这种主质细胞加血管的组织结构几乎是绝大多数组织的共同结构特点，比如肝组织、肌肉、脂肪组织等。现在已经公认，多能干细胞在骨修复中起关键的作用，那么干细胞栖身何处？来源何方？早期有关骨髓源性干细胞的研究比较多，近期有关脂肪源性干细胞的研究也有大量的报道，几乎有血管的地方都能分离出干细胞，因此越来越多的证据倾向于认为，干细胞伴血管而生，是一种血管旁细胞。松质骨区域血管极其丰富，骨髓源性干细胞也和血管有着密切的关系。

（二）长骨的微血管形态及骨折愈合的血供来源

长骨的微循环血供特点：血液是生命之源，长骨的血供以髓内血供为主，占皮质骨血供的80%（图1-2-5）。除了横向的髓内源性血管，皮质骨的哈弗管呈纵向走行，在皮质骨内形成吻合广泛的纵向血供系统（图1-2-6）。髓内钉固定时严重地破坏了髓内横向血供，这时骨皮质内的纵向血供系统将发挥重要的代偿作用。松质骨区的血供极其丰富，呈网状（图1-2-7）。

在绝大多数哈弗管内仅走行一条交换血管，这样的组织构成很好地支持了微循环间断开放的潮汐理论，只有间断开放才能很好地进行营养交换和新陈代谢。在骨改建过程中毛细血管发生迂曲增生，为骨吸收提供空间支持。骨改建成骨可被四环素荧光标记（图1-2-8）。

骨折愈合的血供来源主要有三部分：一是髓内血供，为骨修复的主要血供来源（图1-2-9）；二是骨膜血管，只占很小一部分，血管壁薄，没有肌层，一般没有知名动脉血管；三是来源于周围软组织的继发血供，一般需要几天的时间来建立。长骨的肌间隔附着部位是主要血管进入骨骼的重要通道，对骨骼血供及血管再生修复具有重要的意义。

骨修复的血供变化是一个动态的过程，而不应仅仅强调手术那一时刻的损伤，合适的机械应力具有诱导血管生成效应，比如牵拉成骨可以明显增加肢体远端的血液供应，这一原理可以用来治疗脉管炎。

（三）骨折愈合细胞学事件的两阶段理论

参与骨再生的细胞种类是有限的，具有时间和空间顺序以及因果联系，这个细胞链条被称为基本多细胞单位（basic multicellular units，BMU）。骨修复包括两个阶段，第一阶段是以血管反应为核心的非特异炎症反应阶段，这也是所有损伤修复反应的共同起始阶段，血管内皮细胞作为损伤感受器对于启动骨修复发挥至关重要的作用，血小板及血小板相关因子参与其中。抑制炎症反应的药物包括激素、非甾体类镇痛药都可通过这一环节妨碍骨折愈合。第二阶段为破骨细胞介导的特异性新骨生成阶段，破骨细胞通过吞噬作用发挥损伤组织类型的识别作用，并表达和分泌BMP诱导干细胞向成骨细胞转化。多能干细胞是骨修复的主要细胞来源，T细胞和B细胞也可能在骨修复过程中发挥重要作用。到目前为止，骨修复的简易细胞链条已经基本清楚（图1-2-10）。破骨细胞通过吞噬作用对组织加以识别，如果骨折间隙有软组织嵌入或纤维组织形成，就会发生识别障碍而影响骨痂形成反应。骨组织修复研究也为其他组织的修复研究提供了一个很好的参考模板。

三、骨痂生成反应、骨折愈合的延续及效率原理

（一）骨痂生成反应

骨痂生成反应是临床骨折愈合的生物学基础，是骨组织再生修复自然规律的形态学表象。McKibbin于1978年描述了老鼠截肢残端的修复现象，老鼠截肢后的骨残端也发生修复性骨痂反应，但由于缺乏远端的应力刺激，两周后这种骨痂反应即停止生长而发生退化。这种短时的一次性的骨痂生成反应被称为初始骨痂反应（primary callus response，PCR）。初始骨痂反应界定了骨折修复的独立基础事件，具有里程碑性的理论意义。骨痂生成反应具有明确的时间周期，大约为2周，与抗原刺激抗体形成的初次免疫应答周期惊人地吻合。这个时间周期被实验性异位骨化等多个实验所佐证。临床骨折愈合需要漫长的时间是无数次骨痂生成反应叠加的结果。一次骨痂生成反应不可能无限期地延续，这和世界上不存在永动机是一个道理。

骨痂生成反应代表了一种由刺激到反应的因果关系。骨痂生成反应的刺激信号包括骨折损伤，超负荷力学信号，血流动力学改变比如缺血、动静脉瘘等，化学刺激如金葡菌素，生物学刺激如肿瘤侵袭等。因此骨痂生成反应在发生时可以不遵循Wolff定律，甚至在完全没有力学刺激的情况下发生。这种明确的因果关系决定了骨折愈合并非总是与时间参数呈正相关，没有刺激信号，就不会有修复反应。20世纪公认的骨折弹性固定原则实际上意味着骨折间隙要维持一定的力学刺激信号。而骨折内固定术后的功能锻炼是改变骨折间隙力学信号、克服应力遮挡效应的关键因素。当骨折间隙不足以提供超负荷损伤性信号时，骨痂生成反应就自动停止了。

（二）骨痂的分类

骨痂的分类有助于骨痂的深入研究。骨折周围骨痂从位置上可以分为内骨痂、外骨痂和骨折间骨痂。从密度上分类，骨痂可以分成软骨痂和硬骨痂，软骨痂有时在普通X线片上显影并不明显，但可能逐步钙化转化为硬骨痂。软骨痂在细胞成分上与硬骨痂具有较大差别，软骨痂内含有大量的成骨干细胞及成骨因子，而硬骨痂内主要是分化较为成熟的骨组织。软骨痂具有较大的黏弹性，是骨痂调控的黄金阶段，牵拉成骨技术主要对软骨痂进行操控。

骨折周围骨痂从形态上可以分为连续骨痂和断裂骨痂，连续骨痂无论密度高低，都是骨折愈合的重要标志，标志着局部的力学状态与骨痂强度相适应，而不足以造成断裂性破坏。骨折线周围云雾状骨痂是骨痂形成的早期形态，随时间推移将转变为连续或断裂的形态。断裂骨痂是局部固定不稳定的重要标志。需要采取必要的辅助稳定措施。

从成因上分类大致可将骨痂分为：①应力性骨痂，主要由超负荷引起，比如应力骨折，在许多时候，应力性骨痂可不伴有显性的骨折线。②微动损伤性骨痂，骨折片间的微动可造成微损伤效应，冲击波、化学刺激等都可造成局部的损伤性刺激。骨折间隙的微动摩擦所产生的骨痂在临床上最为常见。③血流动力学异常性骨痂，缺血、动静脉瘘等都可产生骨痂修复反应。需要特别讨论的是完全失血运的骨折片，在复位固定后会发生再血管化来重建血运，本身具有植骨效应，在重建血运过程中，本身强度降低，但同时也可以生成大量骨痂，可以称为骨吸收性骨痂。需注意的是强度降低可能导致内固定断裂失效（图1-2-11），另外这种失血运骨折片只有在承受应力时才表现出骨痂形成反应，而不受应力的失血运骨折片生成的外骨痂则不明显，或逐步被吸收。缺血导致的骨吸收性骨痂在范围上一般等于或超过缺血骨折片的面积，而不局限于骨折线部位。

（三）应力-血管生成-新骨生成的偶联效应与骨痂形成的超负荷原理

在生理性骨改建过程中，破骨细胞骨吸收后衔接成骨细胞原位新骨生成，称为破骨-成骨偶联。实验表明，实验动物骨骼承受疲劳应力后的第一天，在骨膜区就有VEGF及BMP基因的高表达，几乎同时诱发血管生成与新骨形成反应，而抑制血管生成也将抑制新骨生成。提示应力-血管生成-新骨生成在时间和空间上存在偶联关系，可称为应力-血管生成-新骨生成的偶联效应。应力-血管生成-新骨生成的偶联效应在多数情况下是骨修复，包括骨折愈合及骨骼延长术的基本病理改变。

正常骨骼在承受常规生理应力时，一般不发生明显的修复反应。但在承受疲劳应力时会发生明显的生物学修复反应，著名的猪尺骨切除实验表明在术后3个月，桡骨就会增粗到尺骨和桡骨加起来那样粗。可见在超负荷情况下，活体骨骼具有极高的修复效率。这种超负荷诱发骨修复的现象同样适用于骨痂调控，可以称为骨痂形成的超负荷原理。牵拉成骨实际上就是不断地对骨痂进行新的超负荷力学刺激。

骨痂形成的超负荷原理的基本原则是超而不断，达到显性断裂的程度可能导致破坏性结果。对于正常骨骼，生理应力不足以达到超负荷，但对于稚嫩的骨痂组织，生理应力可能远远超过骨痂所能承受的强度，因此骨折愈合早期需要相对可靠的固定。夏和桃曾提出骨折固定的适应性刚度理论，即早期坚强固定，随骨痂强度增加而适当降低固定刚度。

骨痂形成的超负荷原理提示，连续骨痂形成是骨折愈合的基本标志，表明局部力学状态基本适宜，可以适当增加负荷量。

（四）骨折愈合一元论及骨折愈合的延续原理

骨痂是骨修复的表现形式之一。骨修复具有多种表现形式，包括骨折愈合、生理性骨改建的原位成骨（appositional bone formation）、植骨愈合、异位骨化、骨骼的增粗以及牵拉成骨等非骨骺成骨现象。其最终结局都是骨单位或骨小梁，其参与细胞也大同小异。因此有人认为骨修复机制只有一个，其细胞机制基本相同，这个理论称为骨修复一元论。

骨折愈合一元论包含两方面的内容，一是骨折愈合的细胞学基础与生理性骨改建的细胞学基础是相同的，骨修复机制是唯一的。二是骨折愈合过程是一元化的，即是初始骨痂反应不断重复和积累的过程。换句话说，骨痂形成期和骨痂塑形期发生了相同的事情但却有不同的形态学表现，这就是骨折愈合的延续原理。即使人体骨骼终生不发生骨折，骨折愈合的细胞学机制也每时每刻都在人体内发挥重要作用。因此，对于骨骼发育正常的骨折患者，并不存在Frost所说的生物性愈合失败（biological failure）。也就是说，所有的骨不连都是技术性失败（technical failure）。

（五）骨修复的放大效应与骨折愈合的效率原理

1.骨修复的放大效应与骨折愈合的效率原理

骨骼延长过程中1mm的骨折间隙可以被牵拉延长100倍以上，牵拉成骨完美地演示了骨修复具有放大效应。猪的尺骨切除后，3个月左右桡骨就会增粗到尺骨和桡骨加起来那样粗，可见骨修复具有极高的效率。异位骨化现象提示在原来没有骨组织的部位新生出大量骨组织，是骨修复具有放大效应的天然佐证。骨修复的放大效应是指骨修复量大于骨损伤量，是骨折愈合效率原理的生物学基础。不同的骨折固定方式会对骨折间隙的初始骨痂造成不同的生物力学环境，进而产生不同的应力-血管生成-新骨生成偶联效应，因此外部原因可以影响骨折的愈合效率，不同的固定方式会导致骨折的愈合效率不同。

实验资料表明适合骨折愈合的应力刺激存在一个最佳的范围。骨修复具有明确的从刺激到修复的因果关系，每一次微损伤刺激对应产生一次修复性初始骨痂反应（PCR），整个骨折愈合过程是无数次PCR的重复和积累。那么，PCR应具有如下特点：

饱和性：在一定范围内，PCR随损伤强度而增强，但存在饱和极限（图1-2-12）。这与局部的细胞及分子浓度有关。

平衡点：指刚好能被PCR所修复的损伤强度。大于该强度的损伤都是破坏性的，而小于该强度的损伤则产生过修复（surplus repair）。过修复的积累是临床骨折愈合的源泉。

不应期：在一次微损伤之后，即刻的再次损伤将不产生或只产生微弱的PCR。不应期可以解释骨折断端明显的异常活动可致骨不连。

骨折愈合的效率取决于新骨生成和骨吸收的平衡，固定过于坚强会使骨折间隙去负荷，导致新骨生成动力不足。而固定不稳定将会超过骨痂所能耐受的程度，导致磨损性骨吸收。这两种情况可以结合病史及X线表现加以判断，固定过于坚强表现为没有骨痂或骨痂形成不良，可伴有骨骼萎缩变细，一般没有骨折间隙骨吸收。骨折间隙骨吸收、骨痂断裂是固定不稳定的基本标志。前者需要增加功能锻炼，增加骨骼的负荷量；而后者需要增加保护，限制活动。

2.脉冲性力学刺激对牵拉成骨的重要性

已经证实相对稳定不变的力学环境很难诱导骨修复发生。历史的经验也证明，简单地持续牵拉，比如胫骨骨折持续骨牵引并不能促进骨修复，牵开骨折间隙就容易导致延迟愈合或不愈合。这说明稳定的牵拉力并非牵拉成骨的主要因素。从Ilizarov的经典实验来分析，间断脉冲性力学刺激是导致修复反应的重要因素，脉冲信号越多，骨修复越完美。

四、骨折间隙的磨损性骨吸收

骨折断端出现骨吸收是临床上较为常见的现象，比如隐匿性股骨颈骨折经过一段时间后骨折线就会因骨吸收而变为显性骨折甚至发生骨折移位，骨吸收现象也可见于腕舟状骨骨折。断端骨吸收在钢板固定后较为常见，是骨折不愈合甚至内固定失效的重要原因（图1-2-13）。

（一）磨损性骨吸收的证据分析

首先要考虑的理论命题是，骨折后的断端缺血导致了断端骨吸收。骨折可以造成骨折断端几个毫米的血运障碍，但这种血运破坏很快就会被增生的血管代偿。一个几乎公认的反证据是，长骨干骨折后在良好复位和加压固定的情况下会产生骨折一期愈合现象，并不产生明显的骨吸收，这是一个被病理切片证实的广为接受的结论。因此至少可以说，血运障碍不是导致断端骨吸收的主要原因。

许多学者已经注意到骨折固定的不稳定可能是导致骨折间隙骨吸收的重要原因，大量的证据支持这一推断。对于未经固定的股骨颈骨折、腕舟状骨骨折，剪切方向的不稳定可以导致骨折间隙吸收扩大甚至移位。对于伴有骨吸收的腕舟状骨骨不连，可以通过经皮螺钉固定而无需植骨得到理想的愈合，这反过来证明不稳定是导致骨折间隙骨吸收的主要原因，而增加稳定性可以促进骨折愈合。一期愈合的事实也说明，在没有微动的“绝对稳定”状态下骨折间隙不会产生骨吸收。

Perren将骨折的稳定性定义为负荷导致的骨折界面相对移位程度。在一定负荷下没有移位是稳定的，而微动就是不稳定的。如果说微动导致了骨吸收并妨碍骨折愈合也有大量近乎铁证的反证据。最确切的反证据是，骨骼延长术每天都在微动但却形成完美的成骨。轴向微动有利于骨折愈合几乎是20世纪形成的共识，当然这种微动需要限定在一定的范围。实验表明剪切微动可以明显妨碍骨折愈合，骨痂量减少，与轴向刺激相比，在术后8周时愈合强度相差3倍之多。

没有证据表明人体细胞能够辨别力的方向，Ilizarov的横向搬移成骨实验很好地说明了剪切方向的牵拉也可以完美成骨，剪切应力也是重要的生理应力，对维持骨骼的直径增粗具有重要的作用。剪切应力不等于剪切位移，在稳定状态下，剪切应力不会造成剪切位移。而一旦出现剪切位移，常会产生骨折界面的摩擦效应。这种摩擦效应可能是导致骨吸收的主要原因。

这个推论很好地解释了绝大多数事实。首先，轴向微动产生分离-挤压应力，不形成摩擦应力，虽有微动，但不会形成磨损性骨吸收。牵拉成骨无论轴向牵拉还是横向牵拉都不会产生摩擦应力。而只要产生骨折界面的相对剪切位移，哪怕是很小的应力，也会产生骨折界面的骨吸收。骨折断面呈犬牙交错的形态，反复的剪切位移容易造成明显的磨损，同理旋转位移也可以造成磨损。这种磨损还与骨质的硬度有关，软骨痂由于具有黏弹性，理论上比皮质骨更能耐受剪切和旋转位移。

钢板固定长骨骨折所造成的骨吸收，复位不佳和加压不良是其中的重要原因，其中一个很重要的表现就是隐匿折片的显性化，简单骨折骨吸收后会变成粉碎性骨折（图1-2-14），活体实验研究表明，在不稳定的情况下，钢板固定后骨折断端会形成新的裂纹和微骨折，而增加固定的稳定性则可减少裂纹和微骨折形成。这种隐匿折片在良好复位加压和稳定状态下应该迅速愈合，频繁的剪切摩擦微动可能是造成简单骨折粉碎化的原因。这种临床表现在锁定钢板切开复位固定长骨骨折时较为常见。根据骨折间隙的应变理论，加大骨折间隙可以减少骨折间隙的应变，但由于骨折断端是不规则的，轻度地加大骨折间隙并不能减轻骨折间的摩擦，甚至会加重剪切不稳定。因此有作者把长骨干的简单骨折列为锁定钢板的禁忌证。

（二）钢板固定条件下骨吸收的转归

在钢板固定的条件下，骨折断端的骨吸收形态一般呈泪滴状，或喇叭口状。其临床表现还应具备两个特征，即骨吸收范围具有自限性，时间上具有极限性。这是因为在钢板固定的条件下，磨损的范围必然受到钢板固定的限制，达到极限范围将不再扩大。这种骨吸收范围的自限性决定了骨吸收在时间上具有一定的极限性，不会无限期延长。尽管会受到康复措施及个体差异的影响，在钢板没有失效的前提下，对于锁定钛钢板固定的股骨干骨折，临床观察的骨吸收的极限时间大约在6个月（图1-2-15，图1-2-16）。而对于完全动力化的髓内钉固定，在固定不稳定的情况下，磨损性骨吸收将失去空间和时间的限制，有可能产生大于2cm的骨骼短缩。

骨吸收一旦出现意味着剪切或旋转方向的不稳定。如不采取保护措施，会出现内固定断裂失效。在采取保护措施后，即使是较为明显的骨吸收间隙，也能得到愈合（参考上面两个病例）。从病理学的角度分析，骨折断面磨损产生的骨骼微粒应该具有植骨效应，在合适的应变（strain）环境中，会逐步由软骨痂骨化为硬骨痂。至少从理论上，增加预防剪切或旋转方向不稳定的措施，包括功能支具、限制活动等都可阻断骨吸收的进程，促进骨折愈合。Sarmiento单独采用功能支具不植骨治疗胫骨骨不连就是很好的佐证。

五、骨折愈合的终止原理及相关理论

（一）骨折愈合的终止原理

骨修复具有刺激信号与修复反应的因果关系，因此当刺激信号消失后，骨修复就自然终止了。当骨痂强度增加，常规应力不足以产生超负荷时，应力-血管生成-新骨生成的偶联效应就会消失，骨折愈合也将停止。这就是骨折愈合的终止原理。

（二）骨折固定的应力遮挡效应

应力遮挡效应问题是20世纪骨折愈合理论研究最著名的理论焦点之一。广义的应力遮挡定义是：固定材料对骨骼的应力分流称为固定材料对骨骼的应力遮挡。因应力分流对骨骼以及骨折愈合所产生的影响称为应力遮挡效应。

应力遮挡对骨折愈合影响的实质是坚强的固定材料可能屏蔽骨折间隙的力学信号进而影响骨痂生成及骨折愈合。应力遮挡对完整骨骼的骨改建也可能产生一定的影响。对骨折愈合而言，应力遮挡效应主要发生在骨折间隙，而不是钢板下接触骨骼的部位。应力遮挡效应不但与固定材料的弹性模量有关，还与固定材料的横截面积和几何构型有关，在应力遮挡率不变的情况下，还与刺激应力的大小有关，即与肢体负重和功能状态相关。保护下的负重锻炼有助于增加骨折断端间的应力传导，从而减少应力遮挡效应，促进骨折愈合。

为讨论问题的方便，把因应力分流而受到保护的区域称为应力保护空间，狭义的应力保护空间仅指骨折间隙（图1-2-17）。应力遮挡效应主要发生在应力保护空间内，其主要机制是抑制了骨痂形成反应。骨折断端间力的传导可造成微损伤效应，是骨痂形成反应得以重复和延续的基本条件。即使在没有介入性固定的时候也可以发生应力遮挡效应。主要有两种情况：非解剖复位本身即可降低骨折间隙的弹性而产生遮挡。双骨折先愈合的一方可以妨碍另一方的愈合，如腓骨遮挡，腓骨切断术仍为治疗胫骨骨不连可以选择的术式之一。可以把这两种情况称为自身应力遮挡（self-stress-protection）（图1-2-17）。

上述应力遮挡效应理论有两个合理的推论：

推论一：在钢板偏心固定的条件下，骨折间隙由于弹性的不对称，愈合强度会存在梯度变化，远离钢板的部位，即钢板对侧愈合强度最佳，而钢板下部位最弱（图1-2-18）。这一推论已经被实验所证实。

推论二：由于骨折固定材料分担了部分生理应力，骨折愈合通常难以达到正常的生理强度，这种由于固定材料分担了部分骨骼应力而导致骨折愈合强度低于正常骨骼的现象可以称为骨折的非坚固愈合状态。这种非坚固愈合状态既非延迟愈合，也非骨不连，没有临床症状，理论上愈合基本停止，不随延长固定时间而改善，是取内固定后再骨折发生的主要原因。因此对取内固定后的肢体建议常规采取保护措施。临床上绝大多数再骨折经过原骨折线也是这个道理。

值得注意的是，股骨取钢板后的再骨折多发生在术后8周以内。超过这个时间，由于超负荷原理取钢板后的原骨折间隙得以加强。由于解剖学因素，前臂再骨折发生时间明显延后，多发生在术后6周到半年，甚至术后40周。提示前臂日常承受应力相对较小，修复较慢，可在医生指导下适当锻炼来增加前臂负荷。

（三）骨折一期愈合、第三种愈合方式、生物学接骨术

骨折愈合机制是唯一的，但临床表现形式却可因外因而不同。骨折一期愈合是指在牢固固定条件下，不产生外骨痂的愈合方式，为AO学派所倡导并成为其理论基础。早期AO学派甚至错误地认为在坚强内固定条件下骨痂是毫无必要的病理结构。在反思了坚强内固定可能导致再骨折等并发症后，徐莘香提出了伴有少量骨痂形成的第三种骨折愈合方式，并设计了不等厚的梯形加压钢板，取得了较好的临床疗效。

生物学接骨（biological osteosynthesis，BO）形成于20世纪90年代，顾名思义它是一种骨折治疗手段，主要强调保护骨折部位的血液供应，进行微创操作，远离骨折部位进行复位，而不强求骨折的解剖复位，通过外骨痂的作用来完成骨折愈合。BO观念修正了AO学派对骨痂的认识，结合了最新科技手段进行微创手术操作，既是一种思想解放，又是一种技术进步。到目前为止，BO还只能说是一种概念，仅仅用微创和保护血运这种简单的观念远远不能涵盖20世纪骨折愈合理论研究的历史成就。

（四）弹性固定原则

在固定稳定的前提下，应减少固定材料的功能替代，即降低应力遮挡率，使骨折断端传导应力，这是20世纪总结的著名的弹性固定原则，也是20世纪骨折固定生物力学研究的精华。到目前为止，还不能轻易否定一期愈合现象，已有实验表明一期愈合也可得到理想的愈合强度。理论上固定材料的应力遮挡率越低，骨折愈合强度越大，越接近正常骨骼的生理强度。实验表明，在骨折片间辅助拉力螺钉固定可以显著降低加压钢板固定的应力遮挡率并得到一期愈合的结果。第三种愈合方式在临床上可以得到可靠的愈合判断，理论上是一种值得追求的优化的愈合方式。

六、骨骼的增粗机制及临床意义

骨骼如何长粗是骨病理生理学的一个基本问题。骨骼在受力过程中，外骨膜区域是天然的高应力区，内骨膜区域是天然的低应力区，由高应力激发的骨改建具有放大的新骨生成作用，从而导致外骨膜区域新骨生成增厚，而外骨膜区域的增厚反过来又进一步保护和降低了内骨膜区域的应力，从而导致该部位的吸收，髓腔扩大（图1-2-19）。

超负荷原理是骨骼增粗的基本机制。猪尺骨切除实验证实骨骼的增粗机制反应迅速高效。剪切应力对骨骼增粗具有重要的作用。临床实验也表明，外固定器的轴向动力化对恢复骨骼的直径增粗作用不大。因此当外固定器过于坚强，常会影响骨骼的增粗机制，比如把成人的外固定器用于儿童（图1-2-20）。在外固定器固定的前提下，这种影响的大小与固定针的直径及数量以及固定时间正相关，而与固定针的有效长度反相关，即力臂越长，影响越小。如果同时进行股骨和胫骨的骨延长，对下肢的限制更大，影响骨骼增粗机制的可能就会增加。宋海龙等报告股骨中段截骨一次延长超过股骨原长度的30%，骨痂宽度降低30%是发生术后再骨折的风险因素（图1-2-21）。如果考虑固定刚度对长节段骨延长新生骨段直径的影响，在干骺端直径较粗的部位截骨得到的结果可能比中段截骨更好一些。

（刘振东　秦泗河）