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早读 | 骨折的基本理论 - 绝对固定与相对固定





导读
骨折的绝对稳定和相对稳定决定着骨折不同的愈合方式,同时也使AO的固定原则发生了从“坚强固定”到“有效固定”的革新,随之而来的则是内固定物的发展、手术方式的创新。今天早读就为大家详解骨折的基本理论 - 绝对固定与相对固定,值得大家学习参考!

一、绝对固定

骨折的愈合过程

骨折的自然愈合(也称二期愈合、间接愈合),其过程为:骨折→血肿→软骨痂→硬骨痂→(应力下)骨痂塑形

一、血肿机化演进期:伤后2周

血肿+坏死软组织→无菌性炎症→肉芽组织→纤维组织→骨样组织

二、原始骨痂形成期:4~8周(3 ~6个月【3】

骨内外膜增生,新生血管长入,成骨细胞大量增生,合成并分泌骨基质,使骨折端附近内、外形成的骨样组织逐渐骨化,形成新骨,即膜内成骨。由骨内、外膜紧贴骨皮质内、外形成的新骨,分别称为内骨痂和外骨痂。骨痂不断钙化加强,当其达到足以抵抗肌肉收缩及剪力和旋转力时,则骨折达到临床愈合。此时X线平片上可见骨折处有梭形骨痂阴影,但骨折一仍隐约可见。

骨折愈合过程中,膜内成骨速度比软骨内成骨快,而膜内成骨又以骨外膜为主。因此任何骨外膜损伤均对骨折愈合不利。

三、骨痂改造塑形期:8~12周(1 ~2年【3】

原始骨痂中新生骨小梁逐渐增粗,排列逐渐规则和致密。骨折端的坏死骨经破骨和成骨细胞的侵入,完成死骨清除和新骨形成的爬行替代过程。原始骨痂被板层骨所替代,使骨折部位形成坚强的骨性连接。随着肢体活动和负重,根据Wolff定律,骨的机械强度取决于骨的结构,成熟骨板经过成骨细胞和破骨细胞相互作用,在应力轴线上成骨细胞相对活跃,有更多新骨生成形成坚强的板层骨,而在应力轴线以外,破骨细胞相对活跃,使多余的骨痂逐渐被吸收而清除。髓腔重新沟通,骨折处恢复正常骨结构,在组织学和放射学上不留痕迹。

——————

骨折愈合的方式取决于内固定提供了何种稳定性。

过程:急性骨折→血肿形成→毛细血管增生、肉芽组织形成→细胞分化成骨→骨折固定(绝对稳定→直接骨愈合;相对稳定→间接骨愈合)。

骨折愈合的方式

可将骨折愈合过程分为一期愈合(直接愈合)和二期愈合(间接愈合)【3】

一期愈合是指骨折复位和坚强内固定后,骨折断端可通过哈弗系统重建直接发生连接,X线平片上无明显外骨痂形成,而骨折线逐渐消失。其特征为愈合过程中无骨皮质区吸收,坏死骨在被吸收的同时由新的板层骨取代,达到皮质骨间的直接愈合。

二期愈合是膜内化骨与软骨化骨两种成骨方式的结合,有骨痂形成。临床上骨折愈合过程多为二期愈合。

骨折临床愈合标准

临床愈合是骨折愈合的重要阶段。其标准【3】为:

①局部无压痛及纵向叩击痛;

②局部无异常活动;

③X线平片显示骨折处有连续性骨痂,骨折线模糊。

Perren理论

骨折的修复:间充质干细胞分化。间充质干细胞如何变成骨细胞、纤维细胞?答案是生物因子、力学作用。

骨的修复,除了生物因子、愈合因子外,力学对骨折愈合产生很大的影响。

骨折块间应变理论(即Perren理论):某组织在承受特定大小应变量时发生断裂或损伤,因而在超过这一应变量水平的区域不能形成这一组织。

比如说活动最大的地方(如关节),活动大(即应变大)不可能长骨细胞(骨细胞在该环境下会死的),而纤维细胞承受应力最大因此能够存活。所以,所有活动的关节囊都是纤维细胞。

各类型组织的应变能力

不同的组织在断裂前可以承受的最大张应力是不同的

肉芽组织可以承受100%的应变

纤维组织和软骨承受能力明显降低

致密的骨组织只能承受2%的应变

耐受性:纤维组织>软骨>骨

Perren研究发现,纤维细胞能承受100%的应变,软骨细胞能承受10%的应变,骨细胞只能承受2%的应变。

因此,如果应变超过2%,骨细胞就会死亡(或者说不会分化产生)。骨的愈合是承受不了太大的微动的。骨折的愈合必须提供一个稳定的环境(即小于2%应变的环境)。

骨折类型与应变承受能力

简单骨折→间隙较窄;复杂骨折→间隙较大同样的角度弯曲,对简单骨折会产生较大的变形,而对复杂骨折则会产生较小的变形。

简单骨折,不能给它太多的应变,太多的活动,超过2%骨折断端间隙里就无法产生新的骨组织。

粉碎的骨折,它有很多细胞堆在那里,给它多一些微动,有很多细胞来承受应变,每个细胞所承受的负担就比较少,负担轻了。

【瑞麟】粉碎骨折相当于多段骨折,其整体应变由多个节段来分散承担,因此单节段(或单个间隙)承受的应变较小。多个2%累加,使得整体的应变承受力增大(相对于简单骨折来说)。

【瑞麟】既然超过2%的应变会造成骨细胞的死亡,那对于骨折的愈合来讲,其固定是否越稳定越好?不一定。因为有得必有失,单方面讲,固定越稳定越有利于骨折愈合,但从手术角度讲,要稳定固定其手术操作必然会损伤骨折端血运,而血运也是骨折愈合的一个方面。因此应该说,在保证血运的前提下,固定越稳定越好;而如果血运破坏很严重,应该以最大承受范围来固定骨折从而减少血运的破坏。

简单的骨折,应变承受力小,要保证稳定;而粉碎的骨折,能承受的应变大,可承受一定的活动。

骨折固定方式

包括:绝对稳定(固定)和相对稳定(固定)

绝对稳定:骨折断端间无相对活动。

相对稳定:骨折断端间存在不干扰骨折愈合的相对活动。

不稳定:存在影响骨折愈合的错动。

简单骨折,细胞承受不了太多的应变,必须给它绝对稳定,不能让它动,一旦绝对稳定以后,细胞就直接长了。即破骨细胞在前,成骨细胞在后,直接一个骨形成单位就过去了。不需要经过纤维组织,因为很稳定。

复杂骨折,它的微动比较大,10%血肿出来,肉芽形成,你给它稳定起来,稳定性达了10%以内后,软骨细胞就存活了,接着就出现软骨痂,软骨痂对骨折的固定作用肯定比血肿肉芽还强,可能对骨折的稳定就达到了2%以内,骨细胞就存活了,硬骨痂就出现了。过程即,血肿→肉芽→骨痂→硬骨痂。

骨折愈合-绝对稳定

绝对稳定指下肢生理负重下,骨折部位无微动(骨折需解剖复位、骨折需切开复位)

获得绝对稳定最好的方法是进行骨折块间加压

绝对稳定通常可使骨折直接愈合(一期愈合)

绝对稳定适用于简单骨折(解剖复位)、关节内骨折

骨折愈合的临床决策:骨折类型-复位-内固定的相关性骨折治疗方法的选择取决于(全身、其他结构除外):

1.骨折类型、部位(简单/复杂、关节内/外)

2.复位情况(解剖复位/功能复位)

3.获得的稳定性(绝对稳定/相对稳定)

4.植入物的类型(提供绝对/或相对稳定)

有些部位我们不能让它有骨痂生长,比如说关节部位。关节面上长一个骨痂出来,那关节怎么能活动。所以关节内的骨折你要用绝对稳定。让它直接愈合,不要让它通过骨痂愈合,通过骨痂愈合那关节面就不平了。

简单的关节面的骨折,要使用绝对稳定,使其通过没有骨痂的方式进行愈合。绝对稳定,直接愈合,但是一旦愈合以后它的改建塑形是非常困难的。

对于一些骨干骨折、粉碎的骨折,可以采用相对稳定,通过骨痂愈合(二期愈合)。二期愈合是一个自然的愈合,这是最佳的愈合方式。间接愈合有骨痂形成,它的改建塑形是非常自然的。如果开始骨痂长得很大,在应力的影响下,慢慢变光滑了,塑形,然后变成直形了。它要适应力学的变化。

绝对稳定固定的适应证

适用范围:

关节内骨折

简单的骨干骨折,特别是上肢、前臂(下肢有髓内钉)

一些简单的(A型)干骺端的骨折

骨不连(对合良好)

截骨术、融合术

注意:尽量避免破坏软组织、骨膜和骨的血供。

髓内钉属于相对稳定,但对简单骨折也可以用,因为它对血供保护得好,它的稳定性比钢板更好。

对简单骨折来说,必须实现良好的骨折复位,加压稳定才成立。

不适用范围:

粉碎的骨干骨折

粉碎的干骺端骨折

骨质疏松性骨折

严重的开放性骨折

下肢骨干骨折?

下肢骨折因为下肢的力学要求,按照绝对稳定进行固定时,往往会出现失败。因为绝对稳定会破坏血供,愈合时间更长,失败的机会更多。

绝对稳定技术实现

常用技术:拉力螺钉(骨折块间加压)、加压钢板轴向加压、支撑钢板、张力带。

什么是绝对稳定?绝对稳定采用什么方式?

绝对稳定就是骨折断端没有错动,不会超过2%的应变。通过什么方式来实现呢?最常用的是加压螺钉,如股骨颈的空心钉。因为股骨颈骨折属于关节囊内骨折,不能长骨痂,就需要使用加压技术。

比如说一个骨干骨折,如螺旋形骨折,先用个螺钉进行骨折断端加压以实现绝对稳定,但是牢固度不够,一旦给它用力,它承受不了外来的外力,容易断,这时候我们可以加块钢板(即保护钢板)。这个骨折的固定,两枚螺钉就实现了它的绝对稳定,而这个钢板是保护它不受外力的破坏,所以保护钢板。

也有钢板本身就可以加压,如设计有椭圆形加压孔的钢板。还有张力带,尺骨鹰嘴张力带扎得很紧,在屈曲的时候,把张应力变成压应力,这也是绝对稳定。

绝对稳定用的最多的是加压螺钉技术、加压钢板技术、张力带技术。

拉力螺钉固定

拉力螺钉是一种固定技术,而不是一种螺钉,只要植入方式正确,任何螺钉都可起到使骨折块间加压的作用而成为拉力螺钉。一枚拉力螺钉能产生2500-3000牛的拉力。

对于一个简单骨折(如螺旋型骨折),使用2枚拉力螺钉加压固定即实现绝对稳定,再用一块保护钢板抵抗外力。

拉力螺钉的条件 :

骨折块间加压螺钉必须滑过近侧骨皮质

螺纹孔仅位于远侧骨皮质

螺帽抵于近侧骨皮质

螺钉垂直于骨折线可达到最佳加压效果

钢板的轴向加压作用

通过钢板上的动力加压孔实现轴向加压

横形骨折、短斜形骨折(拉力螺钉不适用时)

需解剖复位

DCP或者LC-DCP的轴向加压作用能够实现绝对稳定

张力带技术

任何弯曲的物体在受到轴向载荷时,会存在张力和压力侧。固定于凸侧的张力带将张应力转变为对侧的压应力。

张力带钢板

简单骨折,使用钢板固定时(髓腔太小无法使用髓内钉时会选择使用钢板放置在张力侧),应保证骨折的压力侧无缺损(否则张力侧的钢板失去压力侧骨组织的力学支撑就无法起作用)。

当压力侧有缺损时,无法使用张力带钢板时,怎么办?使用相对稳定技术进行固定。

骨折的绝对稳定:小结

❖ 绝对稳定指在正常功能性负重情况下,骨折块间无移动。

❖ 获得绝对稳定的最佳方法是进行骨折块间加压(拉力螺钉技术、加压钢板技术、张力带技术)。

❖ 绝对稳定适用于关节内骨折和简单的骨干骨折

❖ 骨折类型、部位、复位情况和植入物的选择决定获得何种稳定性以及骨折的愈合方式。

❖ 应用绝对稳定原则治疗骨折可使骨折直接愈合而无骨痂形成。

获得绝对稳定最佳的方法就是骨折断端进行加压。对位好,加压后,骨折断端就不会动。常用的是拉力螺钉、加压钢板技术和张力带。它一般是用于简单的骨干骨折和关节内骨折。绝对稳定的愈合是直接愈合,没有骨痂,其愈合本身并不是太优的一种,但对于关节骨折是好的,对于骨干骨折如果能用到相对稳定,它产生的二期愈合可能会更好。

参考文献

1.潘志军(浙江大学医学院附属第二医院骨科),《绝对稳定:生物力学、技术和骨折愈合》,(微信公众号)创伤网络学院,20180927(视频原出处:CIFO基金会培训班(包头站))

2.陈孝平 主编《外科学》,人民卫生出版社,2002

3.陈孝平、汪建平、赵继宗 主编《外科学》第9版,人民卫生出版社,2018


二、相对固定

骨折愈合的类型

可将骨折愈合过程分为一期愈合(直接愈合)和二期愈合(间接愈合,自然愈合)【2】

一期愈合是指骨折复位和坚强内固定后,骨折断端可通过哈弗系统重建直接发生连接,X线平片上无明显外骨痂形成,而骨折线逐渐消失。其特征为愈合过程中无骨皮质区吸收,坏死骨在被吸收的同时由新的板层骨取代,达到皮质骨间的直接愈合。

Robert Danis(比利时,一九四几年)首次使用加压的方式进行固定,并发现骨折愈合的过程中始终没有骨痂的出现,他把这种愈合方式称为一期愈合。达了绝对稳定,一期愈合才会发生。一期愈合是在人为的干扰下的愈合过程。

二期愈合是膜内化骨与软骨化骨两种成骨方式的结合,有骨痂形成。临床上骨折愈合过程多为二期愈合。

影响骨折愈合的因素

血运:骨膜血运、滋养动脉、周围软组织血运

力学环境:稳定,骨折固定

感染

微动

早期血肿

骨折端的血运对愈合影响是最大的。没有血运,就没有愈合。在手术过程中要尽可能保护骨膜。在生理状态下,骨膜的血运是最主要的。但在骨折以后就不定,大多数时候骨膜撕脱损伤严重。这种情况下,骨折的血运从肌肉的附着点来。肌肉在骨头上的附着点,由肌肉的血运来提供骨头的血运。因此我们在手术当中应该尽可能的减少肌肉的损伤,从而保护骨折端的血运。

骨折固定的机制

无论什么样的固定方式,从机理上来讲只有两个:夹板作用、加压作用【3】

【瑞麟】从畸形矫正角度讲,夹板作用可限定成角畸形和移位畸形,加压作用可限定旋转畸形、长度畸形、移位畸形、成角畸形。

夹板作用:强度与长度成正比,与至骨骼的距离成反比。

夹板作用指用一个比较结实的物体把骨折的两端连接在一起,比如使用石膏、钢板、外固定架。只要把骨折端连在一起了,这样的作用即是夹板作用。

夹板长度越长,固定作用越好;它离骨头越近,固定作用越好,而越远效果则越差。

使用石膏固定,因其与骨头距离远,所以需要长的石膏固定;而使用钢板固定,因其贴近骨头表面,所以就不需要太长的固定长度。

加压作用:产生前负荷反抗弯曲应力和旋转应力。产生绝对稳定。

其先决条件:解剖复位(一般需切开直视下复位)、骨折端没有微动、无骨痂愈合。

前负荷就是把加压了以后,把骨折两断端紧紧地顶在一起,再接受外力的负荷时,它不会产生运动;骨折端紧紧顶在一起,在被动移动时会有巨大的摩擦力,从而抵抗旋转。

骨折愈合的应变理论

Stephan Perren 1987

A tissue cannot be formed by the bone healing organ if the interfragmentary strain is greater than the yield tolerance of the tissue concerned.

【瑞麟】骨折愈合过程中,如果骨折断端受到的应力大于某种组织自身的承受力,则该组织不会在该断端间隙中产生。

骨折愈合与力学环境

力学环境:骨折愈合、愈合方式

力学环境决定骨折的愈合方式以及是否愈合。绝对稳定就会一期愈合;有微动,相对稳定就会二期愈合;不稳定就会不愈合。

骨折愈合与内固定物

骨折愈合之前,内固定物承载负荷

骨折愈合之后,内固定物载荷减少

过大载荷导致内固定物断裂

内固定材料随着骨折逐渐愈合,其所承载的应力越来越少。内固定的材料是金属的,是非生命的。非生命的物体和生命物体的区别在哪?它是死的,生命体是活的。从力学上来讲,它可以承受很大的瞬间应力,但是不能承受疲劳应力。人的骨头是活的,其特点是,可以耐受长期的疲劳的应力,因为它有新陈代谢,但不能耐受瞬间巨大的应力。

钢板受到应力以后就逐渐损伤了,时间长了就容易断。快断的时候,骨头长住了,钢板不受力了,它就断不了。

假如应力过大,或者骨折始终不愈合,这钢板上所承受的用力时间太长了,超过了它的应变耐受性,这个时候钢板就断了。

内固定物断裂的原因主要是,骨折不愈合导致的内固定物疲劳断裂。

骨折治疗的原则

骨折的治疗有三大原则,即复位、固定和康复治疗【2】

1.复位

是将移位的骨折段恢复正常或近乎正常的解剖关系,重建骨的支架作用。

骨折的复位标准有解剖复位和功能复位。

解剖复位:骨折端通过复位、恢复了正常的解剖关系,对位(两骨折端的接触面)和对线(两骨折段在纵轴上的关系)完全良好时,称解剖复位。

功能复位:经复位后,两骨折端虽未恢复至正常的解剖关系,但骨折愈合后对肢体功能无明显影响者,称功能复位。功能复位的标准是:

①骨折部位的旋转移位、分离移位必须完全矫形。

②成角移位必须完全复位。否则关节内、外侧负重不平衡,易引起创伤性关节炎。肱骨干骨折稍有畸形,对功能影响不大。

③长骨干横形骨折,骨折端对位至少达1/3,干骺端骨折至少应对位3/4。

2.固定

即将骨折维持在复位后的位置,使其在良好对位情况下达到牢固愈合,是骨折愈合的关键。

3.功能锻炼及康复

是在不影响固定的情况下,尽快地恢复病肢肌肉、肌腱、韧带、关节囊等软组织的舒缩活动。早期合理的功能锻炼和康复治疗,可促进病肢血液循环,消除肿胀;减少肌肉萎缩、保持肌肉力量;防止骨质疏松、关节僵硬和促进骨折愈合,是恢复病肢功能的重要保证。

绝对稳定

良好的力学稳定性

解剖复位

血运破坏:易导致不愈合

一期愈合强度不足:易再骨折

绝对稳定具有良好的力学稳定性,要求解剖复位,从力学上获得了良好的稳定性,但是,由于解剖复位需要切开,就损伤了软组织损伤了肌肉,血运受了破坏,就容易导致骨折不愈合。一期愈合的强度要弱于二期愈合。

绝对稳定有两个条件,第一个骨折端简单,第二个血运一定好。血运如果不好,骨质再不好,那不能做绝对稳定,应该做相对稳定。

应力集中

绝对稳定,把所有的钉子都打满了,它的应力是非常集中的,钢板容易断。

相对稳定

骨折端有一定的微动

功能复位

二期愈合(骨痂愈合)

相对稳定的定义就是骨折端有一点微动,复位不要求达到解剖复位,而要求达到功能性复位,愈合方式是骨痂愈合。

功能复位是指,骨干不能有短缩,不能有成角,不能有旋转。

应力分散

相对稳定是把应力分散,允许骨折端有一定的活动,应力分散以后,对内植物也是一种保护。

微动与骨折愈合

1.一定量的微动刺激骨痂生长

2.二期愈合骨强度高于一期愈合


相对稳定的技术

石膏支具

桥接钢板

髓内针

外固定支架

桥接钢板(bridge plate): plate span ratio and plate screw density【3】

In comminuted fracture the plate length should be 2 to 3 times higher than the overall fracture length. In simple fractures this ratio should be raised to a value of 8 to 10. In addition the plate screw density should be kept below a value of 0.5, indicating that less than half of the plate holes are occupied by screws.

相对稳定的适应证

干骺端骨折

骨干骨折

对于骨折愈合,不仅要考虑力学因素,也要考虑生物学因素。

要实现绝对稳定,必须达到解剖复位,其代价就是比较大的软组织剥离,破坏血运。

Ganz(1990)提出生物学固定的概念,要保护软组织,保护血运。

1997 mini incisions (MIPO,minimally invasive plate osteosynthesis)。1997年德国医生就觉得我的钢板置入,能不能不切开,经皮进入,即MIPO经皮钢板置入的方法。这样使得血运得到了保护。经皮置入钢板,不可能是绝对的稳定,肯定是相对的稳定,因此就提出所谓微创钢板置入的概念。

微创操作技术

经过软组织窗口进达骨骼

减少医源性软组织损伤

保护软组织及骨折端血运

良好的骨折愈合生物学环境

要求

骨干骨折间接复位

保护软组织

相对稳定

间接复位的方法:牵引、枕垫、Joystick(摇杆)、外固定架、撬拨复位、钳夹复位(点状复位钳,Collinear forceps)、AO distractor、Ex Fix(外固定架)。复位好了后,我们再打入锁髓内针或钢板,MIPO打入钢板也可以。

还有一个办法是我们用解剖接骨板来进行复位:先把接骨板经皮打入,使接骨板贴合骨面的状态下拧入螺钉。还可以用髓内钉进行复位,先把髓内钉自近端打入,再用近端找远端,对合后穿过。

总结

相对稳定

间接复位

功能复位

骨折端微动

保护血运

愈合率高

相对稳定要求的复位不是解剖复位,而是间接复位,要求达到功能性复位,骨折端可以有一定的微动,微动可以促进骨折愈合,另外它保护了血运,能够获得比较高的骨折愈合率。

参考文献

本文来源:云中瑞麟
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