陳居文，王永清，趙志輝，孫靜濤

（天津市第四中心醫(yī)院骨科，天津 300140）

骨折固定經(jīng)歷了力學接骨術(shù)，即AO（association for osteosynthesis,AO）接骨術(shù)，它強調(diào)骨折解剖復位、堅強內(nèi)固定、無創(chuàng)操作和無痛功能活動。AO理念開創(chuàng)了骨折內(nèi)固定新的里程碑，但這種堅強剛性固定產(chǎn)生的應力遮擋，可導致骨折延遲愈合、骨質(zhì)疏松、骨皮質(zhì)變薄、拆除內(nèi)固定后可再骨折［1］。鑒于AO 的缺陷，人們提出了生物學接骨術(shù)理論，即BO（biological osteosynthesis,BO）接骨術(shù)，焦點從骨折力學固定轉(zhuǎn)向了生物固定，強調(diào)保護骨軟組織的血運、正確的長度、軸線、無成角及旋轉(zhuǎn)，可靠而無加壓的固定［2］。BO 是對AO 的發(fā)展和創(chuàng)新；然而骨折愈合除了血液供應等內(nèi)在生物因素外，在很大程度上還取決于骨折有適當?shù)膽Υ碳さ韧庠诹W因素［3，4］，因此在BO 基礎(chǔ)上，又提出了彈性接骨術(shù)（elastic osteosynthesis,EO）理念。本文從EO 的內(nèi)涵及材料、EO的特點、EO 理念、優(yōu)缺點及適應證等幾個方面進行綜述。

1 EO 的內(nèi)涵及材料

EO 經(jīng)歷了一個發(fā)展過程。上世紀80 年代末，數(shù)學家顧志華和中醫(yī)骨傷專家孟和提出了彈性固定三項準則：斷端保持幾何位置相對不變固定和功能活動對斷端的正常應力分布干擾較小；非功能替代性固定；斷端保持間斷性生理應力。Perren 為EO 的代表人物，他認為EO 是BO 的延續(xù)和發(fā)展，是通過廣泛橋接無加壓固定骨折可達到促進骨折愈合的目的［2，4］。Glatt 等［5，6］提出了EO 假說：骨折的最佳固定方式是在早期采取彈性固定，可促使大量骨痂形成；在后期采取剛性固定，減小組織應變使骨痂成熟和橋接；此假說稱為“反向動力化方案”，強調(diào)早期動態(tài)固定，后期靜態(tài)固定，與傳統(tǒng)的骨折固定原則不同。除鎖骨外成人EO 應用罕見報道［7～11］。

何為EO？應用具有彈性變形特性的低彈性模量材料減少固定材料的功能替代，降低骨折固定剛性，使骨折端傳導力，在功能活動的負荷下接觸的骨折塊間產(chǎn)生相對微小位移，刺激血管長入骨折區(qū)域，促使骨痂迅速產(chǎn)生并與主骨（骨折區(qū)域兩端完整的骨骼）愈合，稱為EO，它包含兩個內(nèi)涵，即彈性固定和加速骨折愈合。

設(shè)計彈性固定器材除了考慮材料的彈性模量外，還需要考慮器材的結(jié)構(gòu)、構(gòu)型、與骨的接觸情況，還要考慮彈性微動與穩(wěn)定的關(guān)系［12］。EO 要求置入物有足夠強度和適宜剛度，要求其彈性模量近似于骨彈性模量。目前臨床常用的置入物材料中不銹鋼彈性模量188～210 GPa，純鈦102～116 GPa，鈦合金101～114 GPa［13～15］；骨的彈性模量為7～30 GPa［16］。相比較而言，鈦合金的彈性模量接近于骨的彈性模量，但是仍然遠遠高于人體骨彈性模量，臨床應用應力遮擋大［17］。鎳鈦合金具有超彈性特性，彈性模量30～70 GPa，但是鎳鈦合金材料固定骨折仍在研究完善中［5，15］。目前出現(xiàn)一種新型材料—β-鈦合金（Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn 和Ti-24Nb-4Zr-8Sn，彈性模量為42 GPa 和49 GPa）具有超低彈性模量（近似骨彈性模量）和較強的機械強度［18］，能夠兼顧彈性與穩(wěn)定，有可能成為將來理想的骨折彈性固定材料。

2 EO 的特點

2.1 EO 的3 種固定方式

作者總結(jié)EO 包含3 種固定方式：彈性外固定（outside elastic osteosynthesis, OEO）、彈性髓外固定（extramedullary elastic osteosynthesis, EEO）和彈性髓內(nèi)固定（intramedullary elastic osteosynthesis,IEO）。

外固定架屬于OEO。隨著負荷的增加，Schanz釘出現(xiàn)彈性彎曲，使骨折的固定剛度降低，骨折部位出現(xiàn)軸向彎曲和剪切的綜合應力，可刺激骨折端形成骨痂［19］。在臨床上作者也觀察到提高外固定架的穩(wěn)定性，減少微動，骨折愈合率明顯下降；外固定架術(shù)后8～12 周，可見骨折愈合而拆除外固定架。鋼板或者髓內(nèi)釘拆除時間一般為1.5～2 年［20］。應用外固定架可加速骨折愈合，除了微創(chuàng)外，EO 也是一個非常重要的因素［21～23］。

鎖定鈦合金板要求最小的骨板接觸、較長的跨度、較少的螺釘，鎖定螺釘分散固定在遠離骨折區(qū)域板的兩端上，板對側(cè)骨塊微動刺激形成骨痂明顯，有人認為這是一種彈性固定［2，10］，屬于EEO。但是真正的彈性釘板系統(tǒng)尚需要材料和制造工藝上的改進。橋接組合內(nèi)固定系統(tǒng)也屬于EEO，隨著載荷的增加，橋接棒彈性彎曲減小應力遮擋，骨折端存在可控應力，加速骨愈合［24］。

彈性髓內(nèi)釘是軸心固定，屬于IEO，骨折端接受均勻?qū)ΨQ性應力刺激，骨痂的形成是均勻?qū)ΨQ性的，骨折愈合遠遠強于偏心固定的鎖定接骨板［25］。

2.2 EO 力學環(huán)境

骨折間隙、應變、微動、應力及方向構(gòu)成骨折端力學環(huán)境［26］，它決定骨愈合模式［2，13］。可控應力使骨折塊間應變（interfragmentary strain,IFS）控制在一定范圍內(nèi)，促進骨折愈合。不可控應力導致骨折畸形愈合或不愈合［2，18］。應力的方向可以是軸向、橫向剪切、旋轉(zhuǎn)剪切。在合理的骨折間隙下，IFS 大小與骨折愈合有很強的相關(guān)性。Hente［27］用山羊作實驗：在2 mm 截骨間隙下，IFS＜7%時骨折間隙直接連接，超過13%時僅在間隙外可見間接連接骨痂，超過36%時骨痂不能連接骨碎片，出現(xiàn)肥大性不愈合的情況。

預測骨折愈合最佳力學環(huán)境為：IFS 為2%～10%、微動范圍為0.2～1 mm、骨折間隙為1～3 mm［13，26～29］。間隙過小（如10 μm） 或過大（＞5 mm）都可能發(fā)生延遲愈合或不愈合［16］。

骨愈合生物力學原則是充分利用在功能情況下的力學狀態(tài)去控制骨修復，而不去干擾破壞骨應承受的力學狀態(tài)。合適的應力具有誘導血管生成效應［23］，應力-血管生成-新骨生成在時間和空間上存在偶聯(lián)關(guān)系。EO 通過微創(chuàng)操作彈性固定橋接骨折間隙，保持間隙內(nèi)碎片對齊，但允許碎片范圍內(nèi)的彈性微動產(chǎn)生應變，創(chuàng)造了一個良好的骨折微環(huán)境，修復骨組織。

2.3 彈性固定與骨折穩(wěn)定是骨折愈合過程中矛盾的對立統(tǒng)一體

大多數(shù)文獻只強調(diào)骨折的穩(wěn)定，而忽視骨折碎片區(qū)域的微動。骨折是在固定與活動中愈合。移位的骨折需要復位固定才能達到理想的功能［10］，而骨折固定后應力遮擋與骨折愈合又產(chǎn)生了一對矛盾，特別是剛性固定，影響骨折愈合［2,4］。正常新鮮骨折保守治療的愈合時間為2～3 個月［20］，切開復位內(nèi)固定破壞骨折微環(huán)境，骨折愈合時間延長，往往需要1.5～2 年才能取出內(nèi)固定［4，20］。而EO 對骨折微環(huán)境影響較小，骨折愈合時間6～15 周與新鮮骨折的保守治療一致，術(shù)后10～18 周，取出內(nèi)固定，是理想的固定方式［8，9］。

EO 的可控應力要避免骨折不穩(wěn)定導致固定失效。Perren 將骨折的穩(wěn)定性定義為負荷導致的骨折界面相對移位程度。不穩(wěn)定常會產(chǎn)生骨折界面的摩擦效應導致骨吸收，X 線片上表現(xiàn)為斷裂骨痂。Perren 提出的IFS 是一個描述骨折固定穩(wěn)定性的力學指標，為在可控微動與穩(wěn)定之間達到微妙的平衡提供參考［4，5，16，23］。作者認為EO 中無痛功能活動是可控應力量的參考標準。

2.4 限制性彈性固定具有微應力遮擋效應并促進骨折愈合

骨折重建后骨折區(qū)承受的總載荷由置入物和骨共同承擔。當置入物分擔的載荷減小，骨承擔的載荷就相應增加［13，14］；當剛性置入物承擔全部載荷，置入物沒有變形，骨折端也沒有變形移位的趨勢，骨折端的應變?yōu)榱悖唇^對剛性固定。當彈性置入物出現(xiàn)變形，骨折端出現(xiàn)應變，而彈性置入物分擔了載荷，骨折間隙形成應力保護空間；隨著變形增大彈性置入物分擔的載荷隨之增大，通過增大的彈性勢能來控制骨折端的微動，可阻止骨折端活動過大，即限制性彈性固定。

骨承受的載荷與置入物彈性模量呈負相關(guān)。當置入物彈性模量遠大于骨，會導致載荷從置入物到鄰近骨的轉(zhuǎn)移較差，骨承受的載荷較小，應力遮擋較大［18］。Yan 等［12］通過3D 打印將置入物的彈性模量降低到50 GPa，接近于骨的彈性模量，結(jié)果證明在骨折部位能夠保持微小的應力遮擋。

骨折及力學信號的刺激啟動骨痂生成反應，無數(shù)次骨痂生成反應疊加的結(jié)果是骨折愈合。Kenwright在《柳葉刀》發(fā)表文章證實，限制性彈性固定的應力刺激加速骨折愈合。Bottlang 等［25］在綿羊脛骨上實施3 mm 截骨間隙，實驗組骨折端存在1.5 mm 微動，術(shù)后9 周比較骨折愈合速度和強度，證明實驗組骨折愈合更快、更強。與剛性固定相比，1 mm 軸向微動提供了3 倍以上的愈合強度和2 倍以上的愈合速度［28］。

2.5 EO 貫穿骨折愈合全過程

Bartnikowski 等［6］認為骨折彈性固定早期，由于疼痛患部不敢承擔負荷，骨折端彈性變形小，應力刺激也小，形成一個有利于骨細胞增殖和骨痂形成的微環(huán)境。彈性固定后期，隨著骨痂強度增加，骨折端承擔無痛活動負荷逐漸增加，可接受的應力刺激也增加，促進骨痂成熟和塑形［23，29］。隨著愈合而動態(tài)變化的負荷可形成一個適應骨折最快愈合的刺激應力［14］。綜上，作者認為，骨折愈合的整個過程中，都需要彈性固定的應力刺激，而且是動態(tài)變化的，骨折愈合不同階段所需的應力值不同，以無痛活動負載為參考標準。

3 EO 理念

傳統(tǒng)觀點認為骨折愈合早期需要堅強固定，后期需要平衡固定；骨折端的軸向應力有利于骨折愈合，而旋轉(zhuǎn)、彎曲和剪切應力不利于骨折愈合［22，29，30］。作者團隊的研究并參考大量的文獻［2～12，15～18，31，32］，對EO 理念進行歸納：（1）在保證骨折對位對線的基礎(chǔ)上，骨折愈合的全過程均需要彈性固定，無論骨折早期還是后期，但不同階段需要的應力刺激不同，以無痛功能鍛煉的負荷作為骨折端所需應力的適應范圍；（2） 可控微動與穩(wěn)定之間存在一個動態(tài)平衡，IFS 作為骨折固定穩(wěn)定性的參考指標，IFS 太大或者太小均不利于骨折愈合。限制性彈性固定具有微應力遮擋，能夠促進骨折愈合；（3）間斷可控的旋轉(zhuǎn)、彎曲和剪切應力同軸向應力一樣促進骨折愈合，但骨折界面持續(xù)的不可控的旋轉(zhuǎn)、剪切摩擦導致磨損性骨吸收；（4） 微應力遮擋和微創(chuàng)是EO 理念的精髓［31］。

4 EO 優(yōu)缺點及適應證

與其他固定技術(shù)相比，EO 能夠形成有利于骨折愈合的微環(huán)境：（1）生物力學環(huán)境：微應力遮擋使應力刺激骨折端產(chǎn)生應變效應，應變是組織細胞分化的關(guān)鍵生物力學因素［4，27］；（2）生物環(huán)境：微創(chuàng)操作保護了骨折局部血運和骨折端血腫，它含有大量的間充質(zhì)干細胞，為骨折提供大量的生長因子。但是可控微動變成不可控運動將不利于骨愈合。王永清團隊經(jīng)過多年對EO 研究，設(shè)計了多種彈性鎖定髓內(nèi)釘，已將EO 應用于多部位骨折。

EO 要求骨折區(qū)有良好血運，慎用以下情況：（1）骨腫瘤滅活骨再回植固定；（2）骨缺損大段異體骨移植重建固定；（3）關(guān)節(jié)內(nèi)骨折不建議使用；（4）病理性骨折；（5）嚴重骨質(zhì)疏松癥慎用EO。

5 展 望

在骨折治療歷史上，每一個階段的進步都是在前一階段基礎(chǔ)上的發(fā)展和創(chuàng)新。EO 不是對AO 的否定，也不是對BO 的拒絕，而是發(fā)展了BO 的優(yōu)點，摒棄了AO 的缺點。EO 促進骨折愈合的基礎(chǔ)研究正在進一步完善，使EO 理念獲得基礎(chǔ)理論的支持。此外，臨床上微動量與骨折穩(wěn)定很難掌控，但隨著彈性固定器材進一步完善將會解決。設(shè)想智能置入物能夠?qū)崟r測量骨折愈合不同時期所需要的最佳微動量以及骨痂形成的情況，相信骨折治療將會從開放直視復位和剛性內(nèi)固定，逐漸向智能化、數(shù)字化、微創(chuàng)化的間接復位和彈性固定發(fā)展。