骨折愈合的应力适应性研究

设计了生物适应性很强的力学控制装置──滑动机械加载控制器,对骨折断端没有应力遮挡,把肌肉动力与肢体负重力作为执行力学加载的源动力,通过压力传感器、多导传感放大器动态记录生理活动状态下断端受力情况及愈合过程中断端的应力状态。结果表明,同一时期内骨折断端压力随肌肉收缩及步态发生变化,不同愈合时间断端压力均值随时间的增加而逐渐增加,而滑动机械加载控制器上承载由术后当日平均2.4kg逐渐变小至术后五周平均0.78kg.同时,通过解剖显微镜进行断端骨痂显微观察,显示断端完全由外骨痂包绕,从而认为骨折断端压力变化是肢体功能恢复,断端骨痂承受载荷的表现,提示临床骨折固定后应适时地进行功能锻炼,肌肉收缩、患肢负重可为断端提供最好的力学环境──生理应力状态。     

骨折愈合的应力适应性研究──功能活动时兔胫骨断端应力状态的动态观察

设计了生物适应性很强的力学控制装置──滑动机械加载控制器，对骨折断端没有应力遮挡，把肌肉动力与肢体负重力作为执行力学加载的源动力，通过压力传感器、多导传感放大器动态记录生理活动状态下断端受力情况及愈合过程中断端的应力状态。结果表明，同一时期内骨折断端压力随肌肉收缩及步态发生变化，不同愈合时间断端压力均值随时间的增加而逐渐增加，而滑动机械加载控制器上承载由术后当日平均２．４ｋｇ逐渐变小至术后五周平均０．７８ｋｇ。同时，通过解剖显微镜进行断端骨痂显微观察，显示断端完全由外骨痂包绕，从而认为骨折断端压力变化是肢体功能恢复，断端骨痂承受载荷的表现，提示临床骨折固定后应适时地进行功能锻炼，肌肉收缩、患肢负重可为断端提供最好的力学环境──生理应力状态。     

光导纤维法对家兔胫骨骨折端间隙的活体观察

本文观察了夹板和髓内针固定条件下家兔胫骨骨折端间隙在骨折愈合过程的变化。通过光导纤维法观察和图像处理系统分析测量，Ｘ线片观察骨痂形成，结果显示骨折端间隙均值随骨折时间增加而逐渐减小，骨折端活动变化趋势与骨折后时间和肢体负重功能密切相关（Ｐ＜０．０１）。Ｘ线片显示６周时均有桥梁外骨痂桥架于骨折端而愈合。研究结果揭示实验性家兔胫骨骨折端纵轴位移在０．３３±０．１７～０．９５±０．４３ｍｍ范围内对骨折愈合有利。     

可控性应力与微动对骨折愈合影响的组织学研究

目的 探讨骨折端在不同轴向应力作用下,不同骨折愈合时期所需轴向应力的适宜力值. 方法 32只青山羊均行股骨干中段横行截骨制作骨折模型,按骨折端施加实验动物自身体质量的0倍(对照组)、1/6(A组)、1/3(B组)、1/2(C组)应力分为4组,每组8只.术后4、8周分批处死,每次每组处死4只,行大体观察和组织学观察,测量骨折端骨外膜骨痂面积. 结果 对照组有1只动物骨折端发生成角畸形,实验A、B、C组分别有1、2、4只动物骨折端发生成角畸形.术后4周,对照组、A、B、C组骨折端骨外膜骨痂面积平均值分别为(1.15±0.34)、(1.86±0.28)、(2.18±0.36)、(1.99±0.33)cm~2,A、B、C组分别与对照组比较,骨折端骨痂生成多,骨外膜骨痂面积差异有统计学意义(P<0.05).术后8周,沿轴向排列骨外膜骨痂中骨性骨痂多、致密,皮质骨松化明显;对照组、A、B、C组骨折端骨外膜骨痂面积平均值分别为(1.38±0.31)、(2.09±0.23)、(2.69±0.28)、(2.71±0.31)cm~2,A、B、C组分别与对照组比较,B、C组分别与A组比较,差异均有统计学意义(P<0.05). 结论 骨折端施加轴向应力时能促进骨折端骨痂生长,较大的应力强度能更好地促进骨折端骨痂生长,但同时会造成骨折愈合成角畸形发生率增高.骨折端施加自身体质量的1/3应力时骨折端成角畸形发生率较低,最适宜促进骨折端骨痂生长.     

骨折愈合的生物力学基础

随着生物力学、材料力学、分子生物学等边缘学科与骨科医学界的互相渗透,骨折治疗的概念和方法发生了一次革命。中西医结合治疗骨折,在无应力遮挡状态下,骨折自然愈合,这种应力状态与骨折愈合过程相适应。1　压应力与骨组织学变化骨折愈合期间,骨折断端如有一定的生物力学条件刺激可能会加速细胞分化,激发各种骨细胞的大量增生,形成骨痂,稳定断端,达到愈合的目的[1]。根据骨痂组织学观察,骨折愈合过程可分为炎症期、骨痂形成期、塑形期[2]。这种分类方法是对一般情况下自然愈合或普通固定下骨愈合过程的形态描述。加压固定绝对稳定时,骨折端…     

轴向应力促进胫骨骨折愈合的三维有限元力学参数优化研究

目的通过有限元方法建立胫骨骨折愈合仿真模型,利用有限元分析不同频率与大小组合的轴向应力促进骨折愈合过程,以期获得最佳理论参数。方法对一名健康志愿者胫骨进行CT扫描,通过Mimics、Geomagic、Abaqus等有限元软件建立胫骨骨折钢板内固定实体模型;观察胫骨骨折愈合过程中骨痂内部应力、应变及骨折端位移,比较骨折愈合仿真所获得的愈合模式图及骨痂单元数变化。结果通过有限元分析计算了胫骨骨折间隙内骨痂组织的应力、应变及位移,观察分析200 N、1 Hz组合参数分化的成熟骨组织细胞单元数是最多的。结论建立胫骨骨折愈合的三维有限元模型,通过三维有限元分析所获得的200 N、1 Hz为最佳理论参数组合,为临床个体化促进胫骨骨折愈合提供理论依据。     

骨折愈合过程中骨痂骨密度的定量分析

目的：应用双能X线骨密度测定仪（DEXA）观察骨折愈合过程中骨痂听骨密度变化，说明临床测定骨折愈合程度的方法。方法：对171例前臂骨折在正常愈合过程中骨折端区有其相邻两侧非骨折区骨矿物密度（BMD）变化，将结果进行自身对照研究。结果：在整个观察期内，骨折区BMD值呈显著上升趋势（P＜0．01）。结论：DEXA对骨折端听BMD跟踪可测定可客观准确地反映骨折端骨痂生长状况，从而使骨折愈合检测数量化。     

胫腓骨骨折3种手术固定方法疗效比较

目的比较3种手术方法治疗胫腓骨骨折的临床疗效。方法用钢板内固定、外固定支架及交锁髓内钉治疗胫腓骨骨折336例,分别对骨痂出现时间、骨折愈合时间及各种并发症的发生情况作统计学分析。结果336例均获随访,时间1～3年,钢板内固定组骨痂出现时间平均（49±3.92）d,骨折愈合时间平均（176±14.73）d;外固定支架组骨痂出现时间平均（52±4.1）d,骨折愈合时间平均（192±15.73）d;交锁髓内钉组骨痂出现时间平均（38±4.47）d,骨折愈合时间平均（148±11.46）d。交锁髓内钉骨痂出现时间及骨折愈合时间明显缩短、并发症的发生率也最低。结论交锁髓内钉治疗胫腓骨骨折（闭合性和GustiloⅠ、Ⅱ型开放性）优于钢板内固定及外固定支架。胫腓骨骨折手术固定方法选择原则为：①胫腓骨骨折端距关节面≥8 cm,交锁髓内钉应作为内固定物首选。②胫腓骨骨折端距关节面〈8 cm,钢板与外固定支架之间,应优先考虑选用钢板固定。③若胫腓骨骨折为严重开放性粉碎性骨折或骨折伴有皮肤软组织缺损、骨外露或软组织肿胀严重,上钢板无法封闭伤口,可选择外固定支架固定。     

主动负重和被动加载时骨折局部力学环境的比较研究

目的比较主动和被动加载时长骨骨折局部的生物力学环境，为选择理想的加载模式提供参考。方法建立胫骨中段横行骨折外固定系统的三维模型，通过改变骨痂弹性模量模拟骨折愈合早期（4—8周）愈合骨的刚度，利用有限元法计算主动负重与被动加载时骨折局部的力学环境及钉孔处的应力分布。结果主动负重时骨痂内部始终为压应力；被动加载在骨折愈合早期也为压应力，但随着骨痂刚度的提高，靠近外固定支架侧仍为压应力，对侧逐渐转为张应力。骨折断端的位移随着骨痂刚度的提高而降低，到术后8周位移接近为零。两种载荷方式钉孔处存在较高的压应力，但主动载荷时应力更高。结论在骨折愈合早期，宜采用体外的机械装置对愈合骨施加载荷，其力学影响因素为位移；随着骨痂的生长与钙化，应逐渐改为由患者主动部分和完全负重，其力学影响因素为应力。     

海水浸泡股骨开放性骨折的早期救治

目的利用犬动物模型研究海水浸泡股骨开放性骨折的伤情特点及早期救治方法。方法20只华北成年犬,随机分为对照与海水浸泡两组。于股骨中段截骨制备开放性骨折的动物模型,实验组犬浸泡于海水中3h,对照组于笼内放置3h,两组均于3h后行伤口清创、钢板螺钉内固定术。结果①对照组和海水浸泡组分别有1只和3只动物伤口感染(P>0.05);②病理结果显示海水浸泡组软骨骨痂较多;③生物力学测试两组骨愈合刚度分别为(451.49±183.00)N和(150.15±20.16)N(P<0.05);④影像学观察两组骨痂形成及骨愈合无明显差别。结论①海水浸泡使开放骨折感染率有增高趋势。②海水浸泡使骨折愈合质量下降,骨折愈合过程有延迟倾向。③生物力学测定示海水浸泡开放骨折愈合强度明显低于对照组。④内固定有增加伤口感染的风险,但在股骨这一特定部位可选择性应用。     

肌肉活动方式对骨痂骨密度及X线片灰度值的影响

目的 探讨有利于骨折愈合的肌肉活动方式。方法 应用兔实验性骨折复位固定器对１８只兔一侧小腿胫腓骨中段骨折进行复位固定,以不同强度的电信号,刺激坐骨神经获得不同肌力的肌肉收缩活动。     

天鹅型形状记忆接骨器对骨折愈合时应力遮挡率及骨痂成熟过程的影响

目的：探讨天鹅型形状记忆接骨器固定下骨折愈合时应力遮挡率随时间的变化以及骨折处超微结构和力学性能的特点。方法：新西兰兔行单侧肱骨干横断截骨,实验组以天鹅记忆接骨器内固定,对照组以加压钢板固定。分别于术后第2、4、8、12、16周时取材,测定应力遮挡率和愈合骨的生物力学性能,并观察骨折端的超微结构变化。结果：愈合过程的前12周内实验组的应力遮挡率明显较低而力学性能则高于对照组,电镜观察则显示实验组矿物质沉积领先于对照纽且胶原纤维排列整齐。结论：天鹅记忆接骨器应力遮挡效应较小,加快了成骨细胞的分化成熟,促进了骨痂细胞外基质的生成和钙化,从而提高了愈合骨的力学性能。     

A comparison of the effects of ibuprofen and rofecoxib on rabbit fibula osteotomy healing

Background and purpose Non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) inhibit cyclooxygenase (COX) activity, which is the rate-limiting enzyme in the synthesis of prostaglandins. Previous studies have indicated that NSAID therapy, and in particular NSAIDs that specifically target the inflammatory cyclooxygenase (COX-2), impair bone healing. We compared the effects of ibuprofen and rofecoxib on fibula osteotomy healing in rabbits to determine whether nominal, continuous inhibition of COX-2 with rofecoxib would differentially affect fracture healing more than cyclical inhibition of COX-2 using ibuprofen, which inhibits COX-1 and COX-2 and has a short half-life in vivo.

Methods Bilateral fibula osteotomies were done in 67 skeletally mature male New Zealand white rabbits. The rabbits were treated with placebo, rofecoxib (12.5 mg once a day), or ibuprofen (50 mg 3 times a day) for 28 days after surgery. Plasma ibuprofen levels were measured by HPLC analysis. Bone healing was assessed by histomorphometry at 3 and 6 weeks after osteotomy, and at 6 and 12 weeks by torsional mechanical testing.

Results Plasma ibuprofen levels peaked and declined between successive doses. Fracture callus morphology was abnormal in the rofecoxib-treated rabbits and torsional mechanical testing showed that fracture healing was impaired. Ibuprofen treatment caused persistence of cartilage within the fracture callus and reduced peak torque at 6 weeks after osteotomy as compared to the fibulas from the placebo-treated rabbits. In the specimens allowed to progress to possible healing, non-union was seen in 5 of the 26 fibulas from the rofecoxib-treated animals as compared to 1 of 24 in the placebo group and 1 of 30 in the ibuprofen treatment group.

Interpretation Continuous COX-2 inhibition as modeled by rofecoxib treatment appears to be more deleterious to fracture repair than cyclical cyclooxygenase inhibition as modeled by ibuprofen treatment. Ibuprofen treatment appeared to delay bone healing based upon the persistence of cartilage within the fracture callus and diminished shear modulus. Despite the ibuprofen-induced delay, rofecoxib treatment produced worse fracture (osteotomy) healing than ibuprofen treatment.     

轴向叩击应力对内固定和外固定治疗胫骨骨折影响的有限元分析

目的 评价钢板内固定与外固定架固定两种固定方式治疗胫骨横行骨折的最佳叩击理论参数。方法 对成年健康雌性山羊胫骨进行薄层CT扫描,所获图像分别通过Mimics软件、Abaqus软件建立胫骨横行骨折内固定和外固定三维有限元实验模型。固定胫骨近端,胫骨远端则施加轴向应力,频率分别为0.5 Hz、1 Hz、1.5 Hz、2 Hz、2.5 Hz、3 Hz,载荷分别为100 N、150 N、200 N、250 N、300 N,参数两两组合后采用迭代运算,模拟骨折愈合微观变化特征及骨折愈合情况,观察胫骨骨折愈合过程中愈合组织内应变、应力及位移,内固定和外固定所承受应力、变形,骨痂转化过程及愈合模式图。结果 成功获得山羊胫骨横行骨折内固定和外固定愈合组织转化过程中内应变、应力、位移、固定物所承受应力、变形云图及骨折愈合模式图。组合参数为200 N、1 Hz时,胫骨骨折在内固定和外固定方式下骨折愈合所需时间均最短。结论 200 N、1 Hz组合参数为山羊胫骨横行骨折内固定和外固定骨折愈合的最佳理论参数,为临床试验最佳应力刺激促进胫骨骨折愈合提供了理论依据。     

Effect of Stabilization on the Healing Process of Femur Fractures in Aged Mice

Background: The influence of mechanical stability on fracture healing has previously been studied in adult mice, but is poorly understood in aged animals. Therefore, we herein studied the effect of stabilization on the healing process of femur fractures in aged mice. Methods: Twenty-four 18-month-old CD-1 mice were stabilized after midshaft fracture of the femur with an intramedullary screw. In another 24 18-month-old mice, the femur fractures were left unstabilized. Bone healing was studied by radiological, biomechanical, histomorphometric, and protein expression analyses. Results: After 2 and 5 weeks of healing, the callus of nonstabilized fractures compared to stabilized fractures was significantly larger, containing a significantly smaller amount of osseous tissue and a higher amount of cartilaginous tissue. This was associated with a significantly lower biomechanical stiffness during the early phase of healing. However, during the late phase of fracture healing both nonstabilized and stabilized fractures showed a biomechanical stiffness of ～40%. Of interest, Western blot analyses of callus tissue demonstrated that the expression of proteins related to angiogenesis, bone formation and remodeling, i.e. VEGF, CYR61, BMP-2, BMP-4, Col-2, Col-10, RANKL, OPG, did not differ between nonstabilized and stabilized fractures. Conclusion: Nonstabilized fractures in aged mice show delayed healing and remodeling. This is not caused by an altered protein expression in the callus but rather by the excessive interfragmentary movements.     

闭合性胫骨骨折兔模型的建立与评估

目的：探讨改良设计的三点弯曲骨折装置用于建立闭合性胫骨骨折兔模型的效果。方法：选取6月龄SPF级健康雄性新西兰兔40只,体质量2.5~3.0 kg,制备闭合性胫骨骨折兔模型,并于术后6周进行模型验证。预造模组5只,造模前未行临时外固定,后以改良设计三点弯曲骨折装置进行骨折;正式造模组35只,造模前行穿针及夹板外固定,后以改良设计三点弯曲骨折装置进行骨折。于术后2 h及4、6周行影像学、组织病理学评估骨折模型情况及愈合进程。结果：造模后2 h,预造模组呈不同程度的斜行骨折且断端明显移位;正式造模组除1只粉碎性骨折,2只弯曲蝶形骨折,2只未显示明显骨折线外,其余均呈简单横行及斜行骨折,断端无明显移位。根据判定标准,模型成功率为85.71%。造模后4周,实验兔固定针及夹板位置良好,骨折对位对线良好,骨折线已模糊不清,骨折端周围可见大量连续骨痂生长,骨痂密度较高。造模后6周,镜下见骨折处大量粗大的新生骨小梁,边缘成骨细胞附着并见少量巨噬细胞,膜内成骨区域为编织骨阶段,骨折处髓腔已部分再通,骨痂处于吸收塑性阶段,可见大量破骨细胞。X线显示骨折线几乎消失,髓腔部分已通,周围见外骨痂减少,骨痂处于塑形期,骨皮质连续。提示骨折模型呈二期愈合。结论：改良三点弯曲骨折装置可建立稳定的闭合性胫骨骨折兔模型,且操作简便,符合骨折愈合相关基础研究对闭合性骨折模型的要求。     

荷载对骨愈合影响的生化观察

目的 从生化观点探讨断端应力对骨愈合的影响。方法 取１岁龄山羊６只,常规无菌操作,造成双侧胫骨横断骨折,采用“测力式骨科固定器”固定,荷载由０到５００Ｎ,步度为５０Ｎ,术后７周处死,取向胫骨并制备实验样品做红外光谱分析,根据不同应力区间所含有机质和羟基磷灰石之比,确定断端骨痂愈合质量。结果 各种品吸收带图形一致,波峰相似,说明骨痂所含物质成份相同;但透过率有差异,波峰高低不同,反映出不同应力下骨痂     

个体化可控性应力外固定技术在胫骨开放性骨折中的应用

目的:研究个体化可控性应力外固定架在治疗胫骨开放性骨折时的临床疗效。方法 :2018年12月至2020年7月收治60例胫骨开放性骨折患者,男35例,女25例;年龄23～58岁;病程1.2～10.0 h。根据术后对骨折端应力刺激的大小将其分为4组,其中包括无应力组(15例)及不同应力刺激的3组(各组15例)。所有胫骨开放骨折患者行可控性应力外固定支架手术治疗,术后4周,应力组以患者体重为参考,调节弹性外固定架向骨折端施加自身体重1/6、2/6、3/6的轴向应力。观察所有患者术后伤口愈合情况,随访术后4、6、8、10、12周时骨折断端平扫CT图片,计算每10个扫描平面骨痂面积的平均值,比较各组间的差异。观察终末随访患者的骨折愈合情况,并进行统计学分析。结果:术后所有患者伤口愈合良好,其中有7例Ⅱ期行游离植皮及转移肌皮瓣手术。所有患者获得随访,时间12～24个月,平均16.5个月。终末随访结果显示应力组和无应力组的骨折愈合比较差异有统计学意义(P0.05)。给予骨折端轴向应力刺激后,4、6、8、10、12周对所有患者骨折断端行CT检查,计算10个平扫平面骨痂面积的平均值分别为:无应力组(0.275±0.092)、(0.383±0.051)、(0.412±0.048)、(0.472±0.019)、(0.548±0.036) mm2,应力组的骨痂长入面积值明显高于无应力组,通过比较各组数据差异有统计学意义(P0.05)。结论:采用可控性应力外固定技术治疗胫骨开放性骨折时,4周后根据患者自身体重调节弹性外固定架,予骨折端施加一定的轴向应力,有利于患者骨折的愈合,可以降低开放性骨折骨延迟愈合或不愈合的发生率,具有一定的应用价值。     

从生物力学角度探讨斜形与横形骨折对骨折愈合的影响

目的 探讨斜形与横形骨折对骨折愈合速度影响的关系。方法 根据骨骼压电效应原理、临床观察、骨折临床愈合标准，并经电子计算机有限元计算，比较斜形与横形不同骨折形状骨折愈合的快慢。结果 横形骨折复位满意后固定牢固稳定，在骨折的早、中、后期均可承受压应力产生压电效应，斜形骨折则不能，而压电效应可促进骨痂生长。在悬臂梁状态（相当于上肢平举）骨折端所受应力与斜形或横形骨折的形状并无明显关系，而与骨折部位有很大关系。结论 在同一个体、相同部位、骨折复位好的情况下横形骨折比斜形骨折愈合较快。     

循环应力促进骨折愈合的生物力学实验研究

目的：探讨循环应力对骨折愈合的生物力学影响。方法：应用循环应力刺激仪,对８６只新西兰大白兔进行促进桡骨骨折愈合的动物实验研究。设对侧桡骨对照组。定期取标本做三点弯曲应力、弯曲力矩、抗弯刚度及骨痂横截面积等生物力学测定。结果：１２ｄ后,两组间弯曲力矩有显著性差异（Ｐ＜００１）。１５ｄ后弯曲正应力、抗弯刚度及骨痂横截面积出现显著性差异（Ｐ＜００１）。特别是抗弯刚度,差别＞４７％。提示循环应力刺激可提高骨痂的材料特性与结构特性。结论：加强其抗弯曲能力与抗破断能力,能促进骨折的愈合。