兒童骨折內固定術后應力遮擋致骨吸收治療研究*

張龍華,凡則能,甘 泉,劉 煒,蔣 俊,曾德妙△

(1.云南省滇南中心醫院/紅河州第一人民醫院骨科診療中心,云南 蒙自 661100;2.武警云南省總隊機動第二支隊衛生隊,云南 迪慶 674499)

應力遮擋效應(Stress shielding)即當二個或二個以上具有不同彈性模量的成分組成一個機械系統時,將會發生載荷、應力和應變重新分配現象。具有較高彈性模量的成分承擔較多的載荷,較低者少承擔或不承擔載荷,應變也相應減少。骨科內/外固定材料大多和骨骼是不同質地的材料,骨折內/外固定術后,骨折愈合初期內/外固定裝置能承擔應力,保證良好的力學環境,利于骨折愈合。但在骨折愈合后期,應力遮擋效應則導致正常的生理應力刺激被屏蔽,如這種作用的長期存在,將導致骨質疏松和骨強度下降、甚至骨質吸收等不利變化[1],因此需要采取相應的措施。本文納入2015年1月-2020年8月期間,在云南省滇南中心醫院醫院骨科診療中心收治的5例兒童骨折內固定術后骨質吸收、骨骼變細的臨床病例,現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2015年1月-2020年8月本科室收治的兒童骨折內固定術后骨質吸收患者5例,男2例、女3例,年齡為3～8歲。5例患者均在本科室行手術治療,并予以外固定、對癥及定期復查等處理,見表1。納入標準:(1)兒童患者;(2)切開復位內固定患者;(3)無神經血管損傷者。排除標準:(1)成年患者;(2)合并術后感染、慢性骨髓炎患者;(3)肢體神經血管損傷患者;(4)存在骨代謝異常患者:如成骨不全、甲狀腺功能不全等;(5)不能配合治療或不能獲得規范隨訪者。

表1 5例骨折術后局部骨質吸收患兒臨床資料

1.2 臨床表現及治療

5例患者均為兒童,骨折內固定術后定期復查,術后1月時骨折作為骨痂生長明顯,3～5月時逐漸出現骨質吸收情況,予以取出內固定物并石膏保護下適當功能鍛煉,術后繼續定期回院復查,所有患兒術后定期復查時均見骨質吸收情況以及逆轉,骨量及骨骼形態基本恢復正常。

典型病例(病例1):患兒女性,5歲零5月,2016年03月27日因“左尺橈骨骨折術后7月余”以“左尺橈骨骨折術后,骨性愈合”收住院治療。患兒于2015年8月摔傷左前臂疼痛,畸形,活動受限13 d后到于本院住院并行左尺橈骨骨折切開復位鋼板內固定術見圖1,術后復查X線見骨折復位良好,內固定物位置良好,術口恢復可,出院后定期復查X線,3月23日復查DR示骨折已愈合見圖2,予收住院。患兒病程中精神可,飲食,大小便正常,體重無明顯改變。專科檢查:左前臂內外側分別見縱行陳舊性手術瘢痕,左肘及左腕屈伸活動正常,左前臂旋轉活動正常,左上肢遠端皮膚感覺良好,肢端循環良好。術前生化及血常規等抽血檢查未見異常。無明顯手術禁忌癥后行內固定物物取出,術中見尺骨明顯吸收、變薄、變細,內固定物取出術后予石膏固定并復查X線見圖3A、3B。術后6月復查X線見尺骨形態基本恢復正常見圖3C、3D。

圖1 術前及術后X線(A、B術前X線;C、D術后X線)

圖2 術后復查X線(A、B 術后2月時X線;C、D術后5月時X線)

圖3 內固定物取出后復查X線(A、B 術后;C、D術后6月時X線)

2 討論

骨折多見于兒童及老年人,部分需行手術治療[3],主要有閉合復位固定或傳統切開復位固定、微創及鏡下復位固定等術式,固定材料更為豐富,如何選擇一種合適的手術方式和合理的固定材料已經成為手術的重要內容,術后的鍛煉和康復也影響了肢體功能的恢復程度。兒童骨折作為骨折中的特殊情況,不合適的術式和固定材料的選擇可能導致最終的治療失敗。

彈性模量是物質的特性之一,不同材料具有不同的彈性模量,不同的彈性模量即導致了應力遮擋,生物材料與金屬材料之間的彈性模量相差明顯,堅硬的內固定材料如鋼板對于骨折段所造成的應力遮擋可致使局部骨質疏松、甚至再骨折[4]。骨折固定材質的強度越高,這種應力遮擋表現的越明顯,有動物實驗表明堅硬接骨板下可出現骨萎縮、骨質吸收,甚至再骨折。其原因是接骨板下骨量的丟失導致局部失應力性骨質疏松、骨折段的強度減低[5]。

經在1975年至2021年PubMed、Sciencedirect、中國知網等文獻檢索發現,1例患兒尺骨干部分吸收并多次手術及植骨治療仍未能治愈骨折[6],部分患者內固定物取出后出現再骨折[7],見表2。近年來,應力遮擋所致再骨折等不良事件已較為罕見,大多對應力遮擋的研究集中在機制研究和新材料的研發上[8]。也有患者因為應力遮擋致骨折不愈合,鋼板應力集中最終導致鋼板斷裂[9]。目前,學者們普遍認為應力遮擋在骨折固定初期是必須的,早期可避免骨折處受到過大的應力,有效保證骨折區良好的力學環境、利于骨折的愈合,但固定后期,骨折愈合后,固定裝置的應力遮擋效應會導致局部骨組織的失用性改變[10]。

表2 文獻病例匯總

也有學者認為,骨折后固定裝置下的骨質疏松、骨質吸收原因復雜,除應力遮擋之外,血管影響、術肢活動量減少、神經損傷、骨折復位不良等也是因素之一。同時,這些因素還會影響肢體康復和最終療效。對此,AO系統提出了骨折手術的四大原則:(1)骨折解剖復位;(2)絕對可靠的符合生物力學的堅強固定;(3)保護骨折局部的血供;(4)早期活動骨折鄰近的關節,防止骨折病的發生[11]。隨著醫學材料的發展,各固定裝置的彈性模量進一步接近人體骨骼彈性模量,3D打印技術則設計了更為個性化外觀和質地的固定裝置[12];可吸收內固定裝置在骨折愈合后則逐漸被機體吸收而消除局部應力遮擋并避免了二次手術所導致的局部血供和組織損傷[13];而髓內釘、llizarov外固定裝置、橋接鋼板、解剖鋼板、鎖定鋼板、以及其他特殊鋼板或螺釘等內固定裝置的出現為骨折手術提供了更多更合適患者個體的選擇[14-16]。同時,手術方式在很大程度上有了飛速的發展,關節鏡及微創經皮鋼板內固定(Minimally invasive percutaneous plate osteosynthesis,MIPPO)技術、閉合復位髓內釘或外固定架等微創術式的出現,在很大程度上保護了局部血供,減少了再骨折風險。近年來,因為術后應力遮擋而導致的再骨折已經鮮有報道。而兒童骨折,因為其骨質構造的特殊性和快速生長的特性,在治療措施和術后處理上存在一定的特殊性,有研究提示,應力遮擋問題的關鍵在于固定材料究竟分擔了多少骨骼的應力,因為固定材料對骨骼的力學分流還與固定材料的空間構型、橫截面積、肢體的功能狀態等相關[17],固定材料過于堅強甚至剝奪骨骼的剪切應力時,不僅會導致愈合障礙,甚至會影響骨骼的增粗機制,導致長骨萎縮變細[18],而大多數兒童骨骼直徑相對內固定鋼板較小,且骨質柔韌,強度不足,導致其彈性模量與內固定材料相差更大,應力遮擋效應更為明顯,本報道中5例患兒雖出現了局部應力遮擋效應所致骨質吸收,尤其是上述典型病例,尺橈骨干明顯吸收、變細,吸收方向與鋼板放置方向一致,與既往研究結果相符。但因為及時輔以石膏固定和適當功能鍛煉等干預,并未出現內固定取出術后再骨折,隨訪6月后發現骨質已恢復正常。既往也有研究提示,通過對骨折后骨質吸收的未成年患者更換骨折固定方式和適當鍛煉,可以改變應力遮擋效應、盡快恢復骨質正常結構[19,20],與該研究基本符合。

總之,應力遮擋效應是普遍存在于各類骨折固定術后,尤其是兒童骨折,正確的固定裝置選取、恰當的手術方式和合理的功能鍛煉、術后定期復查是預防和降低應力遮擋效應的有效措施[21],如一旦發現局部骨質吸收和再骨折等情況則須予以積極的治療。