骨折愈合及早期诊断的研究进展

尽管90%～95%的骨折都能够愈合，但骨不连仍是目前骨折治疗须面临的重要难题之一。美国每年骨折患者约有500万人，骨不连的发病率约为5%～10%[1]。由于骨不连产生的疼痛、肢体功能和心理障碍等，给患者带来了极大的痛苦，同时，也增加了患者及社会的经济负担。临床上许多骨不连或者延迟愈合的问题往往出现在骨愈合的早期，等到发现已为时已晚。X线片目测骨盐含量变化达成25%才能分辨，因而无法观察极有临床意义的早期变化。现将骨折愈合及其早期诊断的研究进展报道如下。　　

1 骨折愈合理论和骨不连的定义　　

1.1 McKibbin[2]在1978年提出了骨折愈合领域一个里程碑性的概念。他发现人体截肢的骨残端几乎不生长骨痂，于是用老鼠做实验。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，2周后这种骨痂反应即停止生长而发生退化。他把这种短时的一次性的骨痂反应称为初始骨痂反应(primary callus response，PCR)。在此基础上作者提出了骨折愈合一元论学说，主要包括2方面内容：(1)骨折愈合过程一元论，即初始骨痂反应是骨折愈合的基本事件，骨折愈合过程是初始骨痂反应(PCR)不断重复和积累的过程[3]，PCR具有饱和性、平衡点及不应期三个特点，在合适的应力条件下，PCR具有放大的成骨效应，其产生的过修复剩余是骨折愈合的源泉;(2)病理生理一元论，骨折愈合过程实际上是借用了骨骼生长发育的细胞学机制，即Frost[4]提出的基本多细胞单位(BMU)理论。也就是说骨折愈合的细胞学机制每时每刻都在人体中发挥着作用。骨改建同样具有放大的成骨效应，是骨骼适应力学机制进行成骨的物质基础。　　

1.2 多细胞基本单位(BMU)[5]是包含多种不同类型细胞的临时性解剖结构，在成人骨骼的重塑型中发挥重要作用。在每个(BMU)中，破骨细胞和成骨细胞之间在数月内保持一种时间和空间的稳定关系。BMU的作用，是在破骨细胞吸收旧骨之后在同一位置由成骨细胞形成的新生骨取而代之。在无损伤的成人骨骼中，不管是正常的还是骨质疏松的，孤立而不接触的细胞是不存在的。在BMU结构中，成骨细胞仅出现在破骨细胞吸收旧骨空出的位置上，目前一般称之为“偶联”，“偶联”在这里是指用细胞学为基础的局部现象对整体的观察。成骨的重塑型通常发生在骨表面，在BMU穿过骨表面的时候，在开始到结束的锥形或半锥形的一个狭窄区域内发生骨吸收与骨生成的转变。在这一转变过程中，破骨细胞的凋亡终止骨吸收，骨吸收腔的表面变得光滑，并且被一层水泥样物质所覆盖，同时出现性质不明的单核细胞。这些变化共同构成所谓的“反转期”，成骨细胞最后大量聚集在水泥样表面填充空腔。达到偶联的条件为局部新生成骨细胞数量增加，成骨细胞在短时间内(不超过几天)准确到达目标。偶联发生的机制可能包括生长因子的偶联作用、生物力学机制、局部细胞因子的并联途径、血管介导的偶联机制以及偶联的统一途径。　　

1.3 (人体)骨不连是骨折愈合的停止或者相对静止，即骨折间隙的修复强度小于再损伤强度。不稳定或骨缺损以及应力遮挡是导致骨不连的最重要原因。在诊断上应满足至少4个条件：(1)从术后12周开始，经过至少6个月连续观察，骨折愈合无进展。有明显骨缺损或者内固定松动移位迹象者不受此时间限制;(2)有临床症状，骨折部位有疼痛或功能受限或者异常活动。应慎重使用无症状骨不连的诊断，持久的无症状就可以判断为骨折临床愈合;(3)X线片表现为骨折间隙持续存在，断端萎缩、硬化或缺损以及髓腔封闭等;(4)经过正规的术后康复指导，即采取辅助外固定，比如夹板或支具固定，以及限制功能活动等，比如扶拐，仍然无效者。根据这样一个定义，只要患者没有症状，或者拍片证实骨折愈合有进展，不管多长时间，即使超过1年，也只能诊断为骨折延迟愈合。　　

1.4 骨不连的原因有三：(1)不能重复有效的初始骨痂反应，骨缺损、过牵、应力遮挡等;(2)识别障碍，如软组织介入，纤维组织形成，滑液形成等;(3)不应期再损伤，如固定不牢靠，过量异常活动。　

1.5 OPGRANKLRANK系统[6] 　　

该系统是近年来发现的在破骨细胞分化过程中的一个重要的信号传导通路，对该系统的研究是由OPG(osteoprotegerin，护骨素)的发现启动的。OPG于1997年分别被美国和日本两家实验室同时发现，人OPG基因位于染色体8q23-24，其mRNA可在包括肺、心、肾和骨骼等在内的多种组织细胞中表达。OPG属于TNF(肿瘤坏死因子)受体超家族，以可溶性蛋白形式分泌，是RANKL的诱骗(decoy)受体，它通过阻断RANKL与RANK结合而抑制破骨细胞前体的分化、存活与融合，抑制成熟破骨细胞活化及骨吸收活性，导致破骨细胞凋亡。OPG配基为RANKL(细胞核因子КB受体活化因子配基)，其mRNA主要在淋巴组织及骨组织(骨骼、骨髓)中表达。RANKL在骨骼中的生物学效应是促进破骨细胞分化，增强成熟破骨细胞的活力，阻止破骨细胞凋亡。ARANKL刺激破骨细胞分泌、成熟的唯一靶受体为RANK，属于TNF受体超家族，是Ⅰ型跨膜蛋白，表达于巨噬P单核细胞系，在来自骨髓的破骨细胞前体细胞表面高度表达。RANK是参与破骨细胞分化、成熟及发挥功能的重要因子，它是RANKL与破骨细胞表面的RANK结合后，通过激活核因子(NF)B和cFos，JNK，csrc以及丝氨酸-苏氨酸激酶Akt/PKB途径引起破骨细胞内一系列酶促级联反应，使破骨细胞前体分化、存活、融合为成熟破骨细胞，活化并抑制其凋亡。　　

2 骨折的早期诊断进展　　

2.1 石维强等[7]认为骨折愈合各阶段不同时间细胞成分和骨基质特征不同。不同密度的组织结构衰减系数不同，其超声回声即有所不同。直方图根据采样区声像图灰阶度自动显示量化参数，为超声检测骨折愈合奠定生物学及物理学基础。研究方法：连续监测36例骨折愈合过程，着重分析15例以外固定架治疗的胫腓骨新鲜骨折愈合过程的动态变化。结果：术后5～6周骨折间隙超声灰阶值达健侧的50%～60%时，提示骨折愈合具有一定牢固性不易移位，可考虑拆除外固定架;超过75%便基本达到临床愈合。　　

2.2 英国Nokes等[8]率先运用振动响应分析(直接法)研究了胫骨骨折处两侧频晌的差异，发现骨折初期靠近激振点一端固有频率增大，而远端则降低。随着骨折处的愈合，两者的偏差逐渐消失，认为在骨的同一侧面上，不管测点在何位置，测试结果均不变。　　

Doemland等运用振动响应分析(间接法)研究了在体正常胫骨及骨折胫骨的频率响应。他们认为，根据骨折肢与对照肢所得的固有频率偏差，可以估计骨折愈合程度。美国学者Michael研究了模拟材料缺陷大小对不同振动模式的影响程度。他发现用多模态分析比以往用单一模态分析能更好地估计骨折愈合。　　

2.3 1973年Thompson等率先将机械阻抗分析方法用来估计骨的力学特征，测出输入力信号及输出加速度信号的频谱，可得到速度导纳，即机械传递函数。美国学者R.J.Colfier等建立了一套测定骨的机械传递函数的系统，研究了测试时刻，激振点位置对重复性影响。结果发现：骨折的一个重要特征就是接收信号中高频成份小。新加坡学者Lim等甩阻抗头测试了骨折胫骨。他们发现骨折愈合过程中，测得的一阶固有频率值逐渐增加。12周后由刚骨折时正常肢固有频率的一半增为80%。　　

2.4 其他方法　　20世纪80年代末，Kaufman等[9]用人工神经网络根据骨折处的硬度对骨折愈合的不同阶段进行了分类。有人还提出通过测定骨中声速及相位分布来估计骨折愈合程度。　　

2.5 李峰等[10]觉得无法对骨不连进行早期诊断。骨髓腔造影技术为骨不连早期诊断创造了条件，具有重要价值。其原理：骨髓腔内静脉造影，骨折愈合后在骨折处应有静脉血管通过骨痂;超过10周若仍无血管通过，即为延迟愈合，超过10周若仍无造影剂通过血管，即有延迟愈合的可能。　　

2.6 Schmidhammer R[11]报道高分辨率CT在骨不连早期诊断的定性或定量研究方面的重要性已逐渐得到认识。Forman[12]提到，大约70%的手腕疼痛病人根据详细的病史可以得出特定的诊断。患者出现自发性手腕疼痛、有模糊或遥远的外伤史、或其经常提重物则有可能存在腕骨不连或缺血性坏死。手和手腕可从触痛中定位特殊解剖结构。特定检查可以帮助支持具体的诊断(如Finkelstein试验，研磨试验，McMurray试验，旋转升降试验，Watson试验等)。如需要X线的话，前后位和侧位在评价骨的结构和连续性、关节的宽度和对称性、软组织等很有必要。当诊断仍不清楚时，或采用保守的措施，临床过程没有进展时，需进一步选择其它影像学工具，包括B超，放射性骨扫描，电脑断层，核磁共振成像。如果所有的结果都是阴性，手腕仍有疼痛，病人可能需要专家作进一步的检查，其中可能包括透视、诊断性造影、关节镜检查。　　

综上所述，可见骨愈合理论的研究已详尽到分子水平，早期预测骨折愈合的方法众多，没有统一的方式，甚至有些专家认为无法对骨不连进行早期诊断;早期诊断骨折的时间目前较满意的为手术后5～6周，但缺乏分子水平上的诊断方法研究。骨生化标志物[13]反映的是成骨细胞、破骨细胞、胶原等的代谢状态，应给予重视，分析其在术前、术后的变化，有可能揭示骨折不愈合的分子基础。

4.参考文献 　　

[1] Borrelli Jr，Prickett WD，Ricci WM.Treatment of nonunions and osseous defects with bone graft and calcium sulfate[J].Clin Orthop Relat Res，2003，411：245-254. 　　

[2] 刘振东.骨不连的界定与分类治疗[J].中国矫形外科杂志，2007，20：1598-1600. 　　

[3] McKibbin B.The biology of fracture healing in long bones[J].J Bone Joint Surg，1978，60：150-162. 　　

[4] Frost HM.Why do Marathon runners have less bone than weight lifters?A vital biomechanical view and explanation[J].Bone，1997，3：183-189. 　　

[5] 赵 宇，邱贵兴.骨吸收-形成偶联研究进展[J].国外医学·骨科学分册，2002，1：17-19. 　　

[6] 商 敏.OPGRANKLRANK系统与绝经后骨质疏松症[J].中国骨质疏松杂志,2008，7：532-535. 　　

[7] 石维强，陆应隆，王连萍，等.B型超声直方图监测骨折愈合的临床价值[J].中华骨科杂志，1995，7：425-428. 　　

[8] 钱盛友，王鸿璋.骨科诊断客观化的研究[J].国外医学 生物医学工程分册，1996，2：91-96. 　　

[9] Kaufman JJ，Chiabrera AA.Neural network approach for bone fracture healing assessment[J].IEEE Engi in Med and Bio Maga，1990，9：23-30. 　　

[10]李 峰，欧阳跃平.骨不连临床研究进展[J].国际骨科学杂志，2007，2：117-119. 　　

[11]Sambrook P，Cooper C.Osteoporosis[J].Lancet，2006，17：2010-2018. 　　

[12]Forman TA，Forman SK，Rose NE.A clinical approach to diagnosing wrist pain[J].American Family Physician，2005,9：1753-1758. 　　

[13]Looker AC，Bauer DC，Chesnut CH 3rd，et al.Clinical use of biochemical markers of bone remodeling：current status and future directions[J].Osteoporos Int，2000，11：467-480.