研究背景骨折愈合是创伤骨科基础研究中永恒的话题。据报道，骨折患者出现术后骨不连或骨折延迟愈合的发生率为5％－10％。究其原因，不仅仅是因为参与这一过程的组织生物学的复杂性，更是左右这个修复过程的影响因素众多，并且这些影响因素间存在的内部相互作用，共同调控着骨折愈合过程。近年来，随着生物化学和生物力学研究的深入和发展，多数学者共同认为，应力的参与是影响骨折愈合过程的重要因素之一。有利的应力加载会积极促进骨折愈合过程，反之，则可能引起骨不连或者骨折延迟愈合，甚至造成新的骨损伤。实验研究表明，在骨折断端间施加平行于长轴的轴向压应力和断端间的轴向微动有利于骨折愈合。然而，如何在骨愈合过程中实现在体骨折模型的轴向压应力和微动，以及如何将两个有利因素进行优化组合，甚至加载后会对骨折组织愈合产生怎样的影响是当前临床骨科应用基础研究的焦点。为此，本课题组根据多年创伤骨科治疗经验，在克服传统交锁髓内针长期静态固定缺点的基础上，设计研制了具有独立知识产权的可实现骨折断端间动态加压和轴向微动的新型自动加压交锁髓内针，通过有限元法分析其生物力学特性，并将其应用于临床动物研究，以期了解其对骨折愈合的影响，从而浅析动态轴向压应力对骨折愈合过程的可能影响机制。目的通过临床病例回顾性研究，证明传统交锁髓内针术后出现骨折断端间的分离是造成骨不连或延迟愈合的重要原因之一。证实新型自动加压交锁髓内针具有缩小骨折间隙和实现骨折断端间轴向压应力的功能。与传统交锁髓内针比较，具有促进骨折愈合的功效。并由此初步探析动态轴向压应力对骨折愈合过程的影响和可能机制，为临床治疗长骨骨折提供力学理论依据和实践基础。方法收集本单位自2005年8月至2008年5月期间，因“交锁髓内针治疗骨折出现术后骨不连”的患者17例，通过回顾性研究分析其出现术后骨不连并发症的可能原因。根据上述原因，结合本单位多年治疗骨折创伤的经验，设计研发可实现骨折断端间自动加压和微动的交锁髓内针，并进行有限元分析，证实其具有在骨折断端实现轴向微动压应力和缩小骨折间隙的功能。最后，将这款加压交锁髓内针运用于临床动物实验研究，通过设置加压组和传统对照组对比，观察和检测5个不同骨折愈合过程时相点，骨折部位骨痂的组织学和成骨细胞相关因子的表达变化，进一步证实新型自动加压交锁髓内针通过提高成骨细胞相关因子的释放，促进骨折愈合过程。典型的图片用来表示定性结果，应用SPSS15.0软件做统计学分析，以P<0.05被认为具有统计学意义。结果1、临床病例回顾性研究传统交锁髓内针治疗长骨骨折出现术后骨不连或骨折延迟愈合并发症病例，提示其骨折端有应力吸收、硬化和分离现象，可能导致局部骨组织的接触面积减少，阻碍微循环的建立等问题，通过更换内固定器械减小骨折间隙距离，同时辅以局部添加成骨诱导因子改善上述不利条件，能够获得满意的骨愈合。2、课题组自行设计和研发的新型自动加压交锁髓内针经过有限元建模和分析，证实能够有效缩短骨折断端的间隙距离，并且通过近端锁钉将加压弹簧产生的轴向压应力传导到骨折端，在局部形成应力集中，并且能够减少主钉和远端锁钉的应力过分集中，同时在骨折断端间实现轴向微动，而传统交锁髓内针不具备这样的力学特性。3、组织学对比观察，证实由新型自动加压交锁髓内针所产生的轴向压应力最早在术后14d出现了软骨内化骨，并且加压组早期和中期的骨痂数量多、中期和后期的骨痂质量好，成熟程度高，骨小梁排列较为规则，哈佛氏系统结构也比较完整。4、成骨细胞标志外基质I型胶原和骨钙素表达检测，证实两者的mRNA和蛋白的分泌、表达均在骨折术后上升，并且分别于术后14、30d时相点达到其峰值，加压组明显高于对照组，具有统计学意义(P<0.05)。结论1、传统交锁髓内针治疗股骨干骨折出现术后因应力遮挡出现骨质吸收，造成断端分离，导致骨折局部的接触面积减少可能是造成骨不连或骨折延迟愈合的重要原因之一。2、新型自动加压交锁髓内针能够有效缩短骨折两端的间隙，并且在骨折端形成轴向压应力，对生理载荷应力进行重新分配，同时在骨折断端间实现轴向微动。3、新型自动加压交锁髓内针能够明显促进骨折间隙内软骨痂基质的钙化、软骨内成骨及编制骨的改建过程，促进成骨细胞外基质的合成、分泌和软骨内成骨，有效加速骨折愈合过程，提高骨愈合率。4、说明施加于骨折断端的轴向压应力和微动能够在骨折局部产生应力加载、应力形变和轴向微动应力传导的生物力学环境，趋化和促进成骨效应相关细胞参与骨折修复过程。