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【中图分类号】R687.3 【文献标识码】A 【文章编号】1550-1868（2014）12
【摘要】骨折愈合的好坏与骨组织承受的应力刺激密切相关，不同大小、形式、种类的应力对骨折愈合作用不一，而坚强的内固定对于骨折断端应力遮挡的效应是造成骨折延迟愈合或不愈合的重要因素之一。固定物的材料、形态结构及早期的负重功能锻炼等对减小应力遮挡效应有一定作用。
【关键词】应力遮挡；骨折愈合；应力；
骨折愈合是一個极其复杂的生物学过程，影响骨折愈合的因素很多，其中适宜的局部力学环境是骨折愈合的必要条件之一。在骨折治疗方面，目前追求的是尽可能的减少对骨折断端血运的破坏，而忽视了骨折断端还需承受一定的应力刺激这一重要条件。骨折的坚强固定与其所导致的应力遮挡效应一直是目前骨折治疗中未能妥善解决的矛盾， 应力遮挡效应导致的骨折愈合迟缓、不愈合甚至再骨折并不少见。因此，应力遮挡效应研究一直是该领域的重要问题。
1 定义
目前应力遮挡的定义为当两种或者多种具有不同刚度（弹性模量）的材料共同承载外力时，刚度较高的材料将会承担较多的载荷。考虑到骨折断端的不完整性以及骨骼与固定物体积不同等因素，不能把传统的定义简单地引入骨科界，刘振东等人认为把固定材料对骨骼生理应力的分流现象称为固定材料对骨骼的应力遮挡[1]。这一定义能够更广泛的应用于骨科的治疗中。
2 应力刺激与骨折愈合的关系
骨组织力学特性复杂，在不同状态下其力学性能不同。力学环境是骨组织所处的重要微环境之一，应力可以通过刺激细胞因子及骨代谢激素的分泌，从而调节骨代谢、促进骨组织的生长再生[2]，类型和大小不同的应力刺激对骨代谢和骨折愈合的影响也不相同。
2.1 应力类型的影响
在骨折愈合的早期，压应力能促使成骨细胞及成纤维细胞分化成骨，有利于骨折的愈合，而剪切和扭转产生的剪应力，易造成骨折断端的微动摩擦，阻碍毛细血管和骨痂的形成，并刺激成纤维细胞向分化产生纤维组织的方向发展，这对骨折的愈合起负面作用；但在骨折愈合的中期和后期，骨折断端基本稳定，各种应力对骨痂形成或改建均有一定促进作用。
2.2应力大小的影响
骨折愈合需适宜的生物力学环境，即固定后的骨折断端适宜的应力刺激，能促进细胞的增殖、增加生长因子的分泌、促进细胞外基质的合成，从而引起与骨的生成有关的成骨、软骨及骨细胞的反应，而不同的愈合阶段，骨折断端所需的应力大小不同，局部应力过大，超过骨组织承受能力，会使新形成的骨小梁断裂坏死，影响骨折愈合；反之，低应力状态不足以刺激组织产生分化，可能导致骨的废用性萎缩，董福慧等人经实验研究认为应力范围在0.135～0.85kg/mm2时是骨折愈合所需的最佳应力范围。
3 应力遮挡效应在骨科学中的广泛存在
因固定物的存在， 使原来作用于骨折断端局部的应力大部分被固定物分流， 使骨折愈合过程中缺乏应力刺激而使骨的重建负平衡，导致局部骨密度降低、骨结构紊乱或骨皮质变薄等情况的发生，从而带来临床上骨折延迟愈合、不愈合， 甚至发生拆除固定物后的二次骨折等问题。四肢骨折的内固定和外固定、下颌骨折内固定[5]、脊柱内固定以及人工股骨头置换中均存在应力遮挡问题。
4 解决应力遮挡问题的主要思路
4.1 固定材料的改进
传统的内固定接骨板多为强度高、弹性模量大的不锈钢材料，近年来材料多采用弹性模量相对较低的合金材料与非金属材料。合金材料的研究有主要为镍钛形状记忆合金，其弹性模量为不锈钢的1/4，用其制成的环抱器在板下及板对侧的应力遮挡率均较不锈钢材料的接骨板明显降低。戴克戎等人研究表明不同弹性模量的钢板内固定后，板下骨发生骨质疏松的程度和时间也不同，而拆除坚强的外固定后，骨质疏松的情况都得到改善。非金属材料方面生物可吸收材料前景较好，其应力遮挡效应是随着材料的吸收及愈合骨自身力学强度增加逐渐降低的，既降低了应力遮挡率又避免了取出内固定物的二次手术，是一种最有发展前途的内固定材料，但其强度问题仍然是阻碍其发展的因素。
4.2 固定器的设计
传统上固定钢板多为矩形截面的AO板，现在的改进主要通过减小接触面降低应力遮挡效应；加压钢板通过自身加压设计进行应力补偿；戴克戎等人研制的应力松弛接骨板通过接骨板与螺丝钉之间的粘弹性材料使接骨板-螺钉系统的总体刚度逐渐下降，从而逐渐减轻接骨板的应力遮挡作用；康庆林等人研制的镍钛合金天鹅记忆接骨器与DCP相比，具有材料和几何构型上的优势，对固定段骨干几乎不产生应力遮挡效应[3]；髓内钉内固定的研制也解决了应力遮挡过大造成的部分问题。
4.3 电场刺激
骨组织受到应力作用时，骨内产生能影响骨的生长和吸收的电信号，基于这一原理，以电场刺激骨折部位模拟应力对骨组织产生的压电效应，来对抗应力遮挡效应对骨折愈合产生的负面影响。
4.4 治疗方案的改进
选用最合适的内固定物或外固定物，早期适当的负重功能锻炼以及最佳的固定物拆除时间等。
5 结语
应力刺激是骨组织生长重建不可缺少的因素，应力遮挡效应是影响骨折愈合重要的负面因素之一。应力的大小和类型在不同时期对骨折愈合的影响不同，改良材料及结构制成的固定物、早期负重锻炼可以降低应力遮挡对骨折愈合造成的负面影响。继续研究这一效应，在坚强内固定与其造成的应力遮挡中寻找一个平衡，对骨折的治疗及骨折术后不愈合的处理有深远的前景和临床意义。
参考文献
[1]刘振东，范清宇。应力遮挡效应―寻找丢失的钥匙。中华创伤骨科杂志2002，2（4）：231。
[2]李彬等。骨组织工程中的应力与生长。国外医学生物工程分册，2003，26，129-133。
[3]康庆林，张春才，高堂成.天鹅记忆接骨器对长骨干骨折愈合的影响.中华骨科杂志，2004，24：113-118.
【摘要】骨折愈合的好坏与骨组织承受的应力刺激密切相关，不同大小、形式、种类的应力对骨折愈合作用不一，而坚强的内固定对于骨折断端应力遮挡的效应是造成骨折延迟愈合或不愈合的重要因素之一。固定物的材料、形态结构及早期的负重功能锻炼等对减小应力遮挡效应有一定作用。
【关键词】应力遮挡；骨折愈合；应力；
骨折愈合是一個极其复杂的生物学过程，影响骨折愈合的因素很多，其中适宜的局部力学环境是骨折愈合的必要条件之一。在骨折治疗方面，目前追求的是尽可能的减少对骨折断端血运的破坏，而忽视了骨折断端还需承受一定的应力刺激这一重要条件。骨折的坚强固定与其所导致的应力遮挡效应一直是目前骨折治疗中未能妥善解决的矛盾， 应力遮挡效应导致的骨折愈合迟缓、不愈合甚至再骨折并不少见。因此，应力遮挡效应研究一直是该领域的重要问题。
1 定义
目前应力遮挡的定义为当两种或者多种具有不同刚度（弹性模量）的材料共同承载外力时，刚度较高的材料将会承担较多的载荷。考虑到骨折断端的不完整性以及骨骼与固定物体积不同等因素，不能把传统的定义简单地引入骨科界，刘振东等人认为把固定材料对骨骼生理应力的分流现象称为固定材料对骨骼的应力遮挡[1]。这一定义能够更广泛的应用于骨科的治疗中。
2 应力刺激与骨折愈合的关系
骨组织力学特性复杂，在不同状态下其力学性能不同。力学环境是骨组织所处的重要微环境之一，应力可以通过刺激细胞因子及骨代谢激素的分泌，从而调节骨代谢、促进骨组织的生长再生[2]，类型和大小不同的应力刺激对骨代谢和骨折愈合的影响也不相同。
2.1 应力类型的影响
在骨折愈合的早期，压应力能促使成骨细胞及成纤维细胞分化成骨，有利于骨折的愈合，而剪切和扭转产生的剪应力，易造成骨折断端的微动摩擦，阻碍毛细血管和骨痂的形成，并刺激成纤维细胞向分化产生纤维组织的方向发展，这对骨折的愈合起负面作用；但在骨折愈合的中期和后期，骨折断端基本稳定，各种应力对骨痂形成或改建均有一定促进作用。
2.2应力大小的影响
骨折愈合需适宜的生物力学环境，即固定后的骨折断端适宜的应力刺激，能促进细胞的增殖、增加生长因子的分泌、促进细胞外基质的合成，从而引起与骨的生成有关的成骨、软骨及骨细胞的反应，而不同的愈合阶段，骨折断端所需的应力大小不同，局部应力过大，超过骨组织承受能力，会使新形成的骨小梁断裂坏死，影响骨折愈合；反之，低应力状态不足以刺激组织产生分化，可能导致骨的废用性萎缩，董福慧等人经实验研究认为应力范围在0.135～0.85kg/mm2时是骨折愈合所需的最佳应力范围。
3 应力遮挡效应在骨科学中的广泛存在
因固定物的存在， 使原来作用于骨折断端局部的应力大部分被固定物分流， 使骨折愈合过程中缺乏应力刺激而使骨的重建负平衡，导致局部骨密度降低、骨结构紊乱或骨皮质变薄等情况的发生，从而带来临床上骨折延迟愈合、不愈合， 甚至发生拆除固定物后的二次骨折等问题。四肢骨折的内固定和外固定、下颌骨折内固定[5]、脊柱内固定以及人工股骨头置换中均存在应力遮挡问题。
4 解决应力遮挡问题的主要思路
4.1 固定材料的改进
传统的内固定接骨板多为强度高、弹性模量大的不锈钢材料，近年来材料多采用弹性模量相对较低的合金材料与非金属材料。合金材料的研究有主要为镍钛形状记忆合金，其弹性模量为不锈钢的1/4，用其制成的环抱器在板下及板对侧的应力遮挡率均较不锈钢材料的接骨板明显降低。戴克戎等人研究表明不同弹性模量的钢板内固定后，板下骨发生骨质疏松的程度和时间也不同，而拆除坚强的外固定后，骨质疏松的情况都得到改善。非金属材料方面生物可吸收材料前景较好，其应力遮挡效应是随着材料的吸收及愈合骨自身力学强度增加逐渐降低的，既降低了应力遮挡率又避免了取出内固定物的二次手术，是一种最有发展前途的内固定材料，但其强度问题仍然是阻碍其发展的因素。
4.2 固定器的设计
传统上固定钢板多为矩形截面的AO板，现在的改进主要通过减小接触面降低应力遮挡效应；加压钢板通过自身加压设计进行应力补偿；戴克戎等人研制的应力松弛接骨板通过接骨板与螺丝钉之间的粘弹性材料使接骨板-螺钉系统的总体刚度逐渐下降，从而逐渐减轻接骨板的应力遮挡作用；康庆林等人研制的镍钛合金天鹅记忆接骨器与DCP相比，具有材料和几何构型上的优势，对固定段骨干几乎不产生应力遮挡效应[3]；髓内钉内固定的研制也解决了应力遮挡过大造成的部分问题。
4.3 电场刺激
骨组织受到应力作用时，骨内产生能影响骨的生长和吸收的电信号，基于这一原理，以电场刺激骨折部位模拟应力对骨组织产生的压电效应，来对抗应力遮挡效应对骨折愈合产生的负面影响。
4.4 治疗方案的改进
选用最合适的内固定物或外固定物，早期适当的负重功能锻炼以及最佳的固定物拆除时间等。
5 结语
应力刺激是骨组织生长重建不可缺少的因素，应力遮挡效应是影响骨折愈合重要的负面因素之一。应力的大小和类型在不同时期对骨折愈合的影响不同，改良材料及结构制成的固定物、早期负重锻炼可以降低应力遮挡对骨折愈合造成的负面影响。继续研究这一效应，在坚强内固定与其造成的应力遮挡中寻找一个平衡，对骨折的治疗及骨折术后不愈合的处理有深远的前景和临床意义。
参考文献
[1]刘振东，范清宇。应力遮挡效应―寻找丢失的钥匙。中华创伤骨科杂志2002，2（4）：231。
[2]李彬等。骨组织工程中的应力与生长。国外医学生物工程分册，2003，26，129-133。
[3]康庆林，张春才，高堂成.天鹅记忆接骨器对长骨干骨折愈合的影响.中华骨科杂志，2004，24：113-118.