顱頜面骨生物力學(xué)及骨折愈合與修復(fù)

1、顱頜面骨生物力學(xué)及骨折愈合與修復(fù)顱頜面骨折是顱頜面臨床常見(jiàn)病和多發(fā)病。顱頜面骨折可致患者語(yǔ)言、咀嚼等功能障礙，還常造成患者嚴(yán)重的容貌畸形，引起患者的社交、心理障礙，顯著降低患者的生活質(zhì)量。因此，顱頜面骨折矯治研究具有重要的理論和社會(huì)實(shí)踐意義。在該研究領(lǐng)域中，顱頜面骨生物力學(xué)及骨折愈合的相關(guān)研究近年來(lái)取得了豐富的成果，其中不少成果已經(jīng)應(yīng)用于臨床，為提高顱頜面骨折的治療水平提供了重要的理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)依據(jù)，現(xiàn)將從顱頜面骨折臨床矯治出發(fā)，對(duì)顱頜面骨生物力學(xué)及骨折愈合簡(jiǎn)要闡述。一、顱頜面骨生物力學(xué)1顱頜面骨生物力學(xué)：從生物力學(xué)角度看，骨為多種生物力學(xué)特點(diǎn)差異極大的組織（骨皮質(zhì)、骨松質(zhì)、血管、神經(jīng)、骨膜等

2、）構(gòu)成的復(fù)合材料，其中骨皮質(zhì)和骨松質(zhì)是承受生理應(yīng)力的主要部分。由于骨皮質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度遠(yuǎn)高于骨松質(zhì)，在生理狀態(tài)下，骨皮質(zhì)承受了絕大部分生理應(yīng)力。就上、下頜骨而言，骨骼上還有負(fù)載咀嚼力的牙齒存在，牙齒、骨皮質(zhì)和骨松質(zhì)共同承擔(dān)了上、下頜骨發(fā)揮功能時(shí)的生理應(yīng)力。在實(shí)施堅(jiān)固內(nèi)固定時(shí)，骨皮質(zhì)將是承擔(dān)應(yīng)力的主要解剖部位，頜骨內(nèi)固定也因而分為單側(cè)骨皮質(zhì)固定和雙側(cè)骨皮質(zhì)固定，前者主要應(yīng)用于簡(jiǎn)單骨折的固定，后者則適于粉碎性、伴缺損及無(wú)牙頜骨折以及頜骨重建等，以獲得可靠的全負(fù)載式骨內(nèi)同定。骨承受的生理應(yīng)力對(duì)骨的生長(zhǎng)、發(fā)育和改建有重要影響，其作用主要通過(guò)細(xì)胞內(nèi)外離子濃度改變和第二信使分子激活兩個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)。據(jù)此學(xué)者們研發(fā)

3、了動(dòng)力加壓接骨板行下頜骨固定，在骨斷端之間產(chǎn)生壓應(yīng)力，促進(jìn)骨折迅速愈合。此外，也可采用牽張成骨技術(shù)對(duì)骨段持續(xù)牽引，使骨斷端之間產(chǎn)生持續(xù)而穩(wěn)定的拉應(yīng)力，促進(jìn)新骨形成，從而延長(zhǎng)骨段或修復(fù)骨缺損。顱頜面骨骼上有多處應(yīng)力軌跡（圖 1），這些應(yīng)力軌跡多為骨質(zhì)較強(qiáng)之處，并形成骨支柱，如顴上頜支柱、鼻旁支柱等。骨折破壞了骨組織連續(xù)性，從力學(xué)角度是破壞了骨傳遞應(yīng)力的連續(xù)性，從而導(dǎo)致受傷骨失去其正常生理功能。骨折治療的首要目的是重建骨應(yīng)力傳遞的軌跡，實(shí)現(xiàn)生理應(yīng)力的順利傳遞。因此，顱頜面骨折內(nèi)固定時(shí)應(yīng)選取上述骨支柱部位放置接骨板，以修復(fù)生理應(yīng)力的軌跡，實(shí)現(xiàn)生理應(yīng)力傳送途徑的重建。2顱頜面骨內(nèi)固定材料的力學(xué)特點(diǎn)及選

4、擇原則：顱頜面骨內(nèi)固定材料和方法多種多樣，如：小型接骨板、微型接骨板、鈦網(wǎng)、可吸收接骨板、重建板、拉力螺釘技術(shù)、鋼絲骨間結(jié)扎等（表 1）：從其固定強(qiáng)度和機(jī)制可分為 2 類。一為共負(fù)載式骨內(nèi)同定，包括小型及微型接骨板固定技術(shù)、可吸收接骨板、拉力螺釘技術(shù)、鋼絲骨間結(jié)扎技術(shù)等，采用此類方法固定后，骨折斷端所承受應(yīng)力將由固定材料和骨段共同承擔(dān)；另一則為全負(fù)載式骨內(nèi)固定，顱頜面常用為下頜重建板，采用該方法固定后，骨折斷端所承受應(yīng)力將由重建板單獨(dú)承擔(dān)。顱頜面骨折內(nèi)固定時(shí)應(yīng)遵循顱頜面骨生物力學(xué)和生物學(xué)基本原則，即“承力越大，固定越強(qiáng)”和“骨質(zhì)越弱，固定越強(qiáng)”。 “承力越大，固定越強(qiáng)”指固定前首先判斷骨折斷端

5、所承受生理應(yīng)力情況，根據(jù)應(yīng)力大小和方向選擇內(nèi)固定技術(shù)和材料。如：眶下緣、鼻骨、顴弓等處承受應(yīng)力較弱，多選用微型接骨板或可吸收接骨板固定；上頜骨承受中等應(yīng)力，應(yīng)選擇小型接骨板固定；下頜骨承受應(yīng)力較大，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇小型接骨板或重建板固定。“骨質(zhì)越弱，固定越強(qiáng)”指固定前應(yīng)明確局部骨質(zhì)情況，骨質(zhì)較好應(yīng)采用小型接骨板等共負(fù)載式骨內(nèi)固定方法；骨質(zhì)差、局部骨質(zhì)不能承受或僅能承受很小的生理應(yīng)力則應(yīng)選擇固定強(qiáng)度較高的骨內(nèi)同定方法和材料，如：伴有牙槽嵴萎縮、骨缺損或嚴(yán)重的粉碎性下頜骨折時(shí)應(yīng)選用全負(fù)載式的下頜重建板進(jìn)行固定；上頜骨嚴(yán)重粉碎性骨折則應(yīng)適當(dāng)增加接骨板數(shù)量，為骨折的固定提供足夠的生理應(yīng)力支撐；髁突粉

6、碎性骨折可在常規(guī)的內(nèi)固定方法外，輔助頜間牽引固定。在選擇顱頜面骨折內(nèi)固定方法和材料時(shí)，應(yīng)避免固定強(qiáng)度不足或過(guò)高。同定強(qiáng)度不足的常見(jiàn)原因：固定技術(shù)選擇不當(dāng)、數(shù)目不夠、放置部位不佳或缺乏必要的輔助固定，這些都會(huì)引起術(shù)后骨折段不足以承受正常的生理應(yīng)力，導(dǎo)致骨折段再次移位。固定強(qiáng)度過(guò)高的常見(jiàn)原因：固定技術(shù)選擇不當(dāng)、數(shù)目過(guò)多等，這些不必要的固定會(huì)增加對(duì)骨膜和血供的損傷，影響骨折愈合，增加術(shù)后感染概率；同時(shí)也增加了患者的治療費(fèi)用。此外，固定強(qiáng)度過(guò)高還會(huì)造成應(yīng)力遮蔽效應(yīng)，此時(shí)，骨折斷端受到的生理應(yīng)力過(guò)小，導(dǎo)致骨折愈合不良，部分病例甚至在取出接骨板后再次發(fā)生骨折。顱頜面骨骼眾多，承力各不相同，加之局部骨質(zhì)情況

7、的變化，針對(duì)每個(gè)病例選用何種固定材料及技術(shù)、分擔(dān)多少生理應(yīng)力仍需研究。從理想角度出發(fā)，應(yīng)制定顱頜面各型骨折實(shí)施內(nèi)固定技術(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并采取個(gè)性化治療。近年來(lái)有限元分析法的不斷發(fā)展對(duì)此提供了可能，一些學(xué)者應(yīng)用有限元分析法對(duì)顱頜面進(jìn)行骨骼應(yīng)力分析，并以此指導(dǎo)骨折固定物的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，并對(duì)手術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。但如何更好地將有限元分析法應(yīng)用于顱頜面骨折的個(gè)性化治療，仍需進(jìn)一步研究。兒童顱頜面骨折具有一定的特殊性，考慮到手術(shù)對(duì)面部生長(zhǎng)發(fā)育的影響，應(yīng)盡量采用保守治療。然而，當(dāng)骨折本身對(duì)患者的相關(guān)生理功能有明顯影響時(shí)，應(yīng)首選手術(shù)治療恢復(fù)骨折處的應(yīng)力傳遞軌跡，從而恢復(fù)骨的生理功能，這對(duì)于兒童頜面部生長(zhǎng)發(fā)育具有重要

8、意義。部分醫(yī)師主張對(duì)兒童顱頜面骨折首選可吸收接骨板及螺釘，以減少固定對(duì)顱頜面生長(zhǎng)發(fā)育的影響，有一定可取之處。但應(yīng)注意，可吸收接骨板和螺釘固定強(qiáng)度較弱，使用前應(yīng)判斷骨折局部承受應(yīng)力和骨質(zhì)情況。如局部承擔(dān)應(yīng)力超過(guò)可吸收接骨板承受范圍，就應(yīng)選擇其他固定方法或增加輔助固定措施，否則就可能引起骨折再次移位，反而增加創(chuàng)傷和患者的痛苦。二、顱頜面骨的愈合及修復(fù)1顱頜面骨折愈合：骨折愈合是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程，包括干細(xì)胞分化及增殖、血管增生、鈣質(zhì)沉積、骨質(zhì)吸收及改建等，受患者全身情況、局部力學(xué)環(huán)境、血液供應(yīng)等諸多因素的影響，其中局部應(yīng)力是主要影響因素之一。骨折的愈合過(guò)程可分為兩類，間接骨愈合和直接骨愈合。(1

9、) 間接骨愈合：又稱二期骨愈合，通常在骨折復(fù)位不理想或固定不夠穩(wěn)定時(shí)出現(xiàn)。間接骨愈合分為 4 個(gè)階段，即血腫形成期、血腫機(jī)化期、骨痂形成期和骨痂改建期?；窘M織學(xué)過(guò)程為骨折斷端之間形成血腫，隨后逐漸發(fā)生機(jī)化，并出現(xiàn)鈣鹽沉積。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)骨折斷端承受生理應(yīng)力的刺激，骨質(zhì)不斷發(fā)生吸收和改建，逐漸恢復(fù)成為成熟的骨組織。(2) 直接骨愈合：又稱為一期骨愈合，是隨著堅(jiān)固內(nèi)固定技術(shù)的發(fā)展而發(fā)現(xiàn)的，組織學(xué)表現(xiàn)為骨折的愈合局限于骨內(nèi)，無(wú)明顯的外骨痂，在骨折斷端之間直接發(fā)生的血管生長(zhǎng)和延伸，然后出現(xiàn)成骨鈣化，修復(fù)骨折（圖 2）。直接骨愈合的臨床特點(diǎn)為骨折愈合快，X 線表現(xiàn)為沒(méi)有外骨痂形成。實(shí)際上，采用骨折內(nèi)

10、固定技術(shù)治療顱頜面骨折，骨折的愈合方式多為直接和間接骨愈合同時(shí)存在。為盡量增加骨折的直接骨愈合發(fā)生率，醫(yī)師應(yīng)遵循顱頜面骨折的功能性固定原則：骨折段的精確解剖復(fù)位，特別應(yīng)注意骨塊舌側(cè)的復(fù)位；功能狀態(tài)下的穩(wěn)定固定，特別注意固定強(qiáng)度的問(wèn)題；盡量保存骨塊的血供和骨膜；序列化功能訓(xùn)練，保證骨塊在術(shù)后早期功能訓(xùn)練，促進(jìn)骨折斷端早期改建。近年來(lái)，骨折內(nèi)固定技術(shù)已廣泛應(yīng)用于顱頜面骨折治療中，顯著提高了國(guó)內(nèi)外顱頜面骨折的治療水平。然而，骨折的臨床愈合仍需數(shù)周之久，為縮短骨折愈合時(shí)間，進(jìn)一步提高療效，學(xué)者們開(kāi)展了多項(xiàng)研究。主要方法包括局部應(yīng)用生長(zhǎng)因子、生物電刺激、低強(qiáng)度脈沖超聲波、高壓氧、組織引導(dǎo)再生技術(shù)等，其中

11、以前兩者效果最為肯定。生長(zhǎng)因子指在細(xì)胞之間傳遞信息、對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)具有調(diào)節(jié)功能的一些多肽。常用于促進(jìn)骨折愈合的生長(zhǎng)因子有骨形成蛋白、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、血小板衍生生長(zhǎng)因子、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 B 等，單純生長(zhǎng)因子局部應(yīng)用作用時(shí)間過(guò)短，難以發(fā)揮理想的效果。因此，Nakajima 等、陳建霖等采用生長(zhǎng)因子與緩釋載體復(fù)合后植入骨折部位，取得了明顯的效果。至于其植入方法，可在術(shù)中放置于骨折部位，也可術(shù)后采用經(jīng)皮注射等方法。除直接植入生長(zhǎng)因子外，也有學(xué)者將相關(guān)生長(zhǎng)因子通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用于骨折。這些新的生物治療技術(shù)為臨床促進(jìn)骨折愈合提供了新的途徑和方法。生物電刺激的主要理論依據(jù)是壓電學(xué)說(shuō)。該學(xué)說(shuō)認(rèn)為給骨施加壓力后，

12、骨產(chǎn)生電勢(shì)能變化，骨折端呈負(fù)電荷分布，從而促進(jìn)骨細(xì)胞和成骨母細(xì)胞的增殖，最終加速骨折愈合。常用的生物電刺激方法有脈沖或恒定直流刺激、電感偶合電磁刺激、駐極體、正弦波電容偶合電場(chǎng)等。2顱頜面游離骨移植和骨替代材料愈合：在顱頜面骨折伴組織較大缺損時(shí)，常需采用游離骨移植或骨替代材料植入以修復(fù)缺損。同單純的骨折愈合過(guò)程相比，游離骨移植和骨替代材料植入后的愈合過(guò)程更為復(fù)雜，受更多的因素影響。游離骨移植可分為血管化游離骨移植和非血管化游離骨移植。前者的愈合過(guò)程近似于骨折的常規(guī)愈合過(guò)程，后者則包括再血管化成骨和爬行替代成骨。實(shí)際上，在非血管化游離移植骨上常同時(shí)存在這兩種愈合方式，只是根據(jù)具體情況不同而比例不

13、同。對(duì)游離骨移植愈合過(guò)程的主要影響因素有：種子細(xì)胞來(lái)源，骨愈合過(guò)程所需的成骨細(xì)胞多來(lái)自于骨髓、骨內(nèi)膜和骨外膜，種子細(xì)胞來(lái)源越豐富，骨愈合越佳。因此，臨床工作中應(yīng)盡量保存骨膜等組織為骨愈合提供盡可能多的種子細(xì)胞來(lái)源。充足的血供，臨床工作中應(yīng)首選血管化游離骨移植，如施行非血管化游離骨移植，也應(yīng)盡量減少受植床的創(chuàng)傷?？煽康墓潭?，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇最佳的固定方案，保證骨愈合處不受到病理性應(yīng)力干擾。同游離骨移植相比，骨替代材料不能提供種子細(xì)胞和血管，因此，在植入?yún)^(qū)域只能發(fā)揮骨引導(dǎo)作用，作為支架引導(dǎo)來(lái)自受骨床的新生血管和細(xì)胞長(zhǎng)入植人物，從促進(jìn)新骨沉積于其表面及周圍。愈合過(guò)程主要依靠新生血管和細(xì)胞長(zhǎng)人材料內(nèi)，最終在材料周圍形成骨質(zhì)沉積和鈣化。在臨床中應(yīng)注意，骨替代材料的活性和愈合度均低于自體骨，體積及厚度不能太大，否則組織液難以滲入，血管也難以進(jìn)入，容易發(fā)生不愈合及感染等并發(fā)癥。綜上所述，顱頜面生物力學(xué)和骨