骨折修復(fù)生物學(xué)

1、創(chuàng) 傷 骨 科 學(xué),第2章 骨折修復(fù)生物學(xué),一、骨的結(jié)構(gòu),骨由骨外膜；骨皮質(zhì)、骨松質(zhì)、骨內(nèi)膜和骨髓組成。,骨外膜periosteum,骨外膜periosteum:骨除了關(guān)節(jié)軟骨覆蓋的部分以外，被一層纖維膜所覆蓋，稱骨外膜． 外層：纖維成分多。含大量的粗大的膠原纖維束；有血管、神經(jīng)在其中穿行 并沿途分支進入?？寺瞎埽粓皂g致密。 內(nèi)層：膠原纖維少，含有薄層的彈力纖維網(wǎng)。富含細胞；較疏松．含生骨細胞。 此兩層并無明顯的界限．

2、,骨皮質(zhì),骨皮質(zhì)（骨密質(zhì)或堅質(zhì)骨）分布于長骨干，短骨不規(guī)則骨的表面和扁骨的內(nèi)外板．骨皮質(zhì)由骨板構(gòu)成，其骨板十分規(guī)律地排列；且結(jié)合緊密，因而得名。,骨板,骨基質(zhì)內(nèi)的膠原纖維相互編織成層整齊地排列，并與骨鹽結(jié)合形成板狀結(jié)構(gòu)。稱為骨板． 以長骨為例；骨密質(zhì)的骨板呈三種不同的排列方式： （1）環(huán)狀骨板：環(huán)繞骨干的內(nèi)、外表面排列的骨板（內(nèi)環(huán)骨板和外環(huán)骨板）。 （2）哈佛氏骨板：介于

3、內(nèi)、外骨板之間．是骨密質(zhì)的主要部分． （3）間板interstitial lamellae：位于骨單位之間。,外環(huán)骨板,內(nèi)環(huán)骨板,,,哈弗斯系統(tǒng)間骨板,,,（1）環(huán)狀骨板：,環(huán)繞骨干的內(nèi)、外表面排列的骨板（內(nèi)環(huán)骨板和外環(huán)骨板）。外環(huán)骨板auter circumferential lamellae：在骨干的表層，由數(shù)層至十?dāng)?shù)層骨板組成，整齊地環(huán)繞骨干平行排列。其表面覆蓋外骨膜．外骨膜中的小血管通過垂直于骨干長軸貫穿

4、外環(huán)骨板的福克曼氏管 Volkman's canal深入骨皮質(zhì)．內(nèi)環(huán)骨板inner circumferential lamellae：居于骨干的髓腔，僅少數(shù)幾層．內(nèi)覆蓋骨內(nèi)膜 也有?？寺瞎埽?（2）哈佛氏骨板：,介于內(nèi)、外骨板之間．是骨密質(zhì)的主要部分．以哈佛氏管 Haversian canal為中心呈同心圓排列。共同組成哈佛氏系統(tǒng)Haversian system。所有哈佛氏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同．又稱為骨單位osteon。骨單位呈圓柱

5、形；與骨干長軸平行單位之間有橫向連接，血管彼此相通，并與?？寺瞎芟嘟煌?。也有神經(jīng)與哈佛氏管伴行。,（3）間板interstitial lamellae：,位于骨單位之間。多層平行排列的骨板形狀不規(guī)則，無血管通過．是不完整的骨單位，缺乏哈佛氏管；是舊有骨單位的遺跡．,,3·骨松質(zhì)spongy：,分布：兒童的骨垢或成人長骨的骨端 短骨不規(guī)則骨內(nèi)及扁骨的內(nèi)外板之間（板障）主要結(jié)構(gòu)：骨小梁rabeculae。骨小梁之間為大小不規(guī)則

6、的相互溝通的骨髓腔．且內(nèi)覆薄的骨內(nèi)膜。這些髓腔與大的髓腔相通，內(nèi)含骨髓。骨小梁僅有平行的板層，一般無哈佛氏系統(tǒng)存在，僅于粗大的骨小梁內(nèi)部才有較小的哈佛氏系統(tǒng)。,,骨小梁的分布完全符合機械力學(xué)的規(guī)律。,,4·骨內(nèi)膜endosteum,：骨髓腔的內(nèi)面骨小梁的表面和哈佛氏管的內(nèi)表面上覆蓋的一層薄膜，與骨外膜的內(nèi)層相似，富含生骨細胞。,5·骨髓 bone mamrrow：,位于髓腔內(nèi)，分紅骨髓和黃骨髓

7、 紅骨髓red bone mamrrow：嬰兒的骨中均為紅骨髓，成人的松質(zhì)骨內(nèi)含紅骨髓。某些骨如 胸骨內(nèi)終生含有紅骨髓。紅骨髓內(nèi)有大量的造血細胞；具有造血功能。 黃骨髓 yellow bone mamrrow：成人的骨髓腔內(nèi)含黃骨髓。主耍為脂肪組織．在經(jīng)受大量失血的情況下；部分黃骨髓重新變?yōu)榧t骨髓，恢復(fù)造血功能。,骨的微觀結(jié)構(gòu),骨組織：是成骨的主要組織。是硬型的結(jié)締組織。與其他結(jié)締組織不同，骨組織不但含

8、有機成分還有無機成分。新鮮骨按重量計25%是水，25%為有機物，50%無機礦物鹽,骨組織的主要成分：細胞和細胞間質(zhì)。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,骨組織中的細胞：,骨原細胞 骨細胞。成骨細胞 osteoblast：破骨細胞 osteoclast：,骨細胞：,外形：扁橢圓形的星形細胞，有許多突起，細胞間借突起相連。位于：骨板內(nèi)或骨板間，在間質(zhì)內(nèi)占據(jù)的腔隙稱為骨陷窩。其突起占據(jù)的管狀空間稱為骨小管。骨陷窩借助骨小管相連．細

9、胞間可互相傳遞營養(yǎng)物。作用：骨細胞在骨織中起新陳代謝作用。以維持骨的正常生理狀態(tài)。特定情況下可轉(zhuǎn)化成另兩種細胞。,成骨細胞,osteoblast：常見于生長期的骨組織中，聚集在新形成的骨質(zhì)表面。作用：能產(chǎn)生細胞間質(zhì)中纖維和粘多糖。新的細胞間質(zhì)不斷產(chǎn)生，并經(jīng)過鈣化而形成骨質(zhì)，成骨細胞進被包埋其中．此時細胞內(nèi)的合成活動停止轉(zhuǎn)變稱為骨細胞．,破骨細胞,破骨細胞osteoclast：是一種多核的巨大細胞．有人認為是多個骨細胞融合而成。也有

10、人認為是多個巨噬細胞融合而成、常見于骨質(zhì)被吸收的凹陷面。與骨質(zhì)吸收有密切關(guān)系。當(dāng)骨質(zhì)被吸收后破骨細胞發(fā)生裂開，分成原來的個體細胞。,,,,,細胞間質(zhì)：,細胞間質(zhì)（骨基質(zhì)） 有機成分：骨膠纖維一膠原纖維一彈性韌性 無定型有機質(zhì)：糖一蛋白質(zhì)復(fù)合物（多為粘多糖）介于細胞和膠原纖維之間；使膠原纖維粘合在一起。只占有機成分的5％。無機成分：骨鹽：磷酸鈣，碳酸鈣等組成結(jié)晶的羥磷灰石[Ca10（PO4）6（OH）2]和無定型的膠體磷酸鈣．,,,二、

11、骨的形成,1、膜內(nèi)成骨,2、軟骨成骨 （1）軟骨內(nèi)成骨  （2）軟骨膜下成骨,膜內(nèi)成骨:間充質(zhì)經(jīng)過鈣化后直接形成骨組織。主要見于：顱骨.面骨.部分鎖骨和下頜骨。過程：間充質(zhì)先分化為富有血管的胚胎性結(jié)締組織膜，該處分化許多成骨細胞群，形成骨化中心。成骨細胞開始分泌有機的細胞間質(zhì)，形成類骨質(zhì)，隨后骨鹽沉著其上，形成骨組織。這種骨組織最初為初級松質(zhì)骨。成骨過程由骨化中心向四周擴展，表面的間充質(zhì)分化為骨膜，其深部的成骨細

12、胞又在初級松質(zhì)骨表面沉積新骨，骨乃逐漸增厚增大。,1、膜內(nèi)成骨,間充質(zhì),分化,有血管的胚胎性結(jié)締組織膜,分化,成骨細胞群,分化,成骨細胞群,分泌,分泌,類骨質(zhì),沉積,骨鹽,形成,沉積新骨,骨,骨組織（初級骨松質(zhì),,,2、軟骨成骨,（1）軟骨內(nèi)成骨  出生后，肢體管狀骨的增長和特殊結(jié)構(gòu)的形成主要依靠繼發(fā)性骨骺的軟骨內(nèi)骨化完成 （縱向生長） （2）軟骨膜下成骨 與軟骨內(nèi)成骨同時，軟骨膜內(nèi)層（骨膜），產(chǎn)生一層與骨膜相

13、平行的骨密質(zhì)（增加厚度）,長骨發(fā)生,,軟骨內(nèi)成骨&軟骨膜下成骨,（骺軟骨）,軟骨膜,軟骨,（骨干）,（鈣化）,三、骨的塑形與重建,,,骨折的愈合,骨折的愈合是一個連續(xù)不斷的過程，是一面破壞清除，一面新生修復(fù)的過程，新生修復(fù)的過程是由膜內(nèi)骨化與軟骨化共同完成。骨折愈合的過程也是暫時性緊急連接過程到永久性的堅固連接的過程。,,骨組織具有強大的修復(fù)再生能力通常把骨折愈合的進程分為以下3個階段 ◆ 血腫機化期 ◆

14、 原始骨痂期 ◆ 骨痂改造期就是“瘀去、新生、骨合”的過程,（1）骨折后血腫機化（2）血腫逐漸機化，骨內(nèi)外膜處開始形成骨樣組織,該期的主要變化是：,① 在導(dǎo)致骨折創(chuàng)傷的打擊下，誘發(fā)骨折區(qū)的創(chuàng)傷性炎癥，甚至波及全身；② 骨折區(qū)血管破裂出血，形成血腫；③開始出現(xiàn)骨折后修復(fù)再生的早期反應(yīng)。,骨折局部的炎癥反應(yīng)主要包括：,（1）局部循環(huán)障礙：骨折局部血管損傷破裂出血、阻塞、瘀血和擴張等，造成局部循環(huán)障礙。 （2）白細胞滲出：在

15、骨折局部的組織內(nèi)呈現(xiàn)炎癥細胞侵潤（3）原發(fā)性組織壞死：由于損傷、缺血、缺氧和毒性產(chǎn)物的損害，使折斷之骨及其周圍2mm以內(nèi)的軟組織，發(fā)生早期原發(fā)性組織壞死；,,（4）成纖維細胞增生：形成肉芽組織，并且開始向血腫內(nèi)伸入；（5）血管增生：在成纖維細胞增殖的同時，結(jié)締組織內(nèi)的毛細血管也增生分支，它們共同形成富于新生血管的肉芽組織。,血腫的機化：,骨折斷端周圍的纖維結(jié)締組織不僅包圍著血腫，而且逐漸侵入血腫，不斷地增殖和侵占血腫溶解和吸收后遺留

16、下的空隙。同時在纖維結(jié)締組織和血腫內(nèi)，出現(xiàn)毛細血管，其數(shù)量迅速增加。肉芽組織取代凝血塊，并且逐漸纖維化的過程稱為血腫的機化。機化的血腫為骨折愈合提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。在骨折后6－8小時啟動，在4－7天可以看到明顯的機化組織。機化的血腫對骨折斷端有初步固定的作用。因此，也有人將之稱為早期的纖維骨痂。,(1)膜內(nèi)化骨及軟骨化骨過程逐漸完成(2)膜內(nèi)化骨及軟骨化骨過程基本完成,,根據(jù)形成骨痂的性質(zhì)，通常把骨痂形成期劃分為3個階段：纖維骨

17、痂形成期（2－4周）、軟骨骨痂形成期（3－5周）和編織骨痂形成期（4－6周）等。,纖維骨痂形成期：,此期開始于血腫機化期，所以在骨折后3－5天，隨著纖維組織和血管開始進入血腫，凝血塊機化，出現(xiàn)肉芽組織時開始，就出現(xiàn)了纖維骨痂形成期的一些變化。,,凝血塊開始機化：是指凝血塊逐漸被纖維組織所置換的過程。肉芽組織纖維化形成纖維骨痂：纖維組織具有一定的彈性、韌性和承受應(yīng)力的能力。所以，纖維骨痂對于骨折斷端具有一定的固定作用。,軟骨骨痂形成

18、期：,在骨折后第3－5周期間，纖維骨痂內(nèi)可以出現(xiàn)大量成軟骨細胞。它們分泌許多軟骨基質(zhì)，形成透明樣軟骨，并且通過軟骨化骨形成新生骨。正常情況下，在骨內(nèi)膜的纖維骨痂內(nèi)?？梢钥吹缴倭客该鳂榆浌?。,編織骨痂形成期（4－6周）：,該期主要的組織病理學(xué)變化：編織骨痂形成期是骨性骨痂形成的重要時期，纖維骨痂和軟骨骨痂分別通過膜內(nèi)化骨和軟骨內(nèi)化骨形成編織骨，完成骨折的骨性愈合。,1外骨痂內(nèi)骨痂，環(huán)狀骨痂及腔內(nèi)骨痂形成后的立體解剖2骨痂塑形基本完成,,一

19、般認為骨折后第2－6月是編織骨痂重塑建期。重塑建是指編織骨痂的結(jié)構(gòu)，特別是其小梁骨，在負重和運動等因素的作用下，按其承受的壓力曲線和張力曲線方向重新排列，逐漸形成與其所處功能位置匹配的板層樣小梁骨、皮質(zhì)骨和骨髓腔。,,(,,,,原始骨痂為排列不規(guī)則的骨小梁所組成，尚欠牢固，應(yīng)防止外傷，以免發(fā)生再骨折。隨著肢體的活動和負重，在應(yīng)力軸線上的骨痂，不斷地得到加強和改造；在應(yīng)力軸線上以外的骨痂，逐步被清除；使原始骨痂逐漸被改造成為永久骨痂，

20、后者具有正常的骨結(jié)構(gòu)。骨髓腔亦再溝通，恢復(fù)骨之原形。小孩為1～2年，成人為2～4年。,,一般講，骨痂重塑建是編織骨破壞、溶解、吸收，逐漸被移除和新生骨組織不斷形成的動態(tài)過程。,,,骨不連的生物學(xué)機制,骨痂的形成和鈣化障礙：包括多種細胞介質(zhì)活性異常，各種類型的軟骨病等。區(qū)域性加速現(xiàn)象低下：糖尿病，合并周圍神經(jīng)損傷等異常分化:轉(zhuǎn)移性腫瘤和原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進，神經(jīng)損害，先天性脛骨假關(guān)節(jié)，骨折不適當(dāng)治療。骨改建和塑形異常二次損傷現(xiàn)象

21、過度,骨不連的分類,有多種分類方法，常用的分為六大類：1.肥大性骨不連，骨端血運豐富，固定不良。2.營養(yǎng)不良性骨不連，骨端象牙白或淡黃色，無骨膜。3.萎縮性骨不連，骨端萎縮、骨質(zhì)疏松、斷端呈鼠尾狀改變，無任何骨痂形成。4.感染性骨不連，骨折端呈蝕樣改變，并夾雜骨感染表現(xiàn)，即骨溶解、死骨存留、異常的局限性密度增高。5.假關(guān)節(jié)性骨不連，骨端間形成封閉的假性關(guān)節(jié)囊。6.骨缺損性骨不連，缺少全周徑的2cm以上，多因創(chuàng)傷、手術(shù)、腫瘤切

22、除或自身代謝性原因。,,,,,小結(jié),骨的主要功能：力學(xué)支撐、肌肉附著、儲存鈣和磷骨的有機成分：膠原和非膠原蛋白，羥基磷灰石晶體和和這兩種蛋白相結(jié)合骨質(zhì)的大部分成分是由成骨細胞合成和分泌的骨質(zhì)的吸收主要是為了適應(yīng)生長、修復(fù)和礦物質(zhì)動員的需要。這個過程主要由來源于巨噬細胞的破骨細胞完成骨在一生中通過激活-吸收-形成（ARF）的順序進行塑形，在此過程中破骨細胞和成骨細胞相互協(xié)調(diào)吸收舊骨形成新骨,小結(jié),在正常成人的骨骼中，塑形是偶聯(lián)發(fā)生

23、的，即骨吸收和形成相等，使骨密度保持恒定膜內(nèi)化骨是扁平骨形成的過程。在這個過程中，由間充質(zhì)直接分化而來的成骨細胞形成骨質(zhì)長骨通過軟骨內(nèi)化骨形成。在此過程中，軟骨細胞首先形成軟骨然后再按ARF方式塑形,小結(jié),臨床相關(guān)性：骨的最常見過程是損傷骨的塑形過程；在骨吸收和骨形成的平衡中，吸收大于形成時發(fā)生骨質(zhì)疏松，形成大于吸收時發(fā)生石骨癥軟骨發(fā)育不良是由于軟骨內(nèi)化骨缺陷造成骨折的修復(fù)是涉及較少的骨組織發(fā)生的協(xié)調(diào)過程，后期發(fā)生骨的塑形骨