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(jìn)入?？寺瞎埽粓?jiān)韌致密。 內(nèi)層：膠原纖維少，含有薄層的彈力纖維網(wǎng)。富含細(xì)胞；較疏松．含生骨細(xì)胞。 此兩層并無(wú)明顯的界限．

2、,骨皮質(zhì),骨皮質(zhì)（骨密質(zhì)或堅(jiān)質(zhì)骨）分布于長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)垂直于骨干長(zhǎng)軸貫穿

4、外環(huán)骨板的?？寺瞎?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(zhǎng)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āＲ灿猩窠?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(wú)血管通過(guò)．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(zhǎng)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(wú)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(jī)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(xì)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(xì)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(jī)成分還有無(wú)機(jī)成分。新鮮骨按重量計(jì)25%是水，25%為有機(jī)物，50%無(wú)機(jī)礦物鹽,骨組織的主要成分：細(xì)胞和細(xì)胞間質(zhì)。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,骨組織中的細(xì)胞：,骨原細(xì)胞 骨細(xì)胞。成骨細(xì)胞 osteoblast：破骨細(xì)胞 osteoclast：,骨細(xì)胞：,外形：扁橢圓形的星形細(xì)胞，有許多突起，細(xì)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(xì)

9、胞間可互相傳遞營(yíng)養(yǎng)物。作用：骨細(xì)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(xì)胞。,成骨細(xì)胞,osteoblast：常見于生長(zhǎng)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(xì)胞間質(zhì)中纖維和粘多糖。新的細(xì)胞間質(zhì)不斷產(chǎn)生，并經(jīng)過(guò)鈣化而形成骨質(zhì)，成骨細(xì)胞進(jìn)被包埋其中．此時(shí)細(xì)胞內(nèi)的合成活動(dòng)停止轉(zhuǎn)變稱為骨細(xì)胞．,破骨細(xì)胞,破骨細(xì)胞osteoclast：是一種多核的巨大細(xì)胞．有人認(rèn)為是多個(gè)骨細(xì)胞融合而成。也有

10、人認(rèn)為是多個(gè)巨噬細(xì)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(xì)胞發(fā)生裂開，分成原來(lái)的個(gè)體細(xì)胞。,,,,,細(xì)胞間質(zhì)：,細(xì)胞間質(zhì)（骨基質(zhì)） 有機(jī)成分：骨膠纖維一膠原纖維一彈性韌性 無(wú)定型有機(jī)質(zhì)：糖一蛋白質(zhì)復(fù)合物（多為粘多糖）介于細(xì)胞和膠原纖維之間；使膠原纖維粘合在一起。只占有機(jī)成分的5％。無(wú)機(jī)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(wú)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(guò)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(guò)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(xì)胞群，形成骨化中心。成骨細(xì)胞開始分泌有機(jī)的細(xì)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(jí)松質(zhì)骨。成骨過(guò)程由骨化中心向四周擴(kuò)展，表面的間充質(zhì)分化為骨膜，其深部的成骨細(xì)

12、胞又在初級(jí)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(xì)胞群,分化,成骨細(xì)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(jí)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(zhǎng)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(zhǎng)） （2）軟骨膜下成骨 與軟骨內(nèi)成骨同時(shí)，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(zhǎng)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(gè)連續(xù)不斷的過(guò)程，是一面破壞清除，一面新生修復(fù)的過(guò)程，新生修復(fù)的過(guò)程是由膜內(nèi)骨化與軟骨化共同完成。骨折愈合的過(guò)程也是暫時(shí)性緊急連接過(guò)程到永久性的堅(jiān)固連接的過(guò)程。,,骨組織具有強(qiáng)大的修復(fù)再生能力通常把骨折愈合的進(jìn)程分為以下3個(gè)階段 ◆ 血腫機(jī)化期 ◆

14、 原始骨痂期 ◆ 骨痂改造期就是“瘀去、新生、骨合”的過(guò)程,（1）骨折后血腫機(jī)化（2）血腫逐漸機(jī)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(kuò)張等，造成局部循環(huán)障礙。 （2）白細(xì)胞滲出：在

15、骨折局部的組織內(nèi)呈現(xiàn)炎癥細(xì)胞侵潤(rùn)（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(xì)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(xì)胞增殖的同時(shí)，結(jié)締組織內(nèi)的毛細(xì)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(jī)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(shí)在纖維結(jié)締組織和血腫內(nèi)，出現(xiàn)毛細(xì)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(guò)程稱為血腫的機(jī)化。機(jī)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(shí)啟動(dòng)，在4－7天可以看到明顯的機(jī)化組織。機(jī)化的血腫對(duì)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(guò)程逐漸完成(2)膜內(nèi)化骨及軟骨化骨過(guò)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(gè)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(jī)化期，所以在骨折后3－5天，隨著纖維組織和血管開始進(jìn)入血腫，凝血塊機(jī)化，出現(xiàn)肉芽組織時(shí)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(jī)化：是指凝血塊逐漸被纖維組織所置換的過(guò)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(duì)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(xì)胞。它們分泌許多軟骨基質(zhì)，形成透明樣軟骨，并且通過(guò)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(shí)期，纖維骨痂和軟骨骨痂分別通過(guò)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(rèn)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(fù)重和運(yùn)動(dòng)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(dòng)和負(fù)重，在應(yīng)力軸線上的骨痂，不斷地得到加強(qiáng)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(dòng)態(tài)過(guò)程。,,,骨不連的生物學(xué)機(jī)制,骨痂的形成和鈣化障礙：包括多種細(xì)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(jìn)，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(guò)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(yùn)豐富，固定不良。2.營(yíng)養(yǎng)不良性骨不連，骨端象牙白或淡黃色，無(wú)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(wú)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(chǔ)存鈣和磷骨的有機(jī)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(xì)胞合成和分泌的骨質(zhì)的吸收主要是為了適應(yīng)生長(zhǎng)、修復(fù)和礦物質(zhì)動(dòng)員的需要。這個(gè)過(guò)程主要由來(lái)源于巨噬細(xì)胞的破骨細(xì)胞完成骨在一生中通過(guò)激活-吸收-形成（ARF）的順序進(jìn)行塑形，在此過(guò)程中破骨細(xì)胞和成骨細(xì)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(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，由間充質(zhì)直接分化而來(lái)的成骨細(xì)胞形成骨質(zhì)長(zhǎng)骨通過(guò)軟骨內(nèi)化骨形成。在此過(guò)程中，軟骨細(xì)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(guò)程是損傷骨的塑形過(guò)程；在骨吸收和骨形成的平衡中，吸收大于形成時(shí)發(fā)生骨質(zhì)疏松，形成大于吸收時(shí)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(guò)程，后期發(fā)生骨的塑形骨