应力遮挡
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应力遮挡效应―寻找丢失的钥匙
刘振东
范清宇
应力遮挡效应问题讨论了半个
多世纪，到目前为止仍然面临很大的困惑。由
于骨折愈合机制尚不明确，应力遮挡的理论
和实验研究受到很大的制约。一方面
表现为可检索查新的相关文献很少，另一方面则表现
为概念的混乱和歧义。最初
的应力遮挡效应被用以解释坚强内固定物所致的不良结局，如
延迟愈合，不愈合
以及去除内固定后的再骨折现象等
[1
，
2]
。而最近的某些观点认为应力遮挡效应
并不明显，甚至早期还有一定益处
[3-5]
< br>。因此，有必要对一些历史概念进行反思
和重新定义。
以下是有关应力遮挡力学概念的两个定义：
< br>定义
1
，当不同弹性模量的成分并联承担载荷时，较高弹
性模量的成分承担
较多的载荷，即对低弹性模量成分起到应力、应变遮挡作用。
[6]
定义
2
，两种
或两种以上材料组成一个机械系统时，弹性模量较大的材料承
担更多的负荷。
[2
，
5]
上述两个定
义大同小异，但隐含了两个前提条件。一是不同弹性模量的材料
应该是完整的，如果其中
一种材料发生不规则断裂，其应力分担情况则视断裂部
位的接触情况而改变。二是两种材
料的形状体积相当。若把一根铁丝和一根木桩
并联在一起，谁来承担更多的负荷是显而易
见的。而骨干和各种固定材料的形状
体积有显著差别。在实验中，无论是钢板还是外固定
架，其应力遮挡率均小于
50%
，
体外
测定单臂外固定架的应力遮挡率仅为
6.1%[7]
，
即骨折固定材料在多数
情况下并非承担较多的负荷。
综上所述，不能把应力遮挡的传统定义简单地引入骨折治疗领域。我们可以
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。新的定
义一方面抛开了弹性模量概念的束缚，以往曾试图寻找低弹性模量材料来降低应
力遮挡效应
[2
，
8]
，几十年的事实已证明并无多大的实际应用价值；另一方面兼
顾了串联和并联两
种情况，既可以反映稳定的静力系统，又可以反映不稳定的动
力性系统，也不论固定材料
分担了多少应力。因此，新的定义涵盖更广。
新的定义明确了减少固定材料的应力分流来降低应力遮挡效应的思想。
近几<
/p>
十年的临床研究与实践已经证明，改变固定材料的几何形状设计是降低应力遮挡
效应的有效途径。尽管
AO
学派倾向否定应力遮挡
效应
[3,9]
，其由坚强内固定到
稳
固内固定的思想转变是通过降低钢板的厚度、改变钢板的几何形状设计来实现
的。
有资料表明用高强度钢板固定前臂骨折，
取钢板后的再骨折率显著增高
[10]
。
应力遮挡效应是指由于固定材料的力学分流对骨骼造成强度降低及愈合延
迟等生物学影响
。应力遮挡与应力遮挡效应有着密切的联系
,
但二者不能混为一
谈。固定材料的坚强与否是相对于被固定骨骼而言，同一种固定材料的小动物实
验结果和人体临床应用结果差别巨大，是因为固定材料相对于动物的骨骼来说是
< br>过于坚强了
[4]
。同理可推，同一固定材料用于儿童的
应力遮挡效应将比用于成
人更显著。尽管少年儿童的骨折易于愈合，但发生于少年儿童的
再骨折现象并非
少见
[11]
。
下面回顾一个有关骨折愈合的重要概念。
M
cKibbin[12]
注意到这样一位患
者，一侧小腿骨折保
守治疗，另一侧小腿创伤性截肢。
6
周后，保守治疗的骨折
端产生了丰富的骨痂，
而形成鲜明对照的是，
截肢的骨残端几乎没有反应
（图
1
）
。
于是他用老鼠做实验，老鼠截肢后的骨残端也发生修复性骨痂
反应，但由于缺乏
远端的应力刺激，两周后这种骨痂反应即停止生长而发生退化。他把这
种短时的
一次性的骨痂反应称为初始骨痂反应
(Primary
callus response, PCR)
。
PCR
远
远不能解释临床骨折愈合所需要的漫长时间，
因此有人推论，
骨
折愈
合需要一个长期的依赖于骨折远端存在的继发动力。
很显然，骨折远端并不能
提供新的物质。最合理的解释是，骨折近远
端的相互作用只不过是复制了损伤反
应，进而反复地重复了
PC
R
。因此，所谓依赖于骨折远端的继发动力在本质上与
PCR<
/p>
是一致的。假设每一次微损伤产生一次修复性
PCR
，那么，整个骨折愈合过
程就是无数次
PCR
的积累。在这个前提下，
PCR
应具备如下特
点：
饱和性：
在一定范围内，
PCR
随损伤强度而增强，
但存在饱和极限
（参图
2
）
。
这与局部空间大小及所能容纳的细胞和分子浓度有关。
平衡点：
指刚好能被
PCR
所修复的损伤强度。大于该强度的损伤都是破
坏