课题背景：解放军第二军医大学附属长海医院骨科张春才教授设计了镍钛聚髌器，利用记忆合金的特点，使其在使用时产生多方向的持续向心抓髌聚合力，从而固定住严重粉碎的髌骨。

应用要点：镍钛聚髌器置入后使骨折端获得可靠的固定，形成了骨折端的持续性成骨力值，为从分子生物学的角度认识骨折愈合奠定了基础。

术语解析：记忆性压应力和生理性应力结合形成骨折端持续性生理性成骨力值，在骨折愈合过程中持续存在，不因骨折线的吸收而消失，持续刺激骨折端组织形成与分化，有效促进骨折愈合，降低了骨折延迟愈合、骨不连的发生率。

解放军第二军医大学长海医院骨科，上海市 200433

刘欣伟★，男，1979年生，黑龙江省哈尔滨市人，汉族，解放军第二军医大学在读硕士，医师，主要从事创伤、组织修复与重建方面的研究。
120@vip.sina.com

通讯作者：张春才，教授，主任医师，博士研究生导师，解放军第二军医大学长海医院骨科，上海市 200433 de-formitya@126.com

摘要
目的：镍钛聚髌器在人体温度下产生的固定和加压作用为持续不断的，使出现吸收的骨折端继续紧密对合。回顾性分析生理性成骨力值概念在镍钛聚髌器治疗髌骨骨折中的应用。
方法：①选择解放军第二军医大学长海医院2003-01/2006-01应用镍钛聚髌器治疗髌骨骨折患者106例，其中男75例，女31例；年龄16~72岁，平均年龄39.3岁。伤后至手术时间3 h~7 d，全部为闭合性骨折。②西脉产聚髌器由镍钛记忆合金材料制成，由5个功能爪枝和1个连结爪枝的功能腰部组成，分为大、中、小3个型号。根据其结构为奥-马互逆的特性使其在体温驱动下，功能爪可从5~9个方面对髌骨产生持续、稳定、立体、向心的加压聚合力。记忆合金还具有良好的组织相容性，是理想的人体生物功能材料。③术后2，4，8周及5个月时复查X射线片。并对膝关节功能进行评价。
结果：106例患者平均随访23个月（11~50个月），X射线片示髌骨关节面达到解剖复位者96例，患膝功能平均3.3周达到90°，平均6.9周屈、伸功能达到健侧水平，按Bostman临床评分系统，优99例，良7例，优良率100％。术后未见聚髌器松动、断裂等材料反应。无炎症、排异等宿主反应。
结论：镍钛聚髌器使骨折端获得可靠的固定，同时使生理性应力在骨愈合的过程中持续通过骨折端，可以获得良好的骨愈合和功能水平。
关键词：镍钛聚髌器；髌骨骨折；成骨力值；骨折固定术；医学植入体

刘欣伟，苏佳灿，张春才，禹宝庆，纪方，许硕贵，傅青格，牛云飞，管华鹏，陈育岳.生理性成骨力值概念在镍钛聚髌器置入治疗髌骨骨折的应用：106例回顾[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(17):3225-3228
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-17/17k-3225(ps).pdf]

中图分类号: R318
文献标识码: A
文章编号: 1673-8225
(2008)17-03225-04

收稿日期：2007-12-20
修回日期：2008-02-13
(07-50-12-7060/M·A)

Nickel-titanium patellar concentrator for the treatment of patellar fracture based on concept of physiological osteogenic stress: A retrospective analysis of 106 cases

Abstract
AIM: Nickel-titanium patellar concentrator (NT-PC) can maintain fixation and pressure under human temperature, and keep fracture sites closely apposed. This study analyzed the treatment of patellar fracture using NT-PC based on the concept of physiological osteogenic stress.
METHODS: 106 patients with patellar fracture who were treated by NT-PC in Changhai Hospital of Second Military Medical University of Chinese PLA between January 2003 and January 2006 were selected, including 75 males and 31 females, with an average age of 39.3 years (range, 16-72 years). All fracture was closed fracture within 3 hours to 7 days before surgery. ②PC was made of Nickel and Titanium memory alloy by Seemine, Gansu. It consisted of 5 concentrator hooks and 1 device connecting hook stem, and was classified into large, middle and small types. The concentrator hooks produced sustained, stable, three-dimensional and centripetal compression on patella from 5-9 directions. Moreover, the good histocompatibility of memory alloy made it possible to become ideal biomaterial for human body. ③X-ray examination was performed to evaluate knee joint function 2, 4, 8 weeks and 5 months after surgery.
RESULTS: 106 cases were averagely followed up for 23 months (range, 11-50 months). Radiograph showed that 96 cases obtained anatomic reduction of facies articularis patellae, and the fractured knee function was improved (90 °) after average 3.3 weeks, flexion and extension function restored to normal extent at average 6.9 weeks. According to Bostman scoring system, 99 cases were excellent, and 7 were good. The excellent and good rate was 100%. PC loosening and breakage were not found postoperatively. No inflammation or rejection responses were found.
CONCLUSION: NT-PC can fix bone fragments reliably and provide continuous compression axially during fracture union, and accordingly promote the union of fractures.

Liu XW, Su JC, Zhang CC, Yu BQ, Ji F, Xu SG, Fu QG, Niu YF, Guan HP, Chen YY.Nickel-titanium patellar concentrator for the treatment of patellar fracture based on concept of physiological osteogenic stress: A retrospective analysis of 106 cases. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(17):3225-3228(China)
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-17/17k-3225(ps).pdf]

0 引言

髌骨骨折的治疗原则是保留髌骨、解剖复位、坚强固定、早期锻炼，目的是最大程度地恢复关节功能。应用镍钛聚髌器治疗髌骨骨折106例的临床结果，根据其结构为奥-马互逆的特性使其在体温驱动下，功能爪可从5~9个方面对髌骨产生持续、稳定、立体、向心的加压聚合力，可为粉碎性髌骨骨折提供“记忆性聚合加压”的生物力学环境。记忆合金还具有良好的组织相容性，是理想的人体生物功能材料，可为应用生理性成骨力值概念治疗骨折提供有力的依据。

1 对象和方法

设计：回顾性病例分析。
单位：解放军第二军医大学创伤骨科。
对象：选择解放军第二军医大学长海医院2003-01/2006-01应用镍钛聚髌器治疗髌骨骨折患者106例，其中男75例，女31例；年龄16~72岁，平均年龄39.3岁。伤后至手术时间3 h~7 d，全部为闭合性骨折。骨折发生的原因多为跌倒、坠落、车祸、其他（运动伤、爆炸伤、病理性骨折等）；骨折发生的部位多为全髌骨粉碎性骨折、下极骨折、横行骨折、上极骨折、纵行骨折。患者一般资料，见表1。

材料：西脉产聚髌器由镍钛记忆合金材料制成，由5个功能爪枝和1个连结爪枝的功能腰部组成，分为大、中、小3个型号。
设计、实施、评估者：为本文作者。
方法：所有病例均由同一组具有中级以上职称的骨科医生进行手术。采用局部浸润麻醉或腰麻，取髌骨内侧纵弧形切口，长达髌骨上、下缘，清除骨折面血凝块及关节内积血，用生理盐水冲洗关节腔及骨折面，清除关节内碎骨屑，将膝关节于过伸位，复位骨折，用带尖复位钳夹持髌骨两端作临时固定，探查髌骨关节面，整复关节面。选择合适的记忆合金聚髌器用冰盐水浸泡使之变软后，用尖刀切开各爪之入口，安放好聚髌器，继续探查并整复髌骨内关节面，加压维持5 min后，聚髌器变硬，适度活动膝关节，见骨折复位良好无移位，冲洗伤口，严密缝合髌腱膜、关节囊及两侧组织。
术后一般无需外固定，鼓励患者早期作股四头肌舒缩活动及膝关节功能锻炼。如果粉碎严重的髌骨骨折，则需作石膏托外固定膝关节2周，并坚持股四头肌主动收缩训练，其他训练宜在术后1周后进行；术后5个月左右，根据髌骨骨折愈合情况原切口取出聚髌器。
术后2，4，8周及5个月时复查X射线片。
主要观察指标：①出血量，手术时间。②膝关节功能恢复、骨折愈合情况。③材料与宿主的生物相容性反应。

2 结果

髌骨关节面达到解剖复位者96例，占90.6%；关节面有台阶者10例，占9.4%，但均< 2 mm。术后平均3.3周时患膝功能达到90°；术后平均6.9周时，屈、伸功能达到健侧水平。按Bostman临床评分系统[1]，优99例，良7例，优良率100%，术后未见聚髌器松动、断裂等材料反应，无炎症、排异等宿主反应，见表2。典型病例见图1。

3 讨论

3.1 内固定方式的选择 目前治疗髌骨骨折常用的方法很多。①镍钛聚髌器。②张力带钢丝内固定。③丝线或钢丝环扎术。④加压骑缝钉。⑤钢缆系统等。Shabat等[2]对56例65岁以上的老年髌骨骨折进行回顾性分析，其中66%为粉碎性骨折，本实验中40.1%为粉碎性骨折。对于粉碎性髌骨骨折的治疗，国内外学者报道各异。Benjamin等[3]应用两根钢丝和一枚皮质骨螺钉作为改良的张力带来固定髌骨，效果满意。Burvant等[4]比较了几种内固定方式，发现用几枚松质骨螺钉作为改良的张力带的方法最为稳定，但对粉碎性骨折仍存在不足[5]。张权等[6]应用Cable-Pin系统治疗横断型髌骨骨折32例，优良率100%。王忠发等[7]应用丝线环扎加张力带固定治疗髌骨骨折109例，优良率95.4%。喻恒锋等[8]应用复位加压固定圈、可吸收线及丝线（三层）网状张力带固定术治疗髌骨骨折149例，优良率98%。为给严重粉碎性髌骨骨折的治疗提供一种新的方法，长海医院骨科张春才教授设计了镍钛聚髌器[8-11]，利用记忆合金的特点，使其在使用时产生多方向的持续向心抓髌聚合力，从而固定住严重粉碎的髌骨。傅青格等[12]应用镍钛-聚髌器治疗严重粉碎髌骨骨折123例，临床优良率93.5%。张春才等[13]总结了应用镍钛聚髌器治疗的髌骨骨折4 023例，解剖复位率98.36%。本文应用镍钛聚髌器治疗髌骨骨折106例，X射线片示髌骨关节面达到解剖复位者96例（90.6%），患膝功能平均3.3周达到90°，平均6.9周屈、伸功能达到健侧水平，按Bostman临床评分系统，临床优良率100%。
3.2 镍钛聚髌器生物力学及骨愈合特点 镍钛聚髌器为奥-马互逆的记忆金属，其在人体温度下产生的固定和加压作用为持续不断的，这样一方面可使出现吸收的骨折端继续紧密对合。另一方面其主动持续加压作用必将增强固定的有效性。术后3~5个月，骨折于解剖位愈合。许硕贵等[14]对镍钛聚髌器利用三维有限元分析镍钛聚髌器这一髌骨骨折内固定器的设计合理性及治疗粉碎性髌骨骨折，促进骨折愈合的生物力学基础，得出结论：聚髌器的记忆加压聚合力为134 N。整个髌骨表面受力比较均匀，约为0.8 MPa。髌骨各节点应力计算表明，所受应力主要为正应力。持续正应力的存在有利于骨折端的稳定并促进骨愈合，固定后允许患者早期活动。
3.3 成骨力值概念的提出 正常生理应力的刺激有利于骨折愈合过程中新骨的形成、骨痂的生长和塑形。在正常应力刺激下，骨折端周围的骨痂顺着应力方向塑形。剪切力将严重影响骨折的愈合，在骨折修复过程中，高水平剪切应变刺激祖细胞分化为纤维结缔组织，中等水平剪切应变刺激祖细胞分化为软骨组织，而低水平剪切应变使祖细胞朝骨细胞方向分化[15]。合理的应力刺激有助于骨折愈合，聚髌器在保证骨折端稳定的同时，能在骨折端产生主动的纵向压应力，这种压应力不随骨折端的吸收而消失；功能锻炼形成的生理性应力持续通过骨折端，从骨块传向骨块，而不是简单的固定骨折块。记忆性压应力和生理性应力结合形成骨折端持续性生理性成骨力值，在骨折愈合过程中持续存在，不因骨折线的吸收而消失，持续刺激骨折端组织形成与分化，有效促进骨折愈合，降低了骨折延迟愈合、骨不连的发生率。持续载荷的压应力驱动软骨基质的矿化和间充质细胞向软骨和成骨细胞方向分化发展[16]，刺激成骨细胞功能活性，并有助于编织骨向板层骨的改建[17]。在长达20余年临床治疗工作中发现：使骨折端获得可靠的固定，能够满足早期功能锻炼的同时又尽可能少地干扰骨块间的生理性应力传导，使生理性应力在骨愈合过程中持续通过骨折端，可以获得良好的骨愈合，并称之为“MO（memory osteosynthesis）”现象[11]。这种力学模式称为MO模式：使骨折端在骨愈合的过程中持续存在生理性成骨力值。镍钛聚髌器固定后产生的持续应力与生理性应力刺激形成了骨折端的持续性成骨力值，此力值加速了骨折端内部间充质干细胞向成骨细胞分化，成骨细胞功能增强，新骨形成替代和骨断端再塑性改建明显加速，表现为骨断端吸收隙窝边缘大量新骨形成和新骨形成积分光密度值的增加。另外，相关的设计[18-21]如天鹅形状记忆接骨器、肱骨近端记忆接骨器、髋臼三维记忆内固定系统和弓齿记忆钉等也正应用于临床并取得了满意的效果。
骨折愈合涉及复杂的分子生物学过程，合适的生物力学环境是骨折愈合的必要条件，关于生理性成骨力值刺激骨折愈合的分子生物学证据，目前有待于进一步研究。

4 参考文献

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