兒童下肢長(zhǎng)骨干骨折后過度生長(zhǎng)的影響因素及機(jī)制研究進(jìn)展

岳宇航 綜述 李連永 審校

下肢長(zhǎng)骨干骨折是兒童常見創(chuàng)傷，主要包括股骨干骨折和脛骨干骨折，治療方式包括保守治療和手術(shù)治療。 但無論采用何種治療方式，雙下肢不等長(zhǎng)是兒童下肢長(zhǎng)骨干骨折后最常見的并發(fā)癥之一，通常為患肢過度生長(zhǎng)所致［1］。 雙下肢不等長(zhǎng)除了引起跛行，還可引起背痛、脊柱側(cè)彎以及坐骨神經(jīng)痛等癥狀。 輕微下肢不等長(zhǎng)的患者可以通過墊高鞋跟的方法矯正，較為嚴(yán)重的患者需行臨時(shí)骨骺阻滯術(shù)或肢體延長(zhǎng)術(shù)［2］。 下肢長(zhǎng)骨骨折后肢體過長(zhǎng)的發(fā)生機(jī)制尚不完全明確，本文對(duì)其研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

一、骨折后過度生長(zhǎng)現(xiàn)象

1849 年，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)兒童長(zhǎng)骨干骨折后會(huì)出現(xiàn)過度生長(zhǎng)的現(xiàn)象，隨后Paget（1863 年）、Ollier（1867年）等也相繼報(bào)道了類似現(xiàn)象。 1921 年，Truesdell詳細(xì)記錄了5 例股骨干骨折兒童的受傷部位、治療方式以及隨訪過程，發(fā)現(xiàn)患側(cè)下肢存在過度生長(zhǎng)的情況，并認(rèn)為創(chuàng)傷本身是引起股骨加速生長(zhǎng)的主要原因［3］。

隨著現(xiàn)代影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)這一現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)也越來越明確。 相關(guān)臨床研究表明，過度生長(zhǎng)主要發(fā)生于骨折后的18 ～24 個(gè)月，多見于12 歲以內(nèi)的患者，7 歲以內(nèi)患者更為明顯，雙下肢長(zhǎng)度差通常在10 mm 左右［1，4，5］。 股骨干骨折的患者，不論是采用閉合復(fù)位石膏固定或Pavlik 吊帶治療，還是切開復(fù)位內(nèi)固定，均有發(fā)生過度生長(zhǎng)的現(xiàn)象［4］。 Flynn等［6］對(duì)過度生長(zhǎng)現(xiàn)象提出了評(píng)價(jià)指標(biāo)，認(rèn)為過度生長(zhǎng)造成雙下肢長(zhǎng)度差在1 cm 以內(nèi)的患者預(yù)后優(yōu)秀，1 ～2 cm 者預(yù)后滿意，2 cm 以上者預(yù)后較差。

對(duì)于引起過度生長(zhǎng)的危險(xiǎn)因素，既往研究普遍集中在性別、年齡、骨折原因、骨折類型、骨折線位置等方面。 Clement 和Colton 通過分析比較44 例年齡在7 個(gè)月至12 歲經(jīng)保守治療的股骨干骨折患者，發(fā)現(xiàn)男孩平均過度生長(zhǎng)9.9 mm，女孩平均過度生長(zhǎng)5.5 mm（P＜0.025）［7］。 但他們并沒有分析不同性別引起過度生長(zhǎng)差異的具體原因，而有學(xué)者認(rèn)為過度生長(zhǎng)與性別無關(guān)［8，9］。 同時(shí)，該研究也注意到年齡越小過度生長(zhǎng)越明顯，與其他學(xué)者研究結(jié)果一致［10－12］。

關(guān)于骨折部位，Beaty 等［13］認(rèn)為骨折線位于股骨近端1／3 處對(duì)過度生長(zhǎng)的影響更為明顯。 而Edvardson、Syversen 以及Shapiro［11，14］并未發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象。 骨折類型也被認(rèn)為是影響過度生長(zhǎng)的因素。國內(nèi)有研究認(rèn)為不穩(wěn)定型，即長(zhǎng)斜形、旋轉(zhuǎn)和粉碎性股骨干骨折較穩(wěn)定型（短斜形和橫形）股骨干骨折更易出現(xiàn)過度生長(zhǎng)超過1 cm 的現(xiàn)象［15］。 Fakoor等［8］也發(fā)現(xiàn)在同樣采用切開復(fù)位鋼板螺釘固定的情況下，股骨干螺旋形骨折較橫形骨折患者過度生長(zhǎng)更明顯。 該現(xiàn)象可能與不穩(wěn)定骨折的穩(wěn)定性較差及出血較多有關(guān)。 由此可見，過度生長(zhǎng)現(xiàn)象發(fā)生的危險(xiǎn)因素仍存在廣泛的爭(zhēng)議，需要更為全面的臨床研究證實(shí)。

內(nèi)固定物的選擇也可能與骨折后過度生長(zhǎng)有關(guān)。 近年來，彈性髓內(nèi)釘廣泛應(yīng)用于兒童長(zhǎng)骨骨折，其與肢體過長(zhǎng)的相關(guān)性也備受關(guān)注。 有研究發(fā)現(xiàn)兒童脛骨干骨折彈性髓內(nèi)釘固定2 年后，隨訪時(shí)患側(cè)可平均過度生長(zhǎng)5 mm，最長(zhǎng)可達(dá)15 mm［16］。Park 等［9］通過分析股骨干骨折患者彈性髓內(nèi)釘與髓腔直徑的比例，發(fā)現(xiàn)比例≥0.8，股骨平均過度生長(zhǎng)0.36 cm，而＜0.8 時(shí)，過度生長(zhǎng)可達(dá)1.0 cm，兩者有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，國內(nèi)相關(guān)研究也支持這一觀點(diǎn)［15］。這一差異可能與髓內(nèi)釘占髓腔比例越高，骨折固定越穩(wěn)定有關(guān)［17］。 Nascimento 等［18］通過比較彈性髓內(nèi)釘與手法復(fù)位石膏固定治療股骨干骨折的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)彈性髓內(nèi)釘治療更易導(dǎo)致股骨過長(zhǎng)，該結(jié)果可能與手法復(fù)位石膏固定更易出現(xiàn)成角畸形有關(guān)。但這些研究并未分析過度生長(zhǎng)與是否解剖復(fù)位有關(guān)系。 尚無研究分析彈性髓內(nèi)釘固定方式（雙側(cè)鉆孔CC 型和單側(cè)鉆孔CS 型）在過度生長(zhǎng)方面有無差別。 另外，彈性髓內(nèi)釘導(dǎo)致骨折后過度生長(zhǎng)的機(jī)制尚不明確，仍缺乏不同內(nèi)固定方式對(duì)過度生長(zhǎng)影響的比較研究。 對(duì)于不伴有其他損傷的脛骨干骨折，尚無研究表明其脛骨過度生長(zhǎng)是否伴隨腓骨過度生長(zhǎng)，以及是否產(chǎn)生踝外翻畸形。 值得注意的是，一些學(xué)者在上肢長(zhǎng)骨骨折及下頜骨折患者中亦觀察到過度生長(zhǎng)的現(xiàn)象，其發(fā)生機(jī)制及危險(xiǎn)因素是否與下肢長(zhǎng)骨骨折相似有待進(jìn)一步研究［19，20］。

二、骨膜斷裂與骨折后過度生長(zhǎng)

既往研究普遍認(rèn)為骨折后過度生長(zhǎng)與骨折后干骺端血供增加以及骨膜完整性被破壞有關(guān)。 Yabsley 和Harris［21］發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)骨骨干骨折以及骨膜剝離后生長(zhǎng)板的血運(yùn)有所增加。 而更多研究集中在骨膜受損與過度生長(zhǎng)的關(guān)系。

早在1873 年，Ollier［22］發(fā)現(xiàn)骨折后過度生長(zhǎng)與骨膜的完整性受損有關(guān)，并制作了相關(guān)動(dòng)物模型。該研究將尺橈骨末端的骨膜剝離，發(fā)現(xiàn)骨骼生長(zhǎng)速度增快。 隨后關(guān)于骨膜與過度生長(zhǎng)的研究逐漸展開。 Halanski 等［23］通過橫形切開、剝離兔一側(cè)脛骨近端骨膜，發(fā)現(xiàn)2 ～8 周后脛骨遠(yuǎn)端生長(zhǎng)板細(xì)胞增殖分化較對(duì)側(cè)活躍。 與此同時(shí)，該研究測(cè)量了2 周和8 周時(shí)脛骨近端生長(zhǎng)速率，發(fā)現(xiàn)2 周時(shí)術(shù)側(cè)較對(duì)側(cè)快（64.1 ±29）μm／d（P＜0.001）；8 周時(shí)術(shù)側(cè)生長(zhǎng)較快但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＝0.75）。 Warrell 等［24］通過比較不同方向切開骨膜致過度生長(zhǎng)情況，發(fā)現(xiàn)環(huán)形切開骨膜較縱向切開骨膜更易導(dǎo)致過度生長(zhǎng)，因此推測(cè)沿長(zhǎng)骨干縱軸方向的牽引力降低是促進(jìn)骨骼過度生長(zhǎng)的原因。 為證實(shí)上述觀點(diǎn)，Morscher等［25］利用外固定架，對(duì)脛骨骨膜橫形切開后的兔子在脛骨近端生長(zhǎng)板兩側(cè)施加或降低1 kg 的壓力，研究骨膜斷裂后生長(zhǎng)板壓力之間的關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)證明，骨膜斷裂后的確會(huì)降低生長(zhǎng)板兩端的壓力，而導(dǎo)致骨骼過度生長(zhǎng)。

對(duì)于生長(zhǎng)板兩端壓力與骨生長(zhǎng)的關(guān)系，Hueter-Volkmann 定律指出，生長(zhǎng)板所受壓力增加，骨的生長(zhǎng)就會(huì)受到抑制；相反，骨的生長(zhǎng)就會(huì)加速［26］。Strokes 等［26］在動(dòng)物研究中發(fā)現(xiàn)，不論是椎骨還是脛骨，在一定范圍內(nèi)，生長(zhǎng)板兩端壓力降低與骨骼長(zhǎng)度增加呈線性關(guān)系。 相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)將來臨床治療雙下肢不等長(zhǎng)可能有一定的指導(dǎo)意義。 Limpaphayom 和Prasongchin［27］曾嘗試通過骨膜剝離治療雙下肢不等長(zhǎng)患者，并取得較好效果。

骨膜完整性受損與生長(zhǎng)板過度生長(zhǎng)的關(guān)系可以從生物力學(xué)角度加以解釋。 骨膜是一種纖維結(jié)締組織，在骨表面形成一個(gè)連續(xù)的鞘。 纖維骨膜主要附著于骨兩端的干骺端和生長(zhǎng)板，其在生長(zhǎng)板兩端產(chǎn)生的壓力可能會(huì)對(duì)骨骼發(fā)育造成影響。 Bertram 等［28］通過測(cè)量不同位置骨膜張力，繪制了張力應(yīng)變曲線，并發(fā)現(xiàn)骨膜張力從生長(zhǎng)板近端到生長(zhǎng)板遠(yuǎn)端每毫米增加1 牛頓。 根據(jù)張力應(yīng)變曲線，張力變化越快，即骨膜粘附越緊的地方，兩端產(chǎn)生的壓力就越大，因而生長(zhǎng)板和干骺端是壓力最大的地方。 骨膜橫形切斷之后，骨膜的張力減小或消失，從而導(dǎo)致生長(zhǎng)板兩端的壓力減小，骨生長(zhǎng)加速。 這可以推測(cè)，粉碎性骨折或螺旋形骨折后的股骨遠(yuǎn)端生長(zhǎng)板可能因骨膜破壞更嚴(yán)重，兩端壓力減低更多，故此類型的骨折較其他穩(wěn)定性骨折有更加明顯的過度生長(zhǎng)現(xiàn)象。

上述實(shí)驗(yàn)均從一個(gè)較為宏觀的角度對(duì)骨折后過度生長(zhǎng)現(xiàn)象進(jìn)行分析和解釋，沒有探究相關(guān)的分子生物學(xué)機(jī)制，未能揭示過度生長(zhǎng)的本質(zhì)過程。

三、長(zhǎng)骨骨折后過度生長(zhǎng)相關(guān)分子機(jī)制

兒童長(zhǎng)骨的生長(zhǎng)主要由兩端的生長(zhǎng)板完成，但不同骨骼遠(yuǎn)近端骺板對(duì)生長(zhǎng)的貢獻(xiàn)不同。 股骨近端生長(zhǎng)板對(duì)股骨生長(zhǎng)貢獻(xiàn)較小，約占股骨總長(zhǎng)度的30%；股骨遠(yuǎn)端生長(zhǎng)板呈盤狀，承擔(dān)了約70%的生長(zhǎng)任務(wù)；脛骨近端和遠(yuǎn)端生長(zhǎng)板對(duì)脛骨的貢獻(xiàn)分別為55%和45%［2］。 Bisgard［29］于1936 年在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)骨折后過度生長(zhǎng)現(xiàn)象集中在生長(zhǎng)板，而不是骨折部位。 作者在臨床中也發(fā)現(xiàn)，骨折后患側(cè)Harris 線與骺板的距離較對(duì)側(cè)更寬（圖1），說明骨折后過度生長(zhǎng)現(xiàn)象來自于骺板。

圖1 股骨干骨折后過度生長(zhǎng) 注 患者，男，8 歲，車禍傷致右股骨中段骨折，行切開復(fù)位鋼板內(nèi)固定治療，術(shù)后1 年復(fù)查 A：右股骨粉碎性骨折術(shù)前； B：右側(cè)股骨鋼板螺釘內(nèi)固定術(shù)后； C：右側(cè)全長(zhǎng)728.4 mm，左側(cè)全長(zhǎng)709.0 mm； D：右側(cè)Harris 線距離生長(zhǎng)板上緣寬度大于左側(cè)Fig.1 Overgrowth after femoral shaft fracture

生長(zhǎng)板是一種特殊的軟骨結(jié)構(gòu)，依據(jù)組織學(xué)和功能特點(diǎn)可以分為靜止層、增殖層、肥大層和鈣化層。 軟骨細(xì)胞沿軸線方向增殖，按柱狀排列，并在肥大層中體積增大。 靜止細(xì)胞和肥大細(xì)胞附近膠原也逐漸縱向排列，與柱狀排列的細(xì)胞走行一致。生長(zhǎng)板發(fā)育與一些全身性激素以及旁分泌因子有關(guān)，主要包括性別決定區(qū)Y 框蛋白9（SRY-box transcription factor 9，Sox9）、Runt 相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（Runtrelated transcription factor 2，Runx2）、Wnt 家族、印猬蛋白（Indian Hedgehog，IHH）、甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白（parathyroid hormone related protein，PTHrP）等特異性轉(zhuǎn)錄因子；成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）家族，以骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）為代表的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）超家族，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等以及甲狀腺激素、性激素等［30］。 Smad1 可以促進(jìn)BMP2 誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向軟骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化，同時(shí)抑制成骨細(xì)胞分化［31］。 Sox9 在軟骨形成中起到關(guān)鍵作用，在胎兒時(shí)期即有表達(dá)，主要促進(jìn)骨祖細(xì)胞向軟骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化［32］。 同時(shí)，Sox9 也與性別決定因子SRY 有密切關(guān)系［33］，或可以解釋Clement等［7］觀察到男孩過度生長(zhǎng)較女孩明顯的現(xiàn)象。Runx2 在軟骨成熟過程中發(fā)揮重要作用，通過Runx2-Ihh-PTHrP 通路負(fù)反饋調(diào)節(jié)生長(zhǎng)板軟骨細(xì)胞肥大，此外IHH 也可以在軟骨膜中刺激Runx2 表達(dá)，在成骨細(xì)胞分化中發(fā)揮作用［34］。 FGF 可以與跨膜蛋白成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體（fibroblast growth factor receptor，F(xiàn)GFR）胞外區(qū)域結(jié)合，誘導(dǎo)其胞內(nèi)區(qū)域酪氨酸殘基磷酸化。 活化的FGFR 可以在胞內(nèi)募集相關(guān)靶蛋白并將它們磷酸化修飾［35］。 FGF 下游通路包括JAK／STAT、MAPK、PI3K／AKT、PLCγ／PKC等，主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)板軟骨細(xì)胞增殖、分化、存活以及產(chǎn)生胞外基質(zhì)［36］。 FGF 家族和BMP 家族可以相互調(diào)節(jié)各自下游通路的表達(dá)以及它們的穩(wěn)定性［37］。 上述因子共同作用，促進(jìn)生長(zhǎng)板軟骨向骨轉(zhuǎn)化并使長(zhǎng)骨延長(zhǎng)，完成軟骨內(nèi)化骨。

骨折后過度生長(zhǎng)的分子機(jī)制可能與上述生物學(xué)通路有關(guān)。 Ashraf 等［38］使用基因芯片測(cè)定大鼠在股骨干骨折后股骨近端生長(zhǎng)板中相關(guān)基因的mRNA 表達(dá)，發(fā)現(xiàn)血管再生相關(guān)基因表達(dá)下調(diào)，這與Warrell 在動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)干骺端血供增加相沖突［24］。 與神經(jīng)細(xì)胞相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子Marcks 樣蛋白表達(dá)增多，促進(jìn)4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol 4，5-bisphosphate，PIP2）轉(zhuǎn)化為三磷酸肌醇（inositol 1，4，5-trisphosphate，IP3）、二酰甘油（diacylglycerol，DAG）、3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol 3，4，5-trisphosphate，PIP3）等信號(hào)分子，激活多條信號(hào)通路，刺激長(zhǎng)骨軸向生長(zhǎng)有關(guān)［39］。與巨噬細(xì)胞、破骨細(xì)胞相關(guān)的基因表達(dá)增加，說明骨轉(zhuǎn)換的速度增快。 與此同時(shí)，成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞相關(guān)基因表達(dá)也出現(xiàn)上調(diào)，骨形成過程同樣加快。與預(yù)想的一樣，細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的表達(dá)均有所增加。 細(xì)胞周期特異性蛋白1 和tramdorin 1 蛋白在骨折后的一段時(shí)間內(nèi)表達(dá)均上調(diào)，表明細(xì)胞增殖活躍。 除此之外，F(xiàn)ischerauer 等［40］研究發(fā)現(xiàn)BMP-6 和BMPR-1a 在脛骨骨折的動(dòng)物模型中表達(dá)也有所增加，說明骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向軟骨細(xì)胞分化增加。另外，相關(guān)基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GFR3 可以通過一種蛋白酶依賴的方式調(diào)節(jié)BMPR-1a 表達(dá)［41］，故考慮FGF 家族可能也參與了骨折后過度生長(zhǎng)。

這些實(shí)驗(yàn)研究了骨折后過度生長(zhǎng)的分子機(jī)制，但仍有不足。 首先，股骨干骨折后股骨遠(yuǎn)端生長(zhǎng)板生長(zhǎng)的長(zhǎng)度明顯多于股骨近端。 而Ashraf 等［38］采用生長(zhǎng)較少的近端，其代表性可能存在欠缺。 其次，缺少原位雜交和免疫組化的研究，同時(shí)未能揭示轉(zhuǎn)錄后蛋白質(zhì)水平的調(diào)控。 既往實(shí)驗(yàn)也未能從分子生物學(xué)角度解釋骨膜破壞、生長(zhǎng)板兩端壓力降低對(duì)生長(zhǎng)板過度生長(zhǎng)的影響，故仍需進(jìn)一步研究。

四、問題與展望

兒童下肢長(zhǎng)骨干骨折后過度生長(zhǎng)一直是困擾小兒骨科醫(yī)生的一個(gè)難題。 過度生長(zhǎng)可能給患者家庭帶來更大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。 臨床上尚無法確定過度生長(zhǎng)現(xiàn)象與哪些因素有關(guān)，也無明確方案減少或避免該并發(fā)癥的發(fā)生。 目前只能通過定期復(fù)查，盡早發(fā)現(xiàn)并及時(shí)對(duì)癥治療。 研究?jī)和轮L(zhǎng)骨干骨折后過度生長(zhǎng)的危險(xiǎn)因素有利于提高患者預(yù)后及生活質(zhì)量，符合小兒骨科醫(yī)生和患者家屬的期盼，也有助于減少社會(huì)醫(yī)療負(fù)擔(dān)。

隨著科技的進(jìn)步，對(duì)于過度生長(zhǎng)的研究進(jìn)入分子生物學(xué)領(lǐng)域，但其分子機(jī)制的研究仍然較少。 過度生長(zhǎng)現(xiàn)象可能涉及到復(fù)雜的分子生物學(xué)機(jī)制，多條通路共同調(diào)控，但骨折是其始動(dòng)因素。 相關(guān)基因的過表達(dá)，細(xì)胞因子的刺激等方面還有待進(jìn)一步研究。 另外尚不清楚生長(zhǎng)板壓力降低后生長(zhǎng)加速的原因，該現(xiàn)象可能與某種壓力感受器傳遞相關(guān)信息、激活分子通路、刺激細(xì)胞增殖分化有關(guān)。 后續(xù)實(shí)驗(yàn)可以利用基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等方法探尋相關(guān)蛋白表達(dá)的差異，研究相應(yīng)蛋白通路在過度生長(zhǎng)現(xiàn)象中的作用。

認(rèn)識(shí)兒童下肢長(zhǎng)骨干骨折后過度生長(zhǎng)這一現(xiàn)象的分子生物學(xué)機(jī)制，有利于臨床醫(yī)生對(duì)下肢長(zhǎng)骨干骨折后過度生長(zhǎng)的早期認(rèn)識(shí)及預(yù)防，并可利用這一機(jī)制治療先天性或后天性雙下肢不等長(zhǎng)。 如何實(shí)現(xiàn)對(duì)過度生長(zhǎng)這一現(xiàn)象的控制并將其運(yùn)用到臨床，是需要攻克的一個(gè)難題。 綜上所述，兒童下肢長(zhǎng)骨干骨折后過度生長(zhǎng)現(xiàn)象在病因上仍無明確結(jié)論，其相關(guān)分子機(jī)制也較為復(fù)雜且研究較少，仍需臨床醫(yī)生及基礎(chǔ)研究學(xué)者不斷攻堅(jiān)克難，進(jìn)一步深入探索。