兒童下肢長骨干骨折后過度生長的影響因素及機(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，雙下肢不等長是兒童下肢長骨干骨折后最常見的并發(fā)癥之一，通常為患肢過度生長所致［1］。 雙下肢不等長除了引起跛行，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)重的患者需行臨時骨骺阻滯術(shù)或肢體延長術(shù)［2］。 下肢長骨骨折后肢體過長的發(fā)生機(jī)制尚不完全明確，本文對其研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

一、骨折后過度生長現(xiàn)象

1849 年，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)兒童長骨干骨折后會出現(xiàn)過度生長的現(xiàn)象，隨后Paget（1863 年）、Ollier（1867年）等也相繼報道了類似現(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)下肢存在過度生長的情況，并認(rèn)為創(chuàng)傷本身是引起股骨加速生長的主要原因［3］。

隨著現(xiàn)代影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對這一現(xiàn)象的認(rèn)識也越來越明確。 相關(guān)臨床研究表明，過度生長主要發(fā)生于骨折后的18 ～24 個月，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)生過度生長的現(xiàn)象［4］。 Flynn等［6］對過度生長現(xiàn)象提出了評價指標(biāo)，認(rèn)為過度生長造成雙下肢長度差在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。

對于引起過度生長的危險因素，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9.9 mm，女孩平均過度生長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差異的具體原因，而有學(xué)者認(rèn)為過度生長與性別無關(guān)［8，9］。 同時，該研究也注意到年齡越小過度生長越明顯，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 處對過度生長的影響更為明顯。 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)為是影響過度生長的因素。國內(nèi)有研究認(rèn)為不穩(wěn)定型，即長斜形、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，過度生長現(xiàn)象發(fā)生的危險因素仍存在廣泛的爭議，需要更為全面的臨床研究證實。

內(nèi)固定物的選擇也可能與骨折后過度生長有關(guān)。 近年來，彈性髓內(nèi)釘廣泛應(yīng)用于兒童長骨骨折，其與肢體過長的相關(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，隨訪時患側(cè)可平均過度生長5 mm，最長可達(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0.36 cm，而＜0.8 時，過度生長可達(dá)1.0 cm，兩者有統(tǒng)計學(xué)差異，國內(nèi)相關(guān)研究也支持這一觀點［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，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）在過度生長方面有無差別。 另外，彈性髓內(nèi)釘導(dǎo)致骨折后過度生長的機(jī)制尚不明確，仍缺乏不同內(nèi)固定方式對過度生長影響的比較研究。 對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是否伴隨腓骨過度生長，以及是否產(chǎn)生踝外翻畸形。 值得注意的是，一些學(xué)者在上肢長骨骨折及下頜骨折患者中亦觀察到過度生長的現(xiàn)象，其發(fā)生機(jī)制及危險因素是否與下肢長骨骨折相似有待進(jìn)一步研究［19，20］。

二、骨膜斷裂與骨折后過度生長

既往研究普遍認(rèn)為骨折后過度生長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)長骨骨干骨折以及骨膜剝離后生長板的血運有所增加。 而更多研究集中在骨膜受損與過度生長的關(guān)系。

早在1873 年，Ollier［22］發(fā)現(xiàn)骨折后過度生長與骨膜的完整性受損有關(guān)，并制作了相關(guān)動物模型。該研究將尺橈骨末端的骨膜剝離，發(fā)現(xiàn)骨骼生長速度增快。 隨后關(guān)于骨膜與過度生長的研究逐漸展開。 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)端生長板細(xì)胞增殖分化較對側(cè)活躍。 與此同時，該研究測量了2 周和8 周時脛骨近端生長速率，發(fā)現(xiàn)2 周時術(shù)側(cè)較對側(cè)快（64.1 ±29）μm／d（P＜0.001）；8 周時術(shù)側(cè)生長較快但無統(tǒng)計學(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，因此推測沿長骨干縱軸方向的牽引力降低是促進(jìn)骨骼過度生長的原因。 為證實上述觀點，Morscher等［25］利用外固定架，對脛骨骨膜橫形切開后的兔子在脛骨近端生長板兩側(cè)施加或降低1 kg 的壓力，研究骨膜斷裂后生長板壓力之間的關(guān)系。 實驗證明，骨膜斷裂后的確會降低生長板兩端的壓力，而導(dǎo)致骨骼過度生長。

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

骨膜完整性受損與生長板過度生長的關(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，在骨表面形成一個連續(xù)的鞘。 纖維骨膜主要附著于骨兩端的干骺端和生長板，其在生長板兩端產(chǎn)生的壓力可能會對骨骼發(fā)育造成影響。 Bertram 等［28］通過測量不同位置骨膜張力，繪制了張力應(yīng)變曲線，并發(fā)現(xiàn)骨膜張力從生長板近端到生長板遠(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)致生長板兩端的壓力減小，骨生長加速。 這可以推測，粉碎性骨折或螺旋形骨折后的股骨遠(yuǎn)端生長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現(xiàn)象。

上述實驗均從一個較為宏觀的角度對骨折后過度生長現(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，未能揭示過度生長的本質(zhì)過程。

三、長骨骨折后過度生長相關(guān)分子機(jī)制

兒童長骨的生長主要由兩端的生長板完成，但不同骨骼遠(yuǎn)近端骺板對生長的貢獻(xiàn)不同。 股骨近端生長板對股骨生長貢獻(xiàn)較小，約占股骨總長度的30%；股骨遠(yuǎn)端生長板呈盤狀，承擔(dān)了約70%的生長任務(wù)；脛骨近端和遠(yuǎn)端生長板對脛骨的貢獻(xiàn)分別為55%和45%［2］。 Bisgard［29］于1936 年在動物實驗中發(fā)現(xiàn)骨折后過度生長現(xiàn)象集中在生長板，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側(cè)更寬（圖1），說明骨折后過度生長現(xiàn)象來自于骺板。

圖1 股骨干骨折后過度生長 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728.4 mm，左側(cè)全長709.0 mm； D：右側(cè)Harris 線距離生長板上緣寬度大于左側(cè)Fig.1 Overgrowth after femoral shaft fracture

生長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)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）超家族，血管內(nèi)皮生長因子（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，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)生長板軟骨向骨轉(zhuǎn)化并使長骨延長，完成軟骨內(nèi)化骨。

骨折后過度生長的分子機(jī)制可能與上述生物學(xué)通路有關(guān)。 Ashraf 等［38］使用基因芯片測定大鼠在股骨干骨折后股骨近端生長板中相關(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）等信號分子，激活多條信號通路，刺激長骨軸向生長有關(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，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。

這些實驗研究了骨折后過度生長的分子機(jī)制，但仍有不足。 首先，股骨干骨折后股骨遠(yuǎn)端生長板生長的長度明顯多于股骨近端。 而Ashraf 等［38］采用生長較少的近端，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，同時未能揭示轉(zhuǎn)錄后蛋白質(zhì)水平的調(diào)控。 既往實驗也未能從分子生物學(xué)角度解釋骨膜破壞、生長板兩端壓力降低對生長板過度生長的影響，故仍需進(jìn)一步研究。

四、問題與展望

兒童下肢長骨干骨折后過度生長一直是困擾小兒骨科醫(yī)生的一個難題。 過度生長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)并及時對癥治療。 研究兒童下肢長骨干骨折后過度生長的危險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，也有助于減少社會醫(yī)療負(fù)擔(dān)。

隨著科技的進(jìn)步，對于過度生長的研究進(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。 另外尚不清楚生長板壓力降低后生長加速的原因，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)實驗可以利用基因組學(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現(xiàn)象中的作用。

認(rèn)識兒童下肢長骨干骨折后過度生長這一現(xiàn)象的分子生物學(xué)機(jī)制，有利于臨床醫(yī)生對下肢長骨干骨折后過度生長的早期認(rèn)識及預(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。 如何實現(xiàn)對過度生長這一現(xiàn)象的控制并將其運用到臨床，是需要攻克的一個難題。 綜上所述，兒童下肢長骨干骨折后過度生長現(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)者不斷攻堅克難，進(jìn)一步深入探索。