Sinh Cơ Học Gãy Xương – Phần 1

Bài viết giúp bạn có cái nhìn tổng quan về cách xương thay đổi như thế nào trong những môi trường sinh học, cơ học khác nhau do sự tác động của cuộc phẫu thuật và kết hợp xương. Những thay đổi này có ảnh hưởng lớn đến quá trình lành xương, và được quyết định bởi phẫu thuật viên, chứ không phải bản thân người bệnh. Vì vậy, việc nắm rõ những kiến thức cơ bản về sinh cơ học của gãy xương là rất quan trọng trong việc đưa ra những chiến lược điều trị hợp lý đối với các bác sĩ CTCH.

Tổng quan

Tính chất của xương

Xương là dàn giá đỡ hỗ trợ và bảo vệ cấu trúc mềm (gân, cơ, mạch máu, thần kinh), tạo nên sự vận động và chức năng cơ học cho chi thể. Xương là một cấu trúc cứng chắc, tuy nhiên, độ giòn cao khiến xương rất dễ vỡ khi bị biến dạng. Xương phản ứng giống như tấm gương hơn là cao su. Vì vậy, khi gãy, 2 đầu ổ gãy không thể ngay lập tức bắt cầu với nhau, khi sự di lệch diễn ra lặp đi lặp lại. Vì vậy, đối với ổ gãy không vững hoặc vững tương đối, một chuỗi các phản ứng sinh học diễn ra giúp tăng độ vững. Bắt đầu bằng sự tiêu xương làm tăng khoảng cách 2 đầu ổ gãy, giúp giảm lực căng. Lực căng giảm tạo điều kiện cho việc hình thành cầu can xơ, sụn, xương giữa ổ gãy, làm tăng độ vững cơ học cho ổ gãy. Khi ổ gãy đã được bắt cầu hoàn toàn, toàn bộ chức năng của xương được phục hồi. Sau đó diễn ra quá trình tự điều chỉnh giúp xương trở lại cấu trúc như ban đầu, có thể mất đến hàng năm.

Gãy xương

Gãy xương là hậu quả của tác dụng lực quá mức lên xương, có thể 1 lần hoặc nhiều lần. Gãy xương diễn ra rất nhanh, được ví như 1 vụ nổ, tạo ra thương tổn mô mềm. Sự phân tách đột ngột 2 mặt ổ gãy tạo nên khoảng trống và tổn thương mô mềm nặng nề.

Hiệu ứng cơ học và sinh hóa

Sự mất liên tục của xương tạo nên biến dạng bệnh lý bất thường, mất đi chức năng nâng đỡ của xương, và gây đau chói. Phẫu thuật cố định xương có thể phục hồi lại chức năng và giảm đau, giúp bệnh nhân lấy lại vận động, phục hồi chức năng sớm.
Gãy xương làm đứt vỡ mạch máu trong xương và ngoài màng xương, ngay lập tức phóng thích những tách nhân sinh hóa học thúc đẩy quá trình lành xương. Ở những ổ gãy mới, các tác nhân này rất hiệu quả, vai trò của phẫu thuật là dẫn đường và hỗ trợ quá trình này diễn ra thuận lợi.

Mạch máu nuôi ổ gãy

Gãy xương là một quá trình cơ học, nhưng nó kích hoạt các phản ứng hóa học, bao gồm hình thành can và hấp thụ xương. Hai quá trình này cần có nguồn máu nuôi. Những yếu tố có thể làm ảnh hưởng đến máu nuôi ổ gãy:

• Cơ chế chấn thương: lực tác động ảnh hưởng đến hình thái gãy và tổn thương mô mềm xung quanh. Khi ổ gãy di lệch nhiều, mạch máu nuôi trong tủy và màng xương sẽ dập đứt, màng xương bị lóc ra. Sự tách rời đột ngột 2 mặt gãy trong 1/1000 giây gây ra giống như 1 vụ nổ, khiến mô mềm xung quanh bị dập nát.
• Sơ cứu ban đầu: không có phương tiện cố định tạm thời
• Hồi sức: thiếu oxy máu, mất máu cấp, đông máu làm tăng nặng tổn thương xương, mô mềm
• Bệnh đi kèm: bệnh mạch máu ngoại biên, đái tháo đường
• Phương pháp phẫu thuật: bộc lộ mô mềm nhiều sẽ làm tăng nặng tổn thương
• Dụng cụ phẫu thuật: sự tiếp xúc của nẹp và xương, nhất là loại nẹp có bề mặt phẳng như nẹp nép ép thông thường (DCP) cũng làm tổn hại đến mạch máu nuôi ngoại vi của xương, nẹp nép ép tiếp xúc ít (LC-DCP) được thiết kế có bề mặt vát giúp giảm diện tiếp xúc.
• Hậu quả của chấn thương: chảy máu trong các ổ gãy phạm khớp làm tăng áp lực trong bao khớp, làm giảm tưới máu nuôi đến phần hành xương, nhất là đối với xương trẻ em, khi sụn tiếp hợp còn chưa cốt hóa.

Thiết diện cắt ngang mặt tiếp xúc của nẹp LC-DCP lên xương.

1. Nếu đường kính mặt cắt ngang của nẹp > xương, toàn bộ mặt dưới nẹp sẽ tiếp xúc với màng xương, mất đi lợi thế của nẹp LC so với nẹp DCP thường.
2. Nếu đường kính nẹp < xương, diện tích tiếp xúc giữa nẹp LC và xương sẽ giảm đáng kể.

Xương chết chỉ có thể “tái sinh” bằng cách loại bỏ và thay thế (sự thay thế kiểu bò trườn “creeping substitution”), một quá trình tốn rất nhiều thời gian để hoàn thành. Mô hoại tử, đặc biệt là mô xương, thường dẫn đến tình trạng nhiễm trùng nhưng phần lớn có thể tự giới hạn. Chính mô hoại tử kích thích quá trình kích tạo xương (osteoinduction), là quá trình biệt hóa các tế bào trung mô thành các hủy cốt bào (ostoclast), tạo cốt bào (osteoblast) và nguyên bào sụn (chondroblast), dưới tác dụng các cytokin như BMP trong chất nền của xương hoại tử, tạo lập lại hệ thống ống Havers. Tuy nhiên, quá trình này sẽ tạo nên sự loãng xương thoáng qua, thường có thể nhìn thấy ngay dưới nẹp. Việc sử dụng nẹp ít tiếp xúc giúp bảo tồn máu nuôi từ màng xương, giảm lượng xương thiểu dưỡng.
Sự sụt giảm lượng máu đến xương diễn ra ngay lập tức sau gãy xương, với việc tuần hoàn vỏ xương tại phần xương bị tổn thương giảm gần 50%, do phản ứng co mạch sinh lý của mạch máu màng xương và tủy xương đối với tình trạng chấn thương. Sau đó là quá trình tăng sinh mạch máu xung quanh ổ gãy, đạt đỉnh sau 2 tuần, và giảm dần dần trong các pha hình thành can xương.

Các nghiên cứu vi mạch cho thấy phần lớn máu nuôi cung cấp cho vùng can xương đến từ mô mềm xung quanh, lý do vì sao không nên bóc tách quá nhiều mô mềm khi phẫu thuật.

Sự tưới máu của can xương là vô cùng quan trọng và có thể quyết định kết quả của việc lành xương. Xương chỉ có thể hình thành khi được hỗ trợ bởi mạng lưới mạch máu và sụn sẽ không tồn tại nếu không được tưới máu đầy đủ. Tuy nhiên, phản ứng tạo mạch này phụ thuộc vào cả phương pháp điều trị và các điều kiện cơ học gây ra:

• Đáp ứng mạch máu mạnh mẽ hơn sau khi cố định linh hoạt hơn, có lẽ do thể tích mô sẹo lớn hơn.
• Khi cố định kém vững chắc, làm tăng lực căng tại mô, làm giảm lượng máu cung cấp, đặc biệt là ở khe ổ gãy.
• Kết hợp xương bên trong làm thay đổi lượng máu tụ và nguồn cung cấp máu cho mô mềm. Sau khi doa lòng tủy (intramedullary reaming), lưu lượng máu trong lòng tuỷ xương bị giảm, làm chậm quá trình tưới máu vỏ xương, nhưng sẽ có phản ứng sung huyết bù trừ nhanh nếu không doa quá nhiều.
• Doa lòng tủy không làm ảnh hưởng đến tưới máu trong can xương, vì máu nuôi cho can xương phần lớn đến từ mô mềm xung quanh.
• Ngoài bóc tách mô mềm rộng, dụng cụ phẫu thuật có diện tiếp xúc với xương lớn sẽ dẫn đến giảm tưới máu xương, vì xương nhận được nguồn cung cấp máu thông qua màng xương và nội mạc.
• Giảm thiểu tổn hại cho nguồn máu nuôi bằng cách tránh thao tác trực tiếp với mảnh vỡ, phẫu thuật xâm lấn tối thiểu.

Tham khảo

• Gueorguiev-Rüegg, B., & Stoddart, M. (2017). Biology and Biomechanics in Bone Healing. In R. E. Buckley, C. G. Moran, & T. Apivatthakakul (Eds.), AO Principles of Fracture Management (3rd ed., Vol. 1, pp. 9–26). Georg Thieme Verlag.
• Biology and biomechanics in bone healing. (n.d.). aoeducation.org. https://pfxm3.aoeducation.org/ao-philosophy-and-basic-principles/biology-and-biomechanics-in-bone-healing.html