骨の治癒

骨の治癒、または骨折の治癒は、体が骨折の修復を促進する増殖性の 生理学的プロセスです。

一般的に、骨折の治療は、医師が麻酔の有無にかかわらず、ずれた骨を元の位置に戻す（押し込む）ことで整復し、骨の位置を安定させて癒合を促進し、その後、骨の自然治癒プロセスが起こるのを待つというものです。

適切な栄養摂取は骨折の修復の完全性に大きく影響することがわかっています。^[1]年齢、骨の種類、薬物療法、既存の骨病変は治癒に影響を与える要因です。骨の治癒の役割は、他の組織に見られる構造的な弱点や変形となる瘢痕を残さずに新しい骨を生成することです。^[2]

骨全体の再生プロセスは、脱臼または骨折の角度によって異なります。骨形成は通常、治癒プロセスの全期間にわたりますが、場合によっては、骨折部内の骨髄が最終的な再構築段階の 2 週間以内に治癒することもあります。^{[引用が必要]}

固定や手術は治癒を促進するかもしれませんが、骨折は最終的には生理学的プロセスによって治癒します。治癒プロセスは主に骨膜（骨を覆う結合組織膜）によって決定されます。骨膜は、骨の治癒に不可欠な軟骨芽細胞と骨芽細胞に成長する前駆細胞の供給源の1つです。前駆細胞の他の供給源としては、骨髄（存在する場合）、骨内膜、小血管、線維芽細胞があります。^[3]

一次治癒（直接治癒とも呼ばれる）には、隙間を作らずに安定した正しい解剖学的整復が必要です。このような治癒には、仮骨を形成せずに層状骨、ハバース管、血管の再構築のみが必要です。このプロセスには数ヶ月から数年かかる場合があります。^[4]

骨端間の隙間が0.01 mm未満で、骨片間のひずみが2%未満の場合は、接触治癒が起こる可能性があります。この場合、破骨細胞からなる切断円錐が骨折線を横切って形成され、50～100 μm/日の速度で空洞が生成されます。骨芽細胞はハバース系で空洞を埋めます。これにより、骨の長軸に沿って縦方向に配向する層状骨が形成されます。血管が形成され、ハバース系を貫通します。層状骨のリモデリングにより、仮骨形成なしで治癒します。^[4]

骨折の隙間が800μm～1mmの場合、骨折部は骨芽細胞で埋められ、その後、骨軸に対して垂直に配向した層状骨で埋められます。この初期プロセスには3～8週間かかります。層状骨の垂直配向は弱いため、層状骨を縦方向に再配向するために二次的な骨再建が必要です。^[4]

二次治癒（間接的骨折治癒とも呼ばれる）は、最も一般的な骨治癒の形態である。通常は軟骨内骨化のみで構成される。時には、軟骨内骨化と同時に膜内骨化が起こる。骨の骨膜層によって媒介される膜内骨化は、仮骨の形成を伴って起こる。軟骨内骨化の場合、骨の沈着は軟骨の石灰化後にのみ起こる。^{[要出典]この治癒過程は、}整形外科用ギプスまたは固定、外部固定、または内部固定を使用して骨折が保存的に治療された場合に起こる。^[4]

骨折後、損傷部位の近くに血液細胞が蓄積します。骨折後すぐに血管が収縮し、それ以上の出血が止まります。数時間以内に、血管外の血液細胞は血腫と呼ばれる凝血を形成します^[5]。これが仮骨形成のテンプレートとして機能します。マクロファージなどのこれらの細胞は、サイトカイン（腫瘍壊死因子アルファ（TNFα）、インターロイキン-1ファミリー（IL-1）、インターロイキン6（IL-6）、11（IL-11）、および18 （IL-18））などの炎症メディエーターを放出し、毛細血管の透過性を高めます。炎症は24時間でピークに達し、7日で完了します。腫瘍壊死因子受容体1（TNFR1）および腫瘍壊死因子受容体2を介して、TNFαは間葉系幹細胞（骨髄由来）の骨芽細胞および軟骨細胞への分化を媒介します。間質細胞由来因子1（SDF-1）とCXCR4は、間葉系幹細胞の動員を媒介します。IL-1とIL-6は、骨の治癒に最も重要なサイトカインです。IL-1は仮骨と血管の形成を促進します。IL-6は、骨芽細胞と破骨細胞の分化を促進します。^[4]血栓内のすべての細胞は変性して死滅します。この領域内で、線維芽細胞が複製されます。7〜14日以内に、線維芽細胞は、小さな血管が点在する緩い細胞の集合体を形成し、肉芽組織として知られています。^[要出典]破骨細胞が移動して死んだ骨端を再吸収し、他の壊死組織は除去されます。^[6]

骨折後 7 ～ 9 日で、骨膜細胞が複製され、変形します。骨折部に近い (骨折部に近い側)骨膜細胞は軟骨芽細胞に成長し、硝子軟骨を形成します。骨折部から遠い (骨折部から遠い側)骨膜細胞は骨芽細胞に成長し、石灰化した軟骨の骨吸収と骨細胞および破骨細胞の動員によって、網状骨を形成します^{[要出典] 。 [4]}肉芽組織内の線維芽細胞は軟骨芽細胞に成長し、これも硝子軟骨を形成します。これら 2 つの新しい組織は、互いに結合するまで大きくなります。これらのプロセスは、骨折仮骨と呼ばれる新しい異質組織の塊に至ります^[要出典]。仮骨形成は骨折後 14 日目にピークに達します^[4] 。最終的に、骨折部は埋められます^[要出典]

次の段階は、硝子軟骨と網状骨が層状骨に置き換わることである。この置き換わりの過程は、硝子軟骨に関しては軟骨内骨化、網状骨に関しては骨置換として知られている。網状骨の置き換わりは、硝子軟骨の置き換わりの前に起こる。層状骨は、どちらかの組織のコラーゲン基質が石灰化するとすぐに形成され始める。 ^[要出典]この段階では、この過程はIL-1とTNFαによって誘導される。^[4]石灰化した基質は、微小血管と多数の骨芽細胞によって浸透される。骨芽細胞は、石灰化した基質の露出したばかりの表面に新しい層状骨を形成する。この新しい層状骨は、海綿骨の形をしている。最終的に、元の骨折仮骨の網状骨と軟骨のすべてが海綿骨に置き換わり、骨の元の強度のほとんどが回復する。^[要出典]

リモデリングは骨折後3～4週間で始まり、完了するまでに3～5年かかることもあります。^[4]このプロセスでは、海綿骨が緻密骨に置き換えられます。海綿骨は最初に破骨細胞によって吸収され、「ハウシップの空洞」と呼ばれる浅い吸収窩が形成されます。次に、骨芽細胞が吸収窩内に緻密骨を沈着させます。最終的に、骨折した仮骨は、骨の元の形状と強度をほぼ再現した新しい形状にリモデリングされます。このプロセスは、長骨に部分的な荷重をかけている間に電気極性が形成されることによって達成されます。^[要出典]電気陽性の凸面と電気陰性の凹面がそれぞれ破骨細胞と骨芽細胞を活性化します。^{[4]このプロセスは、}骨伝導性があり骨の治癒を促進するセラメントなどの特定の合成注入型生体材料によって強化できます。^[要出典]

1. 血液供給が不十分になると骨細胞が死滅します。骨細胞の死滅は骨折の程度やハバースシステムの破壊にも左右されます。
2. 軟部組織の状態。骨端間の軟部組織が治癒を妨げます。
3. 栄養療法と薬物療法。全般的な健康状態が悪いと治癒率が低下します。炎症反応を阻害する薬物も治癒を妨げます。
4. 感染。炎症反応を治癒から感染と戦う方向へ転換します。
5. 年齢。若い骨は成人の骨よりも早く癒合します。
6. 既存の骨悪性腫瘍。
7. 骨が揃っていないことや、動きが多すぎたり少なすぎたりするなどの機械的要因。過剰な可動性はブリッジングカルスを破壊し、癒合を妨げる可能性がありますが、わずかな生体力学的動きはカルスの形成を改善することが分かっています。^[6]

骨折治癒の合併症には以下のものがあります。

1. 感染症：これは骨折の最も一般的な合併症であり、主に開放骨折で発生します。外傷後の創傷感染は、患者の慢性骨髄炎の最も一般的な原因です。骨髄炎は、骨折の外科的固定後にも発生する可能性があります。^[8]
2. 癒合不全：骨折発生後 6 か月以内に治癒が進行しない。骨折片は分離したままであり、感染および/または骨への血液供給不足 (虚血) によって引き起こされる可能性がある。^[9]癒合不全には、萎縮性と肥大性の 2 種類がある。肥大性では過剰な仮骨形成が伴い、骨端が硬化したように見え、骨折端の過度の可動性と十分な血液供給により、放射線学的に「象の足」のような外観になる^{[6] 。 [4]}萎縮性癒合不全では、不十分な血液供給と骨端の過度の可動性により、骨端の再吸収と丸みが生じる^{[6] 。 [4]}
3. 癒合不全：治癒は起こるが、治癒した骨には「外科的矯正を必要とする角度の変形、移動、または回転アライメント」がある。これは大腿骨などの長骨で最もよく見られる。^[10]
4. 癒合遅延：骨折部位と患者の年齢によって治癒時間は異なります。癒合遅延は、X線写真で「骨折線が持続し、仮骨形成がほとんどまたは全くない」という特徴があります。治癒は続いていますが、通常よりはるかに遅い速度です。^[9]

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  骨のコラーゲン繊維
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  破骨細胞は「泡状の」細胞質内に多数の核を呈している。
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  脱灰した海綿骨の光学顕微鏡写真。吸収窩内に 2 つの骨細胞を含む新しい骨組織を形成する骨芽細胞を示しています。

医療画像では、幼児の二次骨治癒は時間の経過とともに以下の特徴を示します。

• Brighton CT、Hunt RM (1986 年 6 月)。「ピロアンチモン酸カリウムによる骨折仮骨のカルシウムの組織化学的局在。仮骨石灰化における軟骨細胞ミトコンドリアカルシウムの考えられる役割」。J Bone Joint Surg Am。68 ( 5 ): 703–15。doi : 10.2106 /00004623-198668050-00010。PMID 2424916  。
• Brighton CT、Hunt RM (1991 年 7 月)。「髄質骨折仮骨の早期組織学的および超微細構造的変化」。J Bone Joint Surg Am。73 ( 6 ): 832–47。doi : 10.2106 /00004623-199173060-00006。PMID 2071617  。
• Brighton CT、Hunt RM (1997 年 5 月)。「骨膜カルスの微小血管における初期の組織学的および超微細構造的変化」。J Orthop Trauma。11 ( 4): 244–53。doi : 10.1097 /00005131-199705000-00002。PMID 9258821  。
• ハム、アーサー W.およびウィリアム R. ハリス (1972)、「骨の修復と移植」、骨の生化学と生理学、ニューヨーク: アカデミック プレス、p. 337-399