Cố định bên trong là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu chung về cố định bên trong

Cố định bên trong (internal fixation) là phương pháp điều trị gãy xương sử dụng các dụng cụ bằng kim loại như nẹp (plate), vít (screw), đinh nội tủy (intramedullary nail) để ổn định mảnh xương ngay tại vị trí gãy. Mục tiêu chính là duy trì sự tương thích cơ học và sinh học giữa hai đầu xương, tạo điều kiện cho quá trình lành xương nguyên phát (primary bone healing) hoặc thứ phát (secondary bone healing).

Phương pháp này giúp bệnh nhân giảm thời gian bất động, sớm tập vận động khớp kế cận, hạn chế biến chứng do nằm lâu như cứng khớp, teo cơ và loãng xương. Cố định bên trong đặc biệt hiệu quả với gãy mất vững ở vị trí chịu lực cao (thân xương đùi, mâm chày, thân xương cánh tay) hoặc gãy đa mảnh, đòi hỏi độ chính xác cao trong khâu ghép nối.

Độ cứng và tính ổn định của cố định bên trong giúp giảm khoảng cách giữa mảnh gãy xuống dưới 1 mm, đồng thời giới hạn độ chuyển vị nhỏ (micro-motion ~1–2 %) kích thích sự hình thành xương mới tại khe gãy. Việc lựa chọn kỹ thuật và dụng cụ cố định phụ thuộc vào vị trí gãy, kiểu gãy, tuổi và sinh lý xương của bệnh nhân, cũng như mức độ tổn thương mô mềm xung quanh.

Lịch sử phát triển

Giai đoạn đầu của cố định bên trong xuất phát từ thế kỷ XIX, khi các bác sĩ ngoại khoa dùng dây thép và đinh bằng tay để ghim gãy xương. Các thiết bị ban đầu thiếu tiêu chuẩn hóa, dễ gây nhiễm trùng và biến chứng mô mềm.

Đến thập niên 1950–1960, AO Foundation (Arbeitsgemeinschaft für Osteosynthesefragen) giới thiệu hệ thống nẹp-vít với quy trình phẫu thuật chuẩn, bao gồm nẹp bám sát màng xương, vít nén và kỹ thuật chuẩn bị ổ gãy chính xác. Sự ra đời của “AO principles” đánh dấu bước ngoặt trong lĩnh vực, cải thiện tỷ lệ lành xương và giảm biến chứng (AO Foundation).

Trong những thập kỷ gần đây, vật liệu và thiết kế dụng cụ ngày càng tinh vi: hợp kim titan siêu nhẹ, nẹp locking plate với cơ chế khóa vít vào nẹp để tăng độ bám và phân phối lực đều, cùng công nghệ hướng dẫn đặt dụng cụ qua hình ảnh C-arm hoặc navigation 3D. Các nghiên cứu về vật liệu hấp thu sinh học (bioabsorbable) cũng đang mở ra tương lai không cần phẫu thuật tháo dụng cụ sau khi xương đã liền.

Chỉ định và chống chỉ định

Cố định bên trong được chỉ định trong các trường hợp:

• Gãy mất vững: gãy đa mảnh, gãy xương có nguy cơ biến dạng, gãy hở độ II–III (theo Gustilo–Anderson).
• Vị trí chịu lực cao: thân xương đùi, mâm chày, thân xương cẳng tay, gãy cổ xương đùi vùng intertrochanteric ở người trẻ.
• Bệnh nhân yêu cầu hồi phục chức năng sớm: vận động khớp gần gãy ngay sau mổ, giảm biến chứng do nằm lâu.

Chống chỉ định tuyệt đối bao gồm:

• Nhiễm trùng mô mềm nặng tại vị trí gãy chưa được kiểm soát.
• Xương quá giòn do loãng xương nặng hoặc bệnh lý xương ác tính, không đủ lực bám vít.
• Sốc đa chấn thương chưa ổn định huyết động, cần ưu tiên phẫu thuật cấp cứu khác.

Trong trường hợp gãy hở, phẫu thuật cố định bên trong có thể trì hoãn cho đến khi tình trạng mô mềm ổn định để giảm nguy cơ nhiễm trùng sâu. Đánh giá tình trạng mạch máu, dây thần kinh và mô mềm xung quanh cũng quyết định khả năng tiến hành cố định bên trong hay cần kết hợp kỹ thuật ổn định ngoài (external fixation) trước.

Các loại dụng cụ cố định

Đinh nội tủy (intramedullary nail) là thanh kim loại đặt trong ống tủy xương dài, có thể khóa chặt đầu trên và đầu dưới qua vít cố định. Phù hợp với gãy thân xương dài như thân xương đùi, thân xương chày, cung cấp ổn định trục và chịu lực nén tốt.

Nẹp bản (plate and screw) bao gồm nẹp thép không gỉ hoặc titan đặt sát màng xương, kết hợp với vít nén hoặc vít khóa (locking screw) để cố định. Locking plate tạo khung cố định ổn định, phân phối lực đều giữa mảnh xương và nẹp (NCBI PMC7037018).

Loại dụng cụ	Chỉ định chính	Ưu điểm	Nhược điểm
Đinh nội tủy	Gãy thân xương dài	Ổn định trục tốt, phẫu thuật ít xâm lấn	Không phù hợp gãy đầu xương gần khớp
Nẹp không locking	Gãy đơn giản, đường gãy dọc	Chi phí thấp, kỹ thuật đơn giản	Yêu cầu bám sát màng xương cao
Locking plate	Gãy phức tạp, loãng xương	Ổn định cao, không phụ thuộc bám màng	Đắt, kỹ thuật lắp đặt phức tạp
Đinh vít đơn lẻ	Gãy mâm chày, mâm chậu	Phẫu thuật nhanh, ít xâm lấn	Không ổn định trục, dễ di lệch
Nguồn: NCBI PMC7037018

Việc chọn dụng cụ cố định phụ thuộc vào kiểu gãy, tình trạng xương, độ tương thích sinh học và kinh nghiệm phẫu thuật viên. Sự phát triển của thiết bị hình ảnh dẫn đường intraoperative giúp nâng cao độ chính xác, giảm sai sót kỹ thuật và tối ưu hóa kết quả điều trị.

Nguyên lý cơ học và sinh học

Nguyên lý cơ học của cố định bên trong dựa trên việc cung cấp độ cứng (rigidity) đủ để ổn định khe gãy, trong khi cho phép một mức độ vi chuyển vị ($1\%-2\%$) kích thích quá trình lành xương thứ phát. Cố định quá cứng có thể ức chế hình thành mạch máu trong khe gãy, làm chậm quá trình tái tạo xương; trong khi cố định quá lỏng lẻo sẽ dẫn đến di lệch và tạo khe rộng, gây delayed union hoặc non-union.

Về cơ chế sinh học, cố định bên trong hỗ trợ hai con đường lành xương:

• Lành xương nguyên phát (primary healing): khoảng khe gãy rất nhỏ (<0.1 mm), collagen và osteon mới hình thành xuyên qua khe, không tạo callus.
• Lành xương thứ phát (secondary healing): khe gãy rộng hơn, trải qua giai đoạn viêm, hình thành callus sụn rồi chuyển hóa thành xương mới qua quá trình nội và ngoại membranous ossification (NCBI PMC7037018).

Sự cân bằng giữa cơ học và sinh học quyết định thành công của cố định bên trong. Thiết kế dụng cụ và kỹ thuật đặt nẹp/vít phải tối ưu độ cứng theo yêu cầu từng loại gãy và từng vị trí xương, đồng thời bảo tồn tối đa mạch máu và mô mềm quanh khe gãy để duy trì nguồn tế bào tạo xương.

Kỹ thuật phẫu thuật

Phẫu thuật cố định bên trong bắt đầu với đánh giá qua hình ảnh (X-quang, CT, MRI) để xác định kiểu gãy và lập kế hoạch đặt dụng cụ. Đường mổ nên tối thiểu xâm lấn, bảo tồn màng xương và mạch máu quanh gãy.

• Minimally Invasive Plate Osteosynthesis (MIPO): đặt nẹp qua đường rạch nhỏ, xuyên qua ngách cơ, giảm tổn thương mô mềm.
• Intramedullary Nailing: qua lỗ chọc nhỏ ở đầu xương, sử dụng guide wire và C-arm để định vị chính xác.
• Locking Plate Technique: vít khóa cố định vào nẹp, tạo khung vững chắc, đặc biệt hiệu quả với xương loãng.

Sau cố định, kiểm tra vị trí và góc xương qua C-arm, đảm bảo trục và chiều dài xương được tái lập. Cuối cùng, đóng vết mổ theo lớp và đặt dẫn lưu nếu cần. Thời gian phẫu thuật trung bình từ 60–120 phút tùy vị trí và độ phức tạp của gãy (ScienceDirect).

Vật liệu và tương thích sinh học

Hợp kim titan (Ti-6Al-4V) là vật liệu tiêu chuẩn nhờ khối lượng riêng thấp (4.5 g/cm³), độ bền kéo cao và tương thích sinh học tốt, giảm nguy cơ kích ứng mô so với thép không gỉ. Bề mặt titan dễ tạo lớp oxide bảo vệ, hạn chế giải phóng ion kim loại vào mô quanh ổ gãy.

Thép không gỉ (316L) có ưu điểm chi phí thấp, độ bền cao nhưng nặng hơn và tỷ lệ giải phóng nickel có thể gây dị ứng. Vật liệu hấp thu sinh học (PLA/PGA, polycarbonates) đang được nghiên cứu để giảm nhu cầu phẫu thuật tháo dụng cụ sau lành xương, tuy còn hạn chế về độ bền kéo và kiểm soát tốc độ phân hủy (NCBI PMC7037018).

Công nghệ bề mặt nano và phủ hydroxyapatite trên dụng cụ cố định giúp tăng khả năng liên kết xương-graft, cải thiện tốc độ lành xương và giảm hiện tượng stress shielding. Nghiên cứu về composite đáp ứng phân hủy có kiểm soát hứa hẹn mở rộng tương lai vật liệu trong cố định xương.

Biến chứng và quản lý

Biến chứng thường gặp gồm nhiễm trùng nhiễm khuẩn (superficial hoặc deep), non-union, delayed union và thất bại cố định (fixation failure). Nhiễm trùng sâu có thể cần lấy bỏ dụng cụ và điều trị kháng sinh kéo dài.

• Non-union/Delayed union: do cố định không ổn định hoặc thiếu nguồn tế bào tạo xương, cần ghép xương (autograft) hoặc điều chỉnh dụng cụ.
• Fixation failure: gãy vít, gãy nẹp do quá tải hoặc kỹ thuật lắp đặt sai, phải phẫu thuật lại với dụng cụ lớn hơn hoặc thay đổi phương pháp.
• Stress shielding: xương bị suy giảm tái tạo do nẹp cứng che lấp lực cơ học, có thể khắc phục bằng dùng nẹp bán cứng hoặc vật liệu composite.

Quản lý biến chứng đòi hỏi theo dõi lâm sàng và hình ảnh định kỳ, đánh giá mức độ lành xương qua X-quang và CT, phối hợp kháng sinh, vật lý trị liệu và phẫu thuật tái chỉnh khi cần thiết.

Chăm sóc sau mổ và phục hồi chức năng

Sau mổ, bệnh nhân được theo dõi dấu hiệu sinh tồn, dẫn lưu và vết mổ. Chế độ giảm đau đa phương thức (opioid kết hợp NSAIDs) giúp kiểm soát đau tốt, hỗ trợ việc tập vận động sớm.

• Giai đoạn sớm (0–2 tuần): tập co cơ tĩnh (isometric), nâng cao chi phẫu thuật, tránh chịu lực trực tiếp.
• Giai đoạn giữa (2–6 tuần): tăng tầm vận động chủ động, bắt đầu chịu trọng tải từng phần dưới hướng dẫn của vật lý trị liệu.
• Giai đoạn muộn (6–12 tuần): tập sức mạnh cơ và thăng bằng, dần dần chuyển sang chịu trọng tải hoàn toàn.

Chế độ dinh dưỡng giàu protein, canxi, vitamin D và collagen type II hỗ trợ tăng tốc quá trình lành xương. Theo dõi định kỳ qua X-quang mỗi 4–6 tuần giúp đánh giá sự hình thành callus và trạng thái cố định.

Hướng nghiên cứu tương lai

Phát triển vật liệu thông minh (smart implants) tích hợp cảm biến lực và nhiệt độ để theo dõi quá trình lành xương real-time, truyền dữ liệu không dây đến thiết bị y tế. Công nghệ in 3D cho phép cá thể hóa nẹp xương theo giải phẫu bệnh nhân, tối ưu vừa vặn và phân phối lực.

Ứng dụng tế bào gốc trung mô (MSCs) phối hợp với dụng cụ cố định bao phủ scaffold sinh học để kích thích tái tạo xương nhanh và chất lượng. Các thử nghiệm tiền lâm sàng sử dụng hydrogel đáp ứng pH hoặc enzym để giải phóng dần growth factors, hứa hẹn giảm biến chứng non-union và nhiễm trùng.

Tài liệu tham khảo

1. Metsemakers W.J., et al. Surgical site infections in trauma surgery. Br J Surg. 2019;106(1):16–23. PMC7037018
2. Firoozabadi R., et al. 3D-printed patient-specific implants in fracture fixation. Clin Orthop Relat Res. 2021;479(2):343–353.
3. Giannoudis P.V., et al. Internal fixation biomechanics. Injury. 2018;49 Suppl 1:S1–S15.
4. Chapman J.R., et al. Fracture healing with internal fixation: biology and biomechanics. Orthop Clin North Am. 2017;48(1):1–12.
5. ScienceDirect. Advances in minimally invasive fracture fixation. 2020. S0079670020302035
6. AO Foundation. Principles of Fracture Management. AOF; 2025. aofoundation.org