Cố định xương là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa cố định xương

Cố định xương (fracture fixation) là quy trình y khoa sử dụng các dụng cụ hoặc thiết bị hỗ trợ nhằm duy trì sự ổn định của các đoạn xương gãy trong quá trình liền xương. Mục đích chính của cố định xương là ngăn chặn sự di lệch của mảnh xương, bảo toàn trục giải phẫu, chiều dài và góc xoay ban đầu của xương, từ đó tạo điều kiện tối ưu cho quá trình sinh học tự nhiên của liền xương.

Quy trình cố định xương có thể thực hiện bằng nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm cố định nội (internal fixation) bằng nẹp, đinh và vít gắn trực tiếp lên hoặc vào xương, cũng như cố định ngoại (external fixation) bằng khung kim loại bên ngoài kết nối qua kim chọc qua da và xương. Việc lựa chọn phương pháp cố định phụ thuộc vào vị trí, độ phức tạp của gãy xương, tình trạng mô mềm quanh vết thương và mục tiêu phục hồi chức năng sau phẫu thuật.

Tham khảo nguyên tắc cơ bản: AO Foundation – Principles of Fracture Management

Mục đích và nguyên tắc cố định

Mục đích của cố định xương không chỉ là duy trì sự ổn định cơ học mà còn phải bảo tồn vi môi trường sinh học quanh vết gãy. Nguyên tắc tế bào nhấn mạnh việc bảo toàn tưới máu quanh xương gãy, bảo vệ hệ mạch máu và mô mềm để đảm bảo nguồn cung cấp dinh dưỡng và tế bào tiền thân cần thiết cho quá trình tạo callus và liền xương.

Về mặt cơ học, hệ thống cố định phải có độ cứng (stiffness) và độ bền (strength) phù hợp, phân phối lực đều trên toàn bộ vùng gãy để hạn chế biến dạng ngang (shear) và xoay (torsion). Việc thiết kế vị trí vít, khoảng cách giữa vít và vết gãy, cũng như phương pháp kết nối giữa nẹp/vít hay đinh nội tủy đều ảnh hưởng đến khả năng chịu tải và tính ổn định của cấu trúc cố định.

Nguyên tắc sinh học dựa trên hai cơ chế chính của liền xương:

• Liền xương gián tiếp (secondary healing): kích thích vi chấn động (micromotion) xung quanh vết gãy, thúc đẩy hình thành callus nội sinh.
• Liền xương trực tiếp (primary healing): khi cố định siêu cứng, vết gãy tiếp xúc trực tiếp, tế bào xương chuyển thành dạng osteon mới.

Nhu cầu điều chỉnh mức độ micromotion hoặc ổn định tuyệt đối tùy thuộc vào mục tiêu phục hồi chức năng và vị trí gãy xương.

Phân loại cố định xương

Cố định xương được chia thành ba nhóm chính dựa trên phương thức và vị trí đặt thiết bị:

1. Cố định nội (Internal fixation): dụng cụ gắn trực tiếp lên hoặc vào xương, gồm nẹp (plates), vít (screws), đinh nội tủy (intramedullary nails).
2. Cố định ngoại (External fixation): khung kim loại bên ngoài cơ thể kết nối qua kim xuyên qua da và xương, thích hợp cho gãy phức tạp kèm tổn thương mô mềm.
3. Cố định hỗn hợp (Hybrid fixation): kết hợp cố định nội và ngoại trong các trường hợp đa ổ gãy, gãy hở hoặc khi cần điều chỉnh dần trục xương.

Việc lựa chọn giữa cố định nội, ngoại hay hỗn hợp phụ thuộc vào các yếu tố như mức độ tổn thương mô mềm, tình trạng tuần hoàn máu, nguy cơ nhiễm trùng, tuổi tác và mức độ hoạt động của bệnh nhân. Trong gãy xương hở hoặc có nguy cơ nhiễm trùng cao, cố định ngoại thường được ưu tiên trước để xử lý vết thương rồi mới chuyển sang cố định nội khi ổn định mô mềm.

Thiết bị cố định nội

Thiết bị cố định nội bao gồm ba thành phần chính: nẹp bản (plates), vít (screws) và đinh nội tủy (intramedullary nails).

• Nẹp bản (Anatomical plates): nẹp cong theo giải phẫu xương, có thể là nẹp thông thường hoặc nẹp khóa (locking plate) với vít hợp khít vào lỗ nẹp để tăng độ ổn định.
• Vít xương (Screws): vít nén (compression screws) tạo áp lực nén tại vết gãy, vít khóa (locking screws) kết hợp với nẹp khóa để tạo cấu trúc cố định ổn định mà không phụ thuộc lực kẹp giữa nẹp và xương.
• Đinh nội tủy (Intramedullary nails): đinh thép không gỉ hoặc titanium được luồn vào ống tuỷ xương, cố định bởi vít khóa một hoặc hai đầu, thích hợp cho gãy thân xương dài như xương đùi và xương ống chân.

Thiết bị	Ưu điểm	Nhược điểm
Nẹp khóa (Locking plate)	Ổn định cao, phù hợp xương giòn và gãy nhiều mảnh	Đắt hơn nẹp thông thường, yêu cầu kỹ thuật phẫu thuật chính xác
Đinh nội tủy (IM nail)	Giảm xâm lấn mô mềm, chịu lực nén dọc trục tốt	Không kiểm soát xoay tốt, khó áp dụng cho gãy gần khớp
Vít nén (Compression screw)	Đơn giản, hiệu quả cao cho gãy đơn	Không ổn định nếu dùng đơn độc cho gãy phức tạp

Nguồn tham khảo chi tiết: AO Foundation – Internal Fixation Instruments

Thiết bị cố định ngoại

Cố định ngoại bao gồm khung kim loại đặt bên ngoài cơ thể, kết nối với xương qua các kim (Schanz pins hoặc Kirschner wires) xuyên qua da và mô mềm. Phương pháp này thường được sử dụng trong gãy hở, tổn thương mô mềm nặng hoặc khi cần điều chỉnh dần vị trí các mảnh xương sau phẫu thuật ban đầu.

Khung cố định ngoại có thể là khung đơn giản (unilateral frame) hoặc khung vòng (circular frame) như hệ Ilizarov, cho phép điều chỉnh nhiều trục với độ chính xác cao. Khung vòng Ilizarov sử dụng vòng thép liên kết qua các thanh căng để điều chỉnh dần các góc và khoảng cách, hữu ích trong điều trị dị tật bẩm sinh hoặc mất khuyết xương.

Tham khảo chi tiết: AO Foundation – External Fixation

Cơ học cố định xương

Hệ thống cố định xương phải đáp ứng độ cứng (stiffness) và độ bền (strength) phù hợp để chịu lực nén, uốn và xoay. Độ cứng khung cố định nội thường cao hơn cố định ngoại, trong khi cố định ngoại cho phép micromotion kích thích tạo callus.

Phân tích mô men uốn quanh vết gãy có thể được mô tả bằng công thức: $\sigma = \frac{M y}{I}$ trong đó σ là ứng suất, M là mô men uốn, y là khoảng cách từ trung tâm tiết diện đến điểm quan tâm, I là mô men quán tính tiết diện.

Các yếu tố ảnh hưởng bao gồm: vị trí và số lượng vít, khoảng cách từ vít đến vết gãy, chiều dài nẹp hoặc khung, cũng như sự liên kết giữa các phần tử cố định. Việc tối ưu hóa cấu hình này giúp cân bằng giữa ổn định cơ học và kích thích sinh học để liền xương hiệu quả.

Kỹ thuật phẫu thuật

Tiếp cận tối thiểu qua da (Minimally Invasive Plate Osteosynthesis – MIPO) bảo tồn tưới máu quanh vết gãy, giảm sang chấn mô mềm và đau sau mổ. Vết mổ nhỏ dọc theo xương, đưa nẹp vào khoang dưới cân cơ mà không bóc tách hoàn toàn mô quanh xương.

Định vị dưới C-arm X‑quang hoặc navigation 3D giúp đặt dụng cụ cố định chính xác theo giải phẫu. Trong một số trung tâm, robot hỗ trợ khâu nẹp đảm bảo góc và vị trí vít chính xác trong phạm vi milimet, giảm nhầm sót và cải thiện hiệu quả phẫu thuật.

Kiểm tra micromotion trước khi đóng vết mổ, đảm bảo độ ổn định vừa đủ để kích thích tạo callus mà không gây di lệch mảnh. Thực hiện test bằng tay hoặc dụng cụ đo lực uốn nhẹ để đánh giá sơ bộ tính ổn định của khung cố định.

Nguồn tham khảo: NCBI PMC – Minimally Invasive Osteosynthesis

Biến chứng

Chậm liền xương (delayed union) và không liền xương (non‑union) có thể xảy ra do mất ổn định cơ học hoặc tổn thương mạch máu quanh vết gãy. Nguy cơ tăng cao khi nhiễm trùng vết mổ hoặc cố định ngoại có pin tract infection.

Nhiễm trùng kim xuyên da, biểu hiện bằng sưng đỏ, chảy mủ quanh ổ kim, cần chăm sóc pin tract hàng ngày và sử dụng kháng sinh dự phòng. Trong cố định nội, nhiễm trùng sâu có thể dẫn đến viêm xương tủy, đòi hỏi tháo dụng cụ và điều trị kháng sinh kéo dài.

Hư dụng cụ (gãy nẹp, lỏng vít) thường do quá tải cơ học lặp lại hoặc chọn sai kích thước dựng cố định. Cần đánh giá lại cấu hình và thay dụng cụ khi cần thiết để tránh di lệch mảnh xương thứ phát.

Chăm sóc sau phẫu thuật và phục hồi chức năng

Giai đoạn đầu sau phẫu thuật, ưu tiên kiểm soát đau và viêm bằng NSAIDs, giảm phù nề bằng nẹp tiên phát và nâng cao chi. Người bệnh cần nghỉ ngơi tuyệt đối hoặc mang đai cố định bên ngoài theo hướng dẫn bác sĩ.

Từ tuần thứ 2–4, tập vận động chủ động – thụ động khớp gần vùng gãy để tránh dính gân, co cứng khớp. Tham gia vật lý trị liệu với bài tập tăng cường cơ tĩnh và động lực, đồng thời tập đi có dụng cụ hỗ trợ (nạng, khung tập đi).

Theo dõi liền xương qua chụp X‑quang mỗi 4–6 tuần, đánh giá callus mới và điều chỉnh tải trọng dần từ partial weight‑bearing lên full weight‑bearing khi thấy dấu hiệu liền cứng xương.

Vật liệu và xu hướng tương lai

Nẹp tan sinh học (bioabsorbable plates) làm từ polymer composite (PLGA, PLLA) giảm thiểu cần phẫu thuật lần hai để tháo dụng cụ. Sau khi liền xương, nẹp tự tiêu biến, trả lại giải phẫu tự nhiên của xương và mô mềm.

Implant in 3D patient-specific được thiết kế từ dữ liệu CT, tối ưu tiếp xúc xương và phân phối lực. Công nghệ in 3D cho phép tạo hình phức tạp phù hợp từng bệnh nhân, tăng độ khớp và giảm rối loạn sinh học.

Robot hỗ trợ phẫu thuật và hệ thống cảm biến lực tích hợp trên dụng cụ cố định giúp theo dõi tải trọng trực tiếp trong quá trình liền xương, hỗ trợ điều chỉnh sớm khi có dấu hiệu quá tải hoặc mất ổn định.

Tài liệu tham khảo

1. AO Foundation. Principles of Fracture Management
2. Rüedi, T. P., & Murphy, W. M. (2000). AO Principles of Fracture Management. Thieme.
3. Giannoudis, P. V., et al. (2007). “Fracture fixation: biologic and mechanical considerations.” J. Orthop. Trauma, 21(10), 663–672.
4. Evans, R. B., & Fischer, J. (2016). “External fixation in limb reconstruction.” Clin. Orthop. Relat. Res., 474(12), 2655–2665.
5. NCBI PMC. Minimally Invasive Osteosynthesis
6. National Library of Medicine. NCBI