从木匠到骨科医生，我们经历了什么
我是一名骨科医师，我没有做过木匠。这个题目的缘起要从我在协和念书的时候说起。
那时我还在妇产科，每逢妇科手术旁边有骨科手术进行，隔着墙壁也能听到电钻、电锯、金属敲击的声音，大家就会打趣道：「隔壁又在装修了」！
于是 「骨科 = 装修队 = 木匠」的印象就深入脑海，当时醉心肿瘤研究的我对这个科室有一丝鄙夷：「肿瘤学是基于现代生物科学知识的，而骨科学是基于牛顿时代便成型的力学」！
然而造化弄人，毕业一年后，我却成了一名骨科医师。
是被逼的么？不！正是一点点深入学习，让我知道了先前认识的偏颇，领略了骨科的「美妙」。
使用钢板螺钉固定骨折，可以回溯到 1886 年，Hansmann 报道了一种用钢板螺钉固定骨折的器械和技术。
现代内固定之父 Albin Lambotte ，在十九世纪末提出了骨折固定稳定性的重要性，并且设计了一整套手术器械和钢板螺钉。
Robert Danis 则开始了从木匠到医生的伟大之旅，他仔细研究了骨折的愈合过程，发现如果骨折的两端完全恢复解剖位置并且在断端施加压力，愈合过程中不会形成骨痂而直接愈合，这被 Danis 称为「自焊接」，也就是后来所谓的一期愈合。
Danis 提出的解剖复位、断端加压的原则，影响了之后几十年内的骨折固定理念。
Danis 设计的加压钢板
骨科医生用钢板和螺钉固定骨折，木匠用钢板螺钉固定椅子腿，虽然这两者都关心牢固问题，但医生更关注如何能够让骨折更好地愈合。
1958 年，4 名瑞士的骨科医师成立了一个「研究小组」（AO Arbeitsgemeinschaft fur Osteosynthesesfragen，Association for the Internal Fixation，内固定研究协会）。
这是一个集医、教、研、产、商于一体的组织，1962 年提出了至今仍广为应用的 AO 原则：解剖复位、坚强固定、保护血液供应、早期功能锻炼。
为了实现 Danis 提出的骨折断端加压理念，AO 设计了带有动力加压螺钉孔的钢板（Dynamic Compression Plate，DCP），原理如下图。
A：DCP 螺钉孔远离骨折线一侧有一个斜坡，当半球形的螺钉尾部随着螺钉逐渐拧入会挤压该斜坡，螺钉带着骨块有一个水平的滑行，该距离为 1 mm；
B：使用方法，首先在骨折一侧拧入一枚螺钉，然后在骨折线的对侧，偏心地拧入第二枚螺钉，利用螺钉对钢板的挤压，完成骨折断端加压。
截止到 1980 年左右，所有的钢板都是利用 F =μN 这个公式，将螺钉对钢板和骨的压力转化为钢板与骨之间的摩擦力，从而完成固定。
然而 Perren 等人研究发现钢板底面对骨的压力和对骨膜表面血供的破坏作用会导致钢板下方的骨坏死。
通过公式我们可以发现，摩擦力与压力成正比，与摩擦系数相关，与接触面积的大小没有关系，因此 1981 年推出了有限接触动力加压钢板（limited-contact dynamic compression plate，LC-DCP），减少了接触面积，保护了更多的骨组织。
左侧为 DCP 钢板，底面红色为钢板与骨表面接触的面积；
右侧为 LC-DCP 钢板，红色的接触面积大为减少。
钢板和螺钉之间的角度是可以变化的，当一个弯曲的力作用于骨和钢板，随着螺钉的螺纹把持的骨骼失效，螺钉会被钢板拔出，从而造成固定失效，特别是骨质疏松的老年患者更容易发生这种现象。
1970 年代，波兰人制作了一种外固定钢板，钢板放置在皮肤外，具有带螺纹的钉孔，螺钉尾部有螺纹与之匹配，这样的钢板螺钉系统具有角稳定性，获得了良好的效果。
AO 将它用在了内固定钢板的设计上，由于钢板和螺钉之间成角稳定，摆脱了 F =μN 这个公式魔咒，不需要对骨表面产生任何压力，只需要点状的接触，该钢板被称为点状接触钢板（Point Contact-Fix，PC-Fix），实际上是一种内固定支架，力通过螺钉、钢板传递到骨折的另一端。
PC-Fix 钢板底面与骨表面接触更少，仅红色的点状区域
A-B：DCP 钢板与螺钉角度不固定，弯曲应力作用下螺钉把持失效后被依次拔出；
C-D：锁定钢板与螺钉角度固定，弯曲应力作用下，螺钉必须切割更多的骨组织才有可能被拔出，抗拔出能力更强。
A：DCP 钢板螺钉通过钢板与骨之间的压力完成固定；
B：锁定钢板不需同骨接触，通过支架的作用完成固定。
此后 AO 又对 PC-Fix 做出了多种改进，如下图。
A：LCP 钢板使用了葫芦形的结合孔，既可以按照 DCP 钢板的使用方法置入螺钉，也可以按照锁定钢板的方法置入螺钉；
B：VA-LCP 前端的锁定孔通过特殊的设计，可以在 ±15 度的范围（蓝色区域）内灵活置入螺钉。
回想一下 AO 原则有两条：解剖复位和坚强固定（断端加压固定）。这样的手术需要医生做一个很大的切口，把粉碎骨折的每一块尽量拼接回去，用螺钉和钢板获得加压。
结果发现，尽管术后 X 线片上观察骨折复位形态非常好，一段时间后骨折并没有愈合而是发生了坏死吸收，失去骨骼支撑的钢板、螺钉由于金属疲劳最终出现断裂。
痛定思痛，骨折愈合的重要因素——生物环境中最重要的一条就是保护骨折部位的血液供应！
骨折愈合重要的血液来源是骨膜内的血管，为了追求解剖复位和断端加压，医生人为去除了骨膜让裸露的骨成为了无根之木，可想而知效果会是如何，而锁定钢板为解决这一问题提供了物质基础。
医生通过间接复位骨折，恢复近端远端的力学对线和长度，在骨折的两侧各切一个小切口，插入 LCP 钢板，在皮肤上完成螺钉的锁定，这种技术被称为经皮接骨板固定术（Minimally Invasive Percutaneous Plate Osteosynthesis，MIPPO）。
该技术仅需维持功能所需要的力学对线和肢体长度，不干扰骨折断端，因此被称为生物学固定（Biological Osteosynthesis，BO）。
MIPPO 技术：A：在骨折两端分别做切口，将钢板从骨折远端插入通过近端调整位置后固定；B：术后皮肤切口；C：术后 X 线片，可见不追求精确对位，不对骨折端进行分离而保护了血液供应；D：术后复查，骨折线模糊，骨折愈合。
近年来，分子生物学的一些研究进展也被引入临床，包括骨形态发生蛋白 2（bone morphogenetic protein 2，BMP-2）等具有成骨诱导作用的生物因子，置于骨折断端刺激骨折断端修复。
我们可以看到在骨折治疗过程中的每一次变革，都是从临床问题出发，通过基础的生物学和生物力学的研究，结合冶金、机械制造、测试分析等技术，将最新的成果转化为新的内固定器材、手术术式，从而提高了治疗效果。
就这样，骨科医生虽然依然挥舞着锤子、锯子，手术也依然发出装修的轰响，但已经不同于原来的木匠，而是靠生物学、力学、材料学、分子生物学的进展武装起来，为患者早日康复而战的全能战士了！