Досліджували динаміку біохімічних змін у процесі зрощення кісток, обмін мікроелементів, особливо кальцію, фосфору, зміни кислотно-основного стану, фосфотаз та ін. Було обгрунтовано значення стабільного зіставлення відламків на весь період зрощення та роль раннього відновлення функції. У останні десятиріччя XX століття вивчення процесів репаративної регенерації відбувалося на рівні молекулярної біології, електронної мікроскопії. Проведені дослідження прояснили перебії" біологічних реакцій. Численні й всебічні дослідження засвідчили, що перебіг репаративної регенерації і формування регенерату мають стадійний характер і безпосередньо залежать від загального стану організму та місцевих змін тканинного метаболізму. Виділяють три типи репаративної регенерації: десмогенний,хондрогенний і ангіогенний, для яких характерна стадійність перебігу.
Перша стадія репаративної регенерації — це стадія катаболізму тканинних структур та дедиференціації, проліферації кісткових елементів. Вона починається з моменту травми. Внаслідок дії механічної травмівної сили виникає перелом кістки. Під час перелому пошкоджується не тільки кісткова тканина, але й м'які тканини, судини, нервові гілки, що оточують її, виникає крововилив (гематома). Тяжкість травми прямо залежить від сили і тривалості дії травмівного чинника. Гематома вже в перші хвилини наповнюється шматочками сусідніх м'яких тканин, окістя, кісткового мозку, ендосту, різними клітинами та складовими елементами їх, частками ядерної оболонки, ядерного та плазматичного вмісту, ДНК, ядерними фракціями РНК, лізо-сомальними ферментами, складовими елементами крові та іншими біологічними речовинами.
Епіцентр пошкодження оточує прошарок м яких тканин, клітини якого перебувають у стані парабіозу. Доля цього паранекротичного прошарку залежить від ступеня тяжкості паранекро-тичного процесу та часу відновлення мікроциркуляторного русла. За пара-некротичним прошарком лежать м'які тканини з непошкодженими судинами, нервами, що забезпечують нормальніш перебіг обміну речовин. Травма у організмі зумовлює загальні і місцеві захисні, адаптаційні специфічні та неспецифічні нервово-рефлекторні та гуморальні реакції. У ділянці перелому, у гематомі, яка стає власне гетерогенною масою, внаслідок наповнення і шматочками різних тканин, елементами клітин, клітинами крові, розвиваються анаеробні процеси (гліколіз), що призводить до утворення органічних кислот (піруватів, лактатів та ін.) і наростання осмотичного тиску, виникає ацидоз, спочатку за рахунок зменшення кількості резервних основ, а пізніше — внаслідок росту кількості іонів водню. Збільшується вихід лейкоцитів, білків, накопичується значна кількість деградованих кислих муко- і глюкопротеїдів, відбувається денатурація колагену, внаслідок чого підвищується концентрація іонів водню. Денатурація колагену відбувається також під дією протеаз (трипсину, фібринолізину, хімотрипсину, катеп-сину та ін.). Порушується обмін води у тканинах, клітини втрачають калій, розвивається гіперкаліємія у осередку пошкодження. Спостерігається судинний застій, випадає фібрин, якому помилково приписують здатність перетворюватись на колагеноподібні волокна і утворювати кістку. В даний час доведено, що колагенові волокна у організмі утворюються лише шляхом синтезу клітинами сполучної тканини. У зоні пошкодження виникає дезінтеграція міжклітинної субстанції, порушуються фізико-механічні зв'язки з колагеновими волокнами, які демонтуються, розпадаються і під дію протеаз деградують. У гетерогенній масі (гематомі) виникають різні за своїм походженням хімічні сполуки поліпептидів, олігопептидів, амінокислот, азотних основ тощо, які внаслідок декарбоксилювання утворюють гістамін, брадикінін, серотонін, ацетилхолін (так звані тканинні гормони).
У разі катаболізму посилюється розпад білків, жирів, вуглеводів і активізується секреція глюкокортикоідів, тироксину, виснажуються ресурси вітаміну С, порушується мінеральний обмін. Виникає негативний азотний баланс за рахунок згоряння вільних білків у крові вже в перші дні після перелому, виявляються гіпокреатинінемія, диспротеї-немія, наростає активність трансаміназ.
Порушуються енергетичний обмін, ритм біохімічних процесів. Кількість АТФ — основного енергетичного продукту — зменшується у кілька разів (до 3). Порушується обмін кальцію і фосфору у кістці і плазмі крові, що зумовлює значний вихід кальцію і фосфору із кістки не тільки у відламках, але й в сегментах скелета.
Нанепошкоджені остеогенні і неос-теогенні клітини, які перебувають у стані інтерфази, діють подразники з боку нервової, гуморальної систем та безпосередньо біологічно активні речовини, що утворилися у гетерогенній масі внаслідок катаболізму. Біологічно активні речовини (гормони) є не тільки подразниками інтерорецепторів, але й прямими хімічними індукторами клітин, що перебувають у інтерфазі, відносно проліферації та дедиференціації в молоді поліпотентні клітини — полібласти.
Таким чином, з одного боку, так звані тканинні гормони відіграють важливу роль у розвитку асептичного запалення і збудження процесів проліферації, а з другого — дедиференціації остеогенних клітин у полібласти.
Друга стадія — стадія утворення та диференціювання тканинних структур.
Перебіг другої стадії залежить від загальних та місцевих умов, а саме: стану потерпілого, віку його, співвідношення відламків, ступеня та якості їх зіставлення, періоду відновлення капілярного кровообігу. У цю стадію капіляри з усіх боків активно проростають у напрямку кінців відламків, забезпечують у достатній кількості поживними речовинами та киснем полібласти, які диференціюються у остеобласти, і вони, в свою чергу, продукують проміжну остеоїдну тканину. В таких випадках процес репаративної регенерації відбувається за типом прямого остеогенезу. Коли ж відламки не досить стійко фіксовані, між ними можлива незначна рухомість, травмуються капіляри, і полібласт не одержує потрібної кількості поживних речовин. У цьому разі він диференціюється у менш "вимогливу" клітину — хондробласт, у якого нижчі енергетичні потреби.
Хондробласти продукують хондроїд-ну проміжну тканину, яка у сприятливих умовах шляхом метаплазії перетворюється на остеоїдну тканину. Це непрямий шлях репаративної регенерації, він значно довший. Однак за несприятливих для метаплазії умов утворюється хрящова тканина, яка стає на перешкоді зрощенню, виникає несправжній суглоб у ділянці перелому.
Коли відламки не зіставлені або вторинно змістилися і між ними існує рухомість, спостерігається постійне травмування капілярів, що проростають, іпопібласт не одержує у достатній кількості ні кисню, ні поживних речовин, він диференціюється у фібробласт з подальшим розвитком між відламками волокнистої сполучної тканини. Новоутворена тканина, як правило, перетворюється на фіброзний рубець. На місці перелому формується несправжній суглоб.
Процес проростання капілярів у напрямку від периферії до центру інтенсифікується, і по ходу їх проростання укладаються остеобласти. У них збільшуються активність метаболічних процесів, синтез білка, і зона перелому заповнюється білково-полісахаридною основою, в яку занурюються фібрили колагену, а не колагенові білки. З відновленням капілярної мережі наростає аеробний процес, зменшується кількість гістаміну, брадикініну, серотоніну та інших біологічно активних речовин, зменшується проникність судинних стінок, вирівнюється онкотичний тиск, відбувається залуження середовища, і під дією ферментів, гормонів наростає мінералізація колагенових фібрил. Ре-паративний процес переходить у третю стадію — утворення ангіогенної кісткової структури.
Інтенсивний ріст капілярної мережі з периферії до центру, від проксимального до дистального відламка, завершується об'єднанням їх у єдину судинну мережу. Між петлями цього капілярного клубка містяться остеобласти і остеоїдна новоутворена тканина. Ангіо-генна кісткова структура добре забезпечена киснем, поживними речовинами, у ній відбувається інтенсивний обмін речовин уже в аеробних умовах. Ангіо-генна кісткова структура закріплює відламки, на які починають тиснути по осі кістки (фізіологічний тиск) м'язи. Процес репаративної регенерації переходить у четверту стадію — формування пластинчастої кісткової структури і окістя, ендосту, кортикального шару, кісткової структури в епіфізах та мета-фізах відповідно до силових навантажень та кісткового мозку. Перебіг репаративної регенерації прямо залежить від загального стану організму потерпілого та місцевих умов ділянки перелому. Які ж це загальні умови, щозатримують або порушують фізіологічний процес репаративної регенерації?
По-перше, це середовище, в жому перебуває потерпілий. Наприклад, проживання у високогірних умовах, де низький парціальний тиск кисню, або в умовах полярної ночі, голоду (хронічне недоїдання, авітаміноз), у екологічно несприятливих районах; по-друге, — загальний стан потерпілого (наявність гострих чи хронічних захворювань, період реконвалесценції, тяжкість, множинність травм або наявнісп поєднаних чи комбінованих уражень),
До місцевих чинників, які затримуклі або порушують процес репаративної регенерації, належать ступінь пошкодження навколишніх м'яких тканин, судин, нервів, неповне, не стабільне зіставлення відламків, вторинне зміщення їх, не обгрунтовано часта зміна методи лікування, не стабільний остеосинтез, раннє статичне та динамічне навантаження ангіогенного кісткового мозоля.