不穩(wěn)定性股骨頸骨折內(nèi)固定方式生物力學(xué)研究進展

任偉志 徐煒

股骨頸骨折是髖關(guān)節(jié)創(chuàng)傷中常見骨折之一。對于股骨頸骨折，當(dāng)骨折斷端存在較大剪切力時臨床傾向于使用Pauwels分型指導(dǎo)治療，該分型首次自生物力學(xué)視角對股骨頸骨折進行分類。近年有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，髖部骨折時腿部處于不同位置，因此僅憑術(shù)前X線攝片測量兩條線(即遠端骨折線和水平線)得出的Pauwels角具有易變性[1]。為此，Wang等[2]將Pauwels角重新定義為股骨軸垂線與遠端骨折線的夾角。Pauwels角≥50°時為Pauwels Ⅲ型骨折，即不穩(wěn)定性股骨頸骨折。此時，骨折端剪切力占主導(dǎo)，可產(chǎn)生較大內(nèi)翻應(yīng)力，使骨折端容易出現(xiàn)移位及內(nèi)翻塌陷[1]，因而術(shù)后常出現(xiàn)缺血性壞死、骨不連等并發(fā)癥[3]。對于此類骨折，內(nèi)固定方式的選擇尤為重要。

目前，不穩(wěn)定性股骨頸骨折內(nèi)固定方式有多種，但何種方式具有更好的生物力學(xué)優(yōu)勢及遠期預(yù)后，學(xué)者們?nèi)栽诓粩嗵接憽Ｎ覀儗Σ煌瑑?nèi)固定方式的特點以及生物力學(xué)性能進行相關(guān)綜述，以期為臨床治療選擇提供參考。

1 空心加壓螺釘系統(tǒng)

1.1 空心釘內(nèi)固定

在采用空心釘內(nèi)固定時，臨床醫(yī)生對于螺釘置入數(shù)量一直存有爭議。有學(xué)者基于保護股骨頭血運的角度認為，螺釘置入數(shù)量與位置的差異可影響股骨頸內(nèi)的血運系統(tǒng)，在保證堅強內(nèi)固定的前提下，盡量減少置入螺釘數(shù)量可顯著降低股骨頭壞死發(fā)生風(fēng)險[4]。以往有學(xué)者提出，3枚空心螺釘較2枚螺釘僅在彎曲剛度上具有優(yōu)勢，因而可能不需要添加第3枚螺釘。但是Maurer等[5]進行的生物力學(xué)研究表明，3枚空心螺釘較2枚螺釘具有更強的生物力學(xué)穩(wěn)定性，以及較強的抗旋轉(zhuǎn)能力。當(dāng)然，螺釘也不是越多越穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)，增加第4枚螺釘并不能提供生物力學(xué)益處，反而可能對股骨頸側(cè)壁產(chǎn)生影響[6]。

空心螺釘置入時與股骨干的成角應(yīng)為多少也存在爭議，多數(shù)學(xué)者認為此值約為135°。有研究發(fā)現(xiàn)，空心螺釘置入角度為150°較135°和145°有更大的彎曲剛度，但不同置入角度的軸向剛度、疲勞試驗以及失效試驗結(jié)果并無統(tǒng)計學(xué)差異[7]。Stacey等[8]的研究顯示，3枚空心釘相互平行且垂直于骨折線時可對骨折斷端提供最大壓力。故平行于股骨頸軸線方向置釘(置入角度為135°)的方式，雖手術(shù)操作簡單、學(xué)習(xí)周期短，但可能不完全符合解剖學(xué)及生物力學(xué)原理。而置入時采用較低的進釘點，使空心螺釘盡可能沿壓力側(cè)骨小梁分布，可能具有更優(yōu)的生物力學(xué)性能。

既往研究結(jié)果大多認為，緊貼股骨頸皮質(zhì)邊緣的等腰倒三角形螺釘構(gòu)型具有生物力學(xué)優(yōu)勢[9]，然而Filipov等[10]提出采用雙平面、雙支撐的“F”形置釘法。傳統(tǒng)的空心釘入口通常位于大轉(zhuǎn)子及其附近較薄的骨皮質(zhì)處，而“F”形空心釘高角度置釘法可以使遠端2枚空心釘入口移至股骨干較厚的骨皮質(zhì)內(nèi)，從而使螺釘形成堅固的懸臂梁結(jié)構(gòu)[10]。Lin等[11]對此進行了研究，他們對不穩(wěn)定性股骨頸骨折患者分別使用“F”形與傳統(tǒng)倒三角形空心釘固定，通過構(gòu)建有限元模型比較兩種置釘法的生物力學(xué)特性。他們發(fā)現(xiàn)，“F”形置釘可明顯降低股骨距區(qū)域的壓力，將載荷轉(zhuǎn)移到近端股骨干的皮質(zhì)骨，較傳統(tǒng)空心加壓螺釘系統(tǒng)具有一定的生物力學(xué)優(yōu)勢。

目前，臨床醫(yī)生主要使用單頭部分螺紋空心釘對骨折進行滑動加壓。近年，不同螺紋類型空心釘逐漸應(yīng)用于股骨頸骨折治療中。Liu等[12]通過生物力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，使用普通空心螺釘固定內(nèi)側(cè)皮質(zhì)缺損的股骨頸骨折，可導(dǎo)致內(nèi)固定裝置剛度降低、骨折位移增大，生物力學(xué)穩(wěn)定性不佳。他們對傳統(tǒng)的正三角形空心螺釘內(nèi)固定系統(tǒng)進行改良，將遠端2枚部分螺紋空心釘換成全螺紋無頭空心釘。結(jié)果顯示，改良后的內(nèi)固定方式對后內(nèi)側(cè)皮質(zhì)缺損的股骨頸骨折具有更優(yōu)的生物力學(xué)穩(wěn)定性。同時有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，此種內(nèi)固定方式應(yīng)用于Pauwels角為70°的不穩(wěn)定性股骨頸骨折中，也具有明顯的生物力學(xué)優(yōu)勢[13]。Zhang等[14]對3枚雙頭螺紋空心釘固定不穩(wěn)定性股骨頸骨折的生物力學(xué)性能進行研究，他們發(fā)現(xiàn)，此種內(nèi)固定方式較采用3枚傳統(tǒng)空心螺釘有更優(yōu)的生物力學(xué)穩(wěn)定性。

1.2 離軸螺釘

有文獻報道，采用倒三角形空心加壓螺釘固定不穩(wěn)定性股骨頸骨折，術(shù)后骨折復(fù)位失效率達20%～48%[15]。為了提高空心加壓螺釘?shù)墓潭◤姸龋袑W(xué)者提出“離軸螺釘”概念，即將1枚空心釘盡可能與骨折線垂直放置，這樣可在一定程度上抵抗垂直剪切力。Johnson等[16]比較了倒三角形空心螺釘與2枚空心螺釘聯(lián)合1枚單皮質(zhì)離軸螺釘(僅穿過股骨粗隆區(qū)的單皮質(zhì)離軸空心螺釘)固定的生物力學(xué)性能。結(jié)果顯示，兩種固定方法的軸向剛度與失效負荷均無統(tǒng)計學(xué)差異，表明生物力學(xué)強度相似。近年，有學(xué)者提出將離軸螺釘穿入股骨距區(qū)域的密質(zhì)骨，形成離軸的雙皮質(zhì)固定。Kuan等[17]對3枚空心釘、2枚空心釘聯(lián)合單皮質(zhì)離軸螺釘、2枚空心釘聯(lián)合雙皮質(zhì)離軸螺釘(即螺釘自股骨粗隆區(qū)穿過股骨距)3種方法固定不穩(wěn)定性股骨頸骨折的生物力學(xué)特性進行比較，結(jié)果顯示：3組的軸向剛度值分別為856.5 N/mm、936 N/mm、1 340 N/mm, 破壞負荷分別為2 612.7 N、2 508.8 N、3 706 N，骨折端位移分別為0.41 mm、0.83 mm、0.36mm。上述研究提示，傳統(tǒng)空心螺釘聯(lián)合雙皮質(zhì)離軸螺釘固定具有一定的生物力學(xué)優(yōu)勢。

2 鋼板螺釘結(jié)合內(nèi)固定系統(tǒng)

2.1 滑動髖螺釘

滑動髖螺釘(DHS)由1枚拉力螺釘與帶套筒的側(cè)方鋼板組成，在骨折復(fù)位與愈合過程中，拉力螺釘對骨折斷端起滑動加壓作用。Aminian等[18]開展研究比較倒三角形空心釘與DHS的生物力學(xué)穩(wěn)定性，他們發(fā)現(xiàn)使用DHS具有更大的軸向剛度值。Samsami等[19]進行的生物力學(xué)研究表明，使用DHS聯(lián)合1枚防旋螺釘較使用倒三角形空心釘具有更強的生物力學(xué)穩(wěn)定性，可以有效抵抗股骨頭的翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)。另一項研究也有同樣結(jié)論[20]。然而，Kemker等[21]進行的生物力學(xué)研究則顯示，使用DHS結(jié)合1枚防旋螺釘與使用倒三角形空心釘?shù)纳锪W(xué)性能相似，而單獨使用DHS則剛度最小，骨折端位移最大。

2.2 股骨近端鎖定鋼板

股骨近端鎖定鋼板在臨床應(yīng)用中也較為常見。使用時將股骨近端鎖定鋼板置于近端股骨外側(cè)，鋼板近端以3枚鎖定螺釘置入股骨頸內(nèi)，鋼板遠端再固定1～2 枚皮質(zhì)螺釘。這種內(nèi)固定方式兼顧鋼板穩(wěn)定性與空心釘?shù)奈?chuàng)性，可形成整體更好的骨折端固定。Samsami等[22]的研究表明，對于PauwelsⅢ型股骨頸骨折，股骨近端鎖定鋼板固定的生物力學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于倒三角形空心釘。Kalsbeek等[23]的研究表明，股骨近端鎖定鋼板用于治療不穩(wěn)定性股骨頸骨折，不僅愈合率高、并發(fā)癥少，而且患者關(guān)節(jié)功能恢復(fù)良好。這些研究顯示，股骨近端鎖定鋼板用于固定Pauwels Ⅲ型股骨頸骨折具有優(yōu)秀的生物力學(xué)穩(wěn)定性。然而也有學(xué)者指出，恰因為股骨近端鎖定鋼板與螺釘形成剛性固定，在人體內(nèi)尤其是骨質(zhì)疏松患者中，骨折的剛性固定在承受連續(xù)應(yīng)力時可導(dǎo)致內(nèi)植物對骨折斷端不斷切割，發(fā)生微骨折，進而出現(xiàn)內(nèi)固定失效，骨折不愈合[24]。

2.3 股骨頸內(nèi)側(cè)支撐鋼板內(nèi)固定

Pauwels Ⅲ型股骨頸骨折患者的骨折斷端存在巨大剪切力，因此需采用一種可有效抵抗剪切力的內(nèi)固定方式。Mir等[25]提出在股骨頸內(nèi)側(cè)增加1塊支撐鋼板以抵消剪切力，同時還可將剪切趨勢轉(zhuǎn)化為對骨折斷端的加壓。近年，空心螺釘結(jié)合內(nèi)側(cè)支撐鋼板固定治療股骨頸骨折的手術(shù)方式逐漸被應(yīng)用，其在抵抗剪切應(yīng)力的同時保留了空心加壓螺釘出色的抗旋能力。生物力學(xué)研究顯示，對于Pauwels Ⅲ型股骨頸骨折，采用加固內(nèi)側(cè)支撐鋼板的離軸螺釘固定較單純離軸螺釘固定，骨折斷端移位更小、軸向剛度值更大、抗旋性能更強[26]。Kunapuli等[27]分別使用倒三角形空心釘、DHS、3枚空心釘聯(lián)合內(nèi)側(cè)支撐鋼板、DHS聯(lián)合內(nèi)側(cè)支撐鋼板4種方式行內(nèi)固定，比較不同固定方式的生物力學(xué)性能。他們發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合內(nèi)側(cè)支撐鋼板加固的方式較未聯(lián)合加固方式的破壞負荷平均增加83%(2 409N對4 417N)。Lin等[11]開展生物力學(xué)研究，采用“F”形空心釘、倒三角形空心釘、以及二者分別加固內(nèi)側(cè)支撐鋼板的4種固定方法，并對其施加相同載荷。結(jié)果顯示，加固鋼板組骨折斷端移位明顯小于不加固組。雖然上述研究顯示添加內(nèi)側(cè)支撐鋼板具有較優(yōu)的生物力學(xué)穩(wěn)定性，但也有文獻報道添加后可能影響股骨頭血液供應(yīng)[28-29]。

3 其他內(nèi)固定方式

股骨頸骨折對血運的破壞往往是導(dǎo)致各種并發(fā)癥的關(guān)鍵因素，使用“海森別針”在減少手術(shù)創(chuàng)傷的同時可提供相對穩(wěn)定的支撐。Brattgjerd等[30]對“海森別針”進行改進，在其尾端增加1個尾帽板，使其可以鎖定于鋼板內(nèi)。生物力學(xué)研究顯示，改良的“海森別針”，其剛度、扭矩、破壞能量分別為“海森別針”的12倍、19.3倍、19.9倍。

Zhang等[31]設(shè)計了膨脹空心螺釘，其內(nèi)可置入1枚較小規(guī)格的配套螺釘，配套螺釘使膨脹空心螺釘前端分開，形成2個半螺紋釘來抓住股骨頭。他們將這種膨脹空心螺釘與空心螺釘進行生物力學(xué)性能比較，結(jié)果顯示相同數(shù)量膨脹空心螺釘?shù)姆€(wěn)定性明顯高于空心螺釘，且2枚膨脹空心螺釘與3枚空心加壓螺釘?shù)钠茐呢摵上喈?dāng)。Stoffel等[32]提出股骨頸動力交叉釘系統(tǒng)，經(jīng)研究表明，其生物力學(xué)性能優(yōu)于空心螺釘，較DHS有更強的抗旋作用，并有相對微創(chuàng)治療的優(yōu)勢。

4 總結(jié)

綜上所述，不穩(wěn)定性股骨頸骨折的內(nèi)固定方式多樣，不同方式各具優(yōu)點和局限性。目前選擇內(nèi)固定方式時僅從生物力學(xué)角度進行比較，而在臨床應(yīng)用中不得不考慮手術(shù)操作對股骨頸血運的影響，使用時必須兼顧手術(shù)創(chuàng)傷對股骨頸血供影響與內(nèi)植物穩(wěn)定性之間的平衡。近年，越來越多具有生物力學(xué)優(yōu)勢的內(nèi)固定方式出現(xiàn)，但何種方式可實現(xiàn)堅強內(nèi)固定并達到良好的遠期預(yù)后尚無定論，未來仍需開展更多臨床研究進行論證。