髖部三角穩(wěn)定重建理論指導(dǎo)構(gòu)建髖部骨折治療體系

徐高翔 李建濤 張浩 張里程 唐佩福

隨著人口老齡化的日益嚴(yán)重，老年骨質(zhì)疏松引起的髖部骨折人數(shù)逐年上升，預(yù)計(jì)2050年全球髖部骨折患者將達(dá)到630萬(wàn)[1]。由于老年髖部骨折患者常合并多種內(nèi)科疾病，長(zhǎng)期臥床可導(dǎo)致心力衰竭、墜積性肺炎、尿道感染等并發(fā)癥，因此可危及患者生命。因此，盡早手術(shù)內(nèi)固定治療實(shí)現(xiàn)患者早日下地成為治療的首選。然而，目前髖部骨折內(nèi)固定術(shù)后失敗率仍居高不下，其相關(guān)并發(fā)癥所致的1年內(nèi)病死率達(dá)36%[2-3]。因此，急需完善髖部力學(xué)結(jié)構(gòu)認(rèn)知，改善相關(guān)內(nèi)固定設(shè)計(jì)和手術(shù)治療理念，確保髖部骨折手術(shù)成功，進(jìn)而促進(jìn)患者早日下地。

一、髖部力學(xué)的認(rèn)知?dú)v程

髖部力學(xué)結(jié)構(gòu)的認(rèn)知經(jīng)歷了一個(gè)緩慢的演變過(guò)程[4]：Ward[5]將髖部結(jié)構(gòu)類比為路燈支架結(jié)構(gòu)。之后,有人將髖部結(jié)構(gòu)與Fairbairn crane結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，提出髖部呈懸臂梁樣力學(xué)結(jié)構(gòu)，并根據(jù)圖形靜力學(xué)與比例結(jié)構(gòu)相結(jié)合的規(guī)則繪制了應(yīng)力曲線[6]。Koch[7]對(duì)髖部的應(yīng)力分布特征進(jìn)行了全面的理論分析和安全系數(shù)估計(jì)，認(rèn)為髖部應(yīng)力分布與懸臂梁結(jié)構(gòu)相似。Frost[8]提出骨組織中存在力學(xué)調(diào)控穩(wěn)態(tài)機(jī)制，懸臂梁樣結(jié)構(gòu)是髖部骨組織力學(xué)調(diào)控后的產(chǎn)物。至此，懸臂梁結(jié)構(gòu)作為髖部標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于指導(dǎo)髖部骨折內(nèi)固定的研制和治療理念的完善(圖1)。

圖1 骨折內(nèi)固定的研制和治療理念的完善 A 髖部結(jié)構(gòu)和路燈類比 B 懸臂梁形態(tài)的費(fèi)爾貝恩起重機(jī)及Culmann的力學(xué)分析圖 C 對(duì)髖部的應(yīng)力分布特征分析和安全系數(shù)估計(jì) 圖2 髖部三角穩(wěn)定原理示意：兩張一壓、三力互相制約的力學(xué)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

二、基于髖部力學(xué)的骨折治療方式演變

1.轉(zhuǎn)子間骨折的治療:基于髖部懸臂梁樣力學(xué)結(jié)構(gòu)，角鋼板等髓外固定系統(tǒng)得到研制并應(yīng)用于轉(zhuǎn)子間骨折治療[9]。同時(shí)，內(nèi)側(cè)壁在髖部力學(xué)穩(wěn)定中的作用被重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)。然而，隨著對(duì)髖部力學(xué)的逐步認(rèn)識(shí)，人們發(fā)現(xiàn)角鋼板等髓外固定器械為偏心樣設(shè)計(jì)，具有較大偏心力矩，與髖部力學(xué)結(jié)構(gòu)不匹配，導(dǎo)致髖內(nèi)翻、頭釘切出等器械相關(guān)并發(fā)癥頻發(fā)。此后，低偏心力矩的髓內(nèi)固定系統(tǒng)成為研發(fā)重點(diǎn)，以Gammer釘、PFNA和Intertan等為代表的髓內(nèi)釘被廣泛應(yīng)用于臨床[10-12]。Gotfried[13]提出股骨外側(cè)壁的概念，強(qiáng)調(diào)了外側(cè)壁對(duì)于髖部力學(xué)穩(wěn)定的重要作用。此后，內(nèi)固定設(shè)計(jì)的改良和轉(zhuǎn)子間骨折治療理念的完善在一定程度上提高了治療效果。然而，臨床上發(fā)現(xiàn)內(nèi)固定相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率仍高達(dá)20.5%[14]。

2.股骨頸骨折治療:股骨頸骨折根據(jù)年齡的不同，采取不同的治療策略。老年股骨頸骨折治療以關(guān)節(jié)置換為主，青壯年股骨頸骨折治療則以內(nèi)固定手術(shù)治療為主?；隗y部懸臂梁力學(xué)結(jié)構(gòu)，空心加壓螺釘(cannulated compression screw，CCS)、動(dòng)力髖螺釘固定系統(tǒng)(dynamic hip screw，DHS)、動(dòng)力髁螺釘(dynamic condylar screw，DCS)及經(jīng)皮加壓鋼板固定系統(tǒng)(percutaneous compression plate，PCCP)等內(nèi)固定器械被研制并應(yīng)用于股骨頸骨折的臨床治療[15]。同時(shí)，Gotfried等[16]提出股骨頸骨折治療的陽(yáng)性支撐與陰性支撐理念，強(qiáng)調(diào)髖部?jī)?nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)有效恢復(fù)對(duì)髖部力學(xué)穩(wěn)定的重要性。內(nèi)固定形態(tài)和治療理念的改善在一定程度上提升了股骨頸骨折的治療效果。然而，現(xiàn)有內(nèi)固定器械在治療不穩(wěn)定型股骨頸骨折時(shí)，術(shù)后骨不連、股骨頭壞死、骨折端分離等并發(fā)癥仍時(shí)有發(fā)生，其發(fā)生率高達(dá)10%～30%[17]。

髖部力學(xué)認(rèn)知的進(jìn)步所引導(dǎo)的內(nèi)固定器械與治療理念的改善明顯提升了髖部骨折的手術(shù)治療效果，但術(shù)后失敗病例仍然頻發(fā)。因此，對(duì)于髖部力學(xué)的分析和認(rèn)知仍需完善。

三、髖部三角穩(wěn)定重建理論

髖部的松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨分別承受15%～53%和47%～85%應(yīng)力載荷[18-19]。然而，以往髖部力學(xué)的認(rèn)知主要基于松質(zhì)骨小梁的形態(tài)探索，缺乏對(duì)于皮質(zhì)骨的形態(tài)結(jié)構(gòu)解析及人群范圍驗(yàn)證，致使髖部力學(xué)認(rèn)知尚不完善。基于骨的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能相匹配的共識(shí)，Xu等[20]解析大量髖部解剖形態(tài)參數(shù)，總結(jié)髖部骨結(jié)構(gòu)的走行規(guī)律，發(fā)現(xiàn)髖部的骨組織主要集中在內(nèi)、外、上三個(gè)側(cè)壁，在空間中呈現(xiàn)三角形樣匯聚趨勢(shì)，且通過(guò)力學(xué)分析得到有效驗(yàn)證。

有研究構(gòu)建了髖部正位像骨量分布形態(tài)示量圖，展現(xiàn)了髖部骨結(jié)構(gòu)在力學(xué)優(yōu)勢(shì)平面的時(shí)空變化趨勢(shì)，并通過(guò)結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算推導(dǎo)出不同部位的力學(xué)負(fù)荷功能，量化了髖部三角形態(tài)的結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系，證實(shí)髖部三角形結(jié)構(gòu)是由兩張一壓、三力互相制約的模式所構(gòu)成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)(圖2)：(1)內(nèi)側(cè)邊，承受壓應(yīng)力，形成髖部懸臂梁構(gòu)型的斜向支撐，極大地減少了結(jié)構(gòu)的彎曲應(yīng)力和撓度；如不完整將引起外側(cè)邊和上側(cè)邊彎矩顯著增加。(2)外側(cè)邊，承受張應(yīng)力，可有效阻擋生理載荷下股骨頸的滑動(dòng)和偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)骨折端穩(wěn)定；如不完整將導(dǎo)致內(nèi)側(cè)邊彎矩顯著增加，甚至引起股骨頸骨折塊的旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)。(3)上側(cè)邊，承受張應(yīng)力，連接內(nèi)側(cè)邊和外側(cè)邊，使得髖部?jī)?nèi)、外側(cè)結(jié)構(gòu)共同抵抗生理載荷產(chǎn)生的彎矩；如不完整將顯著增加內(nèi)側(cè)邊的彎矩[20-22]。同時(shí)，基于366例髖部結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)髖部的三角形結(jié)構(gòu)進(jìn)行量化分析和權(quán)重分配，證實(shí)該結(jié)構(gòu)的同時(shí)存在可實(shí)現(xiàn)髖部彎矩的有效分散和平衡，降低彎矩載荷，任何一個(gè)側(cè)壁斷裂，都會(huì)相繼引起三角結(jié)構(gòu)的坍塌，導(dǎo)致力學(xué)失效。之后，通過(guò)系列失敗病例的研究，發(fā)現(xiàn)各失敗病例中構(gòu)成髖部三角形態(tài)的內(nèi)、外、上3個(gè)側(cè)壁的結(jié)構(gòu)完整性均未實(shí)現(xiàn)手術(shù)重建，從而引起髖部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，導(dǎo)致骨折固定治療失敗[23]。

通過(guò)髖部結(jié)構(gòu)學(xué)分析、功能學(xué)分析和臨床研究分析，髖部的力學(xué)結(jié)構(gòu)呈三角形分布得到了理論和實(shí)踐證實(shí)，該結(jié)構(gòu)奠定了髖部力學(xué)穩(wěn)定的基礎(chǔ)[20-23]。據(jù)此提出了髖部三角穩(wěn)定重建理論，強(qiáng)調(diào)三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)同時(shí)重建是獲得堅(jiān)強(qiáng)力學(xué)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，是滿足術(shù)后患者下地行走的結(jié)構(gòu)前提，并以此指導(dǎo)髖部骨折治療新體系的構(gòu)建。

四、基于髖部三角穩(wěn)定重建理論的髖部骨折治療體系

基于髖部三角穩(wěn)定重建理論，提出的髖部骨折的治療原則是同時(shí)實(shí)現(xiàn)髖部三側(cè)邊的重建，通過(guò)降低內(nèi)固定構(gòu)件的內(nèi)部應(yīng)力(應(yīng)變)，避免內(nèi)固定的失效，并維持骨折端穩(wěn)定?；诖?，有研究設(shè)計(jì)了治療髖部骨折的新型內(nèi)固定器材，并提出相應(yīng)治療策略。針對(duì)股骨轉(zhuǎn)子間骨折治療，Li等[24]設(shè)計(jì)了三角形態(tài)的支撐髓內(nèi)釘；其中內(nèi)側(cè)支撐釘實(shí)現(xiàn)髖部?jī)?nèi)側(cè)壁的重建，上方的頭釘實(shí)現(xiàn)上側(cè)壁的重建，主釘實(shí)現(xiàn)髖部外側(cè)壁的重建。力學(xué)分析證實(shí)，三角穩(wěn)定重建理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)的髓內(nèi)釘，相較于DHS，力學(xué)強(qiáng)度提升5倍[24-25]。與PFNA相比，軸向剛度提升52%，極限載荷提升26.3%，扭轉(zhuǎn)剛度提升182%[26]。該新型內(nèi)固定器械拓寬了手術(shù)適應(yīng)證，可以有效降低手術(shù)失敗率。針對(duì)股骨頸骨折治療，Chen等[17]設(shè)計(jì)的三角穩(wěn)定固定系統(tǒng)包括髖部外側(cè)鎖定鋼板、髖部解剖型內(nèi)側(cè)支撐鋼板及配套的鎖定螺釘。髖部外側(cè)鎖定鋼板實(shí)現(xiàn)髖部三角形態(tài)上側(cè)邊和外側(cè)邊的結(jié)構(gòu)重建，解剖型內(nèi)側(cè)支撐鋼板實(shí)現(xiàn)三角形態(tài)內(nèi)側(cè)邊的結(jié)構(gòu)重建。該固定系統(tǒng)形成股骨頸骨折治療后生理載荷下的低彎矩、自平衡的應(yīng)力分布，實(shí)現(xiàn)骨折端和內(nèi)固定的平衡穩(wěn)定。該技術(shù)體系應(yīng)用于30例股骨頸骨折術(shù)后骨不連患者。在12～60個(gè)月的隨訪過(guò)程中，所有患者均實(shí)現(xiàn)骨折愈合。最終患者 VAS 評(píng)分為(0.7±0.9)分，Harris 評(píng)分為(88.3±5.9)分，無(wú)相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生[27]。該體系有望實(shí)現(xiàn)難治性股骨頸骨折骨不連患者的治愈，提高保髖成功率。

目前，解決老齡人口健康問(wèn)題受到社會(huì)廣泛重視。髖部骨折作為老年人群所面臨的重要健康挑戰(zhàn)，也為骨科同道開(kāi)展臨床工作提出了重大要求。髖部三角穩(wěn)定重建理論構(gòu)建了髖部骨折治療體系，并為骨科領(lǐng)域探索了新的模式和路徑。