滑动加压理念在股骨粗隆间骨折治疗中的应用和发展

2008-8-2 chenmo 骨科专业

滑动加压理念是一种动力化固定理念,具有静力性加压和动力性加压等特性。它以肢体短缩为代价获得晚期骨折稳定。其代表性内固定物有钉板结构的DHS,髓内钉结构的Gamma钉及PFN等,统称为滑动加压内固定系统。几十年来滑动加压内固定系统不断发展及完善,成为了手术治疗股骨粗隆间骨折的主流。
1、股骨转子间骨折的流行病学及特点
    股骨转子间骨折是指发生于髋关节囊线以外至小转子下方的骨折。随着人口老龄化髋部骨折呈日益增多的趋势,其中约半数的骨折是股骨转子间骨折。病人平均年龄为80岁。其中75%病人为女性。国内髋部骨折的流行病学调查发现:髋部骨折男性高峰在70~80岁,女性在60~80岁,50岁以上年龄组男女髋部骨折分布比为1∶1.  33,转子间骨折与股骨颈骨折分布比为1∶1.  151。  女性50岁以后髋部骨折明显增加,其峰值较男性提前10年,高龄女性以股骨颈骨折为主,男性以转子间骨折多见。老年人骨质疏松明显,遇低能量创伤即可导致骨折发生。且多数病人合并内科疾病[1],如心血管系统疾病、脑神经、呼吸系统疾病、内分泌系统疾病等,大部分高龄患者并存2种以上内科疾病。老年病人的另一种特点是术后易引起各种并发症,如肺部感染、心脑血管疾患、深静脉血栓、固定失败等,  因此对老年转子间骨折应考虑病人对手术方式和内固定的耐受性,尽可能做到创伤小、固定可靠、手术时间短、尽早地进行康复功能练习。
2、股骨近端的生物力学及滑动加压作用对骨折愈合的影响
    2.  1    股骨近端的生物力学
    为了适应人类直立行走,股骨上部形成了典型的力学体系,其小梁结构与应力分布极其合理。1838年Ward首次对股骨上段中的骨小梁进行了描述,他发现在股骨上段存在着压力骨小梁和张力骨小梁。1874年Merkel发现了股骨距这一特殊结构,1983年戴尅戎等对股骨距的解剖结构进行了研究,发现了股骨距与股骨上段的三束骨小梁构成了一个合理的负重系统,股骨距有加强股骨颈基底部的作用。进一步研究发现股骨距有其独特的三维结构,在股骨上段的承载功能中具有特殊意义。股骨转子周围骨折破坏了股骨距的结构,任何固定方法应重建股骨距的解剖结构,符合股骨上段的生物力学特点,从而保持颈干部力学平衡和颈干角恒定。当股骨粗隆间发生骨折后,股骨颈干部皮质和内负重系统遭到破坏,使颈干部立即丧失承重作用。当患者直立时,对股骨颈来讲,由于颈干角与前倾角的存在,使合力不能垂直作用于股骨颈的横断面,结果就产生了不同的应力。体重通过髋臼作用于股骨头的力可分解为:垂直于骨折线的分力、使头颈部内翻分力、体重压力和肌肉牵拉合成的剪力及下肢外旋转力。以上后3种力是严重影响骨折端稳定和愈合的不利因素。所以,在体重的作用和肌肉的牵拉下,正常颈干角很难保持,遂发生髋内翻。在站立和运动时关节的负荷是有明显变化的,在正常双足站立时,作用于每个髋关节力为整个体重的1/3,单侧腿站立时作用于负重关节的外力为体重的2.5~4倍,这与身体中心和力臂有关,身体中心距负重股骨头越远,即力臂越长,负荷增加越多,临床实验证明,纯压缩应力可促进骨折愈合。股骨粗隆间骨折时如何消除剪力扩大压缩应力,即有重要的理论和临床意义。  以DHS为例,固定后当拧紧加压螺栓时因为套筒的支撑作用,髋部螺钉带着骨折近端沿着套筒向外下走行,骨折端间相互靠紧,加强了垂直于骨折线的分力而且有效地克制了内翻力及剪力防止髋内翻的发生,促进骨折愈合。
    2.  2    动力化固定对骨折愈合的影响
    因动力化固定不出现应力遮挡现象,当人直立行走时,双下肢的交替负重和髋部肌肉的拉力,使骨折处出现应力-应变的周期性变化,产生骨折两端轴向微动,最终发生嵌插。近年来,许多研究证实,骨折端控制性细微轴向运动即微动,可以促进骨痂的形成和钙化,加速骨折愈合。诱发骨折端微动的方式主要有主动和被动2种方式,主动方式多是通过肢体负重来实现骨折端的轴向微动。
    2.  2.  1    动力化固定对骨组织细胞的影响    当骨承受负荷时,最先引起骨组织发生应变,骨组织细胞可以通过直接或间接方式感受这种组织水平的应变。体外细胞培养及体内研究表明,骨细胞可以感受机械应力的刺激,增加骨细胞、成骨细胞等的代谢活性,促进成骨。当成骨细胞在生理应力作用下,细胞内环磷腺苷(cAMP)及胰岛素样生长因子I(IGF-I)活性显著增加,前列腺素合成增加,细胞分裂活跃等一系列变化。这些研究肯定了机械应力对骨细胞的刺激作用。此外,也有学者认为机械应力对骨细胞的影响与骨细胞感受组织形变产生的电磁场或应电效应有关。骨的原始损伤具有启动促进正常骨折修复的作用。有学者认为,在骨折愈合过程中存在2次损伤现象(secondary injury phenomenon),这是由于当软组织损伤逐渐愈合,释放活性介质能力消失后,骨痂的再损伤可使局部组织细胞释放成骨活性物质的能力恢复。骨折端的细微运动可引起骨痂的反复损伤,从而导致反复性骨折早期反应,释放许多生化介质、丝裂原、骨生成因子等,从而诱导局部间叶细胞增殖,分化为成骨细胞或成软骨细胞。
    2.  2.  2    动力化固定促进毛细血管生长    毛细血管的生长对骨折早期力学环境很敏感。适当的细微运动可以增加骨折区毛细血管的生长。毛细血管的长入为骨折修复区带来了更多未分化的间质细胞,这些细胞在有氧条件或应力作用下不断分化为成骨细胞或成软骨细胞。此外血管内皮细胞亦可以转化为成骨细胞而直接参与成骨活动,因而进一步促进了骨折愈合过程。
3、固定物及其生物力学特点
    3.  1    钉-板结构
    滑动加压螺钉是由波兰Ernstpohl设计,于1955年由Schumpelik开始应用。最初用于治疗股骨颈骨折。1964年美国Calwson首先报告用于治疗股骨粗隆间骨折。1980年Jacobs等国外学者报道此钉的临床应用情况。20多年来滑动加压鹅头钉(DHS)一直作为股骨转子间骨折的“金标准”取得非常稳定满意的疗效。任何新的治疗方法需与之比较,方能得到肯定或否定的结论。其基本原理是将加压螺钉插入股骨头颈部以固定骨折近端,在其尾部套入一侧钢板以固定骨折远端。加压鹅头钉在套筒内滑动,有加压和滑动双重功能,其优点是抗弯强度大。王福权等报道该钉的抗弯强度为280 kg,对稳定型骨折可以早期负重行走,对不稳定型骨折,尤其内侧皮质骨缺损、粉碎或移位,早期负重时产生一个内翻应力,可造成钉板断裂、弯曲、钉尖穿破股骨头,出现髋内翻畸形。DHS治疗稳定型转子间骨折疗效肯定,失效率低于5%,但对于不稳定骨折,由于颈后内侧皮质缺损,压应力不能通过股骨距传导,内植物上应力增大,螺钉切割股骨头、钢板疲劳断裂、骨折不愈合或畸形愈合等并发症的发生率可达6%~19%[2],章建华等[3]报道对不稳定转子间骨折DHS的失败率为50%。DHS固定反斜行骨折时,加压作用可导致骨折端的分离(近折端向外,远折端向内侧的移位),效果更差。Haidukewych等[4]报道DHS固定反斜行骨折的失效率高达56%,故DHS不适合用于反斜行骨折。该钉从130°~150°有多种角度,许多作者认为板钉角为150°最好,理由是松质骨螺钉的角度与股骨颈内骨小梁平行,螺钉不易弯曲,使内固定物因弯曲而失效的机率小,且罕有钢板弯曲断裂失效报告,但大多数学者主张应用135° DHS。权日等认为135°DHS是治疗股骨转子间骨折较理想的内固定物[5]。近年来的对DHS固定时髋螺钉位置研究的较多为DHS的动-静力加压作用以及内在角稳定结构使髋螺钉承受很大的压力,如果其上方的骨骼质量差,螺钉切割小梁发生移位的可能性大大提高,因此,临床上DHS固定失败常见的是髋螺钉在股骨头颈部向上切割移位,近端骨折块下移形成内翻塌陷畸形,为有效地防止手术失败,术中应正确安置髋螺钉。Baumgaertnei等认为头钉放入股骨颈中心最为合适,不易发生螺钉的切割。他于1995年提出,两顶点间距离即TAD的概念。TAD代表正位和侧位,X线片上,股骨头顶点与松质骨螺钉顶点之间的距离,经放大率校正后所得的值。认为TAD≤25 mm为佳,TAD>25 mm为差。并对118例采用DHS固定的股骨转子间骨折后的TAD值进行了统计学分析,结果显示TAD值50 mm组切割发生率高达60%。
    虽然DHS临床疗效肯定,但置入钢板时需较广泛的暴露,创伤较大,术后患者住院时间较长,不能控制骨折的旋转应力,还有DHS属于偏心的钉-接骨板结构,弯距大,剪切力大,当小转子和股骨距骨折时容易发生髋内翻畸形愈合及内固定物移位、脱出等并发症。Gotfried等[6]改进了DHS,设计微创的经皮动力髋螺钉(PCCP)并用于98例转子间骨折,所有随访患者骨折均获愈合,1例髋内翻>10°,2例螺钉轻度脱出,手术时间短、需血量少,而术后并发症、骨折愈合、功能恢复与DHS组无差异。
    3.  2    髓内固定
    近几年在国内广泛应用于股骨近端髓内固定的方法为Gamma钉、PFN等,尤其以Gamma钉手术治疗更为普遍。Gamma钉由髓内钉、加压螺钉以及内锁螺钉三部分构成,1990年Gwsse首先报告用来治疗股骨转子区骨折,使用时通过较小的切口,将髓内钉打入到髓腔,通过瞄准装置将滑动螺钉穿过髓内钉打入股骨颈,从而起到固定作用。与Richard钉比较其优点如下:(1)固定于髓腔内,靠近负重力线,能更有效地进行负荷传递;(2)力臂缩小,弯矩减少减低了张应力;(3)半闭合操作过程。Curtis等将Gamma钉和Richard钉进行了生物力学比较,发现对于稳定型转子间骨折Gamma钉优于Richard钉;对于不稳定型转子间骨折,Gamma钉要明显强于Richard钉,而且Gamma钉远端的交锁钉能控制旋转。Rosenblum通过生物力学实验得出Gamma钉通过其内在的刚度将髋部应力传递到股骨干,使股骨距承受的载荷明显少于滑动加压鹅头钉固定股骨距承受的载荷,这对于不稳定转子间骨折具有重要意义。更为重要的是用Gamma钉固定无须整复后内侧骨块。在临床应用中发现,Gamma钉存在着诸多的术中术后并发症。股骨干骨折是其中最严重的并发症,可能与以下因素有关:(1)内固定物的设计:Gamma钉外翻角(10°)较大,形成了三点负重,应力集中于与钉弯曲部相接触内侧皮质和钉尾部的外侧皮质,内植物的高刚度造成钉尾部的应力集中;(2)钉的大小与髓腔直径不匹配,如扩髓不充分,用暴力将钉强行击入,可造成股骨干的爆裂骨折或未移位的隐性骨折,而负重后发生骨折线的延伸。尽管Bostrom在其生物力学实验中指出,把Gamma钉中的髓内棒延长到30~36 cm时,其传导到股骨的应力分布更符合生物力学要求,但Staper应用长棒Gamma钉治疗不稳定股骨转子间骨折时,仍可并发股骨干远端应力骨折。
    为了克服这些并发症,1996年AO组织在Gamma钉的基础上设计出近端股骨髓内钉(proximal femoral nail,PFN)。PFN与Gamma钉相比最重要的改进是在股骨近端的拉力螺钉上方增加了1枚直径为6.  5 mm的螺钉,达到抗旋转稳定性,另外钉的总长增至240 mm,增加锁钉孔与钉尾的距离,并将锁孔改为椭圆形,允许纵向滑动,最大限度地减小应力集中。股骨颈内双钉承载,平均力臂较Gamma钉减小,力学测试抗旋、抗压和抗拉能力明显提高,降低了股骨干骨折的发生率。临床应用显示[7,12]PFN在治疗不稳定转子间骨折效果较好,失败率低,未发现股骨骨折。
    3.  3    滑动加压外固定器
    外固定器是一种微创治疗方法。Christodoulou等[8]用外固定架和DHS治疗转子间骨折,认为同DHS相比,外固定架手术时间短(35~75 min),术中不需输血。苗旭漫等[9]将内固定滑动加压的设计理念应用在单侧成角外固定器上,对现有外固定器进行了必要改进,设计出滑动加压外固定器,初步临床使用疗效满意,证明了内固定滑动加压的理念也能在外固定器上实现。虽然它也避免不了外固定器所固有的力臂长、生物力学性能较内固定差等缺点,但手术创伤小、操作简单、方便,对于一些高危、高龄、战伤抢救或因某种原因拒绝切开内固定的患者来说不失为一种可供选择的固定方法。
4、存在的问题及治疗策略
    股骨转子间骨折常见于老年人,一般合并有一种以上内科疾病,全身状况差,耐受不了创伤大的手术方法。故治疗方法的选择必须以简单、迅速、有效、减少并发症为标准。DHS虽然结构牢靠,有双重加压功能,但具有置入钢板时伤口暴露大、手术时间相对较长、术中失血多、术后患者住院时间较长等缺点[10]。Gamma钉切口小、手术时间短,但其是否为真正的微创手术仍存在很多争议。文良元等报[11]Gamma钉术后第1 d血红蛋白下降较DHS更明显,说明术后继续出血量要比DHS更多,可能与髓内继续出血有关。滑动加压外固定器虽然手术创伤小、操作简单、方便,但存在力臂长、生物力学性能较内固定差等缺点,易出现针 EWq耧_孔感染、髋内翻等并发症。手术治疗可减少因长期卧床造成的并发症,降低致死、致残率,提高生活质量,但没有一种固定方法绝对适用于所有类型转子间骨折。治疗过程中应行全面的围手术期评估,确定手术指征,可根据术者的习惯及患者的具体条件,选择手术方法。
 

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