内固定治疗股骨近端骨折的生物相容性

内固定治疗股骨近端骨折的生物相容性

0外科手术治疗腿骨附近骨折发生在老年人身上，通常伴有其他疾病和骨质疏松症。股骨近端骨折后如不采取积极的治疗,会出现较高的病死率,有10%-20%的患者会在骨折后1年内死亡,分析死因主要与长期卧床后出现的泌尿系统或呼吸系统感染有关,以及压疮和其他内科疾病等并发症,伴有心血管疾病和高龄患者的病死率则比其他患者高出1倍。股骨近端骨折按骨折部位可以分为股骨头骨折、股骨颈骨折、股骨转子间骨折。(1)单纯股骨头骨折比较少见,为髋关节损伤的一部分,常合并髋关节的脱位甚至髋臼的骨折。股骨头无脱位治疗时,骨折无明显移位或压缩,卧床休息三四周,扶双拐下地活动,长期卧床可能导致关节软骨缺血性坏死和僵硬;伴有脱位的骨折应立即复位,连续两次复位失败即应考虑外科治疗,复位成功要复查X射线以及CT,了解骨折位置大小及移位情况;骨折块明显塌陷,移位,嵌入关节间隙伴脱位而治疗复位失败或合并神经损伤时,需要立即行外科手术治疗。(2)股骨颈骨折是股骨头下至股骨颈基底部之间的骨折,老年人群特别是老年女性并伴有骨质疏松症人群发病较多。股骨颈骨折患者多伴有关节轻度屈髋屈膝和外旋畸形,移动患肢有剧烈疼痛。对于无移位、外展、嵌插骨折和不能耐受手术治疗的患者,如穿矫形鞋或牵引治疗两三个月,3个月扶杖,6个月可以行走的股骨颈骨折患者,可以采用非手术治疗。有错位可能的患者,还是主张采用金属植入物内固定治疗。(3)转子间骨折多见于老年人群,属于关节囊外骨折,很少有骨折不愈合或股骨头缺血性坏死发生。转子间骨折基本上不采用传统保守治疗的方法,内固定治疗后的并发症发生率比保守治疗少且轻。治疗前通过X射线片确定转子间骨折是否稳定、复位能否恢复内侧和后侧皮质骨的完整性,小转子有较大的骨折块移位,说明后内侧有明显的皮质骨缺损,此种开关提示复位后骨折潜在不稳定,对于一些严重的粉碎性骨折,获得解剖复位会很困难,应通过截骨和移位的方法获得稳定。现针对股骨近端骨折内固定金属植入物的选择以及生物相容性的相关研究予以综述。1数据和方法1.1检索词的选择文章由第一作者于2012年12月进行检索。中文以“股骨近端骨折,动力髋螺钉,微创固定系统,经皮加压钢板,Gamma钉,髓内钉”为检索词,英文以“proximalfemoralfracture,dynamichipscrew,lessinvagivestabilizationsystem,percutaneouscompressionplate,Gammanail”为检索词,检索国内外数据库。1.2股骨近端骨折纳入标准:(1)患者的髋部有明确的外伤史。(2)骨折发生前患者的髋关节无疼痛,活动正常,骨折后髋关节周围疼痛,有轻度肿胀,活动受限,不能负重。(3)X射线显示为股骨近端骨折。(4)患髋可能伴有明显的骨摩擦音和摩擦感,叩击痛。(5)符合股骨近端骨折金属植入物内固定治疗的标准。排除标准:(1)采用传统的保守治疗可以治愈的患者。(2)合并有髋关节其他骨折的患者。(3)伴有下肢静脉血栓的患者。1.3数据提取计算机初检得到778篇文献,阅读标题和摘要后进行初筛,排除与研究目的无关及内容重复的文献636篇,共保留其中的142篇。1.4生物相对生物利用的研究保留的142篇相关文献中,符合纳入标准并用于分析的文献共17篇,包括髓外固定装置和髓内固定装置研究以及不同种类金属植入物系统置入内固定治疗股骨近端骨折的生物相容性研究文献。2结果2.1骨折的近端分类2.1.1股骨近端骨折线股骨颈骨折按骨折线分为头下型、头颈型、颈中型和基底型股骨颈骨折。头下型股骨颈骨折的骨折线位于股骨头与股骨颈的交界处,股骨头血供大部分被中断,此类型发生骨折不愈合机率高,易发生股骨头缺血性坏死。头颈型股骨颈骨折的骨折线由股骨颈上缘股骨头下开始,至股骨颈中部,骨折线与股骨纵轴的交角很小,直至消失,由于骨折部剪力大,骨折不稳,远折端会发生移位,骨折易愈合,易造成股骨头缺血性坏死。颈中型股骨颈骨折的骨折线通过股骨颈中段,血供尚未完全破坏,骨折尚能愈合。基底型股骨颈骨折的骨折线位于股骨颈与大转子之间,骨折两端的血液循环良好,骨折易愈合。Pauwels角是远端骨折线与骼嵴连线的夹角。角度小于30°称为外展型,骨折端剪力小,骨折较稳定,有利于骨折愈合;角度大于50°时称为内收型,骨折端极少嵌插,骨折线剪力大,骨折不稳定,多移位,其愈合常比前者低,股骨头坏死率高;角度在30°-50°称为中间型。股骨转子间骨折常用Evans分类法和改良Boyd分类法。EvansⅠ型骨折的骨折线由小转子向上外方延伸,Ⅱ型为逆向斜行骨折,主要骨折线由小转子向外下方延伸。Boyd分类法将股骨转子周围骨折分为Ⅰ-Ⅳ型,涵盖了从股骨颈的关节囊以外部分至小转子下方5cm的所有骨折。Ⅰ型无移位骨折,稳定;Ⅱ型有移位,伴小转子小块骨折,近骨折段内翻,稳定;Ⅲ型有移位,伴后内侧粉碎性骨折和大转子骨折,近骨折段内翻,不稳定;Ⅳ型转子间及后内侧皮质粉碎性骨折,伴转子下骨折,不稳定。按骨折移位程度分类的方法主要采用Garden分类法,分为Ⅰ-Ⅳ型。Ⅰ型为不完全骨折,容易愈合;Ⅱ型为无移位的完全骨折,若股骨头下型骨折有愈合可能,但常有股骨头下坏死变形发生,如为颈中或基底型骨折,骨折容易愈合,股骨头血运良好;Ⅲ型为完全骨折,部分移位,多属于远折端向上移位或远折端嵌插在近端的断面内形成股骨头向内旋转移位,颈干角变小;Ⅳ型为完全骨折,完全移位,关节束及滑膜有严重损伤,血供易受破坏,易造成股骨头缺血性坏死。国际内固定协会将股骨近端骨折分为3型9组27个亚组,其中关节囊外转子部骨折为A型,关节囊内股骨颈骨折为B型,关节内股骨头骨折则归为C型。由于股骨近端骨折的复杂性,骨折分类时应重点区分稳定性骨折与不稳定性骨折。2.2骨折近端髓外固定的选择2.2.1动力液压螺钉固定的优点动力髋螺钉适应于股骨转子间A1和A2.1型骨折。从生物力学的角度来分析动力髋螺钉内固定治疗股骨转子间骨折,其中动力髋螺钉主要分担着张应力的传导,通过Ward三角内以减少对分隔线的破坏,可以使骨折断面靠拢压紧,有利于骨折的愈合。徐生根等研究发现,在身体重力传递到大转子的顶部时,动力髋螺钉的拉力钉穿过大转子、股骨颈和股骨头固定在骨折近端,通过控制性力加压骨折端抵消反转子骨折本身向外移位的倾向力,使骨折端达到稳定,使影响骨折愈合的剪引力被消除,有利于骨折愈合。Sim等应用生物力学的方法分析动力髋螺钉的断钉原因,研究结果发现当股骨负重时,小转子是承受股骨最大负重的部分,由于动力髋螺钉在股骨的外侧产生压拉应变的倒转,内固定治疗后应变数恢复正常,但是力臂有所变大。当小转子侧的骨质不能够支持股骨负重时,很容易发生折弯力及应力遮挡,从而造成钢板侧内固定动力髋螺钉的疲劳性折断,使内固定产生松动,进而继发骨折部位的骨不连和髋内翻。Evans分类Ⅳ型的不稳定转子间骨折不宜直接置入动力髋螺钉。髓外固定是以动力髋螺钉为代表的内固定技术,动力髋螺钉可以分担张应力的传导,但容易有折弯力和应力遮挡的出现。2.2.2经皮加压钢板内固定经皮加压钢板适用于股骨转子间骨折的A1和A2.1型。随着骨科微创技术研究的不断发展,使创伤骨科微创技术逐渐被广大医生和患者所接受。Gotfried等在动力髋螺钉的基础上,从微创的设计理念出发,研制出另一种新型的内固定钉板系统,即经皮微创加压钢板,在进行经皮微创加压钢板设计和生物力学研究时,为了证明材料的临床实用性,与使用1枚拉力螺钉的动力髋螺钉进行比较,经皮微创加压钢板的钢板和套筒螺钉可以将其与骨折面得到加压,对转子间骨折起到稳定作用,避免骨折发生移位。在股骨颈内置入的2枚螺钉,可以在允许骨折部位嵌插的同时增加扭转稳定性以及骨折端的稳定性,使经皮微创加压钢板与骨折部位得到良好的内固定。在加压和稳定的同时,股骨干钢板还可以使骨折远端传导的应力得到分散,防止股骨远端应力集中,出现再次骨折的问题。也有学者通过在合成骨以及尸体骨上的生物力学实验证明经皮加压钢板和动力髋螺钉在治疗股骨近端骨折时,经皮加压钢板的抗轴向应力和抗扭转力要明显好于动力髋螺钉。Sven等通过临床实验也证明了经皮加压钢板置入内固定治疗后股骨颈部螺钉的切出率要明显低于动力髋螺钉。也有许多学者研究认为,对于近端骨块压缩的骨折在外侧壁给予支撑是很重要,通过在骨折端加压并使用螺钉内固定可以获得旋转和内翻的稳定性。如果外侧壁被破裂,就失去对股骨颈基底部骨折块外侧的支撑,很容易发生塌陷。因此,骨折外侧壁的完整性是内固定成功的重要因素。经皮加压钢板在股骨颈螺钉有2枚,其直径小于动力髋螺钉,小直径设计可以使侧壁得到保护,避免在内固定过程中和治疗后发生塌陷。有实验研究证明,由于经皮加压钢板可以通过软组织并沿着股骨干滑移,在微创切口的情况下可以置入,使金属植入物内固定的手术时间缩短,减少出血量。而且经皮加压钢板在内固定治疗前会在C型臂X射线机透视下先进行闭合复位,治疗过程中还不会显露骨折部位,为骨折愈合创造有利的条件。有学者在2000至2006年多中心进行动力髋螺钉与经皮加压钢板比较研究的Meta分析中发现,经皮加压钢板在早期病死率方面有所下降,在金属植入物内固定时间、治疗中出血量、治疗后感染率及疼痛缓解方面都有下降,内固定后关节活动功能比较满意。因此,经皮加压钢板可能会成为合并多种并发症的老年股骨转子间骨折的理想选择,具有创伤性小、内固定稳定的特点得到认同。目前,经皮加压钢板有逐渐取代动力髋螺钉的趋势,但其价格相对较贵。可以用于A1、A2.1和A2.2型骨折,对于A2.3和A3型骨折还是建议选择髓内固定方式。2.2.3钢板螺钉固定的优越性解剖型锁定钢板适应于股骨转子间A1、A2和A3型骨折。目前,解剖型锁定钢板的各器械公司都已经先后研制出来,各有优缺点,但原理大同小异。适用于股骨大转子粉碎的股骨转子间骨折,股骨大转子完整的股骨转子间骨折建议采用髓内固定。解剖型锁定钢板与动力髋螺钉相比较,解剖型锁定钢板具有独特的优越性,主要表现在几个方面:(1)解剖型锁定钢板的螺钉在通过锁定孔与骨骼固定时,螺钉与骨骼之间呈不同的角度,锁定在一起会形成一个牢固的整体,在维持患者肢体长度的同时,还可以控制肢体的旋转和轴向对位,防止螺钉的松动和Ⅰ、Ⅱ期的骨折复位丢失,为早期功能锻炼提供良好的条件。(2)不剥离骨膜进行解剖型锁定钢板内固定,锁定头的螺钉会使骨骼和接骨板锁扣牢固,在骨骼表面没有额外压力产生,使与接骨板接触的骨膜压迫性损伤降低,最大限度保持骨膜的完整性,对骨折愈合十分有利。(3)解剖型锁定钢板在内固定时不需要对钢板进行弯度的调整,可以行单侧皮质骨内固定。(4)解剖型锁定钢板具有良好的成角稳定性,内固定效果牢固,对早期关节活动有利,减少关节僵直等并发症。(5)解剖型锁定钢板在螺钉锁定后,由于具有良好的把持力,使螺钉不会滑移退出。以临床的治疗经验来看,对于股骨转子间骨折首先行髓内固定,解剖型锁定钢板常作为特殊困难病例治疗的备用方法。2.2.4反向使用,实现股骨近端骨折固定由于微创固定系统安置时无需剥离骨膜,对骨面无压迫,对骨血运的破坏可以降低到最小程度,由此达到保护骨折部位周围生物学环境的目的,体现了微创的原则。微创固定系统接骨板的形状设计与股骨远端解剖轮廓一致,从解剖学结构上考虑,反向使用能够满足股骨近端骨折固定要求。无需预弯、塑形,螺钉头部加上了自攻自钻切割部分的设计后,简化了外科操作,应用方便。对于复杂股骨近端骨折,为达到解剖复位,仍需暴露股骨近端。用额外拉力螺钉前后固定粉碎大转子骨折块,然后安装微创固定系统。由于该固定系统相对价格昂贵,且非股骨近端解剖设计,作为股骨近端骨折固定方式的补充,仅用于严重骨质疏松、股骨大转子有粉碎骨折、粉碎骨折波及转子间窝的骨折。综上所述,微创固定系统具有操作简便、手术损伤小、并发症少、固定可靠的优点。反向使用微创固定系统是治疗复杂股骨近端骨折较好的一种方法。因早期使用的都是股骨远端微创固定系统钢板,随着医疗体制的发展,出现并发症易产生医疗纠纷,建议谨慎应用。2.3骨折髓内固定系统的选择髓内固定系统适应于所有股骨转子间A1、A2.1和A3型骨折。但对于严重粉碎的股骨转子间骨折,需要重建股骨外侧壁,应选用锁定钢板。2.3.1股骨髓内钉内固定国际内固定协会推荐的股骨近端髓内钉-A适应于所有股骨转子间A1、A2.1和A3型骨折。股骨近端髓内钉-A是国际内固定协会在股骨近端髓内钉的基础上根据亚洲人的骨结构所设计的抗旋型股骨近端髓内钉,更符合亚洲人骨髓腔的结构特点,近端直径较股骨近端髓内钉小1mm,2006年初在中国正式允许临床应用,但股骨近端髓内钉-A临床应用的疗效报道文献在国内外相对较少。抗旋股骨近端髓内钉的特点为螺旋刀片,使螺旋刀片与周围松质骨界面可以承受的应力载荷更大,使其与周围松质骨之间产生骨质填压,减少骨量的丢失。将抗旋股骨近端髓内钉与动力髋螺钉进行比较,抗旋股骨近端髓内钉作为髓内固定装置,股骨干中轴为主要承力部位,不需要重建内侧皮质的连续性就可以缩短力臂,在相同载荷条件下,其抗压、抗拉和抗旋转能力均较动力髋螺钉较好,符合生物力学的特点;同时抗旋股骨近端髓内钉还可以预防不稳定性骨折内固定后容易出现的髋内翻或短缩畸形,有利于骨折部位稳定性的提高,减少并发症的发生。因此,对于不稳定性股骨转子间骨折可以考虑髓内固定技术恢复骨折的力线,满足其稳定性要求,不必对解剖复位太过于强求,缩短力矩,使早期的负重效果更好。王建辉等应用8根新鲜尸体的股骨进行抗压、抗扭转和应变力的生物力试验,在标本的近端内外侧皮质沿股骨长轴布置6枚电阻应变片,然后插入股骨近端髓内钉和动力髋螺钉,并模拟稳定型和不稳定型股骨转子间骨折,即EvansⅠ型和EvansⅡ型骨折,测定抗压载荷、抗扭能力以及股骨近端应变力变化情况,实验结果发现,随着股骨转子间骨折稳定性丢失,动力髋螺钉股骨矩区内固定的压应力显著增加,股骨近端髓内钉和动力髋螺钉在EvansⅠ型骨折中的抗压载荷能力差异不显著,股骨近端髓内钉在EvansⅡ型骨折中的抗压能力优于动力髋螺钉,在抗扭转能力方面,股骨近端髓内钉在EvansⅠ型和EvansⅡ型骨折中均比动力髋螺钉更强。有学者应用健康成人男性股骨湿标本左右侧各5根来模拟髋关节载荷,分别在股骨颈基底部锯断,制成股骨颈Pauwels角为60°的不稳定型骨折模型,用髓内钉和动力髋螺钉两种治疗方式测评髋载荷下的压缩试验及抗扭转能力。研究结果发现,两种内固定方法在髋关节载荷的压缩反应张力侧均表现为张应变和张开位移,但在抗断端分离移位能力方面髓内钉内固定优于动力髋螺钉内固定法,在压力侧断端间相应靠近嵌插反应方面动力髋螺钉较髓内钉内固定大,在不稳定型骨折发生时有可能会使压力侧的骨折块挤压移位,在抗扭转能力方面髓内钉明显优于动力髋螺钉,作者认为改良的股骨髓内钉从力学能力方面保证了骨折端的内固定要求,内固定稳定效果较动力髋螺钉更好。因此,髓内固定系统在合理传导股骨近端骨折的应力上具有优势,对骨折愈合十分有利,除抗压能力不及动力髋螺钉以外,其抗断端分离移位和抗扭转能力均优于动力髋螺钉。因此,抗旋股骨近端髓内钉是股骨近端骨折的理想固定物,是目前治疗老年性股骨近端骨折的最佳内固定物之一。缺点是头钉敲击的过程中容易产生断端的分离,对于断端分离比较严重的股骨转子间骨折或合并大转子粉碎性骨折的患者,固定效果可能不会很理想,需要切开复位,通过动力髋螺钉或锁定钢板固定。2.3.2mma-3钉的特点Gamma钉适用于所有股骨转子间A1、A2和A3型骨折。Gamma钉髓内固定,其力臂短,弯矩小,局部加压作用直接,近端固定于大转子,远端锁钉抗短缩及旋转能力强,抗剪力也大,在固定不稳定型近端骨折时不易造成骨折塌陷及肢体短缩,适用于各型股骨近端骨折,特别是A3骨折,但在使用第一代和第二代Gamma钉时,由于插入髓内钉可能使骨折块分离,且不能固定小转子,不能提供足够的稳定性,不利于骨折早期愈合,还可能出现髋内翻畸形,有时会导致股骨干骨折。Gamma-3钉的特点有几个方面:(1)近端直径减少至15.5cm,远端直径减少至11.0cm,减少了金属植入物的体积,减少15%-20%的切骨量。(2)3种颈干角设计成130°、125°和120°,便于内固定中灵活选择。(3)自攻拉力螺钉可以减少扭矩和切出的发生率,节省内固定时间。(4)防旋螺钉设计,带坡度的导向沟,仅允许拉力螺钉进行单方向的滑动,便于对骨折端进行加压。(5)远端锁钉可以选择动力或静力交锁。(6)多种螺钉尾帽,方便内固定物的取出。人体工程学设计的工具,更方便治疗操作,减少操作时间。因植入物和工具较小,可以进行更微创的操作。临床实验结果显示,经过改良后的Gamma-3钉抗轴向压缩和抗弯曲强度均超过正常人股骨,内固定后在股骨近段产生的应力更合理,防止因应力集中造成股骨干骨折,适应于各种类型的股骨转子下骨折。但Gamma-3钉和动力髋螺钉均存在2个共同的缺点,单一螺钉固定时,抗旋转能力和把持力均较差,使内固定后肢体负重活动有出现植入物松动的可能,头颈内翻塌陷短缩甚至螺钉切出,针对此缺点,以往解决方法是将置入固定的螺钉位置尽可以放在头颈中心偏下的部位,而且深度达到软骨下骨,即尖顶距越小越好,另一方法是在内固定物上加抗旋转螺钉,如股骨近端髓内钉双钉或者是动力髋螺钉加用空心钉等。此外,在插钉过程中以及后期有出现股骨干假体周围骨折的风险,针对此缺点研究者设计了尾端细长且更具有解剖性的股骨近端髓内钉,从而明显减少股骨远端骨折的发生率。INTERTAN作为新一代的股骨近端髓内钉,在设计中试图解决以上这些问题。2.3.3联合交锁组合钉INTERTAN股骨近端髓内钉是由施乐辉公司生产的适应于所有股骨转子间A1、A2、A3型骨折,是目前最新的内固定技术。INTERTAN在设计上尝试克服Gamma钉和动力髋螺钉的缺点,其特点主要有以下几个方面:(1)INTERTAN在主钉的近端运用梯形横截面设计,类似于关节假体柄的设计,对于增强稳定性及生物力学方面具有优势。(2)INTERTAN在主钉近端设计了4°的外翻角,提供了大转子顶点的微创入路。(3)INTERTAN在设计上的独创特点为联合交锁组合钉,此设计是革命性的创新,能够在内固定中提供直线性加压,获得更稳定的把持力。联合交锁组合钉是在内固定的过程中置入拉力螺钉,通过旋转刀片获得良好的复位,置入拉力螺钉后取出防旋转刀片,置入加压螺钉,通过两钉之间的咬合螺纹来带动拉力钉的轴向移位,联合交锁组合钉的设计可以最大获得15mm的无旋转轴线加压。另外,联合交锁组合钉在头颈部还有一个类椭圆形的联合钉,能够使其抗旋转力更强。联合交锁组合钉在设计上的优势可以为患者早期负重提供坚强有力的内固定,并可以减少固定后头颈内翻塌陷和短缩等并发症的产生,避免髋内翻及骨不连的出现。在联合交锁组合钉内固定治疗后的负重过程中,其绞锁螺纹可以防止双钉“Z-效应”。“Z-效应”是指在肢体负重的过程中,头颈内的双钉共同构建的环形应力负荷,避免使主钉的退出及抗旋钉穿过,并进入股骨头髋臼,导致髋内翻内固定失效。(4)联合交锁组合钉的主钉近端会预先置入空心稳定螺钉,将其锁紧可以避免内固定后联合钉的过多滑动。(5)联合交锁组合钉的主钉远端设计成发夹样分叉,此设计可充分降低应力集中,减少主钉远端截面的刚性,防止其周围发生骨折,使治疗后疼痛的发生率降低。(6)联合交锁组合钉的远端钉孔有动力或静力交锁。在骨愈合与骨密度关系的实验研究中发现,不同骨质的患者在负重行走时间方面有差异,骨愈合与骨密度有密切的联系。对于骨密度较差的患者,可以稍晚进行负重行走,但鼓励在固定后早期进行无负重行走,避免出现内固定物松动。对于不稳定型骨折的患者,要锁远端静力锁孔,防止内固定后骨折再次移位,导致稳定性下降。总之,新型INTERTAN股骨近端髓内钉在设计上有以上特点,在临床可以提高治疗股骨近端骨折的成功率,尤其可以提高不稳定型骨折的治愈率。目前的随访结果显示,内固定切口均获得一期愈合,无畸形愈合发生