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对骨折有效内固定的几点思考

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在骨折的治疗手段中,内固定始终扮演着重要的角色。常用内固定器材从外形和结构上分,总的可分为接骨板/螺钉、髓内钉、骨圆针和螺钉、钢丝等五类,其中前两者最常用于长骨干骨折的治疗。内固定的主要目的,是在骨折的愈合的过程中,允许关节肌肉尽早进行充分、主动、无痛的活动,而不需借助任何外固定,防止“骨折病”的发生。因而,近50年来,AO倡导的坚强和加压内固定一直在骨折治疗过程中占据主导地位。但是,骨折在坚强固定下,常发生骨不连、固定段骨质疏松和去固定后再骨折等并发症。由此可见,坚强内固定并不是万能的。近年来,AO虽然又提出生物学固定(Biological Osteosythesis, BO)的新概念,强调保护骨折局部的血供和弹性固定,但是所用器材多为不锈钢,固定的坚强性并未有根本性的改变。此外,BO固定下骨折愈合是二期愈合,这种愈合骨痴强度不够,需较长时间的塑形才能满足功能的需要。

  判断那一种疗法孰优孰劣,唯一的检验标准就是临床实践,具体地说,是由骨折愈合的质量和伤肢的功能恢复决定的。一般认为,AO是一个成熟的治疗体系,BO则是发展中的概念,BO是对AO理论的重要补充和修正,如强调保护血供、改进内固定构形等,尽管在骨折的治疗原则上有不同之处,两者在内固定材料选择和结构特性等方面并无实质性的区别。换言之,在内固定器与骨构成的几何体系中,两者仍然一脉相承。比如,近年BO推崇不扩髓髓内钉插入技术,其意在于减少对髓内血供的损伤,但是髓内钉固定无论逆行还是顺行插入,均要波及髋或膝关节,使术后功能康复受到限制。另外,在AOBO的固定方式上看,内固定与骨之间多为平面的二维体系,存在着力学上的薄弱之处,这种固定体系很难达到抗剪、折、弯、旋能力上的全优。

  从内固定材料的性质上看,AOBO所用材料金相均为奥氏体,刚强有余,弹性不足,而且固定方式多为组合式而非整体效应,如接骨板/螺钉、髓内钉/锁钉,固定材料缺乏“有记忆”的恢复力,当内固定-骨组成的几何体系中平衡被打破后,骨断端产生位移,固定器本身不能“有记性”地将其恢复原位。由于内固定的坚强刚性和低顺应性使然,在骨断端的重复微应力下,容易导致内固定的疲劳断裂、折弯或器件结合部的松动,最终影响骨折愈合速度和质量。

  众所周知,BO原则下的内固定无加压,亦不强求骨折端的解剖复位,AO虽有加压,但这种加压是一过性的,当骨断端皮质坏死吸收后,骨折端加压随之消失。这些都不能在骨折端形成持续、动态的压应力,骨断端间成骨细胞的分化和胶原的分泌缺乏导向。AO在这种力学环境下产生的一期愈合,尽管骨断端直接重建而无骨痂,由于固定段缺乏持续的动态应力刺激,远期并发症较多,实际上是一种低动力的“病态”愈合方式。而BO固定下的二期愈合,虽然不同程度避免了骨质疏松,但外骨痂强度不够,需较长时间的塑形期方能满足功能的需要。显而易见,无论AO还是BO均存在理论上的缺陷。理想的骨愈合方式,应该是既无外骨痂又无骨质疏松。骨断端间直接由解剖型板层骨替代。从生物力学角度分析,骨折治疗过程中,骨断端所受应力与成骨细胞之间构成一个开放的反馈系统中,骨折的愈合依照功能需要,进行的所谓功能适应性修复。在理想的固定条件下,骨折所处的力学状态,将作为一种信息输入反馈系统,不断调整骨的修复,使断端形成新的骨结构接近正常功能状态,这就是Wolff定律。根据这一定律,要想获得理想的愈合方式和优良的功能恢复,必须创造有利的内固定条件。单纯追求内固定的“坚强”拟或“弹性”并不重要,任何一种内固定方式均存在不足,而其结果的“有效性”才是最主要的。因此,从内固定材料的特性、构形以及固定方式着手,研制新型的内固定器材,汲取AOBO两者之长,而避其之短,将有望产生新的骨愈合方式。综上所述,我们认为,有效内固定应包含以下四个要素。

  1 是合理构型和力学优势:

①具有轴向持骨的稳定性,可抗剪、折、弯、旋等多方位移位;②多位点三维立体固定,与骨表面构成点状接触,不影响皮质骨的血供;③在骨干纵轴存在纵向动态生理压应力值,可诱导成骨。接骨板类内固定与把持用的螺钉共同构成二维平面固定,尽管在材料力学上坚强,但是其抗弯、旋能力较差。同样,BO接骨板中,无论是有限接触( Limited contact dynamic compress plate, LC-DCP)还是点状接触(Point contact fixatorPC- Fix),固定物与骨之间两维平面的构型并没有改变。早期的髓内钉不能锁定,抗旋转能力较差,带锁髓内钉虽然解决抗旋这一难题,但是不能在骨折端产生加压作用。近年虽有加压髓内钉问世,然而,这种加压与AO钢板一样,是一过性的,不能伴随与骨折愈合的全过程。

   2 是不涉及关节的手术入路:

①手术操作不涉及肩、肘、腕、髋、膝等关节;②有利于创伤反应后的肢体功能锻炼。对于非关节内骨折, AO接骨板/螺钉类内固定的手术入路常不涉及关节。相反,髓内钉类固定物则无一例外均不同程度影响到关节。

   3 是理想的骨愈合方式:①解剖型或类解剖型的骨样骨板状直接替代连接;②无应力遮挡和骨质疏松;③无凌乱性大量骨痂,不需塑形。如前所述。AOBO原则下的骨愈合都不能同时达到以上要求。

   4 是优良的临床效果:

①肢体的功能康复与板状骨骨性愈合同步;②术后不需任何外固定;③创伤反应后的可以早期功能练习,防止骨折病的发生。

对比而言,AOBO市售的内固定器材中,尚无一种可同时满足以上四个条件。我科从上个世纪80年代起,利用镍钛形状记忆合金的奥马金相可逆性,研制了系列记忆合金接骨器,其中天鹅记忆接骨器专用于治疗上肢长骨干骨折。该器由鹅体、鹅翼和鹅颈三部分组成,鹅翼在水平面环行抱持骨干,鹅颈加压钩在骨干纵轴持续加压,产生持续的类生理应力,两者相加构成三维立体固定。由于形状记忆合金的弹性模量只有不锈钢的14,因此本接骨器的固定并非AO式坚强而无弹性,固定后依靠材料独特的形状记忆功能,而拮抗各种方位上的分离移位趋势。从外固定架的固定原理透视,本固定器实质上是一种位于体内骨外的三维固定支架,在本器固定下,术后不需任何外固定,功能康复与骨愈合同步,有效防止了各种骨折病的发生。特别的是,在本器固定下,骨愈合呈现一种新的骨愈合现象,既无外骨痂,也无局部骨质疏松,骨断端间直接由板状骨替代连接,这种愈合方式明显有别于公认的一期愈合和二期愈合现象。为区别起见,我们称之为“记忆接骨术(Memory OsteosynthesisMO)。由此看来,本接骨器在治疗长骨干骨折时,对骨干的固定真正地达到了“有效”。

  对AO坚强固定下产生的骨质疏松现有两种解释,一个是接骨板的应力遮挡效应,另一个是接骨板对板下皮质骨血供的破坏。天鹅记忆接骨器在安放时,需要环行剥离骨膜,有医生担心会损伤骨的血供,事实证明这种担心是多余的。本器的翼支在环抱时呈标准的圆形,体部又被镂空,当与不规则形的骨表面接触时,非乃紧密贴敷,而是"点状"接触,并不影响骨皮质微循环的离散式流动,兼之,对髓腔内血供的扰动又特别小,因而不会影响皮质的整体灌流和代偿。另外,天鹅记忆接骨器的鹅颈加压支只有轴向加压,而无支撑作用,故而几无应力遮挡效应,骨干无废用段,籍此可部分解释本器固定下的无骨质疏松现象。

  近年来,伴随生物学、生物力学及材料学的发展,对骨折治疗的原则、理论和技术均有长足的进步,总的趋势是治疗手段更合理、更智能化。形状记忆合金治疗骨折虽然起步较晚,然其疗法独具匠心,是一种“记忆”的接骨术(memoryosteosynthesis MO),在这种接骨模式作用下,骨愈合可能存在新的末被认知的方式,该方式与现有的三个学术体系均有所不同,为区别起见,我们姑且称之为MO概念。从临床应用来看,MO的骨愈合是迄今为止较为理想接骨模式。

  总之,随着生物医学心理模式的转换,对骨折内固定方法的选择越来越严格,总的趋势是更注重骨的生物学特性,强调固定技术的合理性。镍钛合金具有形状记忆效应,在科学技术日益发展的今天,利用镍钛合金的生物记忆功能,大力研制新型的内固定器材,对骨折进行有效固定,将为骨折治疗开辟新天地。
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