李茂林　胡偵明

摘要：骨質(zhì)疏松導致骨質(zhì)脆性增加，增加了骨折的風險。盡管目前已有先進的診療手段，但骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病率仍有明顯增加的趨勢。由骨質(zhì)疏松引起的骨折由于骨質(zhì)量較差，傳統(tǒng)的內(nèi)固定效果并不理想。本文就內(nèi)固定的改進和設計結(jié)合骨質(zhì)疏松性骨折的外科治療做一闡述。

關鍵詞：骨質(zhì)疏松；骨質(zhì)疏松性骨折；內(nèi)固定

1 骨折的固定

1.1傳統(tǒng)內(nèi)固定 傳統(tǒng)螺釘包括皮質(zhì)骨螺釘和松質(zhì)骨螺釘兩種，皮質(zhì)骨螺釘較松質(zhì)骨螺釘直徑更小、螺紋更少，皮質(zhì)骨螺釘適用于骨干骨折的固定，而松質(zhì)骨螺釘，其螺距更大、內(nèi)外徑距離更遠，適用于干骺端和骨密度降低骨折的固定，因為松質(zhì)骨螺釘增加的曲面面積抗剪切應力更強。這兩種螺釘設計均是通過對抗剪切應力起到固定加強作用。對于骨質(zhì)疏松癥患者，松質(zhì)骨螺釘產(chǎn)生的力矩減少，并且其低于骨密度的臨界值0.4g/cm3時，松質(zhì)骨對螺釘幾何力學的作用就無法顯現(xiàn)出來[1]。

傳統(tǒng)鋼板是通過骨與鋼板間的摩擦力和骨折塊間加壓達到固定作用，其穩(wěn)定的力量來自于螺釘扭距和對骨折斷端加壓產(chǎn)生的軸向壓應力。對于骨質(zhì)疏松性骨-釘摩擦力的問題在于它們之間薄弱的剪切面，骨質(zhì)疏松性骨的抗壓力降低，常發(fā)生粉碎性骨折，限制了傳統(tǒng)鋼板的使用。

軸向力和扭矩力的大小受有效長度的影響，而有效長度由最靠近骨折端的螺釘決定的。此特點一般是由骨折類型決定的，而鋼板長度的選擇可降低折彎應力。固定相同數(shù)目的螺釘，選擇較長的鋼板可增加抗彎強度。因此，對于骨質(zhì)疏松性骨折的最佳固定方法包括減少骨折端與最近螺釘?shù)挠行чL度和選擇跨度更大的鋼板，而不是每側(cè)最小孔徑放三顆螺釘[2]。由于傳統(tǒng)植入物的局限性，以往的許多技術已被新的改進技術所取代。

1.2鎖定鋼板 鎖定鋼板技術通過改變螺釘與鋼板的生物力學，允許螺釘和鋼板間形成角穩(wěn)定界面。傳統(tǒng)鋼板的缺點是每個單獨的螺釘因剪切力使其喪失了力矩，而鎖定鋼板通過每個螺釘對骨組織牽拉使得螺釘與鋼板之間無移位，防止了內(nèi)固定失敗[3]。鎖定鋼板將同樣存在于傳統(tǒng)內(nèi)固定的剪切應力轉(zhuǎn)換為壓應力，因此，內(nèi)固定的強度等于所有螺釘?shù)目偤投皇菃蝹€螺釘?shù)妮S向剛度或抗拔力[4]。

盡管鎖定鋼板技術解決了螺釘固定在骨質(zhì)疏松性骨折方面的問題，但令人關注更多的問題是鎖定鋼板剛度太大，特別是對于干骺端骨折。有研究結(jié)果表明，股骨遠端術后不愈合率可高達19%[5]，其直接原因是成角固定裝置在粉碎性骨折固定中與應力的不協(xié)調(diào)，也同樣存在于干骺端骨質(zhì)疏松性骨折。鎖定鋼板作為成角固定裝置，使骨折塊間微動過小。因此，通過骨折塊間的微動促進骨痂形成即骨折的二期愈合可行性小，相反會導致骨折不愈合。除此之外，已證明鎖定鋼板結(jié)構(gòu)剛度使應力集中在裝置末端，而因其剛度和骨質(zhì)疏松骨的力學強度不相近造成假體周圍骨折發(fā)生率高達2.6%[6]。通過在鋼板末端使用非鎖定螺釘調(diào)節(jié)其剛度，使其提高了40%的折彎度，而不影響扭矩力和抗壓力，潛在地降低了在骨質(zhì)疏松性骨折固定中鎖定鋼板其剛度的不協(xié)調(diào)[7]。

目前，有很多種增加鎖定鋼板固定的骨折塊間微動的方法。骨干骨折使用鎖定螺釘和皮質(zhì)骨螺釘混合固定，可達到傳統(tǒng)螺釘生物力學強度，而單純使用鎖定螺釘效果不明顯[8]。如同傳統(tǒng)的固定裝置一樣，該系統(tǒng)的剛度可以通過螺釘數(shù)量、植入位置以及鋼板長度進行調(diào)節(jié)，同時還具備成角固定裝置在治療骨質(zhì)疏松關節(jié)周圍骨折上的優(yōu)勢。鋼板越短，折彎應力越強，已被證明是骨折不愈合的危險因素[9，10]。對于骨質(zhì)疏松性骨折，鎖定螺釘越靠近骨折端固定，對其他螺釘確實有保護作用，但也因剛度過大導致骨折不愈合[11，12]。也有關于使用松質(zhì)骨螺釘降低固定裝置剛度的研究，對此尚存爭議[13]。

另一種降低剛度的方法是增加鎖定螺釘活動度，通過專門的設計，允許其可在同側(cè)皮質(zhì)微動，或通過同側(cè)皮質(zhì)螺孔微動，但仍需維持角穩(wěn)定界面[14，15]。這兩種方法都可通過在骨-板界面同側(cè)微動來減小鋼板的剛度，而不改變其結(jié)構(gòu)強度[15]。通過改進螺釘設計，使螺釘直徑小于同側(cè)皮質(zhì)螺孔，或通過增加螺釘在骨-板同側(cè)皮質(zhì)活動度，有利于骨痂形成和骨二期愈合，使剛度均衡性分布，減少骨折不愈合率[14，16]。在骨干骨折使用對側(cè)皮質(zhì)鎖定螺釘，在近關節(jié)處使用傳統(tǒng)鎖定螺釘?shù)幕旌辖Y(jié)構(gòu)也同樣表現(xiàn)出骨折塊間的對稱性微動，促進了骨痂的形成[17]。

1.3髓內(nèi)釘 髓內(nèi)釘長期以來一直是長骨骨干骨折的首選內(nèi)固定方法，常用于骨質(zhì)疏松性骨折，尤其是股骨遠端干骺端、脛骨近端和肱骨近端骨折。髓內(nèi)釘固定于長骨骨髓腔內(nèi)，起到分擔載荷的作用，達到相對穩(wěn)定，促進骨痂形成、骨二期愈合。其中心位置和愈合方式除了具有減少軟組織損傷和骨折不愈合的優(yōu)點外，對骨質(zhì)疏松性骨折可能也有幫助。

同樣在鋼板設計方面的進步，定角互鎖螺栓最常用于短骨骨折和骨質(zhì)疏松性骨折的固定。在多個平面固定螺釘，骨水泥強化，鎖定互鎖螺栓，以及使用帶墊圈的互鎖螺栓都能增加骨質(zhì)疏松性骨折和干骺端骨折固定的穩(wěn)定性[18～20]。但對于用螺釘固定骨質(zhì)疏松性骨折，同樣也需要考慮在鎖定鋼板中所提到的剛度問題。骨質(zhì)疏松后髓腔擴大，復位之后允許植入大直徑的髓內(nèi)釘，增加了內(nèi)固定的剛度，而螺釘剛度過大則減少了骨痂形成，導致骨折不愈合[21]。治療干骺端骨折，并不需要髓內(nèi)釘與髓腔完全匹配，所以我們需要在二者匹配程度與內(nèi)固定系統(tǒng)剛度之間做出折中選擇。使用小直徑髓內(nèi)釘時，恰當?shù)氖褂米钃踽數(shù)容o助措施可以有助于骨折復位及內(nèi)固定的穩(wěn)定性。

1.4椎弓根釘棒系統(tǒng) 椎弓根釘棒系統(tǒng)內(nèi)固定因其對脊柱前中后三柱都有固定作用，為現(xiàn)今臨床上廣泛運用的脊柱內(nèi)固定方法之一。然而由于骨質(zhì)疏松患者的骨小梁變薄、骨密度降低，很難給內(nèi)固定物提供牢固的骨性支撐，當椎弓根螺釘?shù)陌殉至Σ粔蚧蛐g后載荷過大時，可導致后期內(nèi)固定物松動和脫落，使內(nèi)固定失敗。

有研究者通過改進內(nèi)固定的材料、設計和固定技術，以分散固定界面的應力，進而增加固定的穩(wěn)定性。另外一種提高椎弓根螺釘固定強度的方法是在椎弓根內(nèi)運用骨填充材料，如同種異體骨，實驗表明，同種異體骨填充椎弓根釘?shù)滥芴岣?0%的抗拔出力。但上述方法均無法有效提高椎弓根螺釘與骨界面間的生物力學強度。

1.5骨水泥強化 對骨質(zhì)疏松性骨的強化固定有多種方法，常用的強化材料如聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥或磷酸三鈣骨水泥，增加了皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨螺釘?shù)谋砻婷娣e，從而提高了螺釘抗拔出力[22，23]。骨水泥通過嵌鎖原則填充松質(zhì)骨小梁增加表面積，但可能發(fā)生熱效應（如PMMA）致骨壞死，從而造成骨-釘界面松動[24]。有研究者提出用羥基磷灰石或雙膦酸鹽涂層螺釘，其原理分別為骨直接向涂層表面生長和提高局部骨強度，以增加骨質(zhì)疏松性骨-釘穩(wěn)定性。這兩種方法在尸體標本和動物研究中都表明其可行性，但未得到廣泛應用[25～27]。

對于骨質(zhì)疏松脊柱爆裂性骨折，椎體由于骨量丟失，骨-釘界面連接不牢靠，有學者在骨質(zhì)疏松患者的椎弓根釘?shù)乐刑畛?ml PMMA骨水泥，能將椎弓根螺釘?shù)目拱纬瞿芰μ岣叩皆瓉淼?倍，進而強化骨-釘界面，實驗證明，骨水泥能明顯提高螺釘?shù)妮S向拔出力和抗疲勞能力。但對于骨質(zhì)疏松患者，椎弓根并非最薄弱處，椎弓根容積有限，難以容納足夠的骨水泥，加固作用也有限。

2 具體方法

骨質(zhì)疏松脊柱爆裂性骨折，骨質(zhì)疏松引起的胸腰椎骨折在臨床上較常見，對于骨質(zhì)疏松椎體爆裂性骨折患者，由于椎體后緣骨折片向椎管內(nèi)移位，硬脊膜明顯受壓，往往合并脊髓神經(jīng)功能障礙，需減壓內(nèi)固定治療。

為了避免骨水泥強化椎弓根釘?shù)赖娜毕?，研究者利用PVP及PKP的方法，將骨水泥注入椎體內(nèi)，加固于椎體前中部，即螺釘末端，椎體強化后置入椎弓根螺釘，能有效增強骨-螺釘界面的生物力學強度，增強脊柱穩(wěn)定性[28]。骨水泥強化了椎體骨性結(jié)構(gòu)，為椎弓根螺釘提供了堅強錨固作用，當螺釘擰入椎體時，會把骨水泥擠壓到螺釘周圍的骨質(zhì)中，固化后對周圍骨質(zhì)也可以加強。椎體強化較單純椎弓根釘?shù)缽娀?，有效增強了置釘椎體的生物力學強度，強化了骨-螺釘界面的牢固性，增加了椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性，增加了椎弓根釘?shù)妮S向拔出力。骨水泥的滲漏同樣也是椎體強化的常見并發(fā)癥，滲漏與骨水泥的注入量呈正相關。

經(jīng)椎體強化內(nèi)固定治療骨質(zhì)疏松爆裂骨折可以減小內(nèi)固定失敗的發(fā)生率，能有效解除由于骨質(zhì)疏松引起的疼痛，有利于脊柱的穩(wěn)定，預防傷椎塌陷和減少再次骨折的發(fā)生率[29～31]，提高臨床療效。

3 結(jié)論

隨著我國人口的老齡化，骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病率有明顯增加的趨勢，骨質(zhì)疏松引起的骨折也逐年增多。這些骨折內(nèi)固定方法也在不斷發(fā)展，力求解決骨結(jié)構(gòu)的特定改變導致骨力學強度降低的問題。通過改進內(nèi)固定設計，最大限度增加薄弱處的力量，同時盡量降低其剛度、旋轉(zhuǎn)能力和折彎應力仍然是一個挑戰(zhàn)，仍需要進一步研究治療骨質(zhì)疏松性骨折的最佳方法。

參考文獻：

[1] Turner IG， Rice GN. Comparison of bone screw holding strength in healthy bovine and osteoporotic human cancellous bone[J].Clin Mater，1992，9：105-107.

[2] Sanders R， Haidukewych GJ， Milne T，et al. Minimal versus maximal plate fixation techniques of the ulna： the biome-chanical effect of number of screws and plate length[J].J Orthop Trauma， 2002，16：166-171.

[3] Egol KA， Kubiak EN， Fulkerson E，et al. Biomechanics of locked plates and screws[J].J Orthop Trauma，2004，18：488-493.

[4] Cordey J， Borgeaud M， Perren SM. Force transfer between the plate and the bone： relative importance of the bending stiffness of the screws friction between plate and bone[J].Injury，2000，31（Suppl 3）： C21-8.

[5] Bottlang M， Doornink J， Lujan TJ， et al.Effects of construct stiffness on healing of fractures stabilized with locking plates[J].J Bone Joint Surg， 2010，92（Suppl 2）： 12-22.

[6] Sommer C， Gautier E， Müller M， et al. First clinical results of the locking compression plate （LCP）[J].Injury，2003，34（Suppl 2）：B43-54.

[7] Bottlang M， Doornink J， Byrd GD， et al. A nonlocking end screw can decrease fracture risk caused by locked plating in the osteoporotic diaphysis[J].J Bone Joint Surg，2009，91： 620-627.

[8] O'Toole RV， Andersen RC， Vesnovsky O，et al. Are locking screws advantageous with plate fixation of humeral shaft fractures？ A biomechanical analysis of synthetic and cadaveric bone[J].J Orthop Trauma， 2008，22：709-715.

[9] Rodriguez EK， Boulton C， Weaver MJ，et al. Predictive factors of distal femoral fracture nonunion after lateral locked plating： a retrospective multicenter case-control study of 283 fractures[J].Injury，2014，45：554-559.

[10] Ricci WM， Streubel PN， Morshed S， et al. Risk factors for failure of locked plate fixation of distal femur fractures： an analysis of 335 cases[J]. J Orthop Trauma，2014，28：83-89.

[11] Dalstrom DJ， Nelles DB， Patel V， et al. The protective effect of locking screw placement on nonlocking screw extraction torque in an osteoporotic supracondylar femur fracture mode[J]. J Orthop Trauma， 2012，26：523-527.

[12] Cui S， Bledsoe JG， Israel H， et al Locked plating of comminuted distal femur fractures： does unlocked screw placement affect stability and failure[J]. J Orthop Trauma，2014，28： 90-96.

[13] Beingessner D， Moon E， Barei D， et al. Biomechanical analysis of the less invasive stabilization system for mechanically unstable fractures of the distal femur： comparison of titanium versus stainless steel and bicortical versus unicortical fixation[J].J Trauma，2011，71：620-624.

[14] Bottlang M. Far cortical locking can reduce stiffness of locked plating constructs while retaining construct strength[J].J Bone Joint Surg Am，2009，91：1985.

[15] Gardner MJ， Nork SE， Huber P， et al. Stiffness modulation of locking plate constructs using near cortical slotted holes： a prelim-inary study[J].J Orthop Trauma，2009，23：281-287.

[16] Bottlang M， Fitzpatrick DC， Sheerin D， et al. Dynamic fixation of distal femur frac-tures using far cortical locking screws： a prospective observational study[J]. J Orthop Trauma，2014，28：181-188.

[17] Doornink J， Fitzpatrick DC， Madey SM， et al. Far cortical locking enables flexible fixation with periarticular locking plates[J].J Orthop Trauma，2011，25：S29-34.

[18] Kummer FJ， Koval KJ， Kauffman JI. Improving the distal fixation of intramedullary nails in osteoporotic bone[J].Bull （Hosp for Joint Dis （New York， NY）），1997，56：88-90.

[19] Paller DJ， Frenzen SW， Bartlett III CS， et al. A three-dimensional comparison of intramedullary nail constructs for osteopenic supracondylar femur fractures[J].J Orthop Trauma，2013，27：93-99.

[20] Tejwani NC， Park S， Iesaka K， et al. The effect of locked distal screws in retrograde nailing of osteoporotic distal femur fractures： a laboratory study using cadaver femurs[J]. J Orthop Trauma，2005，19：380-383.

[21] Sha M， Guo Z， Fu J，et al. The effects of nail rigidity on fracture healing in rats with osteoporosis[J].SORT，2009，80：135-138.

[22] Jupiter JB， Winters S， Sigman S， et al. Repair of five distal radius fractures with an investigational cancel-lous bone cement： a preliminary report[J]. J Orthop Trauma，1997，11： 110-116.

[23] Cornell CN. Internal fracture fixation in patients with osteoporosis[J]. J Am Acad of Orthop Surg，2003，11：109-119.

[24] Bogunovic L， Cherney SM， Rothermich MA，et al.[J].

[25] Moroni A， Toksvig-Larsen S， Maltarello MC， et al. A comparison of hydroxyapatite-coated， titanium-coated， and uncoated tapered external-fixation pins. An in vivo study in 44. sheep[J].J Bone Joint Surg Am， 1998，80：547-554.

[26] Agholme F， Andersson T， Tengvall P， et al. Local bisphosphonate release versus hydroxyatite coating for stainless steel screw fixation in rat tibiae[J]. J Mater Sci Mater Med，2012，23：743-752.

[27] Wermelin K， Suska F， Tengvall P， et al. Stainless steel screws coated with bisphosphonates gave stronger fixation and more surrounding bone[J].Histomorphometry in rats 46. Bone，2008，42：365-371.

[28] KohlhoF，SeideU.Cement-augmented anterior screw fixation of Type II odontoid fractures in elderly patients with osteoporosis[J].Spine， 2013，13（12）：1858-1863.

[29] Deramand H，Deprieser C，Galibert P，et al.percutaneous vertebroplasty withpolymethylmethacrylate：technique，indictions and results[J].Radiol Clin North Am， 1998，36：533-546.

[30] Cotten A，Dewatre F，Cortet B，et al.percutaneous vertebroplasty for osteolytic metastases and myeloma：effects of the percentage of lesion filling and the leakage of meehyl methacrylate at clinical follow-up[J].Radiology， 1996，200：525 -530.

[31]Jesen ME，Evans AJ，Mathsis JM，et al.Percutaneous polymethylmethacrylate vertebroplasty in the treatment of osteoporotic vertebral body compression fractures： technical aspects[J].AJNR and J Neuroradiol，1997，18：1897-1904.

編輯/成森