對側皮質鎖定技術治療股骨遠端骨折的研究近況

徐可林 綜述，殷渠東 審校

（江蘇省無錫市第九人民醫院骨科，江蘇無錫214062）

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對側皮質鎖定技術治療股骨遠端骨折的研究近況

徐可林 綜述，殷渠東 審校

（江蘇省無錫市第九人民醫院骨科，江蘇無錫214062）

摘要：傳統鎖定螺釘裝置存在剛度較高、近鋼板側應力集中的缺陷。近年來，因為傳統鎖定螺釘裝置治療股骨遠端骨折愈合率較低，對側皮質鎖定技術（FCL）逐漸受到重視。其能降低傳統鎖定螺釘裝置80%的固定強度，且保留鎖定螺釘裝置整體固定強度，提供彈性固定和骨折斷端的平行微動，骨折端的骨痂生長較多、對稱。在治療骨折的理論上，FCL有新突破。在動物實驗和初步臨床應用中，可以使傳統鎖定螺釘裝置治療股骨遠端骨折的愈合率提高。

關鍵詞：股骨遠端骨折；鎖定螺釘；對側皮質鎖定

鎖定螺釘是骨折內固定技術的一大突破性進展，其可擴大骨質疏松骨折和關節周圍骨折內固定手術的適應證，是一種有效的骨折治療方法［1-2］。但是，隨著傳統鎖定螺釘應用的普及，某些部位骨折的不愈合率較高沒有得到明顯改善。據報道，股骨遠端骨折應用傳統鎖定螺釘內固定治療后，骨折延遲愈合或不愈合、鋼板撥出、內固定斷裂等需要再次手術干預的并發癥發生率＞20%［3-8］。因此，股骨遠端骨折的治療，仍然是骨折治療的難點之一。隨著對骨折愈合生物學和生物力學機制研究的深入，以及對傳統鎖定螺釘應用的不斷總結和反思，人們逐漸認識到傳統鎖定螺釘裝置存在剛度較高、鋼板近側應力較集中等問題［3-8］。近年來，因為傳統鎖定螺釘裝置治療股骨遠端骨折愈合率較低，對側皮質鎖定技術（far cortical locking，FCL）逐漸受到重視。其能降低傳統鎖定螺釘裝置80%的固定強度，且保留鎖定螺釘裝置整體固定強度，提供彈性固定和骨折斷端的平行微動，骨折端的骨痂生長較多、對稱［9-11］。目前已經上市的FCL螺釘系統產品有美國Zimmer公司的MotionLoc螺釘［11-13］和美國DePuy-Synthes公司的動態鎖定螺釘（dynamic locking screws，DLS）［14-15］。現將FCL技術治療股骨遠端骨折的研究近況報道如下。

1　傳統鎖定螺釘裝置存在的問題和FCL技術的誕生

鎖定螺釘和利用鎖定螺釘行微創鋼板接骨術（minimally invasive plate osteosynthsis，MIPO）治療骨折是順應骨折治療生物學接骨術（biological osteosynthsis，BO）理論發展而來的［1-3］。BO理論重視保護骨折部位血供，主張采用橋接技術，不必追求骨折解剖復位和堅強固定。鎖定螺釘依靠螺釘的螺紋與鋼板的螺紋孔之間鎖定連接，使整體裝置成為一個框架結構，并不需要鋼板與骨面緊密接觸，鋼板與骨面之間可有一定間隙，其最大優點是減少對局部血供的破壞；同時，鋼板與骨面之間可有一定間隙，通過橋接連接骨折兩端實現內固定，使骨折端有一定活動度。因此，鎖定螺釘固定治療骨折的愈合方式屬于典型的二期愈合，骨痂的出現往往預示骨折愈合良好［4-5］。但是，隨著鎖定螺釘應用的普及，部分患者的骨折不愈合和內固定斷裂等并發癥的發生率仍然很高，基本與非鎖定螺釘固定一樣，并沒有明顯改善。最為典型的部位就是股骨遠端骨折，包括股骨遠端假體周圍骨折，主要是股骨髁上骨折。Henderson等［1］報道2例股骨遠端假體周圍骨折患者應用傳統鎖定鋼板治療，1例鎖定內固定后失效，反而出現骨痂形成良好、骨折愈合；另1例無內固定失效，但術后6個月骨折不愈合。其認為，傳統鎖定螺釘裝置剛度過高，不利于骨痂形成和骨折愈合，而彈性固定才有利于骨痂形成和骨折愈合。據報道，應用傳統鎖定螺釘裝置治療股骨髁上骨折的延遲愈合或不愈合、鋼板撥出、內固定斷裂等需要再次手術干預的并發癥發生率高達20%～37%［1-8］。較高的骨折不愈合率是由骨折部位的力學環境所決定。由于BO理論更注重于恢復軸向及旋轉力線，而不是解剖復位和斷端加壓，不可避免地會導致骨折斷端出現間隙，而堅強鎖定螺釘內固定常常限制骨折部位的活動，應力遮擋容易產生斷端骨吸收、骨萎縮。即使骨折端有輕微活動，往往是在鋼板近側皮質的應力集中處，微動較少，導致該處骨痂形成較少。傳統鎖定固定后鋼板末端處骨干應力較為集中，容易再骨折。歸納起來，傳統鎖定螺釘裝置的主要問題是剛度過高，應力在骨折端的鋼板對側皮質較大、鋼板近側皮質較小和鋼板末端處骨干應力較集中等［1-7］。

針對傳統鎖定螺釘固定存在上述問題，人們首先想到是采用降低鎖定螺釘固定強度的方法，即在骨折兩端少使用螺釘，增加鋼板長度，采用鈦制鋼板替代不銹鋼鋼板。上述方法都能降低鎖定螺釘固定強度，使內固定受力后容易彎曲，但只提高斷端的鋼板對側皮質的活動度，并沒有增加鋼板近側皮質的活動度，因此斷端兩側應力不均的問題仍未改變，骨痂生成也不對稱，仍容易發生骨折不愈合。Bottlang等［9-11］在2005年美國矯形研究協會年會上首次提出FCL概念，由此設計出首款FCL螺釘——MotionLoc螺釘，該特殊螺釘的螺桿遠端和釘尾有螺紋，分別與鋼板對側皮質和鋼板鎖定，而靠近鋼板近側的螺桿近端沒有螺紋，螺桿與鋼板近側皮質孔周圍有空隙，而且螺桿具有彈性，螺釘鎖定后鋼板與骨面也有間隙，受力后螺釘可以彎曲，因此在斷端兩側可以產生對稱的微動［11-13］。2009年，德國學者D?bele等［14-15］也設計出另一款FCL螺釘——DLS，該特殊螺釘由釘套和釘芯兩部分組成，釘芯近端與鋼板鎖定，釘套遠端與遠側皮質鎖定，釘芯與釘套之間有一定空隙，使螺釘在釘套內部有0.2 mm的微動，而且釘芯受力后也可以彎曲，因此在斷端兩側也可產生對稱微動。Gardner等［16-17］還報道一種改良的鎖定螺釘固定方法，將靠近骨干一端鋼板近側皮質孔橢圓形擴大后，擰入傳統的鎖定螺釘固定，可以產生與FCL相似的骨折斷端間平行微動。

2　生物力學

FCL技術治療骨折的原理，歸納起來有5個明顯的生物力學特點：①彈性固定；②骨折斷端間應力平行和平行微動；③剛度二相性；④可靠整體裝置固定強度；⑤鋼板上螺釘應力均勻分布。

2.1彈性固定和應力平行

鎖定螺釘固定治療骨折屬于典型的二期愈合。金屬鋼板和螺釘在承受軸向或屈曲載荷作用下會發生微小彎曲，形成骨折斷端較小程度活動（微動）。骨折斷端的微動與骨痂形成密切相關，但只有骨折斷端一定范圍內的微動才有利于骨痂形成和骨折愈合，這就要求彈性固定，即要求剛度適中。剛度是施加載荷與發生位移的比值，是評價骨痂關鍵性指標［9］。剛度過低意味著一定載荷下骨折斷端間活動度過大，剛度過高意味著一定載荷下骨折斷端間微動過小，兩者均不利于骨痂形成，影響骨折二期愈合。總體上講，傳統鎖定螺釘固定骨折斷端產生的應力和微動均較小，且不對稱。其中，骨折端的鋼板近側皮質的應力和微動較小，而骨折端的鋼板對側皮質的應力和微動相對較大，導致骨折端的骨痂形成不對稱［1，3-5］。FCL螺釘的螺桿或釘芯均有彈性，在承受載荷時會發生S形變，產生骨折斷端間微動。骨折斷端間微動幅度主要與釘道長度、釘桿或釘芯周圍空隙大小有關［9-13］。與傳統鎖定螺釘固定相比，FCL螺釘特殊的設計使鋼板對側皮質的應力和微動稍微增加，而鋼板近側皮質的應力和微動明顯增加，這樣骨折端兩側在承受載荷時所受應力比較均勻，有利于斷端形成對稱骨痂和骨折愈合［9-13］。Bottlang等［13］在替代骨骼上模擬股骨干骨折，比較傳統鎖定螺釘裝置與MotionLoc螺釘系統在軸向載荷下骨折斷端間微動距離，在200 N軸向載荷下，傳統鎖定螺釘組鋼板近側皮質的微動距離為0.02mm，鋼板對側皮質為0.05mm，兩者比較差異有統計學意義（P＜0.01），而MotionLoc螺釘組鋼板近側和鋼板對側皮質處微動距離分別是0.51和0.59 mm，比傳統鎖定螺釘組大，而且兩側應力和微動距離幾乎一致；傳統鎖定螺釘組的剛度是MotionLoc螺釘組的數倍，即高出一個數量級，結果表明，相對于傳統鎖定螺釘裝置，MotionLoc螺釘系統骨折斷端應力和微動較大、而且幾乎平行。D?bele等［14-15］比較DLS裝置和傳統鎖定螺釘裝置的剛度和微動實驗顯示，在150 N軸向壓縮載荷下，DLS組較傳統鎖定螺釘組的剛度減少16%，而骨折端微動從傳統鎖定螺釘組的282μ增加到DLS組的423μ；在200 N軸向壓縮載荷時，DLS組的剛度較傳統鎖定螺釘組減少74%。而且DLS組剛度具有二相性，骨折端微動距離為0.033～0.210mm。

以往多項研究結果表明，在受到載荷時，骨折塊間有利于骨折二期愈合的最佳微動距離為0.2～1.0 mm［13-14］。而FCL螺釘系統在生理載荷下，骨折斷端間產生的微動距離就在最佳微動范圍內，而且兩側平行。因此，FCL螺釘系統是彈性固定和應力平行的有機結合，與外固定支架治療骨折的特點相似，有利于骨痂形成和骨折二期愈合［5，18-19］。

2.2剛度二相性和可靠整體裝置固定強度的巧妙結合

單枚FCL螺釘的強度與單枚傳統鎖定螺釘一致，但是MotionLoc螺桿部無螺紋，且有彈性，螺釘鎖定鋼板與骨面有間隙，固定后螺釘可以發生彎曲，使FCL螺釘系統剛度小于傳統鎖定螺釘裝置。當載荷較小時，FCL螺釘系統剛度較小；當載荷增大致MotionLoc螺桿與鋼板近側皮質接觸時，可獲得額外的鋼板近側皮質骨支撐，使FCL螺釘系統的剛度因此提高，這種剛度可變特性稱為剛度二相性［11-15，20］。Bottlang等［13］在替代骨骼上模擬股骨干骨折，對比傳統鎖定螺釘裝置和MotionLoc螺釘系統的生物力學性能，均采用4.5 mm系統鈦合金鎖定鋼板，結果顯示，當軸向載荷＜400 N時，MotionLoc螺釘系統比傳統鎖定螺釘裝置的剛度低88%；當軸向載荷＞400 N時，傳統鎖定螺釘裝置的剛度不變，而MotionLoc螺釘系統的剛度增加到原來的6倍，仍較傳統鎖定螺釘裝置低22%，證實MotionLoc螺釘系統存在剛度二相性。Bottlang等［13］行有限元分析，結果顯示，當模擬載荷增大到1 000 N時，鋼板近側骨皮質的應力開始增大，也證實MotionLoc螺釘系統存在剛度二相性。

盡管FCL螺釘系統存在剛度二相性，但是FCL螺釘系統的整體固定強度或穩定性并沒有因其整體剛度降低和剛度可變特點而降低。Bottlang等［11，13］比較傳統鎖定螺釘裝置和FCL螺釘系統在非骨質疏松和骨質疏松模型中的固定強度，結果顯示，在非骨質疏松模型中，FCL組比傳統鎖定螺釘組的強度在軸向壓縮載荷下小7%，在扭轉載荷下高54%，在彎曲載荷下高21%；在骨質疏松模型中，FCL組比傳統鎖定螺釘組的強度在軸向壓縮載荷下小16%，在扭轉載荷下高9%，在彎曲載荷下高20%。Doomink等［21］采用新鮮冷凍尸體股骨標本模擬股骨髁上骨折施加軸向載荷，比較傳統鎖定螺釘裝置與FCL螺釘系統的剛度、動態加壓下的耐久性以及動態加壓破壞性試驗的剩余強度，結果顯示，FCL組的初始剛度為（1.2±0.3）KN/mm，比傳統鎖定螺釘組低81%，但隨著載荷的增大，FCL組剛度上升至（3.7±1.2）KN/mm，表現出剛度二相性；在800N載荷下，FCL組骨折斷端微動值是傳統鎖定螺釘組的4倍，且骨折斷端微動近乎平行，而傳統鎖定螺釘組的鋼板近側皮質微動較鋼板對側皮質小48%；在破壞性試驗中，最終7個傳統鎖定螺釘裝置樣本和8個FCL螺釘系統樣本承受住10萬次、1 870 N的軸向循環載荷加載。上述樣本中，傳統鎖定螺釘裝置的剩余強度為（5.0± 1.6）KN，FCL螺釘系統為（5.3±1.1）KN，兩者比較差異無統計學意義（P＞0.05）。

剛度二相性和可靠整體裝置固定強度巧妙結合的價值體現為，FCL螺釘系統起始剛度較小，有利于在術后初期負重較小情況下仍能夠提供足夠的骨折斷端間微動；隨著后期負重逐漸變大，FCL螺釘系統剛度相應變大，又抑制骨折斷端間過大微動，也有利于骨折二期愈合。雖然FCL螺釘系統的總體剛度較傳統鎖定螺釘裝置明顯下降，可以提供骨折斷端間有益的平行微動，但其抗壓強度并沒有明顯減少，其抗扭轉和抗彎曲強度反而有所增加，整體裝置固定強度與傳統鎖定螺釘裝置一樣可靠，從而消除不利于骨折愈合的某些方面微動（如剪切應力、過大微動），能為早期康復活動和骨折愈合提供可靠的穩定性。

2.3鋼板上螺釘應力均勻分布

實驗顯示，當彎曲載荷逐漸增大直至破壞，傳統鎖定螺釘裝置最終在鋼板末端的螺釘孔處發生螺釘斷裂或骨干再骨折，說明傳統鎖定螺釘裝置的應力集中在鋼板末端的鋼板與鋼板近側皮質處［2，7-8］。FCP螺釘的應力不再集中在螺釘與鋼板螺紋孔連接處，而是均勻地分布在整個螺桿；FCL螺釘系統的應力均勻分布在所有FCL螺釘，也不再集中在鋼板末端的螺釘，從而降低螺釘斷裂、骨干再骨折風險，并增強整體裝置裝置的固定強度［13-14，22］。Bottlang等［13］進行有限元分析，結果顯示，在施加軸向載荷時，FCL螺桿上應力分布比較均勻，而且所有FCL螺釘的彎曲程度相同。

3　手術技術要點和臨床效果

FCL螺釘系統的鋼板為標準鎖定鋼板，按功能不同分為3個特殊區域：①關節區為骨折遠端骨質；②骨干區為骨折近端、可以打入MotionLoc螺釘的骨質；③活動區為介于關節區和骨干區之間的所有骨折區域。應用FCL技術固定時，每個區域都有特殊要求。關節區使用標準鎖定螺釘，與標準鎖定鋼板方法一致。骨干區只能使用FCL螺釘，一般使用3或4枚FCL螺釘固定。活動區通常不使用螺釘，如果確實需要固定骨塊，應該將骨塊解剖復位并使用拉力螺釘固定到鄰近節段的骨質上［23-30］。FCL螺釘應完全穿透對側皮質，每枚螺釘長度要比釘道測量長度增加2 mm，以確保擰入螺釘在對側皮質牢固把持力。為能夠在斷端產生相對移動，鋼板必須離開骨面一定距離和選擇最大長度的釘道，才能發揮FCL特有的骨折端理想微動。因此要求在FCL螺釘擰入固定后，每枚螺釘都要擰松半圈，這樣鋼板和骨面之間才有發生相對移動的距離。盡管鋼板螺釘孔可以允許MotionLoc螺釘30°弧度內各向偏斜，但應在橫截面上成角以獲得最大釘道長度的方向鉆孔，而不要在矢狀面成角［23-24］。因為MotionLoc螺釘矢狀面成角可以引起早期螺釘與近鋼板側皮質撞擊，不利于FCL螺釘發揮其特有的作用，而DLS無矢狀面成角會有螺釘與近鋼板側皮質撞擊的顧慮［25，30］。MotionLoc螺釘系統固定后，遵循髖部骨折術后處理原則，健康的年輕患者可以不負重活動，6周后完全負重，老年患者可以馬上負重活動［23，25］。

目前，FCL技術治療股骨遠端骨折的臨床應用仍為初步階段。Bottlang等［24］報道32例共計33處股骨遠端骨折患者應用MotionLoc螺釘系統治療的前瞻性研究結果，骨折AO/OTA分型為33-A型和33-C型，干骺端采用標準松質骨鎖定螺釘固定，骨干端使用MotionLoc螺釘固定，骨折端未行植骨，分別從骨折愈合以及術后并發癥兩方面進行評價。2例失訪，最終有29例共31處骨折納入評價。該31處骨折共使用125枚MotionLoc螺釘，均未出現松動或斷裂。1例干骺端發生5.8°內翻骨折移位。在骨折愈合方面，30處骨折于（15.6±6.2）周骨折完全愈合，肢體能在術后24周無痛性負重。1例曾在術后5d時發生旋轉畸形，1例因術后6個月發生骨不連，均再次行修正手術，術后骨折愈合良好，無其他并發癥發生。Ries等［27］報道20例股骨遠端假體周圍骨折應用MotionLoc螺釘系統固定治療初步結果，隨訪24周，骨折愈合率為89%。在愈合的患者中，內側骨痂形成時間為10.67周，前方骨痂形成時間為11.0周，后方骨痂形成時間為13.4周，沒有發生螺釘斷裂。與傳統鎖定螺釘裝置相比，FCL裝置治療骨痂形成更早、更健康和更對稱。Admams等［28］報道15例股骨遠端骨折患者應用MotionLoc螺釘系統固定治療，其中2例伴骨缺損，術后隨訪骨折均愈合，平均愈合時間為24周，結果較為滿意。Freude等［26］報道應用DLS裝置治療包括股骨遠端骨折在內的多個部位骨折共35例患者，也取得較傳統鎖定螺釘裝置更好的骨折愈合效果。

4　總結和展望

FCL技術是傳統鎖定螺釘固定技術的創新和發展，使鎖定螺釘可以更好地適用于骨折不愈合率較高的特殊部位骨折（股骨遠端骨折，尤其是粉碎性骨折）和特殊類型骨折（股骨遠端骨折延遲愈合和不愈合）。不僅在治療骨折的理論上有新突破，而且在動物實驗和初步臨床應用中，使傳統鎖定螺釘裝置治療股骨遠端骨折的愈合率提高。

FCL技術除主要適用于股骨遠端骨折外，也適用于股骨近端骨折、脛骨和肱骨近端或遠端骨折［13，24，26，29-30］。盡管如此，FCL技術臨床應用尚屬初期階段，總體上應用病例較少，觀察時間較短，能否在長期臨床實踐中表現出與其生物力學和動物實驗相似的效果，有待多中心、臨床隨機對照試驗研究驗證。MotionLoc螺釘與鋼板鎖定后要求后退半圈，但螺釘在釘道內后退后會降低螺釘抗拔力。在骨質疏松患者中，MotionLoc螺釘單皮質固定的抗拔力是否足夠、有無螺釘松動，以及DLS釘芯相對較細、有無釘芯斷裂等發生，仍需要更多觀察和研究。

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（童穎丹 編輯）

新進展研究

Recent development of far cortical locking technology for treatment of distal femur fractures

Ke-lin Xu，Qu-dong Yin
（Department of Orthopaedics，the Ninth People's Hospital of Wuxi，Wuxi，Jiangsu 214062，China）

Abstract:Traditional locking screw constructs have defects of high stiffness and strain concentration at the near cortex under the plate. Recently，a kind of far cortical locking technology motivated by a high rate of nonunion of distal femur fractures treated with traditional locking screw constructs has been gradually developed. It can reduce the stiffness of traditional locking screw constructs by 80%while retain the same strength as the locking screw constructs，provide flexible fixation and parallel micro-motion，and induce more and symmetrical callus formation. There is a new breakthrough in theory in far cortical locking technology for treatment of fractures. It has showed that far cortical locking technology may reduce the high rate of nonunion of distal femur fractures in animal experiment and primary clinical application.

Keywords:distal femur fracture；locking screw；far cortical locking

中圖分類號：R274.1

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1005-8982.2016.07.011

文章編號：1005-8982（2016）07-0048-06

收稿日期：2015-11-13