預防骨質疏松性骨折內固定失敗的研究進展

李茂林　胡偵明

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

關鍵詞：骨質疏松；骨質疏松性骨折；內固定

1 骨折的固定

1.1傳統內固定 傳統螺釘包括皮質骨螺釘和松質骨螺釘兩種，皮質骨螺釘較松質骨螺釘直徑更小、螺紋更少，皮質骨螺釘適用于骨干骨折的固定，而松質骨螺釘，其螺距更大、內外徑距離更遠，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。對于骨質疏松癥患者，松質骨螺釘產生的力矩減少，并且其低于骨密度的臨界值0.4g/cm3時，松質骨對螺釘幾何力學的作用就無法顯現出來[1]。

傳統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，其穩定的力量來自于螺釘扭距和對骨折斷端加壓產生的軸向壓應力。對于骨質疏松性骨-釘摩擦力的問題在于它們之間薄弱的剪切面，骨質疏松性骨的抗壓力降低，常發生粉碎性骨折，限制了傳統鋼板的使用。

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。固定相同數目的螺釘，選擇較長的鋼板可增加抗彎強度。因此，對于骨質疏松性骨折的最佳固定方法包括減少骨折端與最近螺釘的有效長度和選擇跨度更大的鋼板，而不是每側最小孔徑放三顆螺釘[2]。由于傳統植入物的局限性，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定界面。傳統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，防止了內固定失敗[3]。鎖定鋼板將同樣存在于傳統內固定的剪切應力轉換為壓應力，因此，內固定的強度等于所有螺釘的總和而不是單個螺釘的軸向剛度或抗拔力[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調，也同樣存在于干骺端骨質疏松性骨折。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，已證明鎖定鋼板結構剛度使應力集中在裝置末端，而因其剛度和骨質疏松骨的力學強度不相近造成假體周圍骨折發生率高達2.6%[6]。通過在鋼板末端使用非鎖定螺釘調節其剛度，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疏松性骨折固定中鎖定鋼板其剛度的不協調[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骨螺釘混合固定，可達到傳統螺釘生物力學強度，而單純使用鎖定螺釘效果不明顯[8]。如同傳統的固定裝置一樣，該系統的剛度可以通過螺釘數量、植入位置以及鋼板長度進行調節，同時還具備成角固定裝置在治療骨質疏松關節周圍骨折上的優勢。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，允許其可在同側皮質微動，或通過同側皮質螺孔微動，但仍需維持角穩定界面[14，15]。這兩種方法都可通過在骨-板界面同側微動來減小鋼板的剛度，而不改變其結構強度[15]。通過改進螺釘設計，使螺釘直徑小于同側皮質螺孔，或通過增加螺釘在骨-板同側皮質活動度，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皮質鎖定螺釘，在近關節處使用傳統鎖定螺釘的混合結構也同樣表現出骨折塊間的對稱性微動，促進了骨痂的形成[17]。

1.3髓內釘 髓內釘長期以來一直是長骨骨干骨折的首選內固定方法，常用于骨質疏松性骨折，尤其是股骨遠端干骺端、脛骨近端和肱骨近端骨折。髓內釘固定于長骨骨髓腔內，起到分擔載荷的作用，達到相對穩定，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點外，對骨質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疏松性骨折和干骺端骨折固定的穩定性[18～20]。但對于用螺釘固定骨質疏松性骨折，同樣也需要考慮在鎖定鋼板中所提到的剛度問題。骨質疏松后髓腔擴大，復位之后允許植入大直徑的髓內釘，增加了內固定的剛度，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，并不需要髓內釘與髓腔完全匹配，所以我們需要在二者匹配程度與內固定系統剛度之間做出折中選擇。使用小直徑髓內釘時，恰當的使用阻擋釘等輔助措施可以有助于骨折復位及內固定的穩定性。

1.4椎弓根釘棒系統 椎弓根釘棒系統內固定因其對脊柱前中后三柱都有固定作用，為現今臨床上廣泛運用的脊柱內固定方法之一。然而由于骨質疏松患者的骨小梁變薄、骨密度降低，很難給內固定物提供牢固的骨性支撐，當椎弓根螺釘的把持力不夠或術后載荷過大時，可導致后期內固定物松動和脫落，使內固定失敗。

有研究者通過改進內固定的材料、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道能提高50%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，增加了皮質骨和松質骨螺釘的表面面積，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骨小梁增加表面積，但可能發生熱效應（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，以增加骨質疏松性骨-釘穩定性。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，有學者在骨質疏松患者的椎弓根釘道中填充2ml PMMA骨水泥，能將椎弓根螺釘的抗拔出能力提高到原來的5倍，進而強化骨-釘界面，實驗證明，骨水泥能明顯提高螺釘的軸向拔出力和抗疲勞能力。但對于骨質疏松患者，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

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

為了避免骨水泥強化椎弓根釘道的缺陷，研究者利用PVP及PKP的方法，將骨水泥注入椎體內，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，增強脊柱穩定性[28]。骨水泥強化了椎體骨性結構，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中，固化后對周圍骨質也可以加強。椎體強化較單純椎弓根釘道強化，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，增加了椎弓根螺釘的穩定性，增加了椎弓根釘的軸向拔出力。骨水泥的滲漏同樣也是椎體強化的常見并發癥，滲漏與骨水泥的注入量呈正相關。

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

3 結論

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

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編輯/成森