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[专业资源] 生物学内固定(BO )概念、原理与方法

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发表于 2014-11-18 20:34 | 显示全部楼层 |阅读模式

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1 产生背景
从20世纪50年代末起,由AO学派推崇的内固定技术,一直是骨折治疗领域中的经典法则[1]。AO在建立之初,通过总结前人的经验,提出了骨折治疗的四项原则[2]:①解剖复位;②坚强固定;③无创操作;④早期无痛活动。其核心目的是,通过骨折端的加压固定和解剖结构的重建,消除骨折局部的微动,使骨折达到无骨痂性的一期愈合。如果骨断端出现骨痂,通常认为是固定不稳的征兆,应该尽量避免。在骨折愈合过程中,坚强固定可以使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。AO技术历经40余年的发展与普及,现已形成一个从理论、原则、方法到设备、器材的完整体系,成为当今骨折治疗领域中的经典手段之一。然而,任何事物的发展都有正反两个方面,近年来,随着AO技术的应用日益广泛,其弊端也愈发突出。诸如常发生术后骨不连、感染、固定段骨质疏松和去固定后再骨折等并发症[1]。特别具有讽刺意味的是,AO原则虽然也含有无创操作的内容,但是,为了达到坚强固定和解剖复位的目的,常常以严重损伤骨的血供为代价,无创操作实际上是不可能的。
针对上述情况,AO学者对其固定原则的科学性进行反思后认为, AO技术的弊端主要是,过分追求固定系统力学上的稳定性,而未重视骨的生物学特性。从上个世纪90年代初开始,AO学者Gerber[3]、Palmar[4]等相继提出了生物学固定(biological osteosynthesis BO)的新概念,强调骨折治疗要重视骨的生物学特性,不破坏骨生长发育的正常生理环境。其内容主要包括:①远离骨折部位进行复位,以保护骨折局部软组织的附着;②不强求骨折的解剖复位,关节内骨折仍要求解剖复位;③使用低弹性模量的内固定物;④减少内固定物与骨皮质之间的接触面积等。不难看出,BO核心宗旨是保护骨的血供。在BO作用下,骨折愈合为典型的二期愈合[5],即骨愈合历经血肿机化、骨痂形成和骨痂塑形等阶段,表现在X线平片上的大量外骨痂生成。与既往AO追求的无骨痂性一期愈合相反,BO认为,骨痂的出现提示骨折愈合出现积极的反应,是一种受欢迎的象征[6]。
2 概念和内涵
迄今为止,BO并未建立一个确定的内涵。其基本概念是,在骨折的复位固定过程中,重视骨的生物学特性,最大限度保护骨折局部的血供,而不骚扰骨的生理环境,使骨折的愈合速度更快,防止各种并发症的发生。从其概念可以看出,BO的外延较广泛,而内涵则不确定,概而言之,凡能保护骨血供的骨折治疗手段和技术,均可看作BO范畴。因此,从这一点上讲,BO并非是一种理论体系,而只是一种“策略”[4]。BO概念下,骨折愈合并非象既往AO那样追求一期愈合,而是二期愈合,这表明骨的愈合方式并不重要,最短的愈合时间和最好的功能恢复才是目的。另外,从BO的产生背景上看,提出BO这一概念者,正是AO学者本身[3,4],因而BO与AO并不矛盾,前者是对后者的补充和完善。追溯内固定发展的历程, 不难发现,尽管BO这一具体概念出现在20年代的90年代以后,但是BO中的许多技术很早就孕育在AO之中,例如AO小组在成立之初,就提出了无创操作的思想,这一思想正是当今BO概念的核心,可惜这一观念在当时过分追求固定坚强的情况下,并未受到应有的重视。又如,有限接触动力加压钢板(limited contact dynamic compress plate,LC-DCP),通常认为属于BO技术,但是早在20年前,AO学者就报告了LC-DCP的使用经验[1]。所以说,用BO这一词来描述AO技术中的变化,只是AO本身为了突出其固定原则的某些改良而已。
3 技术和方法
3.1 间接复位
间接复位最早由AO学者Mast等[7]于1989年提出,其基本原理是,常规切口进入骨折部后,不剥离骨膜,在骨膜外用器械或者钢板和器械联合应用,牵引骨折的远近两端,使骨膜产生张力,借助骨膜和其他软组织的梳理和挤压,使骨折碎片得以复位,必要时可利用带尖的复位钳帮助并维持复位,复位满意后再行钢板内固定。常用的复位器械是牵张器(distractor)和多关节加压器(articulated tension device)。间接复位也可以通过挤压机制来完成,即先将钢板按骨折部的解剖轮廓预弯,待钢板与骨折的一端固定后,通过钢板与骨折另一端的贴附和挤压,使骨折复位,这一方法特别适用于胫骨远端的斜行骨折。由此可见,间接复位的关键之处在于,保护骨折碎片和骨膜、软组织之间的附着,避免广泛的剥离和暴露,不强求骨折的解剖复位,推挤骨碎片复位的动力主要来自骨膜和软组织本身。因此,这一技术又被称为韧带整复术(ligamentotaxis)。由于骨端血供破坏较少,骨愈合的速度较直视下的解剖复位明显加快,这对粉碎性骨折尤为有利。
间接复位的疗效难以单独评价,因为骨折复位后必须配合固定,方能取得疗效。Hessmann等[8]回顾性地分析了应用间接复位和支撑钢板治疗肱骨近端骨折的疗效,98例患者在平均术后34个月进行测评,优良率为76%,功能欠佳的原因主要是由于骨畸形连接,X线显示有4%病例出现缺血性骨坏死,无骨不连的发生。Chrisovitsinos等[9]对20例股骨粉碎性骨折经间接复位和生物学内固定治疗的患者,进行了长达1~4.5年的随访,其中包括11例粗隆下、6例股骨干和3例髁上骨折。内固定物选用动力髁螺钉、加压钢板、有限接触钢板和支撑钢板等,平均术后5个月骨折全部愈合,4例有轻度膝关节僵硬,4例下肢短缩1~2cm。
3.2 不扩髓髓内钉固定术
近年来,交锁髓内钉固定术逐渐发展成为治疗长骨干骨折的主流技术。在髓内钉插入时,采用扩髓还是不扩髓的争议由来已久。反对扩髓者认为,扩髓可引起髓内高压,因扩髓摩擦生热导致骨坏死,以及脂肪栓塞综合症等并发症。最重要的是,扩髓造成髓内血管损伤,使骨皮质去血管化(devascularization),因而,不扩髓更符合BO原则。Schemitsch等[10]制作羊胫骨短螺旋型骨折模型,分别采取扩髓和不扩髓两种方法行带锁髓内钉内固定,用LDF监测不同时间骨皮质血流量变化,发现扩髓后皮质骨的血流量明显比不扩髓组低,而且不扩髓组皮质骨的再血管化现象在术后6周即出现,而扩髓组则需12周。在扩髓插钉的过程中,损伤髓内血管者主要是扩髓操作,而插入钉子不会加重已有的损伤。后来Schemitsch等[11]用同一动物模型又进一步证实,扩髓后包裹在胫骨周围的肌肉血流量显著高于不扩髓组,这是由于扩髓损害了内骨膜和内侧骨皮质的血供,在骨皮质的再血管化过程中,软组织血流呈现代偿性增强,提示临床上对软组织广泛剥脱的粉碎性骨折,最好不要扩髓插钉。考虑到扩髓和不扩髓各有利弊,近年来在髓内钉固定时采用了折衷的手段,即有限或部分扩髓。
然而,坚持扩髓者认为,扩髓可以插入较粗的髓内钉,使固定获得较大的稳定性,如果不扩髓,在手术时只能插入较细的髓内钉,对骨折固定的稳定性较差,容易造成疲劳断裂。也有证据表明,扩髓和不扩髓以及扩髓的程度对骨皮质血供的损害并无显著差异。尽管如此,目前总的趋势是,在髓内钉固定时,越来越多的人倾向于采用不扩髓技术。Blum等[12]采用逆行不扩髓髓内钉技术治疗100例肱骨干骨折,90%的肩关节和86%的肘关节获得了优良的功能恢复,3例患者需要再手术治疗,与顺行的扩髓法相比,本方法骨折愈合的速度和质量具有明显优势,而且并发桡神经损伤的几率也低。
3.3 微创钢板内固定术
微创钢板内固定术(minimally invasive plate osteosynthesis ,MIPO) [13]是近年在BO思想指导下发展起来的一项新技术,其设计思路也是为了保护骨折的血供。以股骨粗隆下粉碎性骨折为例,手术方法如下[14]:患者仰卧,大粗隆处皮肤小切口3cm,在X线透视下,先用座凿在股骨颈内开槽,将角钢板的刃板尖对着术者,顺行把钢板的远端从小切口内插入,沿骨膜和骨外侧肌之间钝性建立钢板隧道,待钢板主体完全插入后,将刃板尖扭转180°,击入预制骨槽内,手法牵引骨折复位,在骨折的远断端皮肤小切口3 cm,用3~ 4枚螺钉固定钢板。为增强螺钉的把持力,在攻入螺钉时,使之在骨内呈扇形分布,同时也避免钉尖过长对骨周组织造成损伤。由于跨越骨折段进行固定,通常需要很长的钢板,对不适合髓内针固定的病例也可应用。用很少的螺钉固定较长钢板有两个优点,一是减少对骨折血供的进一步干扰,二是通过载荷分享(load sharing),避免因应力集中导致的内固定断裂。
Krettek等[15]报告了1组从1994年6月至1995年12月间,应用MIPO治疗11例股骨髁上、粗隆下骨折和3例股骨截骨后矫形的病例。结果显示,14例患者中,12例术后骨愈合顺利,1例术后钢板断裂,经二次手术治愈,另1例97岁高龄患者死于术后6周。术后无感染发生,平均手术时间为125分钟。Wenda 等[14]等应用MIPO治疗17例股骨干粉碎性骨折的病例,包括粗隆下和髁上骨折,内固定物选用角钢板,取得满意疗效。其中13例愈合优良,无任何并发症,3例12周后进行了骨移植,1例旋转畸形需截骨矫形。所有病人术后均不需石膏外固定,术后第2天即进行部分负重锻炼,2 ~ 4月后完全负重。合并关节内骨折的长骨干粉碎性骨折,也可以应用MIPO,需要注意的是,关节内骨折必须在直视下解剖复位。此外,也适用于治疗其他内固定失败后的病例。
可喜的是,从1997年Krettk等[15]首次报告MIPO的应用以来,只有短短的几年,该技术已发展成为微创固定系统(less invasive stabilization system ,LISS)[16],拥有规定的手术步骤、专门设计的内植物和操作器械。其操作器械主要包括[17]:微创钢板内固定钳(MIPO-clamp)和钢板取出器(remover)以及配套的螺丝攻和瞄准器等,其中固定钳由钳钩、T形把手、固定器和临时固定螺钉等组成。在固定骨骼时,LISS位于肌下骨膜外,与骨膜之间有一层薄薄的缝隙,因此,可以看作是一种“不接触”钢板。
3.4 改进接骨板构形
通常认为,接骨板下的皮质骨疏松主要是由于骨血供的损伤,继发哈佛管的重塑而形成[1]。尽管也有人坚信,板下皮质骨疏松是接骨板的强大的应力遮挡所致,并且提供了确凿的证据,但目前大多数学者仍倾向于,血供损伤是造成板下皮质骨骨质疏松的主要原因。理由如下[18]:①板下皮质骨疏松出现在哈佛氏管的重塑过程中,而且是一过性的;②骨质疏松只出现在接骨板下皮质骨血供受损的区域,而同样在应力遮挡下未受接骨板固定的骨皮质并不出现疏松;③塑料接骨板的应力遮挡效应低,其引起的骨质疏松却比钢板还要高;④使用减少骨血供损伤的接骨板,可以明显降低骨质疏松的发生率。
有资料表明, 在破坏骨血供的因素中,接骨板的贴骨面形状和面积最为重要,而接骨板的材料性质则无足轻重。近年来在BO思想指导下,围绕接骨板的形状进行了许多改良,先后有有限接触动力加压接骨板(limited contact dynamic compression plate ,LC-DCP)、点状接触接骨板(point contact fixator,PC-Fix)、不接触钢板、梯形钢板以及波型接骨板等相继问世, 其设计目的都是尽量减少内固定与骨皮质的接触,更符合BO概念的需要。传统的AO动力加压接骨板(dynamic compression plate ,DCP)具有平滑的贴骨面,当固定后与骨皮质的接触面积较大,故对骨血供的损伤也更严重。应用双亚磺蓝行微血管造影[19],观察DCP对完整骨皮质血供的影响,发现术后10min,板下和邻近的皮质骨即有缺血表现,24h后缺血区波及全部板下和邻近区域的皮质骨,4周后缺血区域逐渐缩小,12周后板下血供才完全恢复。鉴于DCP对骨血供的损伤, LC-DCP除了在贴骨面的形状有所改变之外,固定方法与DCP相似,PC-Fix则不同,其固定原理与外固定架类似,并且使用单侧皮质骨螺钉把持,对骨皮质血供的损伤更小。而波形和桥接式接骨板,除了减少对骨折局部血供的损伤之外,还改变了接骨板的载荷方式,使接骨板承受纯粹的张应力[20]。与BO一词相对应,这些内植物统称为“生物学钢板”[1,3,9]
Swiontkowski等[21]用LC-DCP和DCP固定完整的羊胫骨,术后12周发现,LC-DCP组血管增生反应明显弱于DCP组,表明LC-DCP在术后早期对血供的激惹确实低于DCP。Jain等[22]将10只犬的胫骨中段制成短螺旋型骨折,分别用不锈钢和市售的纯钛LC-DCP进行固定,在骨折前、骨折后、接骨板固定后以及术后10周等4个时相点,用LDF测定骨血供的变化,发现骨折对骨的血供造成明显的损害,应用两种LC-DCP固定后并不加重骨血供的原有损伤,术后10周两组骨皮质的血供较接骨板固定术后当时明显恢复,但两组间无差异。从而证实,LC-DCP有助于骨皮质的再血管化,但与其材料性质无关。
生物学钢板近年来临床应用日益增多,Hofer等[6]等应用PC-Fix治疗38例前臂骨折的患者,通过定期X线观察,发现PC-Fix能显著加快骨折愈合,且81%的骨折部出现大量外骨痂,是典型的二期愈合方式。
3.5 组合式固定技术
高能创伤导致的小腿粉碎性开放骨折, 常伴有软组织的广泛损伤,为了尽早恢复肢体的功能,骨折的固定必须达到力学上的稳定,又不能加重骨血供的损伤。应用有限内固定结合外固定架技术(combined fixation techniques,CFT),可以达到既不增加对骨的创伤,又能提供固定的稳定。Weiner等[23]用CFT治疗50例胫骨近端复杂的骨折,其中A3型5例,C1型6例,C2型16例,C3型23例,通过长达平均2.7年的随访, 48例平均12周愈合,2例骨不连。按功能评分,17例优,24良,6例可,3例差。Gerber等[24]也应用CFT治疗18例复杂胫骨开放骨折,15例骨折顺利愈合,3例延迟愈合。Gerber认为,尽管CFT相较MIPO而言,对骨的继发创伤稍大,但是该技术吸收了内外固定的优点,在外固定架的辅助下,内固定物的体积可以更小,在这种固定情况下,可以达到真正的弹性固定,便于调整固定系统的力学性能,还可以矫正对位畸形。可同时达到力学稳定和保护骨生物学特性上的双重满意,因此,近年CTF较多应用于治疗胫骨远端和近端的骨折。目前CFT中,钢板或螺钉的置入仍需切开暴露骨折部,也许MIPO与外固定架的联合应用是今后CFT的发展方向。
4 存在问题与展望
如前所述,BO属于发展中的新概念,而非成熟的理论体系,虽然各种与BO策略相关的基础和临床研究日见增多,真正被认为可以推广的并不多,更多的报告是探索性的,许多方法还存在技术和理论上的缺陷。例如,应用间接复位和MIPO技术时,术者面临的最大困难是,术中如何确认骨折端的对位、对线和长度达到了功能复位的要求。虽然Krettek等[25]介绍了一些简单的方法,例如在冠状面,利用图像增强器,在股骨头、膝关节和踝关节中心三点连线,判断有无内外翻畸形;在矢状位,利用膝关节过度伸展试验、Blumensaat 试验和胫骨平台坡度等,防止下肢过屈和反屈畸形;下肢长度主要靠图像增强器定位结合刻度杆测量;利用髋关节旋转试验和小转子图像大小、骨皮质台阶征等,判断下肢有无旋转畸形等。可惜,这些方法并非在术中总是可用的。目前临床在行MIPO时,所用钢板均为常规切开复位所设计,缺乏专用钢板,给手术操作带来很大困难[17]。此外,从文献报告的BO技术应用情况来看,普遍存在着例数较少、缺乏对照、手术时间偏长等问题;手术对象仅限于下肢的股骨和胫骨;对施术者、术中X线透视和器械的要求也比较高等等。
尽管如此,BO技术进入临床短短的几年,与传统方法相比,在促进骨折愈合,降低骨不连、延迟连接、骨髓炎及内固定断裂,减少自体骨移植的机率等方面,已经显示出其显著的优越性[13]。因此,随着对骨生物学特性作用认识的提高,BO技术必将在未来的骨折治疗中扮演重要的角色,目前的当务之急是,进一步加强相关的基础和临床研究,研制配套的专用器械和内固定物,完善其理论体系。

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