王 欣

同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院骨科，上海 200065

股骨轉(zhuǎn)子間骨折的發(fā)生率約占髖部骨折的45%以上，嚴(yán)重危害老年人的生命及生活質(zhì)量。為減少因長期臥床而產(chǎn)生的并發(fā)癥，對(duì)身體條件能夠耐受者優(yōu)選手術(shù)治療，已成為臨床醫(yī)生的共識(shí)［1-3］。隨著對(duì)股骨轉(zhuǎn)子間骨折研究不斷深入，以動(dòng)力髖螺釘系統(tǒng)和髓內(nèi)釘為代表的內(nèi)固定器械，經(jīng)過數(shù)代產(chǎn)品的不斷更新，內(nèi)固定的理念越來越完善，臨床效果漸趨理想，但還是有不少并發(fā)癥和固定失敗的報(bào)道［4-7］。影響股骨轉(zhuǎn)子間骨折術(shù)后療效的主要因素在于能否有效維持骨折端的穩(wěn)定性。近年來關(guān)于股骨轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定的研究有很多，筆者總結(jié)各方面的經(jīng)驗(yàn)，提出股骨轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定應(yīng)遵循“張力-壓力平衡重建”的理論，且在該理論指導(dǎo)下，陸續(xù)改良設(shè)計(jì)的系列“張力-壓力平衡重建型”股骨近端髓內(nèi)釘更加符合股骨近端的生物力學(xué)特征，可為股骨轉(zhuǎn)子間骨折提供新的治療理念和內(nèi)固定設(shè)計(jì)思路，希望能克服現(xiàn)有內(nèi)固定器械的缺陷，獲得更好的臨床療效。

1 股骨近端骨小梁分布特征與力學(xué)性能

股骨近端連接著骨盆與股骨干，承載了負(fù)重和髖關(guān)節(jié)活動(dòng)的雙重作用。由于股骨近端存在頸干角和前傾角，其力學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在生理載荷下的受力是壓應(yīng)力、張應(yīng)力和剪切力的復(fù)合。有學(xué)者提出Trajectorial 系統(tǒng)理論，即當(dāng)外力作用于有彈力的機(jī)體時(shí)，機(jī)體內(nèi)部可產(chǎn)生兩個(gè)主要方向的應(yīng)力，在其中一個(gè)方向上產(chǎn)生最大壓應(yīng)力時(shí)，在另一個(gè)方向上就會(huì)產(chǎn)生最大張應(yīng)力，并且跨度越大，這種效應(yīng)越明顯［8］。股骨近端的受力情況恰好能用這一理論來解釋，是一種張應(yīng)力與壓應(yīng)力的平衡狀態(tài)，共同維持著股骨近端向內(nèi)、向前凸出于骨干，缺少骨干支撐的這種特殊形態(tài)。

在股骨近端的骨組織內(nèi)，有相互交織成網(wǎng)狀致密板層排列的結(jié)構(gòu)，被稱為骨小梁。它們有序分布，具有獨(dú)特的空間構(gòu)型和不同的作用特點(diǎn)，按照其所在位置與走向可分為壓力性骨小梁和張力性骨小梁兩大類，并進(jìn)一步可細(xì)分為主壓力骨小梁、次壓力骨小梁、主張力骨小梁、次張力骨小梁和大轉(zhuǎn)子骨小梁，共五組［9］。關(guān)于骨小梁空間構(gòu)型的形成原因及其與股骨近端穩(wěn)定關(guān)系有很多研究，其中最經(jīng)典的是Wolff定律。

從冠狀切面看，主張力性骨小梁從大轉(zhuǎn)子的外側(cè)邊緣向內(nèi)上方向，呈弧形緊貼股骨頸上部皮質(zhì)，止于股骨頭內(nèi)部，形成類似于“拱”的結(jié)構(gòu)。當(dāng)彎距在保持不變的情況下，“拱”能將負(fù)重時(shí)縱向的荷載轉(zhuǎn)化為水平方向的推力。從俯視角度看，無數(shù)的張力性骨小梁在股骨頸的中段上部形成了凸向上的“穹”狀結(jié)構(gòu)，“穹”能迅速將受到的壓力向四周分散開來，具有更好的抗壓性能，因此能承受數(shù)倍于人體體重的壓力，如同很薄的雞蛋殼卻能承受較大的壓力而不破碎。主壓力性骨小梁接近垂直方向，呈扇形分布，從股骨頭的內(nèi)側(cè)皮質(zhì)延伸到股骨頸，是股骨頭承受重力載荷而形成的，主壓力性骨小梁與主張力性骨小梁相互交叉融合，以及次壓力骨小梁與主張力骨小梁之間相互融合，形成類似于“桁架”結(jié)構(gòu)，可以穩(wěn)定“拱”和“穹”，進(jìn)一步增強(qiáng)股骨近端承重抗壓的能力。張力性骨小梁與壓力性骨小梁之間相互構(gòu)成的這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)，共同維持著股骨近端的形態(tài)，是維持股骨近端生物力學(xué)特性和解剖結(jié)構(gòu)的重要因素（圖1）。

圖1 股骨近端主張力性骨小梁和主壓力性骨小梁分布示意圖Fig.1 Diagram of the distribution of tension trabecula and compression trabecula in the proximal femur

馬信龍等［10］曾對(duì)股骨近端骨小梁的生物力學(xué)特征進(jìn)行過研究，發(fā)現(xiàn)骨小梁的拉伸性能和壓縮性能在主張力小梁方向與主壓力小梁方向有很大區(qū)別，具有各向異性，在股骨頸部位主要承受張應(yīng)力，在Ward三角區(qū)主要承受壓應(yīng)力。Johannesdottir等［11］對(duì)400 余例老年人股骨頸CT 圖像進(jìn)行測量后認(rèn)為，張力骨小梁是抵御骨折的重要因素。2004 年Gotfrid［12］指出股骨近端外側(cè)壁的完整性可決定股骨轉(zhuǎn)子間骨折的預(yù)后，這一觀點(diǎn)已被普遍接受。而外側(cè)壁主要分布的是張力性骨小梁，因此可見張力性骨小梁對(duì)維持骨折的穩(wěn)定應(yīng)該有著重要作用。雖然外側(cè)壁對(duì)骨折預(yù)后的作用已得到普遍認(rèn)可，但是張力性骨小梁是否需要重建的理念卻未得到臨床醫(yī)生們的重視，也尚無學(xué)者提出相應(yīng)的觀點(diǎn)。

2 內(nèi)側(cè)柱的皮質(zhì)支撐

1980 年 Jensen 等［13］報(bào)道提出內(nèi)側(cè)骨皮質(zhì)的重要性，強(qiáng)調(diào)頭頸骨塊內(nèi)側(cè)皮質(zhì)與股骨干皮質(zhì)的對(duì)位和相互接觸抵著，才能起到穩(wěn)定的作用。張世民等［2，14］通過研究指出，在不穩(wěn)定型股骨轉(zhuǎn)子間骨折中，獲得前內(nèi)側(cè)面皮質(zhì)的良好支撐是重建骨折穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，可以減少內(nèi)固定術(shù)后的失敗率。近年來，內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐復(fù)位的理念逐漸得到認(rèn)可，骨折斷端的前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐已成為檢驗(yàn)術(shù)中復(fù)位質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一。可見對(duì)于不穩(wěn)定骨折，內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐對(duì)內(nèi)固定的穩(wěn)定（保護(hù)內(nèi)固定）有重要作用，同時(shí)骨折愈合也需要依靠內(nèi)側(cè)皮質(zhì)的良好支撐，才能減少并發(fā)癥。因此恢復(fù)內(nèi)側(cè)骨皮質(zhì)相互抵著是骨折復(fù)位和內(nèi)固定治療的目標(biāo)。Evans 等［15］認(rèn)為，包含小轉(zhuǎn)子的后內(nèi)側(cè)骨折塊是決定骨折穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，后內(nèi)側(cè)骨塊移位越大，骨折塊越粉碎，骨折越不穩(wěn)定。但是后內(nèi)側(cè)小轉(zhuǎn)子骨塊手術(shù)顯露復(fù)位困難，操作創(chuàng)傷大，并不易于固定。隨著內(nèi)固定器械的發(fā)展，內(nèi)固定器械的固定理念，已不再強(qiáng)調(diào)對(duì)后內(nèi)側(cè)小轉(zhuǎn)子骨塊的復(fù)位，而是依靠內(nèi)固定器械自身的強(qiáng)度來抵消小轉(zhuǎn)子移位帶來的生物力學(xué)和穩(wěn)定性的影響。因此，也有不少作者認(rèn)為小轉(zhuǎn)子對(duì)股骨轉(zhuǎn)子間骨折髓內(nèi)釘固定的效果無顯著影響。但是，我們認(rèn)為小轉(zhuǎn)子骨塊的大小決定了內(nèi)側(cè)柱可獲得有效支撐皮質(zhì)的寬度與角度，是影響骨折復(fù)位后穩(wěn)定性的重要因素［16］。當(dāng)小轉(zhuǎn)子完整時(shí)，內(nèi)側(cè)柱對(duì)頭頸骨塊能提供良好的皮質(zhì)支撐；當(dāng)小轉(zhuǎn)子劈裂時(shí)，骨塊越大，向遠(yuǎn)端劈裂越長，內(nèi)側(cè)柱可提供有效支撐的皮質(zhì)越少，骨折越不穩(wěn)定。當(dāng)小轉(zhuǎn)子劈裂，內(nèi)側(cè)柱的骨折線由前上斜向后下，若患者過早負(fù)重，頭頸骨塊的內(nèi)側(cè)皮質(zhì)受到斜向后下方的剪切應(yīng)力，且失去小轉(zhuǎn)子骨塊對(duì)其阻擋作用，加重向內(nèi)后下方滑動(dòng)移位的趨勢，同時(shí)頭頸骨塊與頭釘之間可發(fā)生旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致內(nèi)固定松動(dòng)，繼而加重移位，發(fā)生髖內(nèi)翻、股骨頭切割等并發(fā)癥。

2012 年 Gotfried［17］提出“非解剖皮質(zhì)支撐復(fù)位”的概念。張世民等［18］也建議股骨轉(zhuǎn)子間骨折應(yīng)達(dá)到前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)正性支撐復(fù)位，即在正位片上，頭頸骨塊內(nèi)側(cè)皮質(zhì)居于干部皮質(zhì)內(nèi)上方約1個(gè)皮質(zhì)的厚度（4～5 mm）之內(nèi)。有助于皮質(zhì)抵住，保持股骨頭頸輕度外翻，可以有效防止出現(xiàn)髖內(nèi)翻畸形。但是，Dendorfer［19］等曾研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)松質(zhì)骨承受離軸載荷時(shí)，其疲勞壽命明顯減少。如骨折未達(dá)到解剖復(fù)位時(shí)，壓力小梁與壓應(yīng)力方向就會(huì)不一致，負(fù)重時(shí)，在載荷方向上的壓力小梁壓縮彈性模量、強(qiáng)度等性能明顯變小，不能完全適應(yīng)負(fù)重需要，骨折復(fù)位質(zhì)量越差，應(yīng)力因素改變越大，內(nèi)固定失效率越高。而非解剖皮質(zhì)支撐復(fù)位會(huì)導(dǎo)致壓力小梁方向發(fā)生改變，壓力小梁的力學(xué)性能也會(huì)明顯減小。因此對(duì)于“非解剖皮質(zhì)支撐復(fù)位”的理論仍然存有一定爭議，大多數(shù)臨床醫(yī)生仍希望獲得良好的內(nèi)側(cè)皮質(zhì)解剖對(duì)位。因此維持骨折復(fù)位完全依靠內(nèi)側(cè)皮質(zhì)和內(nèi)固定的支撐作用，一旦支撐丟失就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)固定失敗。

3 “張力-壓力平衡重建”理論的提出

前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)良好的對(duì)位支撐也并非絕對(duì)穩(wěn)定可靠，只是在對(duì)抗內(nèi)翻應(yīng)力的方面具有較好的作用。目前常用的股骨近端髓內(nèi)釘（PFNA/Gamma 釘）為單枚頭釘系統(tǒng)，無法很好地控制頭頸骨塊與頭釘之間的旋轉(zhuǎn)。由于這種旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定存在，負(fù)重后可能導(dǎo)致內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐丟失。缺少理想的內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐，髓內(nèi)釘?shù)念^釘與主釘之間便會(huì)出現(xiàn)上下“微擺動(dòng)”，會(huì)加重頭釘在股骨頭頸內(nèi)松動(dòng)，甚至導(dǎo)致主釘斷裂?？梢姡D(zhuǎn)不穩(wěn)定與內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐缺失互為因果，又能互相影響加重。目前常用的股骨近端髓內(nèi)釘固定系統(tǒng)主要是增強(qiáng)抗內(nèi)翻應(yīng)力作用而設(shè)計(jì)，用粗大的頭釘支撐頭頸骨塊，重建股骨近端壓力性骨小梁的作用。但是股骨近端的解剖形態(tài)是由張力性骨小梁和壓力性骨小梁共同維持，這些內(nèi)固定系統(tǒng)都忽略了張力性骨小梁的重要作用，可見僅重建壓力性骨小梁支撐作用的內(nèi)固定系統(tǒng)并不是完善的。在缺少張力輔助維持的作用下，僅依靠壓力性支撐難以維持骨折端的穩(wěn)定性，尤其對(duì)于股骨近端粉碎性骨折、內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐缺失性骨折、外側(cè)壁危險(xiǎn)性骨折、以及外側(cè)壁破裂性的股骨轉(zhuǎn)子間骨折，僅獲得良好的支撐（包括螺釘支撐和皮質(zhì)支撐），在強(qiáng)大的內(nèi)翻應(yīng)力的作用下仍可以導(dǎo)致內(nèi)固定失敗。因此我們認(rèn)為，優(yōu)秀的股骨近端內(nèi)固定系統(tǒng)應(yīng)在能提供強(qiáng)大壓力支撐的基礎(chǔ)上還需要融入張力性骨小梁重建的結(jié)構(gòu)，使張力?壓力達(dá)到新平衡，才能更好地維持股骨近端的特殊形態(tài)。股骨近端與工地上常用的塔吊有相類似的外形結(jié)構(gòu)，如果塔吊僅依靠粗大的吊臂，沒有張力結(jié)構(gòu)的輔助，并不能承擔(dān)太多的重量，在吊臂上方有了張力纜繩結(jié)構(gòu)的輔助，才能承受更大的重量。

前文中已述，在股骨頭頸中，主張力性骨小梁在股骨頭頸內(nèi)形成“拱”的結(jié)構(gòu)，在彎距保持不變的情況下，“拱”能將縱向荷載轉(zhuǎn)化為部分水平向的推力，使得股骨頭頸能承受更大的壓力，具有更好的抗壓性。因此，在內(nèi)固定中，如果能增加與“拱”的推力方向一致的力作用于股骨頭上，模擬恢復(fù)主張力性骨小梁“拱”的作用，可向外側(cè)牽拉股骨頭頸，使股骨頭頸骨塊受到外翻應(yīng)力，同時(shí)可以降低維持骨折端對(duì)內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐的依賴程度，理論上應(yīng)具有更好的抗內(nèi)翻作用。在這種固定理念基礎(chǔ)上，我們設(shè)計(jì)了“張力?壓力平衡重建”型股骨近端髓內(nèi)釘。在原有的股骨近端髓內(nèi)釘基礎(chǔ)上，融入了張力結(jié)構(gòu)。當(dāng)頭釘與骨界面之間出現(xiàn)松動(dòng)，支撐力下降時(shí)，更需要張力性的結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償，發(fā)揮更好的抗內(nèi)翻作用。

4 “張力?壓力平衡重建”理論對(duì)股骨轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定的認(rèn)識(shí)

綜上所述，用“張力?壓力平衡重建”理論能更好地解釋現(xiàn)有內(nèi)固定系統(tǒng)的不足之處。對(duì)于不穩(wěn)定性股骨轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定失敗的主要原因并非皮質(zhì)支撐、頭釘位置、頭釘形態(tài)、外側(cè)壁破裂等因素，而是現(xiàn)有的內(nèi)固定系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)股骨近端的“張力-壓力平衡重建”，不足以對(duì)抗負(fù)重后股骨頭承受的強(qiáng)大內(nèi)翻應(yīng)力。重建股骨近端的張力結(jié)構(gòu)，與支撐結(jié)構(gòu)共同發(fā)揮作用，理論上可以更好地維持骨折端的穩(wěn)定性，降低骨折對(duì)內(nèi)側(cè)皮質(zhì)和頭釘支撐的依賴性。

其次，張力牽拉結(jié)構(gòu)與壓力支撐結(jié)構(gòu)相交匯處，為新的張力與壓力平衡點(diǎn)，應(yīng)位于股骨頭旋轉(zhuǎn)中心，才能實(shí)現(xiàn)更好的承重效果。張力結(jié)構(gòu)與壓力支撐結(jié)構(gòu)之間可形成多面三角體結(jié)構(gòu)，具有更好地抗旋轉(zhuǎn)作用，防止股骨頭頸骨塊與頭釘之間發(fā)生旋轉(zhuǎn)。能實(shí)現(xiàn)“拱”、“穹”、“桁”三結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一。

再次，對(duì)外側(cè)壁破裂的股骨轉(zhuǎn)子間骨折用髓內(nèi)釘治療，外側(cè)壁也能自行愈合，可見髓內(nèi)釘能起到部分替代外側(cè)壁的作用。其粗大的主釘近端能阻擋頭頸骨塊向外側(cè)移動(dòng)，在一定程度上維持了張力性骨小梁的“拱”距不變，能產(chǎn)生水平方向上的推力，部分恢復(fù)了張力性骨小梁的作用。但這種張力作用的恢復(fù)并不完整，一旦負(fù)重后，在剪切力的作用下，內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐可能丟失，頭釘與頭頸骨塊之間發(fā)生旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定和松動(dòng)，出現(xiàn)髖內(nèi)翻畸形，那么張力小梁的“拱”距就會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致這種張力作用減小或消失，內(nèi)固定將會(huì)失敗。由此可見，張力對(duì)維持股骨轉(zhuǎn)子間骨折的穩(wěn)定性有著重要作用。治療股骨轉(zhuǎn)子間骨折不僅僅需要恢復(fù)壓力性支撐重建，更應(yīng)該恢復(fù)張力結(jié)構(gòu)，使張力?壓力能夠達(dá)到平衡重建，才能更好地維持骨折端的穩(wěn)定，降低內(nèi)固定并發(fā)癥。

因此，筆者認(rèn)為這樣才是理想的，更符合股骨近端生物力學(xué)特性的內(nèi)固定系統(tǒng)。在張力?壓力平衡重建的理論指導(dǎo)下，曾改良設(shè)計(jì)了股骨近端三角髓內(nèi)釘（專利號(hào)：ZL201120254582.8），引入了釘中釘技術(shù)，結(jié)合了傳統(tǒng)髓內(nèi)釘和動(dòng)力髁螺釘（DCS）的優(yōu)勢（外側(cè)壁損傷型骨折可用DCS 進(jìn)行固定），通過增加1枚95°方向的拉力螺釘，使股骨頭受到向外側(cè)的拉力，維持股骨頭頸骨塊外翻的作用，相互交叉的三釘在股骨近端形成具有高度穩(wěn)定性的三角形結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了抗內(nèi)翻和抗旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，同時(shí)可減少頭釘與主釘之間的上下“微擺動(dòng)”。這一改良設(shè)計(jì)的結(jié)果恰與國內(nèi)多位知名學(xué)者不謀而合，但在理念上卻又異曲同工，殊途同歸［20-22］。但在后續(xù)研究中我們發(fā)現(xiàn)這種特殊的釘中釘結(jié)構(gòu)具有一定的局限性：（1）對(duì)輔助工具的要求高，稍有偏差就會(huì)導(dǎo)致釘中釘植入困難；（2）在有限元模擬力學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)在兩頭釘交匯處應(yīng)力最為集中（圖2），如果該部位發(fā)生斷釘，內(nèi)固定將無法取出，對(duì)可能發(fā)生的翻修手術(shù)造成災(zāi)難性的后果；（3）它是一種靜態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，骨折端出現(xiàn)骨吸收后，留下的間隙可能會(huì)導(dǎo)致骨折延遲愈合或者不愈合。鑒于上述不足，我們對(duì)其進(jìn)一 步 改 良（圖 3；專 利 號(hào) ：ZL202021100883.0，ZL202120035486.8，ZL202122977294.1），通過植入錨釘-鈦纜復(fù)合的張力拉索結(jié)構(gòu)來重建張力性骨小梁的拉力作用，通過張力索可對(duì)股骨頭施加向外的預(yù)拉力，類似于塔吊吊臂上方的輔助鋼纜結(jié)構(gòu)，通過這樣的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)股骨頭承重能力的增強(qiáng)，預(yù)拉力可維持股骨頭頸處于輕度外翻的狀態(tài)，降低對(duì)內(nèi)側(cè)骨皮質(zhì)支撐和頭釘支撐的依賴作用。此外，張力索與頭釘在股骨頭旋轉(zhuǎn)中心附近交匯，該交匯點(diǎn)位于下肢的負(fù)重力線軸上，具有更好的承重性能；張力索與頭釘之間形成多平面的三角體結(jié)構(gòu)，可增強(qiáng)抗旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定。

圖2 模擬有限元力學(xué)研究，兩釘交叉處應(yīng)力集中，其中95°釘為最大應(yīng)力點(diǎn)Fig.2 Mechanical study of simulated finite element，stress concentration at the intersection of two nails，of which the 95°nail is the maximum stress point

圖3 “張力-壓力平衡重建型”股骨近端髓內(nèi)釘模型示意圖Fig.3 Diagram of the"tension-compression balance reconstruction"proximal femoral intramedullary nail

5 總結(jié)

股骨近端之所以能夠承載人體負(fù)荷，主要由張力性骨小梁和壓力性骨小梁共同完成，股骨頭頸骨塊在恢復(fù)內(nèi)側(cè)支撐結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，有了輔助的張力系統(tǒng)，理論上可承擔(dān)更強(qiáng)的抗內(nèi)翻應(yīng)力。因此“張力?壓力平衡重建”是一種新的固定理念，也許是一種比較完善的固定理論，可以改變我們對(duì)股骨轉(zhuǎn)子間骨折治療中的傳統(tǒng)認(rèn)知，在股骨近端骨折的治療中應(yīng)該有廣泛的應(yīng)用前景，能指導(dǎo)研發(fā)更合理的內(nèi)固定器械。