转子间骨折内固定术后不稳定的力学分析及相关策略
作者：徐农 倪红联 叶凌 钱军
【摘要】 目的 从力学分析的角度探讨股骨转子间骨折内固定术后不稳定的方式、原因及相关对策。 方法 对作内固定的96例转子间骨折病例，术后及每6周随访摄片，作力学分析。 结果 18例术后发生改变，其中2例有明显的髋内翻（颈干角≤110°），2例有旋转内翻改变（颈干角> 110°），14例有股骨颈短缩现象。 结论 转子间骨折后内固定与骨折区域构建的力学缺陷是术后不稳的主要原因，大转子与小转子的稳定对维护骨折术后的稳定有重要作用，在可能的情况下都应该予以重建，但这不是起唯一决定作用的因素。目前的内固定系统，如果构建合理，在力学上能够替代因复杂骨折所致的力学不稳。因此，最重要的是充分分析和预见每一骨折类型可能出现的力学不稳定而进行合适的固定，制定合理的策略。
【关键词】 股骨转子间骨折 内固定术 不稳定 力学
【Abstract】 Objective To explore the reason of post-operative unstability of intertrochanter fracture of femur, as well as some tactics help. Methods We performed mechanical analysis on post-operative roentgenographs of 96 cases of intertrochanter fracture of femur treated by internal fixation in our hospital from Apr 2004 to Oct 2006.All cases were followed up and radiographed every 6 weeks till bone union. Result 18 cases changed in alignment post-operatively,2 of these got coxa vara（Collodiaphyseal angle≤110°）,another 2 cases got coxa vara （Collodiaphyseal angle> 110°）together with rotational unstable ,the other 14 cases had a lack in length of femoral neck. Conclusions The post-operative unstability of intertrochanter fracture of femur is mainly due to the mechanical defect in the area between bone and internal fixation.Reduction and thus the stability of the greater and lesser trochanter play an important role.So we should try to reconstruct them though this is not the only key point.The internal fixation system can maintain stability only by properly mechanically applying.
【Key words】 Femoral intertrochanteric fracture Fracture fixation Internal Unstable mechanics
股骨转子间骨折，目前公认应采用手术治疗［１］。手术的目的是良好复位、稳定固定，直至骨折愈合，在固定稳定的基础上可接受一定程度的负重。然而，手术中即时稳定并不代表术后的稳定，术后不稳定是主要并发症。现结合本院2004年4月至2006年10月手术治疗的96例转子间骨折，分析其术后不稳定的力学原因及研讨相关对策。
1 资料与方法
1.1 一般资料
本组96例，其中男42例，女54例，年龄38～92岁(平均72岁)。按AO分型，A1型6例，A2型72例，A3型18例。伤后接受手术时间2～8d(平均3.5d)。
1.2 治疗方法
(1)开放复位内固定：单纯DHS内固定17例，DHS+防旋螺钉46例，DCS 15例。(2)闭合复位内固定：PFN 8例，股骨近端重建钉6例，GAMMA钉4例。术后处理：2～3d后，视患者耐受情况开始股四头肌锻炼，1周左右过渡到可屈髋屈膝坐位，2周左右保护下非负重活动，4～6周后部分负重，6周后骨折愈合情况决定是否完全负重。术后当即及每6周复查X线片。
2 结果
1例于术后3周死于心脏病，其余病例随访3～12个月，均骨性愈合（平均8.5周）。18例在术后6周复查X线片时发现复位情况较术后首次X线片有改变，其中2例（女性，≥82岁，均为DHS内固定）明显髋内翻（颈干角≤110°，经限制活动后愈合），2例轻度的旋转内翻（颈干角>110°），14例股骨颈短缩。
3 讨论
经生物力学分析，作者认为，股骨转子间骨折内固定术后可能发生的不稳定可以分为三种方式。对三种不同方式的不稳定及其采取策略讨论如下。
3.1 沿颈内拉力螺钉滑槽方向的轴向不稳，转子间骨折使用的颈内拉力螺钉在临床上通常设定与股骨干纵轴成130°或135°，髋关节的受力自上内而下外，力线与拉力螺钉形成约20°～25°夹角，股骨头的受力可分解出沿拉力螺钉轴线方向的分力，通过螺钉螺纹-骨界面传导，推动拉力螺钉在滑槽内滑动，直到远端有足够的支撑来对抗这一分力而达到平衡，这是一个动态的过程，滑动的过程就是轴向加压的过程，这对骨折的愈合极其有利。这当中，基本要求是远端承载面要能保持足够的稳定并至少维持到骨折的愈合，骨的应变与金属的易疲劳性，理想的承载方式应当是以生物承载为主，内固定为辅，因此大转子与转子外侧骨皮质的完整与稳定对近侧骨折块的轴向稳定有着重要意义［２］。轴向不稳定在术后早期是普偏现象，多数很快能通过滑动达到稳定，有时可遗留轻微的股骨颈短缩，然而在A3型骨折，由于大转子或转子外侧骨质因骨折而导致生物性承载薄弱，全部或大部分的应力集中于内固定的金属结构，容易在应力最集中处出现金属疲劳致内固定失败。采取策略：（１）选择有更强承载能力的固定方式，如螺钉髓内钉系统(GAMMA)；(2)加强或重建生物承载面的方式，如大转子稳定钢板（TSP）［3］；(3)选择尽可能减少轴向应力的内固定，如DCS。本组A3型骨折18例，15例DCS固定，3例GAMMA钉固定，均获得满意结果。
3.2 以颈内拉力螺钉为轴的矢状面方向的旋转不稳
髋关节的受力不仅作用于冠状面，也作用于矢状面，股骨近端有向后方旋转的趋势，微小而相对稳定的旋转可能不会有什么严重的后果，但是术后反复的不稳将是髋内翻乃至螺钉切割的重要原因［4］。根据力学原理，轴线设定与关节受力点越近其旋转力矩越小稳定性就越好，单纯从控制旋后不稳方面考虑理论上应该将螺钉放置于颈内上半部，而且距离髋臼顶越近越稳定，然而在解剖上颈内上半区域是骨质欠佳的区域，而且对于控制内翻不稳，螺钉切割也相当不利。通常对于单螺钉固定时拉力螺钉应当放置于颈内中央或者略偏后下［5］，但由于股骨颈上下径较前后直径大1/3，单拉力螺钉的固定在术后必定仍承受着反复的旋转应力。在较稳定的转子间骨折经拉力螺钉加压及动力性轴向加压后，骨折界面之间的摩擦和嵌插阻力可以对抗这种旋转应力，根据同样的力学原理，距离旋转轴线较远的点力臂较长，就能以较小的应力来对抗旋转，因此保持大转子与小转子部位骨皮质之间的啮合对对抗旋后不稳有着重要意义。而在骨质很差和转子间很不稳定的骨折，骨折界面之间的阻力有可能起不到作用，使用防旋螺钉是更好的选择。本组2例术后出现轻度的旋转内翻，均发生于以单螺钉固定者，作者认为重建大、小转子的稳定和使用防旋螺钉均可以达到防旋结果，但后者更易于操作，效果更可靠。
3.3 以颈内拉力螺钉螺纹为中心的冠状面的旋转不稳
对于转子间骨折所采用的内固定，许多学者解释为张力带原则的固定，认为内固定对抗张应力，而骨折后内侧的骨质接触能对抗压应力。然而，张力带建立的基础是压应力能被有效对抗并保持，这意味着必须保证骨折的后内侧要有较坚强的骨质接触，但实践中这并不容易，因此要有其他的力学结构来代替。髋关节的受力是自上内而外下，大约与重力线成16°角，其中心通过股骨头的中心（图1）。在生理状态，压力沿压力小梁向下，再经由坚强的股骨距及后内侧皮质骨传导，但对于许多A2型骨折，这一传导可能已无法再重建，或者构建的只是相对脆弱的支撑结构，不能完全对抗如此可高达3～5倍体重的压力，图1 髋关节的受力方向因此，如果需要由内固定来承担关节的压应力时，就应该让拉力螺钉尽可能地通过那些主要的压力线，否则当螺钉深度不足时，一部分内侧的压力线落在螺钉尖端内侧，在负重状态下这一部分压力如果缺乏与之对抗的反作用力，力学平衡将被打破，产生内翻应力，螺钉尖端螺纹集中应力，形成支点，出现以颈内拉力螺钉螺纹为中心的冠状面的旋转不稳。反复的旋转不稳与锐性螺纹共同的作用将导致螺钉对骨质的切割，严重者穿破股骨颈，与之相伴还将出现髋内翻，近侧骨折块旋转移位，愈合不良等系列并发症。本组2例髋内翻均发生在单纯DHS的固定，且同时存在螺钉深度不足，后内侧结构破坏未重建，骨质很差等因素。由此，作者认为，在控制冠状面的旋转不稳方面合理的策略首先是要尽可能重建股骨颈后内侧的支撑结构，股骨距与小转子之间的稳定不仅仅是对压力重要的支撑，同时也在对抗内翻旋转应力发挥重要作用，在后内侧结构完整，压力能被有效支撑的前提下，螺钉深度的要求可以相对宽松，能对抗张应力就能保证系统的稳定，反之就要保证至少有一枚承重颈内拉力螺钉的深度要超过最内侧的压力线。根据这一分析，螺钉在股骨头内位置的高低对分别控制矢状面和冠状面的旋转不稳是相互矛盾的，位置较高则对矢状面的稳定有利，但冠状面不稳定的可能性加大，反之亦然，因此，螺钉中置可能是能达到综合平衡的的选择。由此也体现出尖顶距(TAD=正位螺钉尖端至股骨头顶点+侧位螺钉尖端至股骨头顶点的距离［６］)概念用于评价拉力螺钉在股骨头内位置的价值，但是力学分析也表明，TAD≥25mm螺钉切割的风险可能更适合用于预测股骨头上半区域，在下半区域这个数值可能可以放宽些。双螺钉可能是能同时控制矢状面与冠状面旋转不稳的理想的方式。大转子与小转子对控制骨折内固定后轴向、冠状面与矢状面每个方面的稳定都有着重要的作用，重建它们的稳定可以在最大程度上提高内固定的稳定且更容易达到良好的结果。
总之，从操作层面来看，转子间骨折后内固定与骨折区域构建的力学缺陷是术后不稳的主要原因，众多学者都赞同大转子与小转子的稳定对维护骨折术后的稳定有非常重要的作用，在可能的情况下都应该予以重建；然而由于小转子在解剖上的特殊，有时重建很困难，而另一方面，这也不是起唯一决定作用的因素，目前现有的内固定系统如果构建合理，在力学上能够替代因复杂骨折所致的力学不稳，这能解释很多资料所显示的有很多后内侧结构未恢复的病例也依然能达到理想结果的原因。因此，作者认为，转子间骨折最重要的是充分分析和预见每一种骨折类型可能出现的力学不稳定而进行合适的固定，制定合理的策略，能够预防和减少术后不稳的发生。
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