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生物学内固定（BO ）概念、原理与方法
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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。 |
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