“悬臂 - 杠杆重建 - 不稳定”理论——肱骨近端骨折治疗的新理念

2022-08-28   文章来源:中华肩肘外科电子杂志   作者:张殿英 点击量:256 我要说

肱骨近端骨折是常见骨折,在老年骨质疏松患者中排名第3位,占全部成人骨折的4%~9%。随着人口老龄化的加剧,其发病率呈递增趋势。大多数的肱骨近端骨折可选择保守治疗,包括一段时间的悬吊固定及功能练习。而对于一些移位明显及不稳定的骨折,则可选择手术治疗。现有的手术技术包括钢板、髓内钉、经皮穿针及关节置换等。虽然这些技术都得到了广泛的推广,但这当中并没有某项技术具有绝对优势,更有研究质疑了手术治疗的整体价值。笔者回顾以往有关肱骨近端骨折治疗的相关文献,对现有内固定方式及相应并发症进行分析总结,结合其解剖和生物力学特点,提出治疗肱骨近端骨折的“悬臂 - 杠杆重建 - 不稳定”理论,为肱骨近端骨折治疗开启新的方向。

一、肱骨近端的解剖结构及特点

肱骨近端包括肱骨头、大结节、小结节和肱骨干骺端 4 个部分,周围由肩袖肌群包绕。肩袖由冈上肌(外展上臂)、肩胛下肌(内旋上臂)、冈下肌及小圆肌(外旋上臂)共同组成,其中冈上肌、冈下肌、小圆肌止点附着于肱骨大结节,而肩胛下肌附着于小结节,有悬吊肱骨、稳定肱骨头的作用。当受到直接或间接暴力时,可由肩袖组织的牵拉作用造成大小结节撕脱骨折,悬吊结构被破坏。肱骨距为肱骨头下方内侧壁的一段骨皮质区域,位于肱骨头下内侧及背侧区,肱骨头下内侧及后方区域含有较多的骨小梁,在肱骨头解剖颈以外,内侧柱的骨密度最高,有较强的支撑作用。Neer 分型二部分、三部分及四部分骨折均可累及肱骨距,导致内侧支撑失效。肱骨头的血运主要包括旋肱前动脉及旋肱后动脉,与外科颈及内侧股骨距密切相关。伴有较小肱骨距骨块(<8mm)、内侧合页破坏以及累及解剖颈的骨折都易出现缺血坏死。因此需对内侧皮质的完整性予以充分重视。

二、常见肱骨近端骨折内固定治疗方法的优点与不足

目前对于肱骨近端骨折,临床上常用的内固定系统包括接骨板钉和髓内钉,且均设计了结构螺钉以提升内侧支撑作用。但二者的适应证选择仍存在争议,且治疗效果差别不大。现对两种内固定系统的优缺点进行分析。

(一)钢板螺钉系统

肱骨近端钢板螺钉系统种类较多,包括T型接骨板、三叶草接骨板、管型接骨板及锁定接骨板等。由于肩关节活动范围大,对内固定物牢固性要求较高,传统非锁定接骨板近端设计的可置入螺钉数量少,内侧支撑仅依靠松质骨螺钉,不能满足坚强固定的需求,因而近10余年来临床上已很少使用。随着锁定接骨板的问世和发展,肱骨近端骨折内固定的治疗较前有了质的飞跃,基本上取代了上述的传统钢板,而锁定钢板固定也被誉为

“金标准”。以肱骨近端锁定接骨板(proximal humeral internal locking system,PHILOS)为代表的锁定接骨板希望通过多角度螺钉设计,增加螺钉对肱骨头骨质的把持力,同时近端下方2枚支撑螺钉的设计旨在提升内侧支撑的稳定性。然而许多研究都报道了这种内固定方式仍存在较高的并发症发生率,其中以内翻移位伴螺钉切出最为常见。而高龄、骨质疏松、内侧皮质支撑不良等,都是肱骨近端骨折内固定失效的主要危险因素。其他并发症如肩峰撞击、骨折不愈合、肱骨头坏死等亦不少见。

(二)髓内固定系统

肱骨近端髓内钉在过去40年中得到了飞速地发展,可通过微创方式植入,实现对肱骨近端骨折的有效固定。早期设计的髓内钉对抗旋能力较差,仅被用于简单的外科颈骨折。但随着内固定器械的改进,新型肱骨交锁髓内钉应用于临床,使复杂骨折固定变为可能。其适应证主要为干骺端粉碎或累及骨干的三、四部分骨折,且大、小结节移位较小。新型髓内钉的角稳定设计加固了肱骨头内稳定性,同时均在近端下方设计有结构螺钉从外下向内上方置入以固定股骨距来增强内侧支撑。尽管有研究认为髓内钉与锁定接骨板治疗肱骨近端的疗效相当,复位丢失和螺钉切出的风险也小于锁定接骨板,但与锁定接骨板甚至股骨近端髓内钉相比,其结构螺钉在主钉内缺乏锁定机制,仍有支撑失效、螺钉穿透或退出的风险。同时其他并发症如肱骨头坏死、医源性肩袖损伤、神经血管损伤等,亦会影响最终的功能结局。

三、支撑牵张效应

股骨转子间骨折后,即使复位良好,术后也会发生头颈螺钉穿透股骨头或进入腹盆腔的现象。针对这一现象,笔者进行了深入分析,提出了支撑牵张效应:在牵张支撑形成的杠杆结构中,压力臂受到的是压应力,力臂有向下移动的趋势,如果是内固定会产生退钉及头部切出现象。张力臂受到的是牵张应力,力臂有沿牵张受力方向移动的趋势,如果是内固定则有向牵张方向移动的现象。笔者定义这种必然发生此类结果的现象为支撑牵张效应。而肱骨近端骨折内固定后,亦存在这种效应,包括髓内固定及髓外固定。以PHILOS接骨板为例。骨折后被动活动时,远端动力臂长,近端阻力臂短,为省力杠杆:(1)当肩关节外展时,肱骨头内侧端2枚螺钉受到支撑应力存在对肱骨头的挤压趋势,远端2枚结构支撑钉则对骨质产生牵张应力(图1),原来产品设计的支撑钉转变为张力作用;(2)当肩关节内收时,肱骨头内近端2枚螺钉对骨质产生牵张应力,远端2枚结构螺钉受到支撑应力产生挤压作用(图2)。

四、“悬臂 - 杠杆重建 - 不稳定”理论的提出

悬臂结构是指梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座,另一端为自由端。通过对肱骨近端解剖及生物力学的分析,笔者认为,肱骨近端的正常解剖结构是悬臂梁结构(图3)。当骨折发生时,悬臂梁结构受到破坏。笔者基于上述认识,对肱骨近端骨折进行分析总结,提出了“悬臂 杠杆重建 - 不稳定”理论。此理论的主要观点:(1)肱骨近端的正常解剖结构是悬臂梁结构。肱骨近端内侧为固定支座,远端为自由端,肩袖附着于大小结节并起悬吊作用。当远端受到外力时,形成杠杆结构,发生肱骨外科颈或解剖颈骨折;同时由于悬臂梁的悬吊作用,发生大小结节撕脱骨折。一旦发生骨折,正常解剖结构破坏,悬臂梁结构随即消失。(2)肱骨近端骨折内固定术后形成了新的杠杆结构,其支点取决于骨折线位置及选用的内固定。肱骨远端为杠杆的动力臂,因此,肱骨近端骨折固定后重建的杠杆动力臂长,近端阻力臂短,为省力杠杆,因而任何内固定都无法达到稳定的固定效果,包括髓内固定及髓外固定。(3)悬臂梁中的大、小结节及其附着结构是肩外展、旋前、旋后等主动活动的解剖构成,骨折后很难完成大、小结节固定后的主动功能锻炼;同时术后所有固定方式在做外展、内收等被动活动动作时,均可通过杠杆作用,在局部形成持续的支撑牵张效应。同一部位螺钉所受应力可能随着肩关节体位的变化而改变,在支撑或牵张作用之间相互转化,使结构螺钉不能持续发挥其应有的内侧支撑作用;同时金属内固定物与骨质反复接触,对肱骨头持续挤压破坏,进而发生肱骨头坏死、吸收及骨折不愈合等现象。


注:绿色箭头表示近端和远端螺钉的受力方向,近端2枚螺钉产生支撑应力,远端2枚螺钉产生牵张应力

图1 肩关节外展位肱骨头内螺钉受力示意图


注:绿色箭头表示近端和远端螺钉的受力方向,近端2枚螺钉产生牵张应力,远端2枚螺钉产生支撑应力

图2 肩关节内收位肱骨头内螺钉受力示意图


图3 悬臂梁结构(图A)及肱骨近端结构示意图(图B)

五、“悬臂 - 杠杆重建 - 不稳定”理论的临床指导意义

通过“悬臂 - 杠杆重建 - 不稳定”理论,认识到现有的内固定系统并不能实现完全稳定,也可以解释为什么80%的肱骨近端骨折可以采取保守治疗。手术固定的目的主要是复位移位较大的肱骨近端骨折,包括大小结节等部位,并对复位后的骨折起临时固定的作用。因为内固定作用有限,不能提供预想中的稳定效果。

为了避免术后关节僵硬,目前主流观点支持早期活动,多建议术后3d即开始被动活动患侧肩关节。但骨折后形成了省力杠杆,被动活动时支点部位的内固定物易发生疲劳断裂;而内收外展时的支撑牵张效应,使螺钉发生角色转变,对肱骨头产生持续的切割破坏,出现骨折不稳定不愈合,肱骨头挤压坏死,内固定失效等并发症。因此术后早期应尽量避免主动及被动活动,避免并发症的发生。该理论将改变肱骨近端骨折保守及手术治疗后康复理念,如何进行合理的康复,有待于进一步科学系统的规划。

一直以来,关于肱骨近端钢板及髓内钉的选择都是争议焦点。根据“悬臂 - 杠杆重建 - 不稳定” 理论,杠杆重建的支点为内植物与骨折线的交点,重建的支点在肩关节内收、外展、前屈、后伸时变换存在,均形成远端力臂长、近端力臂短的省力杠杆,固定效果相当,都不能达到稳定的固定,此理论也解释了两种固定方式临床效果差别不大的根本原因。

对于复杂的肱骨近端骨折,如无法实现良好的固定及复位,可选择关节置换治疗,包括半肩置换及反肩置换等。如三部分、四部分及解剖颈骨折,除了考虑血运因素外,也需考虑能否实现绝对稳定。近年来骨折患者反肩置换的比例有大幅上升的趋势,具有较低的翻修率及更好的功能结局。而半肩置换的使用率则越来越低,常见的并发症包括结节移位或吸收、肩关节不稳、关节盂磨损、肩袖 失效等。通过“悬臂 - 杠杆重建 - 不稳定”理论, 可以很好地解释这一现象:半肩置换单纯依靠大小 结节复位,无法达到牢固稳定,也不能有效发挥大 小结节的悬臂梁作用;而反肩置换则重新构建了肱 骨近端的悬臂梁结构,并使旋转中心外移。这也是 为什么高龄肱骨近端骨折关节置换优选反肩的理论原因。

六、总结与展望

“悬臂 - 杠杆重建 - 不稳定”理论的提出,将会彻底改变对于肱骨近端骨折的传统认识。过去对肱骨近端骨折的治疗,主要集中在如何良好的复位并维持内侧支撑结构的稳定这两方面,而内固定物的设计也是围绕这两个方面展开。随着对肱骨近端骨折生物学特点的深入理解,结合现有的并发症案例,笔者发现,在“支撑 - 牵张效应” 作用下,同一部位螺钉所受应力可能随着肩关节体位的变化而改变,在支撑或牵张作用之间相互转化,因而现有的内固定治疗并不能发挥其应有的稳定作用,且术后过于积极的康复措施进一步加剧了这种效应。“悬臂 - 杠杆重建 - 不稳定”理论的提出,不仅能够解释为什么以往大多数肱骨近端骨折可以采用保守治疗,而内固定常伴随并发症的出现,同时也提示了肱骨近端骨折治疗的新理念。随着研究的深入,该理念必将为肱骨近端骨折乃至肩部骨折的治疗带来更多新方法和新思路。

通过对肱骨近端生理状态及骨折状态下的力学结构特点,认识到:人体很多部位的骨骼生理和骨折状态都有类似的变化,包括锁骨、胫骨、跖骨等,及骨折后的重建,都是重建新的杠杆系统,其重建后的稳定性与骨折线的位置及选择的内固定皆有因果关系;内固定种类的选择、内固定长度的选择、并发症的出现、术后康复方案都与杠杆平衡重建有关。如同前期笔者团队利用此理论解释了股骨近端骨折的很多临床问题,并在这一理论指导下研发了新的固定材料股骨近端仿生髓内钉,获得了较好的临床效果,从根本上解决了以往并发症产生的因素。从理论角度来说,杠杆平衡重建理论可以解释如上很多骨折以往治疗效果不良的原因,并指导未来骨折治疗的原则、内植物的选择及新的内植物研发、康复方案,并有效减少临床并发症。相关部位骨折个性化的研究有待于今后进一步探讨。

参考文献:略

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