克氏针的发展简史与临床应用

2022-09-08   文章来源:中国骨与关节杂志   作者:林舒婷,王恩波,刘天婧 点击量:163 我要说

从1909年问世到后来形成成熟的技术体系,克氏针经历了多次改良,在骨折内固定中发挥了重要作用。根据不同的功能需要,研究者们设计出来不同类型的克氏针,在治疗手足等较细小骨的骨折中,具有良好的固定效果,同时并发症少,功能恢复较佳。在使用弹性髓内钉治疗儿童不稳定型股骨干骨折中,克氏针还可以辅助复位,使股骨复位效果更佳,减小对骨骺的损伤。但是,它所发挥的功效还受到多种因素的影响,如植入手法、植入部位等。虽然克氏针作用巨大,但也有其不足之处,需要不断改进创新,才可以使其在骨科治疗上发挥更大的作用。

一、克氏针发展史

无菌基础:骨科内固定的记载最早可以追溯到1775年的一篇法文手稿,当时使用了铁丝来固定骨折。此后,人们逐渐开始应用内固定治疗骨折,但因为术后感染严重,效果并不理想。直到JosephLister(1827~1912)提出无菌术,为外科手术的实施奠定基础,保证切开复位内固定治疗骨折的安全性后,内固定才成为治疗骨折的一种实用方法。

起源及发展:克氏针距今已有100多年的历史。1907年瑞士的FritzSteinmann首先使用了一种“短钉”,在骨上钻孔然后将钉敲入骨内,用两个钉固定骨折端的内外侧,这就是斯氏针的前身。在此基础上,MartinKirschner于1909年发明了最初的克氏针。它是一种较细而光滑的“钉”,不需要钻孔,直接穿过骨骼内外侧用于牵引,减少了因预先钻孔引起的感染,而且固定牢靠。但是,克氏针仍然存在一定的感染和滑动。1927年,MartinKirschner对此做了改良,让它一端能连接电钻或类似的植入器,直接经皮肤穿入组织和骨骼以稳定骨折,使克氏针和骨骼接触更为紧密,进一步降低了感染和滑动的风险。此次改良极大地推动了克氏针的发展。此后10年里,克氏针的用途逐渐扩大,如用来固定踝关节、肘关节和较小骨折的复位。而近些年来,随着材料科学和对于疾病认识的不断更新,克氏针也在进步和创新,如今已是骨科手术常用的内植物和辅助工具,被普遍应用于各种骨折的固定。

最初的克氏针直径0.7~1.5mm不等,现在常用的克氏针直径0.5~3.0mm,长度一般5~20cm。克氏针可以单独使用,也可以联合其它固定装置使用,如外固定架。使用克氏针内固定后可以弯曲克氏针并剪去过长的尾端,方便骨折愈合后拔出。

二、克氏针性能和材质

物理及化学性能:克氏针表面光滑,刚性和韧性较好。外观通常分为三部分,头部为有螺纹(自攻螺纹、自攻自钻螺纹)和无螺纹各种刃状。体部通常为圆柱体,也有三棱柱体。尾部是钝三角、半圆形、四方形,可分为有孔和无孔。有螺纹的克氏针又可以根据其作用部位,分为皮质骨型和松质骨型。不同型号的克氏针适用于不同的部位,提供强度合适的张力。例如手部骨折一般选取较短、直径较小的克氏针,而如果用于儿童长骨骨折如肱骨的内固定,则选取较长、直径较大的克氏针,其固定力度较强。

克氏针可以通过电钻或者手锤植入骨骼,待愈合后,不需要切开皮肤就可以取出。但电钻的高速转动使克氏针与骨骼摩擦产生热量,可能导致骨坏死。为此有学者通过模拟克氏针钻削骨的过程,建立骨钻削温度及削力的预测模型,推断出针尖表面设计分屑槽等微结构可以有效降低钻削温度,提高治愈率。也有学者在牛骨上证实了具有分屑槽的克氏针可以有效地降低骨钻削过程中的温度、推力和扭矩,减少了在骨钻孔过程中的堵塞和热量的产生。

生物相容性:克氏针作为内固定材料,必须具有良好的生物相容性,而材料的刚性和韧性以及与骨骼相互作用力等方面也同样重要。起初,克氏针选取的都是常见的金属材料,如铁、铜等。研究者通过动物实验,将金属植入动物体内,发现金属普遍具有细胞毒性、化学活性和腐蚀性,会在动物体内发生反应,故建议从中选择反应活性低、对人体安全的材料。因此经过反复试验,最终确定了生物相容性和实用性较高的两种材料:不锈钢和钛合金。

近几十年随着化工技术的发展,出现了许多新型材料。Navarro等将常见的生物材料分为四种:金属、合金、陶瓷和聚合物。其中不锈钢和钛合金在内固定选材上具有突出的优势。钛合金在生物相容性、力学性能、耐蚀性、耐磨性和骨结合性能等方面综合表现较为突出。而不锈钢则具有良好的机械性能,耐腐蚀,成本相对较低,实用性强,易于加工。Kang等在研究用于正畸的骨植入物时,发现与使用机械加工相比,使用激光处理后的医用不锈钢和钛合金微型螺钉虽然骨结合率和抗折强度没有明显升高,但表面粗糙,稳定性、耐腐蚀性、硬度和纯度都更为出色。而不锈钢因其成本更低,实用性更强,可作为钛合金的替代品。

总之,不锈钢和钛合金各具特点,在动物实验中,这两者混合使用不会影响骨折的正常愈合,对组织刺激小,无明显周围组织炎症反应,但在实际临床使用中是否存在互相干扰尚无明确定论。除了这两种常见的材质外,目前较热门的还有镁合金,与钛合金相比,在增强骨质反应和接触面强度方面更具优势,同时不引起炎症反应。

三、克氏针的临床应用

克氏针临床应用广泛,可单独应用也可与其它技术联合应用。且克氏针的规格可根据应用部位的不同做出相应的调整,以满足临床治疗的需要。

克氏针最基本也是最重要的作用就是进行骨折复位后内固定。当单独使用克氏针时,以儿童肱骨髁上骨折为例,根据患儿年龄及形态,选择合适规格的克氏针,多为1.5~2.0mm克氏针。而在治疗较简单的手部骨折时,克氏针可作为髓内固定,其规格更为细小,对周围软组织基本不产生损伤,远期效果佳。克氏针在治疗足部骨折也有着一定的优势。一项回顾性研究显示,使用多根全螺纹直径1.6mm克氏针治疗跟骨关节内骨折,除1.8%的患者出现针道感染、3.1%的克氏针断裂外,患者总体并发症发生率较低,预后良好。除了起到骨折复位后固定作用外,在治疗足部畸形效果也颇为显著,Kramer等评估了876例应用克氏针固定治疗槌状趾的矫正效果,结果显示治愈率高,临床应用价值颇高。

临床上,克氏针也经常与其它技术联合使用。对于复杂的手部骨折,可在骨折复位后使用直径稍小的克氏针进行固定,联合微型外固定架,使关节内骨折块复位良好,后期配合功能锻炼,基本可全面恢复。其它部位如胸锁关节脱位时,可使用张力带联合克氏针进行复位和固定,效果明显,预后佳,随访的病例均获得良好恢复。除此之外,张力带钢丝联合带螺纹克氏针可在关节镜下治疗胫骨髁间嵴骨折,使用带有螺纹的克氏针固定更为牢靠,有效防止骨块旋转及钢丝脱套。

克氏针在联合其它工具时还发挥着巧妙而独特的作用。临床上克氏针还用于牵引,常见有跟骨牵引、股骨髁上牵引。而在治疗儿童下颌骨髁突骨折时,可使用橡胶条牵引着带螺纹的克氏针缓慢使骨折复位,避免了切开复位。在下肢的截骨手术中,如胫骨高位开放楔形截骨术(openingwedgehightibialosteotomy,OWHTO)中,克氏针可起到保护作用,限制截骨深度,并有助于在截骨术的切开过程中保护外侧铰链。Dessyn等通过体外研究发现,与不使用克氏针的对照组相比,使用克氏针的OWHTO在开放时的最大断裂载荷和最大允许位移分别高出880%和260%,证实了在OWHTO中使用克氏针具有稳定和保护铰链的作用。除此之外,克氏针还具有导向作用,可以辅助空心螺钉固定。在矫正足趾短骨畸形的过程中,克氏针配合外固定延长架使用可起到引导作用,保持跖骨正常的延长方向。

克氏针还可以作为一种撬拨工具,辅助复位。在小儿桡骨颈骨折复位时,可使用克氏针进行撬拨,确认桡骨复位后,再以2~3枚克氏针进行内固定。这种复位方式对患儿的损伤小,预后佳。克氏针还可以辅助钻除多余骨痂,安全地去除难以取出的钢板等内固定装置。

总之,克氏针在骨科中起到的作用十分巨大,实践证明能起到如固定、导向,牵引和撬拨等作用。

四、克氏针的植入

骨科医师需根据患者的具体情况,决定使用克氏针的规格和数量以及是否联合其它内固定,还需确定植入方向、植入部位和植入方法。使用多枚克氏针时,还应注意克氏针分布构型。

植入方向:植入方向分为顺行和逆行,顺行即以骨折近端为植入点,连接远端,而逆行是从远端穿向近端。为了减少医源性损伤,选择合适的植入方向是很重要的。Akinleye等评估了4种常见的经皮穿刺术,用直径1.6mm的克氏针分别顺行、逆行、交叉固定和横向固定治疗第5掌骨颈骨折,结果显示4种方法都不能完全避免损伤周围肌腱和神经,但每种方法损伤情况都不一样,应根据患者具体情况进行选择。

分布构型:在确定了植入方向后,需要确定植入部位。使用多枚克氏针固定时,合适的分布构型能使固定效果更佳。刘祥飞等应用计算机模拟儿童横形肱骨髁上骨折使用克氏针固定的稳定性时,发现交叉针固定时出针点在骨干和干骺端交界区上缘最稳定。单纯外侧针固定时扇形分布最稳定,且低位针经过肱骨小头骨化中心更稳定。

植入方法:植入方法的选取同样重要。传统的电钻钻入会引起一些并发症,包括感染、克氏针松动、移位、骨坏死等,少数情况下会损伤重要的血管和神经。

Franssen等通过动物实验发现,如要减少克氏针钻入时对骨细胞的损伤,就需要缩短钻入的时间(<27s)。在其另一项研究中发现锤入法植入时间更短,与骨面摩擦产热更少。总体来说,实验证明锤入的初始固定效果明显好于钻孔技术,具有产热少,减少骨坏死的优点,但存在骨碎片增加的弊端。临床上,骨科医师通常会根据自身经验和患者病情,结合钻入和锤入两种方法,以获得满意的固定效果。

五、克氏针的拔除及并发症护理

在术中,由于克氏针是经皮植入,很难一次就准确放置,通常需要拔出调整后再植入。有学者模拟多次同点植入,发现重定向后拔出力明显降低,但是拔出力并不随着重定向的次数增加而继续降低,因此最好避免将克氏针通过同一针孔。同时反复进针有造成克氏针松动、创口面积增大、血管神经损伤等。

一般来说,术后通过影像学上判断骨折愈合,即可拔除克氏针。以儿童骨折为例,其愈合时间大概是4~6周,因此术后4~6周时可复查X线片,若愈合良好,则使用克氏钳夹取留置的弯曲针尾,拔出克氏针。这一过程痛感通常不强烈,但小儿易哭闹,须谨慎操作。

一般而言,克氏针作为一种有创治疗,不可避免存在一定的并发症。当使用克氏针治疗手部骨折和儿童上肢骨折时,常见的并发症有针道感染、克氏针松动和移位、神经损伤等,其中最为严重的是骨髓炎。为了减少并发症的发生,促进骨折良好愈合,需要在术前做好植入设计,术中准确植入克氏针,术后细心护理,愈合后积极进行功能锻炼,恢复正常的活动。

综上所述,克氏针之所以能成为当今骨科常用的内固定材料,是离不开相关材料科学和骨科手术的发展和创新,且是在历经无数探索、改良、应用的循环后,才逐渐成熟进而广泛应用的,其突出的固定效果及操作简便性皆是当下临床所需的。当然,克氏针存在一定的局限性和不足之处,而目前关于克氏针的研究热点也有许多,但是否能进一步提升其性能,如增强材料的韧性和刚度,在保证固定强度的前提下,减小体积以减少产热,或是选择一些生物相容性更高的内固定材料,减轻骨破坏等。这些都是需要多学科的联合探索和改革,才有望实现。在未来,随着对疾病的深入了解和新材料的发明应用,以及生物医学工程的革新,克氏针会继续发展创新,在骨科发挥不可替代的作用。

参考文献:略

分享到:
已有 0 条评论
登录|注册后发表评论!