股骨转子间骨折内固定器械研究进展.pdf

doi:10.3969/j.issn.1672-5972.2023.05.014文章编号:swgk2022-08-00183生 物 骨 科 材 料 与 临 床 研 究 ORTHOPAEDIC BIOMECHANICS MATERIALS AND CLINICAL STUDY2023 年 10 月第 20 卷 第 5 期股骨转子间骨折内固定器械研究进展*冯俊超1 高明暄2 辛晓明1 张帆1 骆文远2*摘要 股骨转子间骨折是常见的骨折，亦是当今创伤骨科的研究热点。随着对股骨转子间骨折认识的深入及手术固定材料技术的发展，目前手术内固定治疗已成为首选治疗方式，现行的手术内固定治疗方式主要有髓外固定和髓内固定两种，二者各有优势，但也存在不足。髓内固定因微创和生物力学的优势逐渐成为主流内固定治疗方式。本文就股骨转子间骨折内固定器械的设计、优缺点、临床应用及其发展等方面进行综述，以期为临床内固定选择提供参考。关键词 股骨转子间骨折；髓外固定；髓内固定；内固定器械中图分类号 R683.42 文献标识码 AResearch progress on internal fixation devices for intertrochanteric fracture of the femurFeng Junchao1,Gao Mingxuan2,Xin Xiaoming1,Zhang Fan1,Luo Wenyuan2.1 The First Clinical Medical College of Gansu University of Chinese Medicine(Gansu Provincial Hospital),Lanzhou Gansu,730000;2 Cadre Ward of Orthopedic Department,Gansu Provincial Hospital,Lanzhou Gansu,730000,ChinaAbstract A common fracture and a current hot topic in traumatic orthopedics research is the intertrochanteric fracture of the femur.Increased understanding of femoral intertrochanteric fractures and advances in surgical fixation material technology have made surgical internal fixation the treatment of choice.Extramedullary fixation and intramedullary fixation are the two main surgical internal fixation techniques used today.Each technique has its advantages and disadvantages.Due to the advantages of being biomechanical and least invasive,intramedullary fixation has gradually replaced other internal fixation treatments as the mainstream of care.To serve as a guide for clinical selection of internal fixation,this review analyzes the design,advantages and disadvantages,clinical applications,and evolution of internal fixation devices for intertrochanteric fractures of the femur.Key words Intertrochanteric fracture of the femur;Extramedullary fixation;Intramedullary fixation;Internal fixation股骨转子间骨折（intertrochanteric fracture of the femur,IFF）又称股骨粗隆间骨折，指发生于股骨颈基底部至小转子水平以上部位的骨折，其发病率占全部骨折的3%4%，并有逐年上升的趋势1。股骨转子间骨折分型众多，大致可分三类：基于解剖分型（Evans分型、Boyd Griffin分型、Ramadier分型、Dxcoulx Lavarde分型等）；基于预后分型（AO分型、Ender分型、Tronzo分型、Jensen分型、Deburge分型、Kyle分型、Briot分型等）；基于CT分型（Nakano分型、Shoda分型、Kijima分型、六部分骨折、张世民新综合分类等）。目前临床上常用的分型仍以Evans分型、AO分型为主2。手术内固定已成为治疗股骨转子骨折的主要方式，包括髓外、髓内两大类，二者分别有多种内固定装置可供选择。本文就股骨转子间骨折内固定器械的发展综述如下。1 髓外固定系统髓外固定系统即是在断骨外将断骨连接固定的内固定物。早在20世纪40年代就有学者报道了利用该类内固定系统治疗股骨转子间骨折，是股骨转子间骨折手术内固定的“传统方式”，具有直视下复位、固定骨折的优势。但因其创伤较髓内固定大，临床应用往往受到一定限制。目前，髓外固定系统主要有动力髋螺钉（dynamic hip screw,DHS）、经皮加压钢板（percutaneous compression plating,PCCP）、股骨近端锁定加压钢板（proximal femoral locking compression plate,PFLCP）、股骨近端解剖锁定钢板（locking proximal femoral plate,LPFP）、倒置微创内固定系统钢板（less invasive stabilization system,LISS）等（见图1）。1.1 动力髋螺钉（DHS）1951年波兰学者Ernst Pohl3设计了一种治疗股骨颈骨折的内固定装置，美国学者Calwson4于1964年首先将其应用于股骨转子间骨折并得到了广泛关注，随后该内固定综述与讲座*基金项目：甘肃省自然科学基金资助项目（20JR10RA365）作者单位：1 甘肃中医药大学第一临床医学院（甘肃省人民医院），甘肃 兰州，730000；2 甘肃省人民医院骨科干部病区，甘肃 兰州，730000.692023 年 10 月第 20 卷 第 5 期生 物 骨 科 材 料 与 临 床 研 究 ORTHOPAEDIC BIOMECHANICS MATERIALS AND CLINICAL STUDY装置被国际内固定协会（AO/ASIF）改进，并称之为动力髋螺钉（DHS）。DHS于20世纪70年代在全球广泛应用，曾被认为是治疗股骨转子间骨折的“金标准”5，其主要由套筒钢板、皮质钉及可滑动的拉力钉构成，钢板有不同规格的颈干角，滑动拉力螺钉远端滑动槽使其能够在套筒上滑动。该结构的设计既可以使患者在负重时局部产生动力加压作用，保持骨折部位嵌紧，促进骨折愈合，也可以避免穿透股骨头。由于其固定可靠，对颈干角有较好的保持作用，术后早期即可适当负重，因此DHS治疗稳定型股骨转子间骨折取得了满意的疗效。但随着研究的深入，DHS偏心固定、不能有效传导应力、头钉抗旋转能力差等设计缺陷逐步凸显，尤其应用于不稳定的转子间骨折后有高达10%20%的固定失败率，如断板、断钉、头钉切出、头钉退出、髋内翻、股骨头旋转、骨折不愈合等6。王武等7利用DHS治疗68例老年股骨转子间骨折，其中出现感染3例，下肢静脉血栓2例，髋内翻4例，螺钉切割2例（总体并发症约为16.2%），认为DHS对不稳定骨折、转子下骨折、逆转子骨折等失败率及并发症较高，其更适用于简单、骨质较好而稳定的股骨转子间骨折（31A1型和31A2.1型）。1.2 经皮加压钢板（PCCP）20世纪90年代，Gorfried以动力髋螺钉设计为基础，结合微创治疗的理念，设计出了用于治疗股骨转子间骨折的经皮加压钢板（又称为Gorfried钢板）8。由侧钢板、头颈钉及皮质钉构成，头颈钉为双螺钉系统（2个较细小的头钉），既可以避免过多的骨质丢失，明显降低了术中外侧壁医源性损伤，又能在保证在滑动加压的同时提供近端骨块旋转稳定性；侧方钢板可以分散远端的应力，一定程度上降低了因应力集中导致骨折的可能9。其经皮植入的设计理念实现了髓外固定系统的微创治疗，其无需扩髓、不用预弯、组织剥离较少，保留了骨折端的血供，对于保护骨折血供、促进骨折愈合具有重要意义。与PFNA相比，PCCP骨折断端加压作用更强，头颈螺钉倒钉、退钉、股骨骨折等并发症发生率低10。但由于其双头钉固定间距，对复位情况、术中定位及内固定位置等提出了更高的要求，这或许是早期使用 PCCP 时有一定并发症出现的原因11。同时由于PCCP的偏心固定，仍存在力学支撑不足、局部（尤其是近端下方螺钉中段）应力过于集中、颈干角丢失、肢体短缩畸形的不足12。目前观点认为，PCCP多适用于稳定型股骨转子间骨折患者的治疗10-12。1.3 股骨近端锁定钢板（LPFP）/股骨近端解剖锁定加压钢板系统（PFLCP）1997年Miclau等13以动力加压钢板为基础，结合了微创稳定系统和AO点接触钢板的临床优势研发出股骨近端锁定钢板（LPFP），后逐渐被骨科医师所接受。LPFP与股骨近端解剖匹配，成角稳定的钉板锁定界面，形成一种类似内固定架作用12。LPFP钢板锁定孔的设计（3枚锁定螺钉可从不同角度呈“品”字形向股骨颈植入），使钢板、螺钉、骨折块形成一个力学传导整体，具有良好的成角稳定性和抗拔出性，既有纠正旋转力的作用，又能满足承重的要求。同时LPFP手术操作简单，骨折可直视下解剖复位，修复损伤的外侧壁，板钉锁定结构可防止股骨头颈骨块短缩，尤其应用于骨质疏松骨折具有一定优势。但也有学者指出，使用LPFP时，下肢承受的应力过于集中，易导致LPFP断裂，因而往往需要保证股骨转子间后内侧支撑结构的完整性14。2007年，在LPFP的基础上，股骨近端解剖锁定加压钢板系统（PFLCP）被引入股骨近端骨折的治疗15。PFLCP增加了锁定孔和动力加压孔，使其不仅保持LPFP的优势，并可作为桥接钢板对骨折端进行加压。该内固定系统也能经皮微创植入，能够保持固定强度的同时，又有创伤小、恢复快的特点。PFLCP尤其应用于骨质疏松骨折和累及转子下的转子间骨折具有独特的优势16。Fan等17应用PFLCP治疗合并股骨近端畸形的转子间骨折患者，结果显示，针对于股骨近端畸形患者的转子间骨折，该类钢板往往是一种简单有效的治疗方式。然而PFLCP在治疗粉碎性转子间骨折时仍存在应力集中、断钉断板、内翻成角等问题，Viberg等18对使用PFLCP治疗股骨转子间骨折的A AB BC CD D图1 髓外固定系统：A.动力髋螺钉；B.经皮加压钢板；C.股骨近端锁定钢板；D.倒置微创内固定.702023 年 10 月第 20 卷 第 5 期生 物 骨 科 材 料 与 临 床 研 究 ORTHOPAEDIC BIOMECHANICS MATERIALS AND CLINICAL STUDY文献进行回顾，其中5项研究并发症发生率为25%53%，而仅有1项研究发生率为6%，最大的1项研究也报告了约2%的再手术率。目前认为PFLCP适用于身体条件差、粉碎性骨折的老年患者及反转子骨折的患者19。1.4 倒置微创内固定系统（LISS）股骨微创内固定钢板原是专为股骨髁骨折而设计，具有微创植入及稳定性好等特点。1997年首次报道LISS用于股骨远端骨折治疗，而使用LISS治疗股骨转子间骨折的文献最早可追溯到2006年20。倒置的LISS与股骨近端骨性结构相近，多枚螺钉可充当“头颈钉”，增加成角稳定性，对严重粉碎性股骨转子间骨折及转子下骨折具有一定的优势20。但微创植入LISS对复位、钢板位置提出了较高的要求，其由多枚锁定螺钉代替头颈钉，导致应力集中，对股骨头血运破坏程度、头颈把持力的可靠程度仍需商榷。谭磊等21对65例利用倒置LISS治疗股骨转子间骨折病例进行随访，内固定相关并发症发生率达15.4%，其中断钉断板7例，螺钉松动1例，畸形愈合1例，不愈合1例。倒置LISS不宜作为常规方法，对于A2.2型以上的复杂骨折、转子下骨折、假体周围骨折、髓腔畸形及多发伤需控制创伤者也是一种次优选择19-21。2 髓内固定系统髓内固定具有微创、软组织干扰小、愈合率高等优势，同时具有固定力臂短，抗内翻应力强等生物力学优势，头髓钉设计的髓内固定几乎适用于AO/OTA分型中所有类型股骨转子间骨折的治疗，较髓外固定其随访疗效取得了划时代性的提高。因此，近二十年来，髓内固定系统已渐渐变成治疗股骨转子间骨折的主流。其代表有Gamma钉、股骨近端髓内钉（proximal femoral nail,PFN）/股骨近端 防 旋 髓 内 钉 系 统（proximal femoral nail antirotation,PFNA）、联合加压交锁髓内钉（TriGen InterTan hip fracture nailing system,InterTan）、粗隆间加强型髓内钉（trochanteric fixation nail advanced,TFNA）等（见图2）。2.1 Gamma钉1988年，Halder22在总结Zickel钉植入困难及易导致基底部骨折等缺陷的基础上设计了Gamma钉。Gamma钉被认为是现代髓内钉的指导产品，由髓内主钉、头颈钉及锁定钉构成，其形状和远端锁定钉为现代髓内钉的设计提供了参考，闭合复位理念对股骨转子间骨折的微创治疗具有指导意义。由于第一代Gamma钉主钉断面直径较厚、末端结构过渡不良、近端外翻角度过大、负荷传导三点式的特点，引起骨折远端应力集中导致疼痛，并有高达12%固定物周围骨折发生率23。针对以上情况，后续出现的第二代、第三代 Gamma 钉逐渐减小了主钉直径及外翻角度，2006 年 Stryker 公司改良后的第 3 代 Gamma 钉（the third generation of Gamma nail,TGN）更加符合人体的生物力学特点。TGN具有不对称拉力钉沟槽、远端自锁钉，并调整了外偏角度及主钉近端直径，使其拥有更好的抗旋转和短缩、防切出、减小骨应力等优势。2010年Lenich等24介绍了由Stryker公司设计用于第三代Gamma钉的“U”型刀片拉力螺钉，但由于当时PFNA的流行，未受到广泛关注。吴石磊等25对Gamma 3U-Blade系统与传统Gamma 3钉治疗老年不稳定型股骨转子间骨折的近期疗效进行对比，结果显示，U-Blade系统更有利于患者的早期功能恢复，能减少内固定相关并发症的发生。目前，Gamma钉的应用尚存争议：丁涛等19认为Gamma钉适用于骨质相对较好、骨折断端及外侧壁粉碎不严重的股骨转子间骨折和反转子骨折患者；而刘圣凯等26认为Gamma钉是治疗不稳定型骨折的理想内固定物。2.2 股骨近端髓内钉（PFN）/股骨近端防旋髓内钉系统（PFNA）针对Gamma钉头钉切出、继发骨折和抗旋阻力差的问题，1999 年 Simmermacher 等27报道了股骨近端髓内钉（PFN）。PFN增大了外偏角，使其更容易插入股骨；头钉双钉的设计与PCCP相似，能够减少对股骨外侧壁的破坏，并有效地增加固定的稳定性。但由于2枚头钉在术后负重过程中的应力不同，可能出现“Z”字效应（头钉1枚退钉，另1枚穿透股骨头）。Sharma等28对23例PFN治疗股骨转子间骨折进行疗效分析，结果显示，使用PFN治疗股A AB BC CD D图2 髓内固定系统：A.Gamma钉；B.股骨近端防旋髓内钉系统；C.联合加压交锁髓内钉系统；D.粗隆间加强型髓内钉.712023 年 10 月第 20 卷 第 5 期生 物 骨 科 材 料 与 临 床 研 究 ORTHOPAEDIC BIOMECHANICS MATERIALS AND CLINICAL STUDY骨转子间骨折的内固定相关并发症高达30.4%（其中“Z”字效应相关3例、螺钉切割1例、退钉2例、断钉1例）。因此，PFN目前已逐渐退出临床应用。2008年AO旗下Synthes公司推出了一种股骨近端防旋髓内钉系统（PFNA），Simmermacher 等29首先报道了PFNA 的临床应用。在 Gamma 钉、PFN 设计的基础上，PFNA头钉改用防旋刀片，头钉与主钉之间通过螺纹锁定装置连接，植入时螺旋刀片可自由旋转（解锁状态）。通过敲击方式植入头钉，压紧头钉周围骨质，减少骨量丢失，并能提供足够的锚合力。魏建仝等30使用LPFP与PFNA治疗老年股骨转子间骨折并对其疗效与生物力学进行比较，结果显示，PFNA较LPFP手术时间短、创伤小、术后并发症少，具有更好的临床疗效等优势。PFNA展现出较传统髓内钉更加良好的生物力学优势，凭借其新颖的细节创新和设计理念，一度风靡全球。国内外多家骨科器材生产商在PFNA设计的基础上进行改进，推出了各自的头髓钉产品，如2015年的PFNA-参数更符合亚洲人股骨近端的解剖特点。股骨转子间骨折PFNA 术后1年愈合率约90%，目前已成为股骨转子间骨折主要的治疗方式，适用于各种股骨转子间骨折31。但也有学者指出，PFNA对闭合要求复位更高，打入刀片时可出现复位丢失、髋内翻、断端分离，头钉单钉设计抗旋转及把持力不如双钉，因此对于严重骨质疏松、不稳定骨折及外侧壁破裂严重患者，PFNA仍存在头钉切出的风险，影响髋关节功能的恢复32。王武等7对90例PFNA治疗转子间骨折患者疗效进行随访，其中出现髋内翻1例、螺钉切割1例、感染2例、下肢静脉血栓2例，总体并发症发生率7.8%，内固定相关并发症发生率约为2.2%。2.3 联合加压交锁髓内钉系统（InterTan）针对PFN的“Z”字效应、远端锁钉困难等问题，InterTan Smith Nephew公司自2005年推出InterTan钉，Ruecker等33于2009年首次对其进行了报道。InterTan被称为“第4代髓内钉”，其主钉近端外侧面加厚、截面呈梯形设计，使主钉与股骨近端更加匹配并能提供足够强度；双子钉的新颖设计使骨折近端更加稳定，减少“Z”字效应的发生率；主钉有4外翻角（PFNA主钉约为6），便于植钉并减少对外展肌的损伤；“音叉样”结构的主钉尾端，避免股骨干部位的应力集中，减少继发性骨折的发生。InterTan具有独特的细节设计、良好的生物力学优势及并发症少的特点，一经推出即受到了广泛的关注，但由于InterTan价格昂贵，目前在国内基层医院的应用仍受到限制。刘小雷等34对PFNA与InterTan治疗股骨转子间骨折的疗效对比，结果显示，InterTan与PFNA均能得到良好的效果，InterTan术后髋关节功能恢复更好、术后并发症更低。虽然InterTan在体外生物力学研究中存在优势，但双头钉的设计容易造成头钉间应力集中，在体内反复应力刺激时可能引起该部分累及的松动，从而导致整个体系的失败，这也是InterTan容易发生头钉切出或退钉的原因之一。Xu等35对InterTan治疗360例合并不同程度骨质疏松的老年转子间骨折疗效分析，结果提示，头钉切出50例（轻8例、中18例、重24例），退钉6例（轻1例、中1例、重4例），再骨折4例（轻1例、中1例、重2例），不愈合4例（轻1例、中1例、重2例）。2.4 粗隆间加强型髓内钉（TFNA）2015 年，Synthes 公司以粗隆间髓内钉（trochanteric fixation nail,TFN）为基础，推出了粗隆间加强髓内钉（TFNA），Lambers 等36首次报道了 TFNA 的临床应用。TFNA通体为钛钼合金，主钉头钉为一个整体、主钉近端纤细、外侧切削、主钉外翻角为5、头钉尾端增加了骨水泥注入孔道等设计特点，使其更易植入，减少了对外侧壁的损伤以及内固定周围骨折发生的可能23。TFNA较PFNA具有更高的结构刚度，骨水泥的应用可以有效增加头钉的把持力，甚至有学者认为TFNA是为了弥补PFNA的缺点而研发的37。van Veelen等38对TFNA进行生物力学研究，结果显示，TFNA似乎是对现有治疗选择尤其是对于骨质疏松患者的一种安全且有价值的补充。然而，TFNA近端孔的侧向浮雕和切削设计特征以及合金加工时显微结构的破坏，可能导致主钉近端钉孔周围断裂36。目前，国内仅胡继坤等39对TFNA的临床应用进行了报道。3 新型内固定器械随着生物力学及工学材料的发展，新型内固定装置不断出现。张睿等40设计了新型股骨近端内侧支撑钢板并进行生物力学分析，结果显示，该钢板在轴向压缩刚度、扭转刚度方面该内固定装置优于 PFLCP 和 PFNA；Jagow等41设计了伸缩拉力螺钉（AOS Galileo拉力螺钉），对103例使用该装置和ES（一种长IM髓内钉）治疗的患者进行随访，其中除1例发生了头钉切出外，其余患者骨折均I期愈合；Zhang等42介绍了有限动力髋螺钉（LDHS）并进行生物力学分析，结果显示，LDHS生物力学效果优于DHS，植入后未发生螺钉切出等并发症，认为其是治疗转子间骨折的良好替代选择；Yapici等43介绍了一种新型股骨近端髓内钉（Talon-PFN），认为Talon-PFN与其他股骨近端髓内钉具有相似的临床疗效，可以作为治疗转子间骨折的合适替代方案。赵阔44介绍了新型仿生可降解镁合金Gamma钉，有限元分析结果指出，生物降解材料刚度虽无传统材料高，但其可以显著降低内固定周围的应力集中，随着该内固定装置的降解，股骨近端的应力分布越来越接近完整.722023 年 10 月第 20 卷 第 5 期生 物 骨 科 材 料 与 临 床 研 究 ORTHOPAEDIC BIOMECHANICS MATERIALS AND CLINICAL STUDY的股骨模型。笔者团队基于股骨转子间骨折的生物力学因素，分析现有内固定装置的优势与不足，参考脊柱经皮椎弓根钉系统，设计了股骨近端前侧经皮微创钉棒内固定系统（中国专利号：ZL202021065238.X），目前该内固定系统正处于生物力学与有限元的研究阶段。随着对股骨转子间骨折认识的深入，对理论体系的探索、完善，由此衍生出了相应的内固定装置。张殿英等45设计了股骨近端仿生力臂重建支撑防旋髓内钉系统（proximal femur bionic nail,PFBN）（中国专利号：ZL201821045324.7）。李祖涛等46对PFBN与PFNA治疗老年转子间骨折疗效比较，结果显示，两者均获得较为满意的临床疗效，PFBN可提供更可靠的早期稳定性，减少患者卧床时间；Nie等47介绍了一种新型股骨内侧支撑钉（MSN-），认为MSN-能够提供更好的生物力学稳定性，并可能是治疗反转子间骨折的可行选择；Ding等48介绍了一种三角支撑固定钢板（TSFP），进行有限元分析结果提示，TSFP在应力分布和稳定性方面比DHS具有明显优势，为股骨转子间骨折的治疗提供了一种有希望的选择。近年来，人工智能、三维（3D）打印等新技术逐渐兴起，3D打印个体化矫形器已在口腔、手足、脊柱方面取得一定进展，而在创伤中仍处于打印骨骼模型、模拟/辅助手术、辅助术后康复的阶段49。3D打印定制个体化内固定治疗股骨转子间骨折是一个值得期待的方向。4 总结与展望综上所述，对股骨转子间骨折内固定治疗，无论髓外固定还是髓内固定都有各自优势与不足。虽然髓内固定适用范围远远超过髓外固定，但如何选择仍无统一的“金标准”。笔者认为，对于大转子外侧皮质完整的稳定型骨折（31A1），选用髓内、髓外均可；对于反转子间等不稳定骨折（31A3），建议选用髓内固定；对于不稳定型骨折（31A2）应综合评估患者的年龄与健康状况、骨折形态类型特征、骨质疏松情况、内固定经济性等因素，从而选择最合适患者的个体化治疗方案；对于髓腔狭窄、畸形及复杂性骨折等情况可选用髓外固定。随着对股骨转子间骨折认识的不断深入、手术方式和治疗理念的发展、生物力学不断深化、工学材料技术的进步、人工智能及3D打印等新技术的应用实践，终将实现降低并发症、提高治疗成功率的目的。参考文献1 Berry SD,Kiel DP,Coln-Emeric C.Hip fractures in older adults in 2019J.JAMA,2019,321(22):2231-2232.2 许晓沛,吕欣.内侧壁破坏老年股骨转子间骨折分型及恢复骨性支撑和骨皮质的连续性J.中国组织工程研究,2021,25(14):2259-2265.3 Pohl E.Verbindungsvorrichtung fr gelenkanahe KnochenbrcheJ.German Patent Nr,1951:718531.4 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