可降低锁定钢板结构刚度的远侧锁定螺钉应用研究

唐佩福，篮 霞

解放军总医院骨科，北京 100853

随着社会工业化程度的进展及交通运输业的发达，骨折发生率逐年上升，对于骨折进行钢板螺钉内固定手术治疗是目前创伤外科最常见的一种治疗方式。众所周知，骨折固定内植物的刚度是影响骨块之间相对活动的主要因素[1，2]。如果钢板螺钉桥接固定装置的刚度过大，则骨折间隙的低应变环境就不能对骨痂形成产生适度的力学刺激，此时就可能发生骨折不愈合或延迟愈合。为了减少锁定钢板的刚度，促进骨断端的骨痂形成，研究者在传统锁钉螺钉的基础上进行了很多探索[3-5]。本文介绍一种可降低锁定钢板结构刚度的新型螺钉即远侧皮质锁定螺钉(FCL，far cortical locking screw)，其满足了维持锁定钢板结构的强度，减少刚度，并使骨折间隙平行移动，从而促进骨折的二期愈合。现将其临床应用研究综述如下。

1 普通锁定钢板刚度过大抑制骨痂生成

简单骨折可以通过传统的加压钢板对骨折块进行预加压，从而获得绝对稳定，使其断端在生理负荷下不产生活动，应变完全消失，最终达到一期愈合(直接愈合)。而粉碎骨折不需要断端加压，只要获得相对稳定，允许骨块之间相对活动，从而产生适度的应变，就可通过骨痂形成的方式获得二期愈合(间接愈合)。锁定钢板是内固定的一大发展，与传统的加压钢板相比较，具有独特的优势：可增强骨质疏松骨折的固定效果，术中无需剥离骨膜或显露更多的软组织，能有效保护骨折端的血运。因此，自20世纪90年代问世以来，这项技术很快就得到了骨科医生的认可，并被广泛应用于粉碎性骨折的桥接固定。

骨折固定内植物的刚度是影响骨块之间相对活动的主要因素。如果桥接固定装置的刚度过大，那么，骨折间隙的低应变环境就不能对骨痂形成产生适度的力学刺激，此时就可发生骨折不愈合或延迟愈合。锁定钢板和螺钉相互锁定形成的整体相当于内固定支架，固定强度明显增加，虽然可有效避免骨折复位再移位或复位丢失，但其刚度是外固定支架刚度的好几倍，足以使骨折断端获得绝对稳定，形成一期愈合[6]。那么，锁定钢板过大的刚度，用于粉碎骨折的桥接固定，是否会过度限制骨块之间的活动，以致不利于骨折的二期愈合尚有争议。

Fitzpatrick等[7]对锁定钢板(LP)和传统的非锁定钢板(CP)进行了生物力学比较研究。首先采用第三代合成股骨制成断端间隔为1 cm的骨干骨折模型，锁定钢板组采用4.5 mm的钛板和双皮质螺钉桥接固定，两组骨折近端均采用3枚螺钉(均位于钢板的第一、三、五孔)固定。通过观察在轴向负荷的作用下骨折断端之间的位移以测量钢板的结构刚度。结果显示，LP和传统钢板的轴向刚度分别为(3.3±0.1)kN/mm和(3.4±0.2)kN/mm，两组比较，差异无统计学意义(P=0.35)。

Lujan等[8]对66例采用关节周围锁定钢板固定的股骨远端骨折(AO 32A，33A-C)进行了回顾性的队列研究。在术后6、12、24周正侧位X线片中，分别对前-后和内侧形成的骨痂面积进行了定量分析。外侧形成的骨痂因钢板的阻挡很难观察。结果显示：(1)术后24周，仍有37%的骨折骨痂面积0～20 mm2。(2)形成的骨痂不对称：内侧的骨痂面积比前后侧多64%。(3)14例(18.6%)发生骨不连，骨折断端形成的骨痂平均面积比其他患者少65%。因此，作者认为锁定钢板刚度过大，抑制骨痂的生成，而且骨折间隙的钢板侧因骨块微动太小，不能有效刺激该侧的骨痂生成。

2 降低锁定钢板刚度的探索和研究

为了减少锁定钢板的刚度，促进骨断端的骨痂形成，很多学者进行了一些探索性的研究。有学者试图通过增加钢板的跨度以减少固定刚度，但得出的结果却截然相反。Stoffel等[9]在邻近骨折断端远近侧各一个钢板孔不放置螺钉，从而增加钢板桥接的跨度。生物力学结果显示，抗轴向压缩和抗扭转刚度减少2倍。但是Field等[10]的研究却显示，旷置这2枚螺钉以后，传统钢板和桥接锁定钢板的刚度比较，差异无统计学意义。还有学者通过减少钢板的厚度，或增加钢板和骨面之间的距离减少钢板的固定刚度[11，12]。当然，这些方法都在一定程度上减少了锁定钢板的刚度，但同时也减少了固定的强度。

3 远侧皮质锁定螺钉能减少锁定结构的固定刚度

远侧皮质锁定螺钉(FCL，far cortical locking screw)具有标准的锁定头，能够与钢板、远钢板侧皮质相锁定，钉-套的设计使主钉能在钉套内产生微动，调节结构的刚度，钉尖能够自攻，圆形设计能够避免软组织激惹。FCL螺钉与钢板、远钢板侧皮质相锁定，螺钉通过近钢板侧皮质的直径减少，因此，其工作长度增加，螺钉干在应力作用下可以在近侧皮质的Δd范围内产生弹性弯曲。螺钉与近钢板侧皮质接触可以增加支撑、分担近钢板侧皮质所承受的应力。 FCL结构类似内固定支架，通过螺钉干的弯曲实现轴向弹性固定，这种力学特点和外固定支架通过外固定针的弯曲达到类似弹性固定。

Bottlang等[13]对FCL和普通锁定钢板固定合成股骨的远端骨折进行了生物力学比较。结果显示，FCL结构具有以下生物力学特点：(1)低刚度： FCL螺钉能够减少88%的轴向刚度，类似外固定支架。(2)平行微动：负重200 N时，FCL的锁定钢板组近、远钢板侧皮质分别产生0.51 mm和0.59 mm的平行移动。而标准的锁定钢板组近、远钢板侧皮质分别产生能0.02 mm和0.05 mm的平行移动。(3)双相的刚度：负荷增加时，FCL螺钉的主干和近钢板侧皮质相接触，从而获得更多的支撑，有效预防固定失效。这种双向刚度的特点和Ilizarov外架的生物力学特点相似。(4)和标准的锁定螺钉相比， FCL结构能够保持至少80%的抗轴向压缩强度，提高54%的抗扭转强度，提高21%的抗弯曲强度。

Bottlang等[14]通过动物实验比较了FCL和普通锁定钢板固定对骨痂形成的影响。12只绵羊胫骨截骨造成3 mm的断端间隙，随机采用LP 或FCL固定。通过每周的X线片对骨折愈合的情况进行评估。9周后处死，愈合的胫骨采用CT、组织学检查，以及扭转应力导致失败的生物力学检测。结果显示，FCL组骨痂形成多，在远、近钢板侧分布均匀，愈合后的强度比LP组高54%，导致钢板失效的应力是LP组1.57倍。因此，认为LP结构过大的结构刚度和不对称的骨折间隙导致不连续、不对称的骨痂形成，最终导致近钢板侧的骨愈合减少。而 FCL 结构能够提供弹性固定、促进骨折断端之间的微动，从而显著促进连续骨痂的形成。

Doornink等[15]对FCL和普通锁定螺钉固定尸体股骨远端骨折进行了生物力学比较。22对股骨予远端截骨后造成AO/OTA A33-3型骨折，断端1cm间隙，均采用相同的关节周围锁定钢板固定(NCB，Zimmer)，远端6枚5.0 mm的锁定螺钉固定，近端均采用4枚螺钉(FCL组采用FCL螺钉，LP组采用普通的LP螺钉)固定。通过股骨头中心给予应力负荷，检测钢板螺钉的结构刚度、耐受性和强度。结果显示，FCL的初始刚度比LP低81%。给予800 N应力时(相当于一个人的体重)，近、远钢板侧皮质均产生0.6 mm的微动，而LP的近、远侧皮质分别产生0.1 mm和0.2 mm的微动。FCL固定骨质疏松和正常骨密度的股骨具有和标准的锁定钢板相同的耐受力和强度。

在FCL的临床应用过程中，笔者认为应该注意以下几个方面：(1)为了使动力锁定螺钉在钢板对侧的骨皮质获得牢固的把持，只能用于固定骨干部位的骨块，而不能用于干骺端或骨骺部位骨块的固定。(2)为了有效地发挥动力锁定螺钉的作用，钢板不能紧贴骨面。可以采用专用的隔离板(1、2和3 mm规格)将钢板和骨临时隔离，完成螺钉固定后取出隔离板。如果钢板和骨之间的间隙大于3 mm，会使螺钉承受过多的应力，导致固定失败。(3)至少置入4枚动力锁定螺钉，而且不能将普通的锁定螺钉和FCL螺钉共同固定同一骨块，因为这样会导致锁定螺钉承受的应力增大，从而导致固定失效。(4)导钻应垂直于钢板的表面，然后可以适当倾斜以达到想要的螺钉角度。只有将导钻充分固定在钢板孔上，才能将其限制在允许的30°锥形范围内。为最大限度减少固定的刚度，螺钉应该尽可能地垂直于钢板表面。(5)如果钢板和骨直接接触，没有采用隔离板，那么动力锁定螺钉应该至少退出1/2圈以产生1 mm的间隙。

4 结 语

综上所述，FCL能够维持锁定钢板结构的强度，减少刚度，使骨折间隙平行移动的生物力学特点能够显著促进骨折的二期愈合。这种可降低锁定钢板结构刚度的新型螺钉，为骨科医师在骨折的手术内固定治疗领域提供了新的选择和思路。

[1] Foruria AM，Carrascal MT，Revilla C，et al.Proximal humerus fracture rotational stability after fixation using a locking plate or a fixed-angle locked nail：the role of implant stiffness[J].Clinical Biomechanics，2010，25(4)：307-311.

[2] Nowotarski PJ，Ervin B，Weatherby B，et al.Biomechanical analysis of a novel femoral neck locking plate for treatment of vertical shear Pauwel′s type C femoral neck fractures[J].Injury，2012，43(6)：802-806.

[3] Berkes MB，Little MT，Lazaro LE，et al.Catastrophic failure after open reduction internal fixation of femoral neck fractures with a novel locking plate implant[J].Journal of Orthopaedic Trauma，2012，26(10)：e170-e176.

[4] Sellei RM，Garrison RL，Kobbe P，et al.Effects of near cortical slotted holes in locking plate constructs[J].Journal of Orthopaedic Trauma，2011，25：S35-S40.

[5] Bae JH，Oh JK，Chon CS，et al.The biomechanical performance of locking plate fixation with intramedullary fibular strut graft augmentation in the treatment of unstable fractures of the proximal humerus[J].Journal of Bone & Joint Surgery(Br)，2011，93(7)：937-941.

[6] Peindl RD，Zura RD，Vincent A，et al.Unstable proximal extraarticular tibia fractures：a biomechanical evaluation of four methods of fixation[J].J Orthop Trauma，2004，18:540-545.

[7] Fitzpatrick DC，Doornink J，Madey SM，et al.Relative stability of locked plate fixation in a model of the osteoporotic femoral diaphysis[J].Clin Biomech，2009，24(2):203-209.

[8] Lujan TJ，Henderson CE，Madey SM，et al.Locked plating of distal femur fractures leads to inconsistent and asymmetric callus formation[J].J Orthop Trauma，2010，24(3):156-162.

[9] Stoffel K，Dieter U，Stachowiak G，et al.Biomechanical testing of the LCP-how can stability in locked internal fixators be controlled?[J].Injury，2003，34(Suppl 2):B11-B19.

[11] Ahmad M，Nanda R，Bajwa AS，et al.Biome-chanical testing of the locking compression plate：when does the distance between bone and implant significantly reduce construct stability?[J].Injury，2007，38(3):358-364.

[12] Kowalski MJ，Schemitsch EH，Harrington RM，et al.A comparative biomechanical evaluation of a noncontacting plate and currently used devices for tibial fixation[J].J Trauma，1996，40(1)：5-9.

[13] Bottlang M，Doornink J，Fitzpatrick DC，et al.Far cortical locking can reduce stiffness of locked plating constructs while retaining construct strength[J].J Bone Joint Surg Am，2009，91(8):1985-1994.

[14] Bottlang M，Lesser M，Koerber J，et al.Far cortical locking can improve healing of fractures stabilized with locking plates[J].J Bone Joint Surg Am，2010，92(7)：1652-1660.

[15] Doornink J，Fitzpatrick DC，Madey SM，et al.Far cortical locking enables flexible fixation with periarticular locking plates[J].J Orthop Trauma，2011，25(Suppl 1)：S29-S34.