肱骨大结节骨折内固定的生物力学研究进展

马蔓 王艳华 张晓萌 张一翀 陈建海 寇玉辉 饶烽 陈小锋 张殿英

肱骨大结节骨折是一类较为常见的肩部损伤，在肱骨近端骨折中有13%～33%伴有大结节骨折，其中14%～20%为单纯的大结节骨折，在肩关节脱位患者中10%～30%常伴随肱骨大结节骨折，且一般多见于男性患者［1-3］。肱骨大结节骨折患者，尤其是移位不明显的骨折，还存在一定的漏诊率，据统计有约64%的移位不明显的肱骨大结节骨折被漏诊，且骨折块越小，漏诊率越高，可见肱骨大结节骨折的实际发病率比目前的临床数据更高［4］。

一、肱骨大结节骨折损伤机制及分型

对于肱骨大结节损伤的研究发现，大结节骨折的原因可能是：（1）小圆肌及冈下肌的强烈牵拉；（2）上臂在外展和外旋后造成；（3）肘关节伸直或屈曲时，伸手后摔倒；（4）直接暴力打击肩关节外侧；（5）癫痫发作时，冈上肌强烈的收缩等。但这些机制最终都被解释为肌肉的撕脱性骨折。Davies等［5］和Kaspar等［6］通过研究肱骨头关节面外的较大的Hill-sachs损伤，提出了肱骨大结节骨折是由于撞击造成的，但具体机制并未说明。Bahrs等［7］于2006年对肱骨大结节骨折的损伤机制进一步研究，发现肱骨大结节骨折并不是单纯由肩袖肌收缩造成的撕脱性骨折，并提出了三种大结节骨折的机制：撕脱、肩峰撞击和关节盂撞击。这种损伤机制目前已得到了广泛认可，对于临床上大多数肱骨大结节骨折都可以用此解释，对于其余特殊类型的骨折类型，还需要进一步研究，以明确损伤发生的机制。

肱骨大结节骨折的分型主要根据大结节骨折的形态和机制，目前临床上存在多种骨折分型，其中应用最多的仍是Neer和AO分型。单纯的肱骨大结节骨折属于Neer二部分骨折和AO（11A1.1）型。由于这两种分类仅针对一种类型的骨折，即有垂直骨折线的大片段，对于其余类型的应用较为局限。Mutch等［8］根据Bahrs的研究于2014年进一步提出了肱骨大结节的三种分型方法，即撕脱型骨折、压缩型骨折和劈裂型骨折。并提出撕脱性骨折机制类似于肩袖撕裂的机制。劈裂型骨折可能由于肩关节脱位时与关节盂表面撞击造成。凹陷型可能由于肱骨脱位时与关节盂下表面的撞击造成，或者与肩峰的下表面撞击造成。

二、肱骨大结节骨折治疗

根据Neer［9］的学说，骨折移位＜10 mm 和 45°（一直作为手术治疗的指征）的患者可进行保守治疗；近年来随着大量的大结节骨折研究的深入，提出肱骨大结节骨折移位>5 mm和30°就应该通过手术治疗；少数需要经常做肩关节上举的劳动者和运动员骨折移位>3 mm即需要进行手术治疗。Platzer等［10］对135例移位＜5 mm单纯大结节骨折采取保守治疗,发现移位>3 mm的比移位＜3 mm的患者恢复效果较差。Benedikt等［11］对114例骨折患者研究发现年轻、肩关节前脱位和伴随损伤是保守治疗后需要手术的危险因素。因此，详细的体格检查和磁共振成像来排除是否伴随软组织损伤是必要的，以防止延误手术治疗的时机。

手术治疗主要分为两类：开放手术和微创手术。微创手术治疗方式主要包括：关节镜治疗和经皮内固定治疗。经皮内固定治疗均采用螺钉内固定术。内固定方式也主要分为两类：（1）缝线、锚钉、螺钉；（2）钢板、张力带等。关节镜治疗主要固定方式：缝线固定、单排或者双排锚钉固定、双排缝合桥式锚定、辅助经皮螺钉固定等。切开复位内固定手术治疗主要方式：螺钉、张力带、钢板等内固定方式。Levy等［12］分析了212例手术治疗患者，包括开放式、关节镜和经皮入路，关节镜组和非关节镜组的手术率、僵硬率、感染率或神经损伤率差异无统计学意义。非关节镜组患者满意度得分略高，但差异无统计学意义。可见开放和关节镜手术均是治疗肱骨大结节骨折的有效治疗方式。

关节镜治疗肱骨大结节骨折，目前多用于撕脱型骨折类型的治疗，尤其是合并肩袖损伤或盂唇损伤者［13］。肩关节镜具有显示清晰、对周围组织清理彻底、精确复位、降低对肩关节肌肉、肌腱损伤等优点；肩关节镜也存在一系列缺点，首先关节镜对技术要求相对较高，手术时间长，术中易出血且不易控制，定位困难，操作间隙小等［14-15］。

切开复位内固定手术目前多用于劈裂型骨折的治疗，有研究建议，如果碎片大于3 cm×3 cm或位移大于1 cm时，可应用锁定加压板进行切开复位内固定［16］。切开复位手术常用的固定方式：空心钉固定、张力带固定及钢板固定。虽然开放手术的创伤较大，但操作方便，对复杂的骨折更有优势，且手术时间短，在临床上应用较为广泛。目前临床上对于手术固定方式的选择，依然存在着较大的争议，具体治疗方式，还需要根据患者的情况来选择。

三、大结节骨折的生物力学研究进展

近年来大结节骨折生物力学方面的研究不断增加，国内、外已有很多生物力学和有限元方面的研究。有研究发现肩袖的肌力对肩关节的稳定性和关节活动起着重要的作用［17］。Howell等［18］也提出在肩关节的外展活动中肩袖提供约50%的肌力，在肩关节外旋运动中肩袖提供约90%的肌力。可见肩关活动中，肩袖对于肩关节的活动起着重要的作用，而肩袖的附着点大结节如果出现骨折，势必会影响肩关节的功能。Bono等［19］研究发现，大结节骨折后如发生5 mm移位，肩关节外展时三角肌所需要的力量增加16%，移位10 mm时，所需力量增加27%。而骨折块向后上方移位10 mm时，外展所需的力量将增加29%。不仅如此，当大结节骨折块移位后，将会有肩峰撞击的风险。有研究者通过影像学及生物力学等研究发现，较大的大结节骨折应尽量减少移位，以避免出现肩峰撞击、疼痛等并发症［20］。由于在肩关节的活动中，肩袖对肩关节的外展和旋转活动起着重要的作用，所以肱骨大结节骨折后应尽量达到解剖复位，以重建肩袖的稳定性，恢复肩关节的功能。

（一）肩关节镜常用固定方式的生物力学研究进展

对于肩关节镜常用的固定方式，国内、外进行了不同的生物力学对照研究。

1.缝线固定技术：自从Neer提出缝线固定治疗肱骨大结节骨折可获得满意的疗效后，该固定技术逐渐被广泛应用于临床，并有学者对比了不同缝线固定的生物力学差异。Ishak 等［20］对比了三种不同的缝线（Fiberwire tape, #5 Fiberwire, or #5 Ethibond），并进行了生物力学测试，其结果显示三种缝线的强度并无差异。Brais 等［21］进一步对比了三种不同内固定方式（#2 缝线张力带固定，双排缝合桥式锚定，编织线经骨缝合），其结果表明：对于撕脱型大结节骨折，双排缝合桥式锚定和编织线经骨缝合组的固定强度均优于#2 缝线张力带固定组，在双排缝合桥式锚定组和编织线经骨缝合组之间无明显的差异。可见缝线固定在治疗大结节骨折方面，是较为可靠的治疗方法，尤其对于大结节粉碎性骨折的患者。

2.锚钉缝合与螺钉固定技术：锚钉缝合和双螺钉治疗肱骨大结节骨折，是目前临床上应用最为广泛的治疗方式，尤其是肩关节镜技术日益成熟，锚钉缝合及螺钉固定被很多临床医生常作为首选治疗方案，并对比了多种不同固定方式的生物力学强度。首先Seppel等［22］对比了单排缝合锚钉和双排缝合锚钉两种方法治疗大结节骨折，其固定强度差异无统计学意义。Lin等［23］又对比了三种不同固定方式，其固定强度对比：双排缝合桥式锚钉>双排缝合锚钉>双螺钉固钉。可见对于肱骨大结节的骨折，缝线锚定固定比螺钉固定更强。Lin等［24］之后再次提出不同肩关节外展角度对于上述三种不同内固定方式在固定强度上的影响，并发现双排缝合锚定组在低外展角时的固定强度最高，而双排缝合桥技术组在高外展角时的固定强度最高。双螺钉组不受外展角的影响。

国内也对关节镜主要固定技术进行了研究，钟树栅等［25］通过尸体标本测试了三种不同内固定方式（可吸收缝线、双排缝合桥式锚钉、双螺钉）的固定强度，其结果显示：螺钉组拉力值均小于可吸收缝线组和双排缝合桥式锚定组；双排缝合桥式锚钉与可吸收缝线两组间差异无统计学意义。

随着对于锚钉技术研究的日益深入，Nagamoto等［26］提出了锚钉插入角度对固定强度的影响，并通过生物力学研究发现，无论骨密度如何，锚定螺钉在骨表面90°插入锚栓的拔出强度大于45°插入的锚栓。Ruder等［27］提出大结节皮质的去除是否会影响锚钉固定的强度，通过研究发现，少量的去除大结节的皮质，将会明显地降低缝合锚钉的最大固定强度。但是，强度的整体下降可能还不足以转化为临床疗效的失败。

通过国内、外的研究结果，可以确定缝线固定技术固定强度要强于双螺钉固定技术，而双排缝合桥式锚钉固定强度优于单排和双排锚定，单排和双排缝合锚定之间并无明显差异。而且在手术治疗中，应注意避免损伤骨折附近皮质，且锚钉应垂直骨面植入，以确保固定牢固可靠，从而避免内固定把持力的下降，降低术后固定失败和二次手术的发生率。

（二）切开复位内固定常用固定方式的生物力学研究进展

1.国外对于钢板、张力带、螺钉固定的生物力学对比：对于切开复位内固定手术治疗常用的固定方式，国外研究者也进行了不同的生物力学对照研究。Braunstein等［28］研究发现，钢丝张力带的生物力学强度明显优于螺钉固定。Kaisidis等［29］通过钢板内固定的有限元分析结果发现，在螺钉或钢板出现变形失效的最初迹象之前，载荷将超过撕裂冈上肌腱所需的最大力的两倍。Gaudelli等［30］通过动物生物力学实验研究发现，锁定钢板的固定强度明显大于双排缝合桥锚定和缝线张力带。其研究结果说明对于肱骨大结节骨折的治疗，钢板内固定是坚强、可靠的治疗方式。而且对于劈裂型大结节骨折，锁定钢板固定能提供更强和更可靠的生物力学固定。

2.国内对于钢板、张力带、螺钉固定的生物力学对比：国内也有大量关于切开复位内固定技术的生物力学研究，章伟［31］通过有限元分析发现，肱骨大结节锁定钢板稳定性最好，应力分布均匀、分散传递快。特别是对于粉碎性肱骨大结节骨折块或骨质疏松的患者更为适宜。陈强［32］、唐炼［33］也通过生物力学实验证明了这个结论。固定强度：锁定钢板>钢丝张力带>双螺钉。薛兆龙等［34］设计了新型的内固定器治疗肱骨大结节骨折，并进行了三种固定方式的对比，当加载至移位2 mm时，新型内固定器组、张力带组较空心螺钉组差异有统计学意义，新型内固定器组较张力带组差异无统计学意义。移位5 mm时，新型内固定器>钢丝张力带>空心钉。

基于国内、外研究结果，可以发现钢板内固定具有最强的固定强度。钢丝张力带在刚开始出现移位时，其强度与钢板相当；在移位5 mm时，张力带与钢板内固定开始出现明显差异。但两种固定均明显优于双螺钉的固定。

综上所述，可以得出缝线固定技术的固定强度要明显优于双螺钉固定，双排缝合桥式锚定固定强度优于单排和双排锚定，而单排和双排缝合锚钉之间无明显差异。钢板内固定的固定强度优于钢丝张力带，张力带固定强度又强于螺钉，且钢板内固定强度强于双排缝合桥式固定。对于临床上的应用，双排缝合桥式锚钉应用广泛，尤其是冈上肌腱止点的撕脱性骨折，并结合关节镜可进一步处理其他伴随的损伤，如肩袖撕裂、肩胛盂唇损伤等，其还具有体积小，不需二次手术取出内固定的优点［35］。Ji等［36］表明对于粉碎性骨折，关节镜缝合桥锚钉技术也可获得满意的固定和临床效果。但缝合锚钉也存在缝线断裂、螺钉拔出及肩袖切割等不足。双螺钉固定有空心钉和可吸收螺钉两种，目前多用空心螺钉加垫圈固定大结节骨折块，加垫圈可减小局部应力，具有损伤小，操作简单的特点，但对于粉碎性骨折，往往难以获得稳定的固定，垫圈还有导致肩峰下撞击的可能［37］。Yoon等［38］提出螺钉固定需要注意骨折块大小、移位、骨质情况及粉碎程度等情况。避免骨折块进一步碎裂、移位，以致固定失败或者稳定性不够。张力带固定生物力学稳定性强，固定牢固，但有医源性肱骨外科颈骨折的风险，且对于粉碎性骨折常无法获得稳定固定。近几年的生物力学研究表明，钢板内固定具有稳定可靠，把持力强的特点，但也存在术中容易造成周围组织的损伤，破坏血运，损伤肩袖等不足。不仅如此，近几年很多学者不断探索新型的内固定方式，以减少内固定并发症的发生率，提供更有效的治疗方式。如马俊等［39］应用微型锁定接骨板治疗肱骨大结节骨折，并获得了满意的治疗效果，提出该钢板可稳定固定骨折块，同时能避免对血供的损害等优点。

四、总结与展望

目前肱骨大结节骨折的内固定方式较多，发展迅速，但利弊各异，在临床上对于治疗方案的选择上，需要综合考虑患者年龄、骨质情况、软组织损伤程度、骨折状况、粉碎程度、患者预期目标等多方面因素，以选择更适宜的手术方式和内固定。随着大结节骨折研究的深入，很多学者开始尝试应用新的内固定治疗大结节骨折，对于各种内固定的临床分析和生物力学研究，还需要进一步完善，常用的内固定技术的生物力学研究也应进一步综合考虑肩关节整体的力学情况，进一步分析骨质、不同肌肉的收缩方向及关节活动对力学研究结果的影响，以便为临床治疗肱骨大结节骨折提供更科学、全面的理论依据。