生物可吸收材料内固定技术在掌骨骨折治疗中的应用进展

王岩，常文凯

(1山西医科大学，太原 030001；2山西医科大学附属第二医院)

掌骨骨折占全身骨折的10%，占手部骨折的18%～44%[1,2]。对于严重不稳定型骨折患者，需行切开复位内固定术治疗[3,4]。以往金属材料植入物在掌骨骨折的治疗中占主要地位，但术后并发症为32%～36%，并且存在应力遮挡、影响小儿骨生长、影响核磁成像以及需行二次手术取出等缺点[5]。可吸收材料自20世纪60年代开始探索，80年代Rokkanen首先将此技术应用于临床，并取得良好结果[6]，90年代开始用于掌骨骨折治疗[7～9]。骨科临床运用最广泛、技术最成熟的可吸收材料是聚酯家族中的聚α-羟基酸聚合物。第一代可吸收材料是聚乙醇酸(PGA)，由于其在体内降解速度及材料强度丢失过快，常导致高达8%的异物反应出现，单纯的PGA材料目前已被淘汰[10]。第二代产品是聚乳酸(PLA)或PLA与PGA的共聚物，PLA包括左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA)两种异构体。两种异构体的合成比例决定了共聚物的强度、刚度及降解所需时间等性质。第二代生物可吸收材料由于延长了降解时间，所以并发症出现概率随之降低但在材料强度、柔韧性方面仍有所欠缺，尤其缺乏骨生物活性。其在降解时周围被纤维结缔组织包裹，与骨组织的生物相容性及传导性较差[10]。第三代产品将可吸收聚酯类材料与三亚甲基碳酸酯(TMC)、羟基磷灰石(HA)及其他各种矿物质纤维结合形成共聚物，在强度、柔韧性、生物相容性、骨传导性等方面有所改善[11～13]。随着材料的更新换代，可吸收材料的力学强度、降解速率已能够满足对骨折复位后的固定强度要求并降低术后并发症的出现概率，因而受到更多医生的青睐。在治疗掌骨骨折时，可吸收内植入物主要包括可吸收针棒技术和可吸收钉板技术两大类。而根据术中使用方法的不同可吸收针棒技术又可分为垂直骨折线固定技术和髓内固定技术。现将生物可吸收材料内固定技术在掌骨骨折治疗中的应用进展情况综述如下。

1 可吸收针棒技术的应用

可吸收针棒是克氏针的一种替代产品，也是最早用于掌骨骨折治疗的可吸收材料形式。采用克氏针固定时手术切口相对较小，操作简单，对骨折部位血供干扰小，费用低廉，但往往需将克氏针留置在皮肤以外，容易刺激周围软组织，有针道感染、肌腱刺激等风险，与骨质不匹配的弹性弯曲模量易导致周围骨质溶解，出现松动滑脱、固定不牢固，且不易控制旋转，对断端间无加压作用，常需穿关节固定[4,14]。经过自身增强技术制成的可吸收针棒，轴向强度与克氏针相似，弯曲模量更接近皮质骨的强度，植入体内后能避免过多应力遮挡导致周围骨质吸收，始终保持较高的初始植入强度[15]。可吸收针棒的表面设计相对粗糙，植入体内一段时间后，由于内部特殊分子排列，经初始水解后常出现径向膨胀、纵向收缩现象，这导致其对骨质的把持力高于克氏针，一定程度上对骨折断端间提供加压作用[15]。有研究证明，可吸收针棒的拔出强度明显高于克氏针[16]。 可吸收材料常见的并发症有植入区域的局部疼痛、肿胀、红斑形成、滑膜反应、无菌液体积聚、无菌窦道形成、伤口感染、固定失败等。文献[13,14]报道，可吸收材料相关并发症概率可高达10%，但主要以第一代PGA材料为主。此后随着多种复合材料的发展，术后并发症随之降低，可吸收针棒术后并发症的文献几乎未见报道。影响可吸收材料降解的因素一方面与材料本身因素有关，如材料化学组成成分、单体分子量、结晶程度、体积表面积等。另一方面与植入部位密切相关，肌肉软组织覆盖较多、血供充分的区域材料降解可能更完全[17]。可吸收材针棒技术体积、表面积相对较小，植入部位以髓腔内为主，血供充分，因而术后并发症相对较少。

1.1 垂直骨折线固定技术 可吸收针棒垂直骨折线固定技术治疗掌骨骨折，已成为一种成熟的内固定技术。对于长斜形骨折或螺旋形骨折，清理、复位后以多枚合适克氏针垂直骨折线临时固定，对于短斜形或横形骨折采用交叉固定，随后拔出其中一根，测量所需长度后选取相同直径的可吸收针棒裁剪，所需长度较实际长度长2～3 mm，以专用的置入装置将其敲入，依同样方法替代其他克氏针，缝合骨膜、骨间肌筋膜避免外漏部分刺激肌腱。陈勇[18]等应用上述方法对29例(31处)掌骨长斜形和短斜型骨折进行垂直骨折线固定，术后随访7.6个月，所有患者均达骨性愈合，术后TAFS评分优良率达96.8%，与微型钢板比较无统计学差异。对于螺旋形骨折或骨折线长度为掌骨宽度2倍以上的长斜形骨折，使用2～3枚可吸收针棒能将骨折固定牢固，术中被动屈曲患掌可见断端间稳定，而对于短斜形骨折由于固定位置有限，单独使用可吸收针棒往往不能保证断端在被动活动时的稳定性，需以可吸收缝线辅助环扎固定。作者认为，可吸收针棒固定掌骨骨折能达到骨折内固定的要求，尤其适用于长斜形或螺旋形骨折，值得在临床上推广应用[18]；但作者强调，使用该方法固定时需要特别重视患者早期功能锻炼，术后次日即指导患者主被动屈伸锻炼，这能有效避免关节僵硬，断端间的应力反而最小，且有助于提高患者预后功能。

可吸收针棒在技术上对于关节周围和关节内骨折是有利的，因为它可以经关节固定而保持关节面平整[10,19]。Pelto-Vasenius等[20]利用可吸收针棒治疗13例掌指骨骨折，其中12例为关节内骨折，术后随访时间平均4.1 a，除1例粉碎骨折复位丢失外，其余患者恢复良好。作者认为，这些结果至少与使用金属植入物的研究相当，可吸收针棒能够运用于固定关节内骨折。需要注意的是，掌骨相对其他部位的骨折通常较细小，能够用来进行有利固定的位置不多，而可吸收针棒如果插入不当的话往往难以拔出进行下一次有效固定，因此必须严格设计手术固定方案。

绝大多数可吸收针棒对X线不显影，这有利于术后骨愈合的评判，允许患者进行MRI相关检查，但正因为其不显影，若可吸收针棒置入关节内，如不仔细检查往往影响关节活动及预后功能。虽然可通过将钽标记物置入可吸收材料内进行平片显影，但违背生物可吸收材料的初始目的。以未烧结的羟基磷灰石(HA)和PLLA等材料共聚生成的复合材料u-HA/PLLA[12]，在X线成像中能适当显影，一定程度上避免了可吸收材料置入关节腔的可能。羟基磷灰石是人体骨骼中主要的无机成分，置入体内经分解后转变为骨骼的一部分，具有一定的生物活性及骨传导性，属于第三代可吸收材料。

1.2 髓内固定技术 可吸收针棒是以髓内置入技术固定掌骨骨折。有文献[21]认为，髓内固定技术在术后关节活动范围更优于钢板固定，有更少的肌腱刺激以及更低的感染发生率。最早的置入方法是清除断端间血肿及纤维组织后，根据掌骨髓腔的粗细选择合适直径的钻头将近端掌骨扩髓，以相同直径的可吸收棒插入髓腔，保留适度材料外露，通常距骨折线最少5 mm，再将远端骨折端套入，并尽量不扩髓，碎骨片可填于缺损处，修复软组织。胡韶楠等[9]使用该方法对7例掌指骨横形或轻微斜型的骨折患者进行固定，术后随访3～6个月，所有骨折均获得骨性愈合，术后关节活动在正常范围。这种骨折两端不同时扩髓的置入方式虽然一定程度上能提高骨折的防旋能力，增加复位的稳定性，但是给骨折复位增加难度，稍有偏差常致骨折断端间台阶形成。而且所提供的防旋能力有限，不能满足术后患者早期功能锻炼的要求，常需较长时间的外固定辅助。

基于此，有学者采用暴露后适度游离远近骨折端，屈曲掌指关节，视掌骨髓腔粗细，自骨折端向远端置入一枚合适克氏针，穿出皮外，复位后克氏针逆向置入近端。测量所需长度后拔出克氏针，将直径、长度合适的可吸收棒逆行回打置入髓腔，末端埋入关节面下2 mm。于骨折线远近端5～10 mm掌骨干径向钻孔，钻透单侧骨皮质，并在棒表面制成一凹槽，各置入一枚合适可吸收螺钉，使螺钉牢固卡住可吸收棒的凹陷，从而形成防旋机制，最后将螺钉残留于骨面以外的部分锯掉，使骨面平整[22]。作者采用该方法对16例掌骨骨折患者进行固定，术后随访5～18月，骨折均愈合，末次随访采用TAM系统评价疗效优12例，良2例，可2例。虽然该方法使复位变得相对简单，而且能明显加强防旋能力，但是对掌指关节面、伸肌装置等造成医源性损伤，有学者认为这种损伤面积较小，可通过“微骨折”原理使损伤的软骨得到修复，不会导致创伤性关节炎影响关节活动[23]。然而，目前主流观点仍认为创伤或手术所致的软骨损伤很难自我修复，这种潜在的风险势必影响患者的远期疗效。另一方面，由于第4、5掌骨髓腔较细，基于目前材料限制，很难有合适的可吸收螺钉与直径2mm的可吸收棒形成配套的锁定装置，因而限制了这种方案在第4、5掌骨骨折中的应用。

另一种髓内置入方式规避了相关损伤风险，即第4～5掌骨弯曲髓内针固定，方法是以克氏针于骨折端两侧髓腔扩髓，于第4～5掌骨头下的侧方，掌指关节的近端，以相同直径的钻头与掌骨髓腔成30°角向近侧钻孔，至钻透一层皮质到达髓腔为止，复位后将合适可吸收棒置入。剪去残留于孔外的可吸收棒，仅保留2～3 mm的残端。利用弯曲成角的可吸收棒起到防旋作用，同时位于侧方的残端避免了对肌腱的直接刺激[24]。这种方案的抗折弯强度基本能够满足临床内固定的需要，其生物力学测试得到相关实验的证实[25]，但仅限于4、5掌骨的使用。作者使用该方案对5名患者9处骨折进行切开复位内固定，所有患者均达骨性愈合，无短缩、旋转及成角畸形,无髓内溶解及软组织肿胀变化，掌指关节活动范围及手掌握力恢复均满意。

由此可见，虽然可吸收材料掌骨髓内固定技术运用于临床取得不错结果，但以何种方式置入效果最佳，目前仍无定论，需要基础实验及临床对比分析进一步研究证实。

2 可吸收钉板技术的应用

可吸收钉板是另一种用于掌骨骨折治疗的可吸收材料形式。体外力学实验证明，以自身增强技术制成的PLLA-PGA聚合板具有相当高的抗折弯能力以及抗扭转能力，能够用于一般掌骨骨折的治疗[16]。Dumont等[26]对12例(14处)处掌骨干骨折患者进行固定治疗，术后给与特殊夹板固定3周，随访6～26个月，除2例复位丢失，其中1例需再次手术治疗外，其余患者术后患肢活动良好，且无骨质溶解及无菌窦道形成，表明生物可吸收接骨板治疗掌骨干骨折是比较安全可靠的。

拥有适当强度的可吸收钉板置入体内后，随着时间的推移，自身强度降低，同时将应力逐渐转移到骨折断端，一定程度上促进了骨折早期愈合，避免了金属钢板应力遮挡造成的骨量减少、骨质疏松等症状[26]。但与金属板相比，相同规格的可吸钉收板往往偏厚，用以弥补强度较弱的缺点。若将可吸收钉板置于掌骨背侧，一方面这种偏厚的缺陷能明显限制肌腱滑动，增加肌腱断裂的可能性；另一方面，滑动的肌腱反过来会刺激可吸收材料致使其过早降解，从而使强度丢失早于预期，固定失败的可能大大增加。因而，有学者建议将可吸收板置于掌骨侧方、骨间肌的下方，即便这种方式一定程度上增加了手术操作的难度[27]，而且有悖于生物力学的要求。以u-HA/PLLA共聚物制成的可吸收板各方面性能明显优于传统可吸收板，其厚度仅为0.7 mm，当以半管状形式治疗掌骨骨折时，其所表现出的弯曲强度、刚度、抗扭转能力都高于2mm金属钛板系统[12]，这使得新型可吸收板能够置于掌骨背侧，符合生物力学的要求，能取得更加满意的固定结果以允许术后早期功能锻炼，而且对肌腱的刺激影响更小。但是以半管状形式固定的接骨板宽度明显大于其他材料，术中对骨膜的剥离更多，术后骨不愈合的风险也较高。目前，可吸收板尚不能完全取代金属钢板用来治疗掌骨骨折，仅用于掌骨干横形、短斜形等相对简单的骨折，而对于缺乏掌侧骨皮质支撑的严重粉碎形骨折，金属钢板仍是外科医生的首选方案。

最近几年有关接骨板术后的并发症再次引起学者关注。Lionelli等[28]于2002年报道了第1例PLA-PGA可吸收钉板治疗掌骨骨折后固定失败的个案，二次手术时发现螺钉的固定位置尚可，但可吸收板已分解碎裂，认为PLA-PGA板的材料强度、刚度有待提高，并且必须考虑患者的依从性。Givissis等[17]用PLDLLA/TMC共聚物制成的可吸收板对10例(12处)掌骨骨折患者进行治疗，术后平均随访45.7个月，所有患者均达骨性愈合，但其中6例出现不同程度的异物反应，2例一过性肿胀经保守治疗后好转，4例需二次手术取出残留碎片(病检结果证实为异物反应)。作者认为，该型可吸收材料不能降低异物反应的发生率，仅仅是将异物反应的发生时间较先前材料有所推迟，一定程度上达不到避免二次手术取出的目的。Choi等[29]报道了使用可吸收板治疗掌骨骨折患者术后1 a植入区域出现肿胀包块的个案，术后病检结果诊断为异物肉芽肿。作者建议使用可吸收材料治疗掌骨骨折，如术后出现肿物包块，需考虑异物肉芽肿的可能。由此可见，可吸收材料术后相关并发症问题仍值得研究关注。目前，关于可吸收材料术后异物反应等并发症的报道主要以小样本临床研究及个案报道为主，缺乏系统权威的大样本数据对照研究，需要更多高质量的研究来证明其临床应用的安全性。

综上所述，可吸收材料经逐代发展目前在材料强度、刚度、吸收时间等方面已得到较大改进，其应用于掌骨骨折的治疗形式也更加全面多元，包括可吸收针棒、螺钉、接骨板等。可吸收针棒垂直骨折线固定技术能治疗掌骨关节内骨折、掌骨干长斜形、螺旋形骨折；髓内固定技术和可吸收钉板能够治疗掌骨干中段横形、短斜形骨折；可吸收钉板系统还可治疗存在较大骨块的简单粉碎骨折。