锁定钢板内固定治疗肱骨近端骨折生物力学研究进展

徐健 姚远 占师 位晓娟 胡海 盛加根

肱骨近端骨折是老年人常见骨折，主要保肩手术方式有锁定钢板内固定和髓内钉内固定[1-4]，其中锁定钢板内固定为主流术式。锁定钢板交叉锁定的近端螺钉分布于肱骨头不同方位，覆盖整个肱骨头，对骨质疏松肱骨头具有较强的把持力，可提供抗剪切力和抗扭转力[5-6]，但术后并发症发生率较高[7-8]。生物力学研究作为一种能准确预测潜在风险的研究方法，为肱骨近端骨折力学稳定提供理论依据，并对锁定钢板内固定理念的发展产生了巨大的影响[9]。本文从锁定钢板内固定细节和强化两方面，对近年肱骨近端骨折锁定钢板内固定的生物力学研究进行综述。

1 锁定钢板内固定细节

锁定钢板的使用多依据于钢板操作手册，但应用细节不明确，临床实践中常会因锁定钢板内固定不当而导致钢板稳定性差，从而产生螺钉切割和螺钉穿出等问题[5,10-11]。近期有许多生物力学研究对锁定钢板内固定应用细节提出新的观点，本文从钢板放置位置、近端螺钉布局及近端螺钉长度进行总结。

1.1 钢板放置位置

锁定钢板应放置于结间沟后2～4 mm(以保护血供)、大结节顶点下5～8 mm(以防止肩峰撞击)处[12]。术中因患者解剖结构各异，钢板放置位置可能会超出规定范围。当钢板放置过近端时，易导致肩峰撞击，而当钢板放置太远时，不能插入肱骨距螺钉，影响钢板螺钉生物力学稳定性[10]。Mehta等[13]对尸体和人工肱骨进行体外生物力学研究，以评估锁定钢板位置在近端、适中、远端对不稳定二部分肱骨近端骨折固定效果的影响，发现远端放置钢板(肱骨距螺钉至肱骨距的距离<3 mm)能提高刚度。然而，Fletcher等[10]采用有限元分析对钢板放置提出新的观点，他们将钢板放置在较集中的近端、适中、远端3个位置上，使肱骨距螺钉均分布在肱骨内下方，由于增加了无法打入内侧支撑螺钉的风险，钢板放置过远端时容易降低生物力学稳定性，因此建议稍微近移钢板。因此，笔者建议放置钢板时应先考虑内侧支撑螺钉的固定位置，不建议钢板放置过近，但放置钢板时内侧支撑螺钉须靠近肱骨距(<3 mm)。

1.2 近端螺钉布局

肱骨近端锁定钢板的代表是肱骨近端内固定锁定系统(PHILOS)[14]，钢板近端配备9个螺钉孔，每行都有特定的螺钉轨迹(下页图1)。钢板操作手册规定固定钢板时至少使用4枚近端螺钉，但对于骨质疏松患者，建议使用更多的螺钉进行多个方向把持[15]。Fletcher等[16]使用计算机模拟量化螺钉布局，在锁定钢板内固定治疗不稳定三部分内侧缺损的肱骨近端骨折中，发现不同螺钉布局会影响钢板螺钉的生物力学稳定性，A+E行螺钉固定是4枚近端螺钉固定的最优布局，而选择6枚螺钉固定时可行A+C+E行固定，同时验证和强调了E行螺钉(内侧支撑螺钉)对整体稳定性的重要作用。Kim等[17]体外生物力学研究发现，内侧支撑螺钉能优化其他近端螺钉的功能，保证骨质疏松模型中力学分布与正常骨模型相似。此外，使用内侧支撑螺钉能增加螺钉循环次数，降低螺钉切割风险[6,16,18]。因此，在近端螺钉布局中应考虑植入内侧支撑螺钉。

图1 PHILOS钢板示意图

1.3 近端螺钉长度

目前临床研究报道的螺钉穿出率为6%～8%，主要是由于术中选择较长的螺钉，螺钉尖太靠近软骨下骨，导致螺钉容易在术后活动中穿出，与关节盂发生碰撞[19]。螺钉二次穿出是由于锁定钢板系统强度高，在肱骨头出现内翻时，锁定螺钉容易穿出，并导致关节盂腔严重软骨损伤[5,11]。有生物力学研究通过模拟不同螺钉长度预测螺钉切割风险，发现螺钉尖距关节越远，切割风险越大，尤其在骨质疏松患者中切割风险更大[20]。Fletcher等[10]推荐内侧支撑螺钉尖距关节面的距离不能大于8 mm，插入较长的内侧支撑螺钉能为其余近端螺钉分担较多的应力，降低螺钉切割风险。Ciric等[21]的生物力学研究发现，螺钉尖距关节面的距离应为5～8 mm，在这范围内使用较长的螺钉能防止螺钉松动，且不增加螺钉二次穿出风险。有研究对肱骨头内骨密度分布进行分析，发现随着与皮质表面距离的增加，骨密度迅速降低[22]，这意味着使用较长的螺钉会获得较坚强的固定[18]。因此，近端螺钉长度应根据至关节面距离选择，距关节面5～8 mm可能最为合适，使用较长的螺钉可防止螺钉松动和降低螺钉二次穿出风险。值得注意的是，术中监测螺钉长度时，拍摄角度有可能会影响长度判断[23]。

2 锁定钢板内固定强化

使用所有可用的近端螺钉可使锁定钢板内固定稳定性最大化，而对于骨质疏松和肱骨距粉碎的复杂肱骨近端骨折，联合使用骨移植、骨水泥增强、后侧或内侧钢板及新螺钉内固定从力学角度上可以强化锁定钢板内固定效果，提高锁定钢板内固定力学稳定性，减少术后并发症发生。

2.1 骨移植

锁定钢板内固定联合骨移植的治疗效果已在生物力学实验和临床研究中得到证实[24-25]。Hsiao等[26]在体外尸体骨测试中得出锁定钢板内固定联合髓内皮质骨支撑植骨的稳定性和强度是单独使用锁定钢板内固定的2倍，说明锁定钢板内固定联合骨移植能提供很好的内部支撑作用，以减少肱骨头内翻力矩。He等[27]分别在正常和骨质疏骨条件下，对比锁定钢板内固定联合腓骨干移植与单独使用锁定钢板内固定治疗肱骨近端骨折的效果，结果显示前者结构刚度比后者高，且骨折微位移和微扭角均较后者小，表明锁定钢板内固定联合腓骨干移植能有效提供力学稳定性，且在骨质疏松肱骨近端骨折中仍然有效。此外，刘炎等[28]提出在锁定钢板内固定联合腓骨移植治疗肱骨近端骨折时，D行螺钉比E行螺钉更重要，因为D行螺钉位于钢板中心纵轴，可以在固定腓骨干的同时增强内部支撑稳定性，而E行螺钉在水平面上有10°分散角，因腓骨直径较小，E行螺钉无法完全固定腓骨，其内部支撑作用相对削弱，所以D行螺钉在维持稳定性上发挥的作用更大。综上，对于骨质疏松或肱骨距粉碎严重的肱骨近端骨折，锁定钢板内固定联合骨移植是一种很好的强化选择。

2.2 骨水泥增强

在空心锁定螺钉尖使用磷酸钙或聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥可增强肱骨近端锁定钢板在骨质疏松骨折中的固定效果[9,29]。Kuang等[30]对12具尸体骨使用含锶羟基磷灰石(Sr-HA)骨水泥填充骨-螺钉界面，发现进行骨水泥增强可以减小骨小梁应力，增强锁定钢板内固定稳定性。Varga等[2]采用有限元分析比较不同骨水泥增强螺钉分布的生物力学稳定性，发现在初期稳定中肱骨距螺钉和靠后侧的螺钉骨水泥增强具有较好的生物力学优势。此外，肱骨头几何结构、螺钉长度、螺钉尖至关节面的距离、骨密度空间分布也可能影响骨水泥增强的作用。

2.3 双钢板联合内固定

维持内侧柱稳定是治疗肱骨近端骨折的关键。近年有研究发现，肱骨近端锁定钢板联合后侧或内侧支撑钢板内固定可为干骺端粉碎性骨折、肱骨距缺损或骨质疏松、内侧柱不稳定肱骨近端骨折患者提供内部支撑作用[27,31]。Choi等[31]使用外侧钢板联合后侧钢板内固定治疗肱骨近端骨折，以防止严重粉碎引起的颈干部分骨不连和内翻塌陷，后侧钢板为桡骨远端掌侧万向锁定钢板，放置在后侧可避免损伤腋神经和旋肱后动脉，且与后侧皮质贴合满意，不需要塑形，且能防止肱骨头过度后倾，同时在不同轴面上防止肱骨头内翻。He等[27]研发了一种新的内侧支撑钢板，联合外侧钢板一起使用，可直接提供内侧支撑作用，内侧支撑效果比单独使用PHILOS钢板更好，内侧支撑钢板在提高结构刚度的同时能降低PHILOS钢板应力。

2.4 新螺钉应用

肱骨近端骨折多发生在老年骨质疏松患者中，由于骨-螺钉界面存在高剪切力，骨质切割风险仍存在，使用新设计的螺钉可能是提高螺钉锚定、降低螺钉切割的新尝试。Schliemann等[5]推荐使用软骨钉替代传统锁定螺钉，因为软骨钉髓芯直径较大且螺距较低，其骨-钉界面相对运动少，可以达到稳定固定的同时降低复位丢失和螺钉切割风险。另一种降低螺钉切割风险的动力锁定螺钉采用特殊设计，允许螺钉头在螺钉套筒内相对运动0.2 mm，有利于力在螺钉内和螺钉间均匀分布，从而降低切割风险[32]。

3 结语

锁定钢板内固定是肱骨近端骨折常用治疗方式，但术后并发症发生率高。随着生物力学研究的深入和固定理念的飞跃发展，锁定钢板内固定治疗肱骨近端骨折的生物力学稳定性得到显著提高。值得注意的是，目前的生物力学研究大多使用简单的肱骨距缺损模型模拟肱骨近端内侧不稳定结构，缺乏针对肱骨距粉碎的复杂肱骨近端骨折研究，这可能导致生物力学结果与临床结果存在差异。因此，新锁定钢板内固定理念尚需前瞻性临床实验验证。