百余年的内固定技术发展史体现医学的伟大进步
百余年的内固定技术发展史体现医学的伟大进步
Toby J. Gemmill
BVSc MVM DSAS(Orth) DipECVS MRCVS
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尽管早期的外固定取得了一些成功，但很快就发现它们通常与很多并发症有关，尤其是软组织问题，如骨针通道分泌物。由于这些问题，以及使用外固定的并发症高发生率，许多外科医生开始探索使用内固定技术。
骨科钢丝
在19世纪末20世纪初，人医中已开始使用金属缝合线，或者是骨折碎片中使用金属线。还使用了部分类型的环扎钢丝。这其中有一些成功案例，但存在问题是钢丝周围有骨侵蚀现象。这最初认为是压迫性坏死，但后来很明显原因是钢丝电解作用和金属腐蚀；这个问题在发现和引入生物惰性材料之后得到解决，首先采用的材料是现在仍使用的316L不锈钢。早在1949年，Turnbull等人就报道过使用环扎钢丝治疗犬长斜骨骨折，当然并发症很常见；Hinko和Rhinelander后来对临床技术又做了改进，取得了较好效果。
髓内设备
髓内器械在19世纪末20世纪初被用于治疗长骨骨折。用象牙、骨头和镀镍钢制成的短钉在人和狗身上都试过，但收效甚微。这种骨钉很难插入，不能为骨折提供刚性稳定能力。然而，这种骨钉的一个变体，被称为“接合骨钉dowel pinning”，今天仍然被一些外科医生用来治疗猫的掌骨和跖骨骨折。
20世纪40年代早期，使用横跨整个骨头长度的针很流行，这一技术由Kuntscher在用V形或三叶草形的骨钉开始尝试治疗犬股骨骨折中开创。这种技术在20世纪40年代和50年代在人医中得到了相对广泛应用。在狗身上，圆形的骨圆针更受欢迎，因为它们更容易插入，也更便宜。然而，旋转稳定性较差的相关问题是一个明显缺点。为了克服这一问题，又出现了骨钉堆叠技术和螺纹骨钉，但由于旋转不稳定造成的并发症仍然存在。此外，髓内针对粉碎性骨折的轴向破坏力几乎没有预防作用。
在人医领域，为了克服旋转稳定性差和轴向破坏的问题，在20世纪80年代出现交锁髓内钉。这种骨钉由一个大直径的骨钉或骨针组成，骨钉上有钻孔（图1）。骨钉放入髓管后，将螺钉垂直打入骨钉进入骨头并穿过小孔，从而与骨钉连结在一起。这一结构有效地抵抗了骨折部位的所有破坏力，并在股骨、肱骨和胫骨的骨折治疗中得到广泛应用。螺钉是用特殊的瞄准钻模或在荧光透视下引导放置的。交锁髓内钉的另一个优点是，它们可以通过远离骨折部位的小切口以微创方式放置。
图1、交锁髓内钉（左）和贯穿螺栓（右）。髓内钉放入髓管；然后在骨头上钻洞，与骨钉钻孔对齐，然后打入螺栓。
在小动物中，交锁髓内钉首次使用是在20世纪90年代，并取得了一些成功，虽然螺钉或钉子断裂等问题并不少见。随着植入物设计的发展，这些问题已经得到了很大程度的解决。最近的创新包括开发实心螺栓而不是螺钉来减少植入体断裂，以及制造“角度稳定”系统，通过防止骨钉—螺栓界面的移动来提高骨折部位的稳定性。有趣的是，光滑的髓内针仍然是小动物骨折手术的常规方法，并没有修改它们的外形，尽管它们现在经常与其他固定方法联合应用，比如外固定或骨板，两者结合以创造出能够抵消骨折部位所有破坏力的结构。
骨板和螺钉
金属骨板和螺钉的使用最早是由Hansmann于1886年描述用在人类身上。螺钉末端当时留得很长，突出于皮肤，便于取出。Lane开发了一个完全在皮肤下的系统，大大简化了病人护理；1927年Larsen在狗身上使用骨板。钢板经常由于循环疲劳而断裂（图2），最早的Lane骨板随后被更大更坚固的植入物所取代，如Sherman钢板和Venable钢板。早期并发症非常常见，包括骨溶解、钢板松动、伤口破裂和骨不连。很明显，这些问题是由植入物的金属材料电解和腐蚀造成的，和上面的钢丝原因一样。所以在后面开始使用更多的生物惰性材料，减少了金属腐蚀有关的并发症。然而，其他并发症仍然存在，骨折治疗后的肢体功能还是很差，即使骨头已愈合。
图2、Lane骨板在最薄弱的地方断裂。
为了解决骨折治疗结果不佳，一群瑞士医生于1958年成立了国际内固定协会（Arbeitsgemeinschaft für Osteosynthesefragen ，AO）。协会成员认识到骨与周围软组织的相互作用在促进骨折愈合起到重要作用。他们还指出，骨折治疗后最重要的预后指标应该是肢体功能，而不仅仅是骨折愈合；因此，他们强调了骨折肢体早期活动的重要性。他们在达沃斯的实验室进行了广泛研究，确定了骨折管理的基本原则。这些原则至今仍然有效：
- 准确复位骨折碎片
- 保存骨折部位生物学和血液供应
- 坚强内固定术
- 尽早恢复正常活动，减少骨折疾病。
这些原则的应用使患者预后有了显著改善，AO技术很快被引入到小动物骨科；国际兽医骨科协会（AOVET）成立于1969年。抗生素在20世纪50年代和60年代的广泛使用也促进了骨板和螺钉的使用，降低了以前与内固定技术有关的感染风险。
AO协会还开发了新型植入物和器械，以有效稳定骨折。其中最重要的是动态压缩骨板（DCP），它避免了需要笨重设备来实现骨折碎片的压缩。DCP及其后续变体（如有限接触动力加压钢板，英文缩写LC-DCP）在20世纪后半叶被广泛应用于人类和小型动物，直到今天仍然被广泛使用。
骨板技术的最新发展是角稳定或锁定刚板的引入。这些系统的主要特点是，螺钉头部直接结合或“锁定”钢板，而不是将钢板压紧到骨头上，通过摩擦达到稳定。该装置从机器角度来看类似于外固定器，但应用于皮肤下，避免了骨钉经皮放置而产生病变。与传统钢板和螺钉相比，锁定钢板具有几个优点，包括更好地保存骨膜血管和提高机械强度，特别是在老年人常见的骨质疏松性骨骼。然而，锁定钢板也有几个缺点，包括无法使螺钉与相邻关节或其他重要结构保持一定角度，以及独特的失败机制，比如坚硬螺钉穿透骨头时的多螺钉剪切阻力和“骨切片”。因此，正确使用锁定钢板是非常必要的，在许多情况下，使用传统的DCP可能仍然更合适。锁定钢板技术的最新发展包括“组合”板的引入，如可接受锁紧或传统皮质螺钉的锁定压缩板，以及可变角度锁定钢板的发展。目前小动物外科中还没有针对不同骨科器械的精确指导指南。因此，外科医生必须考虑每个系统的优缺点，以便为每个病例选择最合适的植入物。
骨折治疗理念的变化
20世纪60年代和70年代的AO原则和植入物的出现，大大改善了人类和小动物骨折患者的预后。然而，很明显的是，虽然简单骨折通常能顺利愈合，但粉碎性骨折的并发症并不少见。尽管已经实现细致的解剖学重建和严格的固定，粉碎性骨折的愈合往往较慢，常常出现时间延迟的固定失败（图3）。此外感染也很常见，尤其是开放性骨折治疗后。研究人员意识到，这些并发症可能是由于手术时的生物损伤，过度操纵骨折碎片，试图达到完美的解剖复位。这种损伤增加了感染的风险，并导致愈合延迟、周期性植入体疲劳和植入体最终失败。
图3、接骨板的循环疲劳。这是一只5岁拉布拉多寻回犬的轻度粉碎性骨折，治疗采用切开复位、解剖重建及加压钢板。使用钢板前对具体的骨折碎片做了重新复位，这破坏了它们的血管供应。尽管初次手术后肢体功能良好，但骨骼没有愈合，术后3个月后固定失败。
这些考虑导致在20世纪80年代和90年代重新评价AO原则。对于粉碎性骨折，人们认识到生物学的保存应该比骨折碎片的解剖重建更重要。这导致了粉碎性骨折的所谓“生物治疗”技术的发展。在这个观点下，不重建单个骨折碎片的情况下，恢复骨骼长度和解剖排列，并采用坚固的桥接固定。骨折通过愈伤组织形成实现愈合。单纯骨折通常仍通过重建和加压治疗，目的是实现第一型骨愈合。
有点自相矛盾的是，“生物学治疗”的发展看上去似乎又走回了最初使用ESF结构治疗粉碎性长骨骨折的老路。ESF结构可以应用于闭合性骨折复位，植入物可以放置在远离骨折部位的位置，以提高生物保存性。然而，尽管ESF技术有所改进，ESF固有的并发症（如骨针通道分泌物）仍然很常见。
因此，人们重新审视了稳健的内固定技术，并开发新的解决方案，如针板组合（图4）。这种结构证明比单用桥接钢板固定要耐用得多。在过去的20年里，为了保持受伤部位软组织的愈合能力，外科技术一直在改进，特别提及固定支架的放置。例如，广泛采用的“切开但不接触”（OBDNT）技术使用开放的方法放置固定装置，但骨折复位和植入物放置无需直接操作骨折碎片或受骨折部位血肿的干扰。最近，骨折稳定的生物学方法有了进一步的发展，即完全不接触骨折部位的手术：在闭合复位后，植入物通过远离骨折部位的小切口植入。这种方法被称为微创接骨术。
图4、针—板固定。（a）这是6岁梗犬的严重粉碎性的胫骨骨折以微创方式固定，（b）使用髓内针和内侧骨板固定胫骨骨折。骨折愈合顺利。
随着我们对骨折理解的提高，很明显我们不可能把病例分成两类，一类应该用“生物学方法”治疗，另一类应该用重建和压缩骨折碎片的方法治疗。在现实中，基础的AO原则都应该适用于每一个病例；今天这些原则和50年前一样有效。但是我们现在知道，在不同的骨折病例时，应该更注重某些特定原则。在未来，很可能，随着科技不断提高和新型植入物的出现，骨折基本原则的应用还会继续发展。正如著名作家纪·哈·纪伯伦的名言：“人类进步不在于提升现状，而在于始终向未来迈进。”