股骨颈动力交叉钉系统治疗青壮年股骨颈骨折的研究进展

Abstract

Objective

To summarize the research progress of femoral neck system (FNS) in the treatment of femoral neck fracture in young and middle-aged patients.

Methods

The literature on FNS at home and abroad in recent years was extensively reviewed, and the results of mechanical and clinical studies on FNS were summarized based on clinical experience.

Results

FNS has good mechanical stability, which can reduce complications such as femoral neck shortening, internal fixation failure, and varus caused by mechanical instability. At present, FNS is mainly selected for comparison with cannulated compression screws and dynamic hip screws in clinical research. The results show that FNS has the advantages of minimally invasive, short operation time, less intraoperative fluoroscopy, earlier postoperative weight-bearing and fracture healing, and better hip function recovery.

Conclusion

As a new internal fixator, FNS has achieved satisfactory results in the current research. FNS has good mechanical advantages, which is beneficial to fracture healing and the recovery of hip joint function after operation. However, whether FNS can reduce the incidence of nonunion and osteonecrosis of the femoral head remains to be further clarified.

股骨颈骨折临床较常见，据统计占全部髋部骨折的48%～54%^[1]。此类骨折患者大多为老年人，以低能量损伤为主，首选关节置换治疗^[2]。青壮年患者少见，仅占所有股骨颈骨折患者的3%，且主要由交通事故伤、高处坠落伤等高能量损伤引起，因此骨折断端剪切力大，易造成轴向不稳和旋转不稳，复位和固定难度均较大^[3]。而且由于青壮年患者主要为高能量致伤，股骨头血供破坏大多严重，术后骨不连及股骨头坏死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）发生率较高，分别达9.3%及14.3%^[4]。

青壮年股骨颈骨折治疗首选内固定。临床常用的空心加压螺钉（cannulated compression screw，CCS）具有微创植入、断端加压等优点，但存在退钉、断钉及螺钉切割等问题，内固定失败率达20%～48%^[5]。动力髋螺钉（dynamic hip screw，DHS）具有角度稳定、固定牢靠等优点，但存在抗旋转能力差、创伤较大、对股骨头内骨质破坏较大等不足，术后ONFH发生率较高^[6]。所以，青壮年股骨颈骨折的治疗仍是一个有待解决的问题^[7-8]。美国Depuy Synthes公司结合CCS与DHS的优势，研发了一种新型内固定装置——股骨颈动力交叉钉系统（femoral neck system，FNS），能微创植入同时兼具旋转稳定性及角度稳定性，近年逐步应用于临床。现回顾FNS相关文献，结合西安交通大学医学院附属红会医院以及西安市第五医院使用FNS治疗青壮年股骨颈骨折的临床经验作一综述，以期为临床治疗提供参考。

1. FNS设计特点

FNS由抗旋螺钉、动力棒、锁定板及锁定螺钉四部分构成。其中，抗旋螺钉主要提供抗旋转能力，使骨折固定后能避免股骨头绕颈旋转，维持复位，同时又可以对骨折断端进行动态加压，利于骨折愈合^[9]。130° 锁定板一端为1孔或2孔的侧板，通过锁定螺钉固定股骨干；另一端为套筒结构，动力棒与抗旋螺钉可以在套筒中进行至多 20 mm的滑动。这种独特的动力化设计能减少术后因股骨颈短缩导致的内固定物侧向切出、患侧大腿外侧疼痛、内固定失效等并发症。并且锁定板固定角度的设计使FNS能较好地维持颈干角，预防术后髋关节内翻发生。

FNS植入操作简便。术中骨折复位后，先用一克氏针临时固定维持复位；再将130° 导向器紧贴股骨干，于小转子水平植入导针；正侧位透视确定导针均位于股骨颈中心后进行扩髓，然后通过植入手柄插入动力棒与锁定板，再通过手柄导向器拧入锁定螺钉与抗旋螺钉， FNS植入即完成。植入完成后，若透视下见骨折断端仍有分离，在松开牵引后逆时针旋转手柄黑色螺母即可完成加压固定。与传统CCS及DHS相比，FNS能减少术中透视次数及手术时间。

FNS中植入股骨颈中心的动力棒与抗旋螺钉采用紧凑设计，与DHS相比在股骨颈内所占体积较小，能减少骨质丢失。Zhao等^[10]对股骨颈骨折后残留血供的研究以及王子华等^[11]的三维数字植钉模拟实验均提示，CCS的周围植钉固定方式易破坏股骨颈残留血供，而股骨颈中心植钉方式能显著减少对残留血供的破坏，从而降低骨不连及ONFH的发生率。所以，基于上述研究结果分析，理论上采用股骨颈中心植钉的FNS在减少骨不连及ONFH等并发症发生率方面具有明显优势。但该内固定系统临床应用时间较短，上述结论还需后续临床研究证明。

2. FNS的力学研究

股骨头位于股骨干解剖平面的前内侧，髋关节活动会对股骨产生压缩、拉伸及扭转应力^[12]。这些应力作用于股骨颈上主要分为两个方向：其一，应力与股骨颈长轴平行。骨折内固定术后该方向应力会压缩股骨颈，一方面有利于骨折愈合，另一方面则会导致股骨颈短缩、内固定物切出等并发症的发生。其二，应力垂直于股骨颈长轴。骨折内固定术后，该方向应力会对股骨颈及其中的内固定物产生剪切力，并且Pauwels角越大，断端承受的剪切力越大，内固定失效及骨不连发生率也越高^{[5, 13]}。所以，理想的内固定物需要具备较好抵抗这两个方向应力的能力。

有限元分析是评价内固定力学性能的常用方法，近年学者们进行了一系列研究。杨通池等^[14]研究显示与CCS相比，FNS能减小股骨头承受应力，并且自身承受的应力较均匀及分散，具有较好力学稳定性。范智荣等^[15]的研究指出相较于CCS，FNS内固定术后骨折端和内固定物移位风险更小，力学稳定性更好。杜兵等^[16]的对比研究结果显示CCS联合内侧支撑钢板力学稳定性不及FNS。另外Jung等^[17]的研究比较了不同植入位置的FNS，发现将动力棒尖端靠近软骨下骨可以增加内固定力学稳定性。Fan等^[18]的研究对比了在不同骨折线角度使用FNS 1孔或2孔锁定板固定的力学稳定性，结果显示当骨折线角度>70° 时，与1孔锁定板相比，选择FNS 2孔锁定板能获得更好力学稳定性。

相较于有限元分析，通过尸体标本模拟股骨颈骨折来评价内固定物的生物力学性能更为准确。Stoffel等^[19]的研究显示相较于CCS，角度稳定的FNS和DHS具有更强的轴向刚度，术后能更好地维持股骨颈长度及肢体长度，具有更高的力学稳定性。Moon等^[20]的研究比较了DHS与FNS，进一步证明了虽然FNS的锁定板与股骨干接触面较小，但其力学稳定性与DHS相似；并且由于锁定板较小，FNS植入时对组织损伤也小于DNS。Schopper等^[21]的研究显示与Hansson钉相比，角度稳定的FNS能较好地抵抗股骨头内翻塌陷；并且不同于股骨颈皮质固定的Hansson钉及CCS，其植入位置对固定强度有显著影响，FNS植入位置差异对其结构强度无显著影响。

综上述，相关力学研究显示FNS具有较好力学稳定性，能减少因力学不稳定导致的股骨颈短缩、内固定失效、髋关节内翻等并发症。但上述力学研究方法本身存在一定局限性，例如有限元分析中的股骨模型为均匀、连续和各向同性的弹性材料，而人体股骨为非均质材料；基于尸体标本的生物力学试验往往仅有单一纵向负荷，未模拟肌肉、韧带等人体髋关节重要结构。所以，FNS的生物力学优势能否体现在临床疗效中，还需要后续大样本、多中心临床研究进一步证明。

3. FNS的临床研究

FNS作为一种新的内固定术式，其临床疗效及优势目前主要通过与CCS、DHS等传统内固定物比较来评估，评价指标主要包括围术期指标、术后随访指标以及并发症发生情况三方面。围术期指标包括手术时间、术中出血量、术中透视次数、切口长度、疼痛视觉模拟评分（VAS）等，术后随访指标包括下地时间、骨折愈合时间、髋关节Harris评分等，并发症发生情况包括内固定失效、股骨颈短缩、骨不连、ONFH等。相关临床研究结果详见表1。

表 1.

Summary of FNS clinical research literature

FNS临床研究文献总结

第一作者/发表年 First author/Year of publication	组别 Group	例数 n	手术时间（min） Operation time (minutes）	透视次数（次） Fluoroscopy frequency (times)	术中出血量（mL） Intraoperative blood loss（mL）	骨折愈合时间 Fracture healing time	Harris评分 Harris score
任程[22]（2021）	CCS	38	46.8±22.6	—	96.6±41.0	（3.6±0.9）个月	93.6±6.7
	FNS	32	47.2±23.5		98.8±43.8	（3.1±0.9）个月	96.8±4.0
熊巍[23]（2021）	CCS	57	51.8±11.7	15.6±3.4	48.9±10.2	（4.0±0.6）个月	84.6±3.3
	FNS	62	45.2±10.1	8.8±2.9	50.8±9.9	（3.2±0.4）个月	91.8±4.4
杨家赵[24]（2021）	CCS	31	65.55±21.37	—	17.3±6.2	（4.4±0.9）个月	88.4±6.2
	FNS	28	48.28±8.75		27.8±6.3	（3.6±0.9）个月	92.4±5.5
严才平[25]（2021）	CCS	58	88.38±37.6	—	74.83±42.73	（12.74±5.55）个月	85.0±9.0
	FNS	24	58.92±6.97		79.17±50.17	（7.14±1.46）个月	94.7±1.6
杨亚军[26]（2021）	CCS	19	41.6±12.1	19.2±5.5	34.8±26.0	（16.3±3.3）周	90.8±3.3
	FNS	15	39.4±6.3	9.2±2.8	52.4±10.4	（16.4±2.8）周	89.8±2.5
He C[27]（2021）	CCS	36	56.11±12.48	18.33±3.82	—	（14.03±1.78）周	88.44±5.91
	FNS	33	49.94±14.46	10.85±1.89		（13.82±1.59）周	90.42±4.82
Zhou XQ[28]（2021）	CCS	30	40.90±5.22	—	30.27±9.04	—	82.37±7.52
	FNS	30	42.83±4.69		99.73±52.73		86.16±7.26
Hu H[29]（2021）	CCS	24	64.58±18.56	—	23.71±28.13	（4.14±1.01）个月	81.92±8.34
	FNS	20	79.75±26.35		69.45±50.47	（3.53±0.9）个月	85.90±5.98
Tang Y[30]（2021）	CCS	45	42.0±11.9	17.8±3.8	47.3±9.3	（4.0±0.39）个月	84.4±3.2
	FNS	47	52.4±11.0	7.6±3.2	50.6±10.6	（2.97±0.35）个月	88.9±4.3
Zhang YZ[31]（2022）	CCS	36	76.81±13.1	—	—	—	78.67±3.72
	FNS	33	60.0±12.44				84.61±3.42

不同于CCS需要在透视下反复调整导针及螺钉位置，FNS只需在透视下确定中心导针后置入手柄，然后基于手柄辅助下程序化植入整套内固定物，手术耗时较短且较为稳定，术中透视次数少，能减少电离辐射对医护人员和患者的危害。熊巍等^[23]及He等^[27]的研究均显示FNS组手术时间、术中透视次数少于CCS组。由于FNS需要切开植入，而CCS多为经皮植钉，从理论上分析FNS术中出血量应多于CCS且切口较大。但杨家赵等^[24] 及Tang等^[30]的研究显示FNS术中出血量与CCS比较无明显差异，仅切口长度明显大于CCS。结合目前相关研究，FNS术中出血量约50 mL^{[23-26, 29-30]}、切口长度约4.5 cm^{[26, 30]}，符合微创治疗理念。为缩小切口、缩短手术时间，我们总结了以下临床经验：① 术前在X线片透视下用克氏针准确定位小转子平面与股骨干侧位中线的交点，以此交点为切口中心，视情况延长切口，可以避免切口过长；② 在置入中心导针时，将130° 导向器紧贴股骨干表面，于小转子平面及股骨干中线交点位置进针，可以避免反复调整导针位置导致的手术耗时长。FNS植入后若透视下见骨折断端仍有分离，可以在松开牵引后对断端进行加压固定，以利于骨折愈合。严才平等^[25] 及Zhou等^[28]研究显示FNS组术后患者VAS评分显著低于CCS组，Harris评分显著高于CCS组，说明FNS的牢固固定能减轻患者术后早期疼痛，也利于患者术后早期功能锻炼及髋关节功能恢复。

术后需综合患者年龄、骨折类型、骨折愈合情况、内固定物等因素，判断患者下地负重时间。与CCS相比，FNS的力学优势使其能有效抵抗患者下地活动后骨折断端承受的剪切力，因此FNS内固定术后患者可以早期进行下地负重锻炼^[22-31]。任程等^[22]的研究对比了32例FNS组及38例CCS组患者下地负重时间，结果显示FNS组不仅下地早于CCS组，骨折愈合也显著早于CCS组。早期下地负重活动可以减少因卧床引起的肺部感染、下肢静脉血栓形成等并发症，并且下地负重对骨折断端的刺激可以促进骨痂形成，加速骨折愈合^[4]。但需要注意的是，对于移位的股骨颈骨折患者，若内固定不牢靠，早期负重可能导致骨折复位丢失、股骨颈短缩、内固定失效等问题^[32]，所以患者骨折存在明显移位时，术后不建议早期下地负重。

股骨颈短缩是术后最常见并发症。骨折复位不充分造成的断端嵌插及术中过分加压，均会导致股骨颈术中即刻短缩；而术后患者下地活动后对断端的挤压以及骨折愈合过程中骨吸收，又会导致股骨颈进一步短缩^[33]。股骨颈短缩超过5 mm为中度短缩，会出现不同程度髋关节疼痛和功能受限；若超过10 mm则为重度短缩，会严重影响患者髋关节功能，出现跛行等症状^[34]。研究表明，采用FNS固定可以较好地维持股骨颈长度，术后股骨颈短缩长度及程度均轻于CCS固定^[22-31]。另外，股骨颈短缩会导致内固定物侧向突出，引起大腿外侧激惹症状，出现不同程度异物感及疼痛。杨家赵等^[35]的研究对比了47例FNS组及47例CCS组患者临床资料，结果显示FNS组患者无大腿外侧激惹发生，而CCS组15例（31.9%）患者出现了该症状。考虑为FNS的动力化设计能减少术后因股骨颈短缩引起的内固定物侧向突出，从而减少大腿外侧激惹引起的髋关节疼痛，这可能也是FNS术后Harris评分高的原因之一。

骨不连及ONFH是术后最严重并发症，严重影响患者髋关节功能，最终只能进行人工髋关节置换治疗。由于年轻患者活动量大，预期寿命长，人工髋关节置换后二次翻修手术难以避免，也给患者及其家庭造成较大经济负担^[36]。骨不连及ONFH发生的主要原因是股骨头血供不足，而股骨颈骨折断端对血供的直接破坏和囊内出血形成的高压环境均会严重影响股骨头血供。骨折解剖复位和牢固固定可以避免残留血管扭曲，有助于股骨头血供重建。所以骨折难以复位时，应及时行关节囊切开，以获得更好的减压及复位。研究表明Garden Ⅰ、Ⅱ级复位的骨折术后较少出现骨不连及ONFH等并发症，所以术中不应为了追求微创而降低对复位质量的要求^{[22, 37]}。

目前相关研究显示FNS术后骨不连及ONFH发生例数少于CCS，但差异无统计学意义^[22-31]，分析原因可能为：① FNS应用于临床时间短，尚未观察到骨不连及ONFH的发生；② FNS固定牢靠，骨折愈合早且较少出现内固定失效，避免了骨不连及ONFH发生；③ 采取中心紧凑设计的FNS对股骨头残留血供破坏较少，进而减少了ONFH发生^[10]；④ 股骨颈短缩为术后发生骨不连及ONFH的重要危险因素，而FNS能较好维持股骨颈长度，避免了上述并发症的发生^[38]。但上述原因仍需大样本、前瞻性临床试验及长时间随访验证。

4. 总结与展望

FNS是治疗青壮年股骨颈骨折的一种较满意手术方式，尤其对于不稳定Pauwels Ⅲ型骨折更具优势。FNS操作简便、微创，手术时间及术中透视次数均少于CCS；力学稳定性较好，能减少术后内固定物切出、断裂等问题，并且能较好地维持术后颈干角及股骨颈长度；患者术后能早期下地活动，骨折愈合时间短，利于髋关节功能恢复。但目前FNS临床研究仍较少且随访时间普遍较短，能否减少骨不连、ONFH等并发症的发生仍不明确。另外目前FNS的临床研究主要与CCS比较，而青壮年股骨颈骨折治疗也有一些其他内固定方式，例如4枚CCS菱形分布、CCS联合内侧支撑钢板、动力加压钢板^[39]、内侧解剖支撑板^[40]等。因此，下一步研究应关注：① 开展大样本、多中心、前瞻性研究，并进行长时间随访来评估不同内固定物疗效；② 明确内固定物植入对股骨头残留血供的影响；③ 研究股骨颈骨折内固定术后出现骨不连及ONFH的原因，分析其危险因素并探究有效预防措施。

利益冲突　在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突；经费支持没有影响文章观点及其报道

作者贡献声明　王敏、董亮：观点形成及文章设计；黄小强：文章修改及审核；杨博：文献收集及数据整理；冀家琛：文献收集及文章构思、撰写

Funding Statement

陕西省重点研发基金项目（2019SF-192）；陕西省自然科学基础研究计划（2022JM-546）

Key Research and Developed Projects of Shaanxi Province (2019SF-192); Natural Science Basic Research Program of Shaanxi Province (2022JM-546)