基础理论｜弹性髓内钉技术的力学原理与应用原则

20世纪70年代末期，法国南希大学医院小儿骨科总住院医师Jean⁃Paul Métaizeau 与其同事借鉴了Ender钉弹性固定的原理，应用四枚直径3mm的不锈钢髓内钉，对1例9岁儿童股骨干骨折施行了闭合复位髓内钉固定治疗获得成功。之后，他们采用两枚髓内钉预弯成双“C”形置入髓内固定治疗股骨干骨折，并逐渐扩大其应用范围用于治疗四肢的长骨干骨折。随着材料科学技术的不断进展，髓内钉的材质已由最早的不锈钢改变为目前的钛合金材料。

弹性髓内钉技术的特点：

①闭合整复骨折；

②保护了骨折周围的软组织附丽和血运，骨折愈合快；

③利用其弹性和双“C”形的固定模式形成髓内支架，骨干周围的肌肉构成软组织框架，达到相对稳定的生物学固定；

④不损伤长骨干两端的骺板；

⑤住院时间短，利于早期返校复学。

因此，该技术是一种微创、安全、有效、并发症少的内固定方法，适用于儿童长骨干横形、斜形及短螺旋形骨折，对肱骨和股骨近、远端干骺端骨折及桡骨颈骨折如应用得当也可获得满意的治疗效果。目前，弹性髓内钉技术在国内外已成为儿童四肢长骨干闭合性骨折治疗的首选方法［1-3］。

一、弹性髓内钉的应用原理

以股骨干中段斜形骨折为例：骨折近、远端肌肉收缩产生轴向应力R，根据力的合成与分解平行四边形法则，平行四边形的对角线表示合力，两个邻边为分力；合应力R分解出两个分力即压应力C剪应力 S，压应力促进骨折愈合、剪应力妨碍愈合；剪应力S的分力L使骨折远端向外移位，导致侧方移位或成角畸形（图1）。

将第一枚弹性钉预弯成“C”形，经股骨干远端外侧皮质逆行打入髓腔，依靠其弹性在远端皮质（入钉点）、断端髓腔（“C”形的顶点）和近端干骺端（钉尖）形成三点固定；骨折端向外的弯曲应力大于肌肉收缩形成的轴向压应力，因此产生向内的成角畸形（图2）。第二枚弹性钉的直径、预弯的“C”形弧度与第一枚弹性钉相同，并在同一平面由内侧皮质逆行打入后也形成三点接触，力的大小与第一枚弹性钉相等而方向相反。两枚“C”形弹性钉的凹面相对，弧形的顶点位于骨折端，这种对称排列的固定模式、弹性钉内在的弹性以及周围软组织框架，使骨折端的应力达到平衡，有效地抵抗了弯曲应力，将剪应力转化成垂直的张应力 T 和压应力 C，维持了复位后的稳定，有利于骨折的修复愈合［3]（图3）。 

两枚弹性钉的入点、“C”形的顶点及钉尖的正确位置所形成的对称排列模式，能使弯曲应力达到平衡，防止向内或向外的成角畸形。若两枚弹性钉的入钉点不在同一平面，预弯的“C”形弧度不一，则可导致抗弯曲应力失平衡。例如，当内侧弹性钉的入钉点较外侧低时，“C”形的弧度大于外侧弹性钉弧度，导致向内的弯曲应力增加，产生向外成角畸形（图4）；

如弹性钉预弯的“C”形弧度不够，弹性钉太细或两枚弹性钉粗细不一，导致弹性钉在髓腔内占据的空间减小，同髓腔内壁接触的距离太短或长短不一，抗横向移位的应力失衡，使横形骨折产生侧方移位（图5）；

对斜形骨折由于剪应力作用导致轴向不稳定而出现短缩畸形和侧方移位（图6）。

弹性钉的直径越粗，在髓腔内壁的接触面越长，占据髓内的空间越大，横向、轴向和旋转稳定性越好；另外钉尖和钉尾在干骺端张开分离的间距越大，抗扭转畸形的效果越好［5-6］。

下肢长度不稳定骨折（骨折线长度>2倍骨折部位直径的斜形、螺旋形以及粉碎性骨折），弹性钉固定后可能因轴向不稳定出现断端短缩和弹性钉退出。术前准确测量骨干直径，选用尽量粗（髓腔直径的80%）的弹性钉，充分占满髓腔，并与髓腔内壁贴附的越紧密、距离越长，轴向稳定性越好，可以避免断端短缩和退钉现象。此外，采用弹性髓内钉加尾帽的固定方法也是对长度不稳定股骨干骨折的治疗选择［7］。

弹性髓内钉是相对稳定的固定，骨折断端有小于2mm的微动，这有助于外骨痂（骨膜骨痂）的形成，在骨折端逐渐形成沿骨干长轴的连续性（桥式）骨痂。外骨痂是生理性的，形成快，具有更好的力学强度。弹性钉固定后，其弹性微动能刺激髓内血管，使血流通过皮质骨的微细管道增加骨膜血运，促进骨痂形成。骨膜完整对外骨痂的形成非常重要，因此在应用弹性钉时应行闭合复位，以保留完整的骨膜。若需经小切口辅助复位，应尽量避免对骨膜的广泛剥离。肌肉收缩产生的压应力能够加强横向稳定和提供丰富的血运，促进骨折的早期修复愈合。骨折端局部的张应力-压应力平衡能促进外骨痂形成，利于骨折的愈合，但剪应力和扭转应力妨碍骨痂形成，影响骨折愈合。两枚对称排列的“C”形弹性钉固定，能将剪应力转化为张应力-压应力，从而有助于外骨痂的形成，促进骨折修复愈合。

二、弹性髓内钉的应用原则

（1）对弹性钉入钉点的选择，应综合考虑骨折的部位、类型、弹性钉“C”形顶点的位置以及弹性钉置入后与髓腔内壁贴附的距离。

例如，股骨干长斜形骨折可分别由外侧顺行和内侧逆行穿钉（图7）；

股骨干远端骨折可经大转子下方顺行穿钉，顺行入钉时两枚弹性钉应分别预弯成“C”形和“S”形，增加同髓腔内壁的接触点，提高轴向稳定性［8]（图8）。

但有生物力学研究显示，由股骨干远端逆行穿钉、双“C”形排布的固定模式，抗扭转和抗弯曲的力学稳定性优于由近端顺行穿钉固定方法［4］。肱骨近端骨折可由外侧逆行穿钉，而肱骨干骨折宜采取外侧顺行穿钉。如果两枚弹性髓内钉均由骨干外侧顺行或逆行穿钉，开路钻孔时应沿骨干长轴在外侧皮质上、下钻孔，而不宜平行钻孔以避免减弱骨的把持力。对前臂尺桡骨双骨折，尺骨采取顺行穿钉而桡骨则采取逆行穿钉。桡骨的进钉点应位于前臂远端的桡背侧，在桡侧伸腕肌腱与拇长伸肌腱之间进入，尽量靠近桡侧伸腕肌腱。因桡侧伸腕肌腱在腕关节水平活动度较小而拇长伸肌腱的活动范围较大，若入钉点过于靠近拇长伸肌腱则腕关节活动时肌腱有被钉尾磨损而断裂的可能。

（二）弹性钉预弯的弧度约为 30°，弧高是直的3倍，其顶点位于骨折端（图9）。

为保持两枚弹性钉的弧度一致，可同时进行预弯。对骨干上段或下段骨折，应适当调整弹性钉“C”形的顶点。钉尖弧度不可太大，否则在进钉过程中钉尖容易刺穿皮质（图10）。

（三）弹性钉直径选择：术前需拍摄健侧骨干全长X线片，测量健侧骨干髓腔最窄处的直径，并根据线片放大或缩小比例进行换算。

对下肢骨折，弹性钉的直径应为骨干最窄处髓腔直径的40%［弹性钉直径（mm）=0.4×骨干最窄处髓腔直径（mm）］。对上肢骨折，肱骨干弹性钉的直径一般为髓腔直径的40%；尺桡骨骨折单枚弹性钉的选择，通常为髓腔直径的 60%，一般不超过 2.5 mm。10~12 岁儿童的尺桡骨干髓腔变细，这可能与该年龄段尺桡骨的生长发育有关，若髓腔直径<2 mm则需改用其他内固定方式。术前需拍摄健侧尺桡骨全长X线片，准确测定弹性钉的直径，这一点非常重要。若对选择弹性钉直径有疑惑时，应选粗一号的弹性钉为宜。

（四）弹性钉的长度为骨干近端骺板至远端骺板之间的距离。

例如，股骨干弹性钉的长度是从大转子骺板至股骨远端骺板的长度（图11）。弹性钉长度测量也需要参考健侧骨干全长X线片。 

（五）对前臂尺桡骨双骨折，在进钉过程中应通过旋转使两枚弹性钉的凹面彼此相对，这样骨间膜的张力能达到最大，可维持稳定并保留前臂的旋转功能。

对股骨干和胫骨干骨折，进钉时无论是顺时针或逆时针旋转弹性钉，在打入过程中都要向相反的方向转回同样的角度，避免在同一方向上连续旋转而产生缠绕（“拧麻花”现象）［9-10］（图12）。

此外，要注意在矢状面上调整钉尖方向，例如股骨干骨折逆行进钉时内侧弹性钉的钉尖应朝向前方，与股骨颈前倾角保持顺列；外侧弹性钉的钉尖则朝向大转子，“C”形的凸侧稍向后，以免骨折愈合后遗留股骨干的前弓畸形。胫骨骨折如有向后的成角畸形可能影响愈合，因此钉尖应转向后侧，使“C”形的凸侧向前，恢复并维持正常的力线（图13）。胫骨骨折合并腓骨的弯曲骨折时，弧形通常朝向内侧，因此固定胫骨骨折的弹性钉尖需转向内侧，使“C”形凸侧向外，抵消腓骨弯曲对胫骨骨折愈合的影响［11］。

（六）弹性钉置入后要用手捶击骨折远端。

对股骨干骨折，弹性钉固定后应维持屈髋屈膝位，用手捶击股骨远端，对横断骨折可降低日后过度生长的风险；对斜形或螺旋形骨折，则能增加断端的稳定性，骨折愈合时可能会出现5 mm左右的短缩，但通过儿童股骨干骨折后的过度生长能够弥补。此外，捶击还有助于明确钉尾在皮质外剪断的长度，避免钉尾遗留过长激惹周围软组织导致皮下滑囊炎或卡压在髂胫束上致屈膝活动受限［9］。

（七）术后应使用髋人字石膏或支具固定 6~8，尤其是不稳定性骨折。石膏或支具固定有助于缓解疼痛和减少膝关节周围软组织激惹。当X线片上有连续骨痂出现，可开始部分负重行走。弹性钉取出时间可根据骨折愈合时间及功能恢复情况而定，学龄期儿童寒暑假期间取出内固定为宜。弹性钉留置时间过长，可能会增加取出的难度。股骨干骨折4~5个月可获得坚强愈合；肱骨和胫骨通常需要 3~4 个月；尺桡骨双骨折约 6 个月可获得坚强愈合。而干骺端骨折通常 6~8 周愈合，术后 3 个月即可取出内固定。