引言

髌骨骨折占所有骨骼骨折的1%。最常见的机制是膝关节直接创伤或由离心肌肉收缩和快速膝关节屈曲对抗收缩的股四头肌引起的间接损伤。间接损伤通常会导致髌骨横断骨折或下极撕脱。髌骨骨折中男性与女性受伤比例约为 2:1 。患者通常表现为疼痛、关节积液,以及髌骨可触及的间隙或伸肌功能障碍,导致无法完成直腿抬高动作。髌骨骨折呈现双峰年龄分布特征:年轻群体多见于高能量创伤,老年群体则因骨质疏松性骨折形成第二高峰。最常见的多碎片骨折类型包括AO 34-C3型和34-C1型,这两型均与高能量创伤相关,分别占所有髌骨骨折病例的25%和23%。

髌骨骨折的诊断需要结合临床表现和影像学检查。标准X光片通常包括正位、侧位及斜位膝关节影像。相较于常规的正位和侧位膝关节X光片,增加斜位影像可显著提升检出率。CT扫描技术的应用能辅助判断骨折类型,在高达49%的髌骨骨折患者中对制定治疗方案具有重要价值。

髌骨的皮下组织特性及其伸肌机制传递的强大应力,给髌骨骨折的治疗带来诸多挑战。膝关节伸膝机制作为行走功能的关键结构,其复杂性不容小觑。作为人体最大的籽骨,髌骨承担着多重生理功能:既能增强股四头肌的杠杆作用,又为膝关节屈伸提供生物力学优势;通过充当缓冲垫减少股四头肌、髌腱与股骨滑车之间的摩擦;同时还能保护胫股关节免受直接创伤。髌股关节承受着次生性压缩力,当患者爬楼梯时,通过关节的应力可达自身体重的三倍;而深蹲时,该应力更会飙升至自身体重的七倍以上。

髌骨撕脱性骨折是指髌骨与周围组织分离的损伤,通常伴随股四头肌或髌腱的断裂。虽然这类骨折较为罕见,但在青少年和年轻成人中发病率较高,尤其在男性群体中更为常见。治疗方案需综合考虑骨折碎片大小、移位程度及患者年龄等因素。对于较小且未移位的骨折,通常采用保守治疗,包括固定支具、保护性负重训练和物理治疗;而对于较大或伴有移位的骨折,则需进行开放复位内固定术,通过螺钉、钢丝或缝合线将骨折碎片重新复位。

髌骨袖状撕脱骨折涉及髌骨下极,其特征表现为远端关节软骨从下表面撕脱、骨膜从上表面剥离,并伴有髌腱附着点的完全断裂。这种骨折类型常见于骨骼发育未成熟的儿童,占16岁以下儿童所有髌骨骨折病例的57%。诊断该病症颇具挑战性,因为普通X光片通常仅显示髌骨抬高现象,而无法呈现骨折或骨碎片的影像学表现。髌骨高度的经典测量方法是使用Insall-Salvati比值法,即通过外侧X光片测量的髌腱长度与髌骨长度之比。成人平均比值为1.04(男性1.01,女性1.06)。当Insall-Salvati比值>1.2时定义为高位髌骨,<1.0则为低位髌骨。膝关节超声检查具有快速、经济、便捷且安全的优势,可作为此类损伤的诊断工具。磁共振成像(MRI)也可作为此类损伤的诊断手段。早期识别和治疗至关重要,因为骨碎片脱落会导致远端髌骨形成新骨组织,进而引发骨折部位增大或出现骨折处的异位骨化。这类骨折的处理方式需根据软骨骨碎片大小及移位程度等具体因素,采取保守治疗或手术干预。及时诊断并采取恰当治疗方案,有望实现功能完全恢复。

这篇综述文章总结了髌骨骨折治疗的相关文献,以及随着现代锁定接骨板的引入如何演变,并比较了它们的生物力学特性、风险和受益

治疗选择

决定治疗方式的主要因素包括损伤前患者功能水平、骨折模式、伴随软组织损伤和伸肌机制的完整性。

1

非手术治疗

对于髌骨未移位骨折且伸肌功能保持完整(因韧带结构完好),可采用非手术治疗方案。常规治疗通常使用支具或石膏固定,限制屈曲活动4-6周。选择非手术治疗需重点需要评估骨折移位程度及关节面吻合度。但需注意该方法可能增加创伤后关节炎的发生率。

一般认为移位骨折应进行手术治疗。Pritchell等人的研究中,18例移位髌骨骨折患者采用保守治疗,所有患者均出现20度伸肌的功能障碍。然而,其中只有3例患者在日常活动中存在活动的受限。这可能是因为术后患者对日常生活要求较低所形成的偏倚。

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手术治疗

髌骨固定术的起源可追溯至1834年,当时巴顿(1794-1871)首次尝试对髌骨进行内固定。然而由于患者的死亡,巴顿可能未将该手术方法发表。德国的李斯特和特伦德伦堡也采用了类似的钻孔钢丝固定技术。尽管骨折复位与固定技术层出不穷,但实现稳定固定仍是重大挑战。固定材料种类繁多,包括经皮钉、金属环、袋鼠肌腱异种移植物、筋膜条以及螺钉等。

1838年,乔治·麦克莱伦(1796-1847)成为首位成功实施髌骨内固定的外科医生。1843年,法国外科医生Joseph François Malgaigne(1806-1865)发表了使用一对金属钩对髌骨骨折进行经皮固定的论文,后来称为Malgaigne钩。该设计旨在矫正髌骨移位骨折模式中的碎片错位问题。

到1877年,格拉斯哥的赫克托·卡梅伦爵士取得重大突破,成为首位采用骨间钢丝进行髌骨开放复位内固定术的医生。理查德·冯·沃尔克曼(1830-1889)则描述了通过在股四头肌和髌腱后方植入钢丝缝线来固定髌骨骨折的方法。骨科领域最重大的突破发生在20世纪50年代,当时保罗·韦尔(Pauwel)首创了用于髌骨骨折固定的前张力带技术。

随后,骨固定研究协会(AO/ASIF)对张力带固定技术进行了改良,并将其作为刚性固定装置推广使用,使得患者能够尽早进行关节活动度调整和康复训练。约三分之一的髌骨骨折需要手术干预,关节不协调和骨折间隙超过3 mm是最常见的适应症。骨折固定的目的是恢复患者的解剖结构并实现早期活动。早期动员有助于防止膝关节囊僵硬,并减少与长期固定相关的软骨退变。髌骨骨折固定后,通常在8-12周内愈合。在此期间,膝关节通常需要承受约10万次屈伸循环,因此需要一种能够承受这些高力的坚固固定方法。术后接受髌骨骨折治疗的患者需要进行长期康复训练。

虽然康复方案存在多种调整方式,但核心目标始终是实现早期康复并获得最佳功能恢复效果。针对已接受手术的患者,我们推荐的康复方案包括:术后前6周允许患者在膝关节锁定伸直状态下进行耐受重量训练

  • 前两周使用固定伸直的膝关节护具,允许膝关节屈曲角度不超过30度。

  • 第2至6周期间,每周逐步增加15度膝关节屈曲幅度,目标是在6周内达到90度。

  • 术后6周解除护具固定后可完全负重,10周时则需完全拆除护具。在3-6个月时,活动恢复至受伤前。

3

张力带钢丝

横行性髌骨骨折(AO 34-C1)占所有髌骨骨折的23%。许多生物力学研究评估了张力带钢丝(TBW)固定术在该骨折模式中的固定效果,TBW固定术被广泛认为是这种“简单”骨折模式的金标准(见图1)。

图1 展示一例经横行髌骨骨折采用TBW固定术治疗的案例

TBW 固定术的生物力学原理是将髌骨前表面的拉伸力转化为关节面的压缩力,从而实现动态骨折块间压缩。在传统TBW固定术中,两根克氏针近端平行弯曲后,用八字形环扎线缠绕其上进行固定。对于粉性骨折和远端杆状骨折,可分别采用额外的环扎线或去张力环扎线(麦克劳克林环扎线)进行加固。

正如Bostrom等人所强调的,进行TBW固定术时的手术技术至关重要,导丝直径和张力技术是结构机械性能的关键因素。他们发现16-gauge导丝优于18-gauge导丝。TBW固定术的并发症包括复位失败(早期骨折移位的发生率约为22%-30%)、克氏针移位、伸肌滞后及软组织刺激。有研究显示再手术率高达65%。虽然金属器械的成本相较于其他骨科植入物较低,但高再手术率不仅增加了手术时间成本,还使患者面临多次手术的风险。

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空心螺钉

从Malgaigne钩到锁定钢板,髌骨骨折固定术的演变与选择

为减少克氏针对软组织的刺激,临床引入了空心螺钉固定术(见图2)。该理论认为,相较于光滑钢丝,螺钉不仅能提供更高刚性,还能增强抗拉伸负荷能力。但研究发现,需将两枚平行的空心延迟螺钉以90度角穿过骨折部位,随后外科医生可选择通过螺钉以八字形配置添加克氏针。与单独使用TBW相比,该技术在生物力学研究中表现出更优的稳定性、更低的并发症发生率和更好的功能结局。

图2 描述了使用空心螺钉和额外钢丝处理髌骨横断骨折的示意图

采用双螺距埋入式加压螺钉配合额外缝合张力带的固定方案,其生物力学性能显著优于标准头螺钉固定术,具体表现为:结构刚性增强、骨折块间活动范围缩小、抗失效能力提升以及固定强度更大。

马丁团队研究表明,无头螺钉结构的平均临床失效强度几乎是带头螺钉结构的两倍。阿拉扬研究组发现两种固定方式效果相当,但与金属丝和空心螺钉结构相比,埋入式加压螺钉及缝合固定结构的骨折间隙更明显。布塞尔团队通过回顾性分析证实,使用带头空心螺钉配合高强度不可吸收缝线的固定方案,在50例患者中实现了96%的愈合率和8%的假体症状发生率。值得注意的是,该研究中四例出现症状的病例中有三例是由于螺钉脱出所致。相较于传统带头螺钉技术,螺钉固定术虽然并发症类型相似,但金属部件突出问题较轻。然而,由于螺钉的直径大于导丝,因此穿孔髌骨关节面并导致骨折延伸或粉碎的风险更高。

不可吸收编织缝线单独使用时,其强度与金属接骨板相当,且相比金属器械对软组织的刺激较小(图3)。这类缝线虽比标准缝线蠕变更少、刚性更强、延展性更低,但强度仍逊于金属器械。此外,相较于金属器械,缝线的透射特性能更精准地通过X光片评估骨折复位情况,并在术中和术后进行对比观察。不过采用该技术时,通常建议术后增加固定时间。这种固定方式可能适用于简单骨折模式,但对于复杂骨折——无论是单独使用还是与其他方法结合使用——可能并不合适。

图3 髌骨骨折固定术完成修复。环扎缝线以八字形方式穿绕两枚空心螺钉并予以张紧。

5

锁定板

近年来,可变角度钢板系统已被用于髌骨骨折的治疗(见图4和图5)。这些钢板具有锁定螺钉孔。该钢板可实现15度的螺钉入位角度,精准定位小骨碎片。通过切割和塑形技术,能针对不同骨折形态进行个性化调整,低轮廓设计有效减少软组织刺激。这种创新结构支持在复杂多碎片骨折中同时植入多枚螺钉(及缝合线),显著提升了治疗成功率,使其成为处理此类复杂骨折的首选方案。

布施贝克团队历时五年,采用解剖学贴合型锁定钢板成功治疗了29例复杂C3骨折。所有患者平均随访19个月(范围:12-48个月)。术后平均屈曲度达到131度(范围:100-150度),未出现复位丢失、机械故障或植入物相关并发症。影像学检查显示无创伤后骨关节炎迹象。其中7例因患者主诉软组织刺激症状而移除植入物。Sumit等人对 20 例接受低轮廓髌骨板治疗的患者进行了回顾。在两年随访期,研究人员通过X光和CT扫描对患者进行影像学评估,并结合功能评分。所有患者在三个月时均观察到放射学愈合(经CT扫描确认)。此外,两名患者在两周时出现浅表手术部位感染,另有两名患者在三个月时发现植入物压迫。研究已对髌骨专用接骨板进行了探索,例如解剖形状的髌骨锁定接骨板、双侧固定角度篮状接骨板或钛网接骨板,但是它们在各种手术环境中的可用性可能有限。

有学者提出了一种针对多碎片粉碎性髌骨骨折的手术技术,该技术采用锁定加压微型接骨板配合长型锁定螺钉/空心螺钉进行治疗(图4)。研究共纳入20例AO/OTA 34-C3骨折患者,这些患者均使用2.4毫米LCP Compact Hand微型接骨板内固定系统进行治疗,并平均随访15个月。这些低轮廓假体通常用于手部骨折,与其它固定方法一起使用,如空心螺钉(9例)、环扎术(2例)和钢丝固定(5例)。微型接骨板与锁定螺钉的组合不仅确保了角度稳定性,还有效降低了螺钉拔出风险。根据骨折类型不同,每例手术使用的接骨板数量在2至5块之间(平均2.8块)。患者平均愈合时间为15.6周(范围10-40周),未出现固定失败或术后并发症(包括植入物引发的症状性问题)。所有患者最终随访时平均活动度(ROM)达到130度,Lysholm评分均值为90.4分。研究表明,采用Compact Hand微型接骨板进行髌骨骨折内固定术,既能提供足够的机械稳定性以维持早期活动度,又可避免术后并发症的发生。

图4 描述了使用锁定加压微型钢板固定粉碎性髌骨骨折的过程,并展示了相应的X线影像。

图5 展示了低轮廓髌骨骨折接骨板

6

髌骨切除术

对于粉碎性骨折或既往固定失败的病例,医生可能会考虑进行部分或全髌骨切除术——这种手术通常被视为挽救性治疗手段。全髌骨切除术后,股四头肌力量会下降50%。此外,术后可能出现弓弦样挛缩,以及伸膝装置系统半脱位或完全脱位等并发症。莱瓦克团队对64例髌骨骨折病例进行了回顾性分析,这些患者分别采用内固定术和全髌骨切除术治疗,术后随访时间从3.5到10.1年不等(平均6.2年)。研究数据显示,45%的患者获得良好疗效,27%效果中等,28%效果较差。总体而言,全髌骨切除术的疗效较为理想(60%良好,20%中等,20%较差)。值得注意的是,在使用TBW固定术实现髌骨骨折解剖复位的病例中观察到最佳结果,强调了采用有效手术技术的重要性。

技术对比

1

生物力学研究

伊万等人使用12具模拟横行髌骨骨折的人体尸体模型,对多种髌骨骨折固定技术进行了对比分析。这些尸体分别采用TBW和空心螺钉固定两种方法进行治疗。研究发现,两组患者前、后骨折部位的平均压力差无显著差异。但数据显示,在45度、60度和75度屈曲角度下,空心螺钉组的骨折位移明显更小。研究结论表明:相较于张力带钢丝固定,空心螺钉在特定屈曲角度下能有效减少骨折部位后移,并提供额外的压缩强度

我们对比了髌骨开放复位与锁定接骨板内固定术及带套管螺钉张力带固定术的效果。虽然两组在临床失败时的负荷量没有显著差异,但锁定接骨板固定组的最终固定强度明显更高。Wagner等人通过螺钉比较了锁定接骨板和空心螺钉与TBW。由空心后置螺钉和TBW组成的混合组显示出比锁定接骨板组更高的位移,且具有统计学显著性在经过100次循环后,在循环载荷过程中,8个混合结构中有5个失败,而板内固定组的所有结构都经受住了测试的固定应力。由此得出的结论是:髌骨锁定钢板是治疗髌骨骨折的安全有效方法

2

临床研究

很少有试验直接比较不同的手术技术,据作者所知,没有随机对照试验。有学者开展了一项回顾性对比研究,共纳入87例34-C2和34-C3粉碎性髌骨骨折病例,旨在评估两种不同治疗方案的疗效:一种是钛缆张力带联合环扎术法,另一种是髓内钉配合X形钢板技术。研究纳入标准为闭合性骨折、骨折后21天内关节间隙超过2毫米或间隙大于3毫米,且患者膝关节无既往损伤史或手术史。在2年随访时,研究发现两组在Ly-sholm膝关节评分、活动范围(ROM)和并发症方面无显著差异,包括植入物相关并发症、骨关节炎和膝关节挛缩。有学者开展了一项对比研究,评估了108例患者采用三种不同方法治疗横行性髌骨骨折的并发症及疗效。所用方法包括钛缆张力带(A组)、带钛缆环扎的加压螺钉(B组)和X形钢板技术(C组)。所有组别在术后关节移位、Lysholm评分及24个月时的活动范围方面均未发现显著差异。最终随访数据显示,A组有12例(31.6%)出现植入物相关症状,B组6例(16.7%),C组2例(5.9%)。三种方法均能有效实现刚性固定并促进早期功能康复。然而,X-plate技术显示出最低的症状性植入物并发症风险,并且被认为是横向髌骨骨折内固定的安全有效的替代方法。

洛里奇团队开展了一项前瞻性队列研究,对比新型髌骨固定技术与传统张力带缝合术。该创新技术采用覆盖髌骨半面的钢板结构,相较于传统绷带固定方案,钢板组在膝关节功能评估中表现更优:不仅KOS-ADLS日常生活活动量表评分持续领先,其功能测试指标显著提升,前膝疼痛也明显减轻。这种新型结构采用低轮廓网状钢板,实现多平面、跨碎片固定,既能有效处理髌骨下极粉碎伤,又能最大限度减少对髌骨血管系统的损伤。术后12个月数据显示,钢板组大腿围明显增大,而前膝疼痛发生率则显著降低。该研究得出结论,新型固定结构改善了患者术后结局,提供了增强的稳定性、减少了软组织刺激,并最大限度地减少了对髌骨血管系统的破坏,从而降低了膝关节前侧疼痛。

巴尔戈文德团队开展了一项系统综述,重点研究了采用钢板内固定治疗髌骨骨折患者的临床疗效,随访时间至少为三个月。该综述共纳入20项研究,包含7项前瞻性研究和13项回顾性研究,涉及533名患者共534例经钢板内固定治疗的髌骨骨折病例。其中大部分骨折属于AO-34C型。系统综述结果显示,与张力带钢丝固定相比,钢板内固定在治疗髌骨骨折时展现出更优的临床效果、更低的并发症发生率以及更高的骨愈合率

Tsotsolis等按照PRISMA指南,对髌骨骨折钢板内固定的临床结局和并发症进行了系统综述,并检索了MEDLINE、EMCare、CINAHL、AMED和HMIC等数据库。研究显示,髌骨骨折钢板内固定术与良好的关节活动度(ROM)、术后功能恢复良好及疼痛水平较低相关。该研究发现并发症发生率为10.44%,且再手术率较低,主要为金属部件取出术。研究结果表明,开放复位内固定术具有显著优势。(ORIF)带钢板固定治疗髌骨骨折是一种安全的替代方法,与TBW固定术相比,其并发症和再手术率更低。作者强调需要在未来进行随机前瞻性研究以验证本系统综述的结果。

3

髌骨骨折后遗症

曾发生髌骨骨折的患者通常会出现术后髌股关节骨性关节炎(OA)作为后遗症,据报道30%至50%的病例存在残余疼痛。拉森团队针对6096例髌骨骨折患者开展了一项全面研究,平均随访时间长达14.3年。通过病例对照分析发现,髌骨骨折患者的骨关节炎发病率显著升高,其中全膝关节置换率在术后前五年内激增83%。与对照组相比,这些患者接受膝关节镜检查的几率更是高出四倍,且膝关节功能评分明显下降。对于闭合性且接受手术治疗的髌骨骨折,发生不愈合或延迟愈合的情况较为罕见。有研究数据显示,此类病例占比不足1%。

托尔基亚和卢阿伦的研究发现开放性骨折与不愈合存在显著相关性——在他们分析的28例患者中,接受开放复位内固定术(ORIF)治疗的病例中有2例(7%)出现不愈合现象。对于延迟愈合的病例,可考虑进行一段时间的固定治疗以促进骨折愈合。若该方法效果不佳,后续尝试再次固定通常能取得良好疗效。

文献报道髌骨骨折固定术后感染发生率为2%-10%,浅表感染通常通过局部伤口护理和口服抗生素即可成功治疗,而深部感染则需要手术清创,并在骨折愈合前保留内固定器械的同时进行静脉抗生素治疗。髌骨缺血性坏死是一种罕见的诊断。它被描述为创伤、全膝关节置换术后和特发性疾病的并发症,治疗主要是观察,因为它们在两年内会重新血管化。

结论

髌骨骨折的严重程度各不相同,患者群体涵盖不同年龄段,需求也存在差异,治疗难度始终较大。目前存在多种治疗方案,需采取个体化治疗策略。长期来看,髌骨钢板固定术相较于传统技术是否值得投入额外成本仍有待观察。由于不同人群和骨折类型采用的治疗方法及康复方案存在差异,各类技术间的对比研究仍具挑战性。现有比较研究较少,因此缺乏不同技术优势的实证依据。通过刚性固定技术最大限度减少金属器械刺激并降低术后再次手术率的目标,从长远来看应具有良好的成本效益。

END