朱履剛，常 祺，任洪峰，陳國(guó)立，黃昌林

(中國(guó)人民解放軍第150中心醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，河南 洛陽(yáng) 471031)

動(dòng)力髖部螺釘與股骨近端髓內(nèi)釘固定治療不穩(wěn)定股骨轉(zhuǎn)子間骨折的生物力學(xué)指標(biāo)比較

朱履剛，常 祺，任洪峰，陳國(guó)立，黃昌林

(中國(guó)人民解放軍第150中心醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，河南 洛陽(yáng) 471031)

目的 分析動(dòng)力髖部螺釘(DHS)與股骨近端髓內(nèi)釘(PFN)固定用于不穩(wěn)定股骨轉(zhuǎn)子間骨折治療的生物力學(xué)差異。方法選取16根新鮮冷凍成人尸體股骨標(biāo)本，制備成不穩(wěn)定股骨轉(zhuǎn)子間骨折模型。隨機(jī)分為采用PFN固定的觀察組(n=8)和采用DHS固定的對(duì)照組(n=8)，比較兩組骨折間壓縮位移及壓縮剛度、內(nèi)固定失效時(shí)的最大載荷、抗扭轉(zhuǎn)剛度等差異。結(jié)果觀察組模型采用PFN固定后的軸向壓縮位移小于對(duì)照組，壓縮剛度值大于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)；觀察組內(nèi)固定失效時(shí)的平均載荷為(4.28±0.39)kN，對(duì)照組內(nèi)固定失效時(shí)的平均載荷為(3.76±0.41)kN，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)；隨著扭矩增大，兩組骨折模型的股骨頭頸部的扭角增加，但是觀察組模型的抗扭轉(zhuǎn)性能明顯優(yōu)于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。結(jié)論股骨近端髓內(nèi)釘用于不穩(wěn)定性股骨轉(zhuǎn)子間骨折的內(nèi)固定，其具有良好的生物力學(xué)性能，在抗壓及抗逆轉(zhuǎn)方面均具有優(yōu)勢(shì)。

股骨轉(zhuǎn)子間骨折；動(dòng)力髖部螺釘；股骨近端髓內(nèi)釘；生物力學(xué)

不穩(wěn)定股骨轉(zhuǎn)子間骨折為臨床常見(jiàn)且嚴(yán)重的骨折類(lèi)型，目前對(duì)于穩(wěn)定性股骨轉(zhuǎn)子間骨折多使用動(dòng)力髖部螺釘(DHS)固定，效果良好，但是其對(duì)于不穩(wěn)定性股骨轉(zhuǎn)子間骨折是否同樣具有良好的固定作用目前仍不得知[1]。股骨近端髓內(nèi)釘(PFN)是髓外固定系統(tǒng)的代表，目前有學(xué)者認(rèn)為PFN有可能成為治療不穩(wěn)定股骨轉(zhuǎn)子間骨折的更佳方式。本研究主要比較DHS與PFN固定用于不穩(wěn)定股骨轉(zhuǎn)子間骨折的生物力學(xué)差異，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下：

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料 內(nèi)固定材料選擇DHS(135°4孔鈦制)與PFN(鈦制標(biāo)準(zhǔn)型)，均由Synthes公司提供。ELF33520生物力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)由美國(guó)BOSE公司提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)本制備方法 選取來(lái)自我省骨庫(kù)中心骨密度＞0.3 g/cm2的新鮮冷凍成人股骨標(biāo)本16根，死亡時(shí)間均在實(shí)驗(yàn)時(shí)間半年至一年內(nèi)，16跟股骨來(lái)自12例男性，年齡25～56歲，平均(37.83±7.11)歲，所有標(biāo)本經(jīng)X線片、三維CT檢查均未發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)缺損及病理?yè)p傷。將標(biāo)本以生理鹽水紗布包裹、塑料袋封裝后置入-20℃冰箱中凍存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 不穩(wěn)定股骨轉(zhuǎn)子間骨折模型制作方法 根據(jù)國(guó)際內(nèi)固定研究協(xié)會(huì)(AO/ASIF)股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型標(biāo)準(zhǔn)，去除附著于股骨的軟組織，用電鋸沿著股骨轉(zhuǎn)子間線斜行截?cái)?，建立EvansⅢ型股骨轉(zhuǎn)子間模型。

1.2.3 骨折固定方法 將以上16根股骨模型標(biāo)本隨機(jī)配對(duì)分為兩組，觀察組(n=8)采用DHS固定，對(duì)照組(n=8)采用PFN固定。將不穩(wěn)定股骨轉(zhuǎn)子間骨折模型解剖復(fù)位后，觀察組置入DHS，對(duì)照組置入PFN，固定完成后均切除股骨遠(yuǎn)端，兩組垂直高度保持一致，模擬單足站立時(shí)股骨負(fù)重力線方向，遠(yuǎn)端采用牙托粉包埋，確保力學(xué)測(cè)試時(shí)股骨的固定穩(wěn)定。

1.3 觀察指標(biāo)

1.3.1 軸向壓縮試驗(yàn) 將壓力傳動(dòng)桿垂直壓于股骨頭上，設(shè)定最初載荷為200 N，最終載荷為1.4 kN，每個(gè)標(biāo)本都被首先加載到200 N保持10 s以消除骨折塊間未緊密接觸帶來(lái)的彈性蠕變效應(yīng)。設(shè)定每個(gè)標(biāo)本重復(fù)進(jìn)行壓縮試驗(yàn)測(cè)試5次，統(tǒng)計(jì)位移變化值及剛度值。

1.3.2 破壞試驗(yàn) 設(shè)定最初載荷為1.2 kN，加載速度10 N/s，每次增加載荷600 N，壓力增加至最高值時(shí)停止，維持10 s后壓力降低至0 N，記錄內(nèi)固定失敗時(shí)加載的最大壓力值，以此作為內(nèi)植物的最大強(qiáng)度值。

1.3.3 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn) 通過(guò)股骨頭冠狀面中心自頭下向上垂直插入一枚直徑5 mm的螺紋針作為加載臂，加載方向與加載臂垂直，加載速度1°/min。固定模型轉(zhuǎn)子間水平，粗隆下等長(zhǎng)截骨，等長(zhǎng)利弊連續(xù)加載負(fù)荷方式，比較骨折斷端的載荷及骨皮質(zhì)位移情況。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS18.0軟件對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，組間比較采用t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 軸向壓縮試驗(yàn) 觀察組模型采用股骨近端髓內(nèi)釘固定后的軸向壓縮位移小于對(duì)照組，壓縮剛度值大于對(duì)照組(P＜0.05)，見(jiàn)表1。

表1 兩組模型的骨折間壓縮位移及壓縮剛度比較(±s)

表1 兩組模型的骨折間壓縮位移及壓縮剛度比較(±s)

組別 壓縮位移(mm)壓縮剛度(N/mm)觀察組對(duì)照組t值P值0.4 kN 0.87±0.11 1.04±0.15 5.284＜0.05 0.8 kN 2.68±0.37 3.12±0.39 5.772＜0.05 1.0 kN 3.27±0.51 3.86±0.69 6.092＜0.05 1.4 kN 5.12±0.76 5.91±0.93 6.382＜0.05 0.4 kN 284.18±57.52 227.38±32.84 7.132＜0.05 0.8 kN 311.66±62.48 256.19±52.18 6.284＜0.05 1.0 kN 328.74±66.05 284.28±62.16 6.928＜0.05 1.4 kN 342.38±69.72 293.17±57.24 7.163＜0.05

2.2 破壞試驗(yàn) 對(duì)照組模型內(nèi)固定失效時(shí)的平均載荷為(4.28±0.39)kN，而觀察組為(3.76±0.41)kN，兩組比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=6.283，P＜0.05)。對(duì)照組主要表現(xiàn)為釘尾端出現(xiàn)新骨折，觀察組主要表現(xiàn)為鋼板遠(yuǎn)端皮質(zhì)螺釘處骨折。

2.3 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn) 隨著扭矩增大，兩組模型的股骨頭頸部的扭角增加，但是觀察組模型的抗扭轉(zhuǎn)性能明顯優(yōu)于對(duì)照組(P＜0.05)，見(jiàn)表2。

表2 兩組模型的扭矩-扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度（×10-3，±s）

表2 兩組模型的扭矩-扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度（×10-3，±s）

組別觀察組對(duì)照組t值P值1.0 Nm 1438.26±6.83 1592.37±8.27 6.284＜0.05 2.0 Nm 3382.16±8.33 5217.03±5.43 8.241＜0.05 3.0 Nm 5582.16±7.36 8231.83±8.32 7.983＜0.05 4.0 Nm 6793.42±6.13 8968.37±5.32 8.736＜0.05 5.0 Nm 7863.84±4.36 10932.74±9.33 11.627＜0.05

3 討 論

股骨轉(zhuǎn)子間骨折為臨床多見(jiàn)的嚴(yán)重骨折類(lèi)型，以往多采用臥床休息及牽引等保守治療方式，但是死亡率較高，目前手術(shù)已經(jīng)成為該類(lèi)骨折的首選治療方式。骨折內(nèi)固定的強(qiáng)度在很大程度上決定了患者的術(shù)后活動(dòng)時(shí)間、活動(dòng)便利性及持久性等。決定骨折內(nèi)固定強(qiáng)度的因素較多，包括骨的質(zhì)量、復(fù)位、內(nèi)植物及其位置等，但是對(duì)于很多特定的骨折，內(nèi)植物的選擇是唯一真正的獨(dú)立變量[2-3]。

髓內(nèi)固定及髓外固定是治療股骨轉(zhuǎn)子間骨折的兩類(lèi)主要固定方式，DHS是髓外固定的代表，已經(jīng)成為此類(lèi)骨折治療的成功方式，但是DHS對(duì)于伴明顯骨質(zhì)疏松、高齡、貧血的患者，往往切出骨質(zhì)導(dǎo)致復(fù)位丟失，螺釘可穿透髖關(guān)節(jié)導(dǎo)致骨折塌陷，最終導(dǎo)致患者骨折部位劇烈疼痛難以行走[4]。PFN為最新的髓內(nèi)固定技術(shù)，其結(jié)合了閉合復(fù)位及骨膜有限剝離技術(shù)，有助于保持骨折斷端血運(yùn)，且其釘體輕度外翻設(shè)計(jì)有利于股骨大粗隆插入髓腔。目前在臨床中DHS及PFN均有應(yīng)用，兩者間具體臨床效益差異研究較少[5]。

壓縮剛度=載荷/位移，可以反映鋼板抵抗壓縮變形的能力，由于實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在蠕變效應(yīng)，本次研究中把載荷為200 N時(shí)的位移排除在外以消除蠕變效應(yīng)。以上結(jié)果顯示：觀察組模型采用股骨近端髓內(nèi)釘固定后的軸向壓縮位移小于對(duì)照組，壓縮剛度值大于對(duì)照組患者。有研究報(bào)道步行時(shí)股骨頭承重為體質(zhì)量的2.5倍，爬樓梯是承重為體質(zhì)量的7倍，DHS不通過(guò)股骨距傳遞壓應(yīng)力，導(dǎo)致壓應(yīng)力集中在內(nèi)固定上，?？沙霈F(xiàn)螺釘彎曲現(xiàn)象，故對(duì)于采用DHS進(jìn)行固定的患者術(shù)后功能鍛煉時(shí)需采取一定保護(hù)措施，避免過(guò)早下地負(fù)重[6-7]。PFN在這方面的表現(xiàn)明顯更好，其可負(fù)荷患者術(shù)后早期下地活動(dòng)鍛煉的強(qiáng)度，且不會(huì)給內(nèi)固定的穩(wěn)定帶來(lái)困擾，負(fù)荷骨折術(shù)后早期恢復(fù)訓(xùn)練的原則。

臨床上DHS與PFN存在頸骨折、髖螺釘切割頭等失效并發(fā)癥，其發(fā)生與固定物承受軸向壓縮及彎曲應(yīng)力能力不足有關(guān)，骨折并發(fā)癥的出現(xiàn)可以導(dǎo)致骨折固定失敗，患者二次治療難度大大增加。上述研究比較了兩組固定物至固定失敗時(shí)可以承受的最大載荷，結(jié)果顯示：PFN組內(nèi)固定失效時(shí)的平均最大載荷為(4.28±0.39)kN，DHS組固定失效時(shí)的平均最大載荷為(3.76±0.41)kN?？梢?jiàn)PFN可以承受更大的載荷以避免骨折在壓縮應(yīng)力作用下出現(xiàn)移位、內(nèi)翻等固定失敗現(xiàn)象。PFN結(jié)合了髓內(nèi)軸向穩(wěn)定與活動(dòng)髖螺釘可以滑動(dòng)加壓的特征，有利于降低彎曲應(yīng)力，其在受到應(yīng)力時(shí)沿髓腔中心移動(dòng)，故可以降低內(nèi)植物力臂，可以有效承受內(nèi)側(cè)骨皮質(zhì)壓縮應(yīng)力[8-9]。

正常生理載荷情況下股骨頭存在偏心負(fù)荷，故需承載一定的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。扭轉(zhuǎn)應(yīng)力將使骨折后的股骨頭頸部持續(xù)存在不穩(wěn)定和頭頸部下沉，故保持骨折斷端的抗旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性是應(yīng)用于骨折部位固定裝置的最基本要求[10]。上述對(duì)骨折斷端扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果顯示：隨著扭矩增大，兩組患者的股骨頭頸部的扭角增加，但是觀察組模型的抗扭轉(zhuǎn)性能明顯優(yōu)于對(duì)照組。PFN一方面鋼板跟股骨接觸面減少可以更好的保護(hù)股骨血供，另一方面髓內(nèi)釘從不同角度固定股骨頭頸部，形成一力學(xué)傳導(dǎo)整體，通過(guò)減少旋轉(zhuǎn)扭矩而增加抗軸向應(yīng)力及抗扭轉(zhuǎn)力，提供額外的骨折端穩(wěn)定性，符合股骨近端糾正旋轉(zhuǎn)力及承重的需求[11-12]。

綜上所述，股骨近端髓內(nèi)釘用于不穩(wěn)定性股骨轉(zhuǎn)子間骨折的內(nèi)固定，其具有良好的生物力學(xué)性能，在抗壓及抗逆轉(zhuǎn)方面均具有優(yōu)勢(shì)，值得在臨床實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

[1]Emami M,Manafi A,Hashemi B,et al.Comparison of intertrochanteric fracture fixation with dynamic hip screw and bipolar hemiarthroplasty techniques[J].Arch Bone Jt Surg,2013,1(1):14-17.

[2]Magu NK,Singla R,Rohilla R,et al.Modified Pauwels'intertrochanteric osteotomy in the management of nonunion of a femoral neckfracture following failed osteosynthesis[J].Bone Joint J,2014, 96-B(9):1198-1201.

[3]易先宏,陳紅衛(wèi).動(dòng)力髖部螺釘與股骨近端髓內(nèi)釘固定不穩(wěn)定股骨轉(zhuǎn)子間骨折的生物力學(xué)比較[J].醫(yī)用生物力學(xué),2013,28(2): 235-237.

[4]Upadhyay S,Raza HK.Letter to the editor:Proximal femoral locking plate versus dynamic hip screw for unstableintertrochanteric femoral fractures[J].J Orthop Surg(Hong Kong),2014,22(1): 130-131.

[5]Gupta S,Kukreja S,Singh V.Valgus osteotomy and repositioning and fixation with a dynamic hip screw and a 135osingle-angled barrel plate for un-united and neglected femoral neck fractures[J].J Orthop Surg(Hong Kong),2014,22(1):13-17.

[6]Barwar N,Meena S,Aggarwal SK,et al.Dynamic hip screw with locking side plate:a viable treatment option for intertrochanteric fracture[J].Chin J Traumatol,2014,17(2):88-92.

[7]錢(qián)忠來(lái),徐耀增,王現(xiàn)彬,等.動(dòng)力髖螺釘、股骨近端防旋髓內(nèi)釘和第3代Gamma釘置入內(nèi)固定后生物力學(xué)性能與臨床效果的比較[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù),2010,14(48):8974-8976.

[8]Gaddi D,Piarulli G,Angeloni A,et al.Gotfried percutaneous compression plating(PCCP)versus dynamic hip screw(DHS)in hip fractures:blood loss and 1-year mortality[J].Aging Clin Exp Res, 2014,26(5):497-503.

[9]Han FS,Guo FX,Zeng XT,et al.Comments on"Anti-rotation proximal femoral nail versus dynamic hip screw for intertrochantericfractures:a meta-analysis of randomized controlled studies[J].Orthop Traumatol Surg Res,2014,100(2):259-260.

[10]江 偉,劉躍洪,楊 靈,等.股骨近端鎖定鋼板與Gamma3治療穩(wěn)定型股骨轉(zhuǎn)子間骨折的生物力學(xué)比較研究[J].中國(guó)修復(fù)重建外科雜志,2014,28(9):1095-1097.

[11]Giesinger K,Ebneter L,Day RE,et al.Can plate osteosynthesis of periprosthethic femoral fractures cause cement mantle failure around a stable hip stem?Abiomechanical analysis[J].JArthroplasty,2014,29(6):1308-1312.

[12]Dhamangaonkar AC,Joshi D,Goregaonkar AB,et al.Proximal femoral locking plate versus dynamic hip screw for unstable intertrochanteric femoralfractures[J].J Orthop Surg(Hong Kong),2013,21 (3):317-322.

Comparison on biomechanical indexes of dynamic hip screw and proximal femoral nail for treating unstable intertrochanteric fracture.

ZHU Lv-gang,CHANG Qi,REN Hong-feng,CHEN Guo-li,HUANG Chang-lin. Department of Orthopaedics,the 150thCentral Hospital of Chinese PLA,Luoyang 471031,Henan,CHINA

Objective To compare biomechanical indexes of dynamic hip screw(DHS)and proximal femoral nail(PFN)in the treatment of unstable intertrochanteric fracture.MethodsSixteen femur specimens of root fresh frozen adult corpses were collected,and then prepared into unstable intertrochanteric fracture models,which were randomly divided into observation group(n=8,treated by PFN)and control group(n=8,treated by DHS).Compression displacement and compression stiffness,maximum load in case of internal fixation failure,torsional stiffness of the fractures were compared.ResultsThe axial compression displacement in the observation group was significantly less than that in the control group,while compression stiffness value in the observation group was significantly greater (P＜0.05).The average load in case of internal fixation failure was(4.28±0.39)kN in the observation group and(3.76± 0.41)kN in the control group,with statistically significant difference between the two groups(P＜0.05).With torque increases,femoral neck torsion angle increased in both groups,but the torsion performance in the observation group was significantly better than that of control group(P＜0.05).ConclusionPFN for unstable intertrochanteric fracture has good biomechanical properties,which is advantageous in both compressive strength and anti-reversal.

Intertrochanteric fracture;Dynamic hip screw;Proximal femoral nail;Biomechanical

R683.42

A

1003—6350（2015）08—1135—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.08.0406

2014-11-03)

廣東省中醫(yī)藥管理局項(xiàng)目（編號(hào)：20131136）

朱履剛。E-mail：zhuming19683@126.com