三種鎖釘方式對股骨干骨折帶鎖髓內釘固定的生物力學研究

李文銳 劉小斐 肖勍 龍燕舞

隨著我國交通網絡的日益發展完善和機動車數量的不斷增加，骨折的發病率呈上升趨勢，其中股骨干骨折就約占全身骨折的6%[1]，而髓內釘為治療四肢長骨骨折的首選[2]，特別是股骨與脛骨骨折[3]。但是關于遠端鎖釘的數目目前還有爭議，本試驗就遠端鎖釘的數目進行體外生物力學穩定性測試，其結果為臨床治療選擇治療方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料 9具青壯年全長防腐股骨標本（均來源于廣東醫學院解剖教研室），其中男6具，女3具，年齡21~35歲，體重48~69 kg，平均體重60.1 kg。剔除軟組織后攝X線片，以排除新鮮或陳舊骨折與骨病；再測量標本骨密度、髓腔平均直徑和大粗隆外下緣至外上髁的距離作為股骨全長（因扭轉夾具固定的平面為大粗隆尖和外髁上緣水平）。股骨普通帶鎖髓內釘18套，均為320 mm~360 mm×9 mm~12 mm，鎖釘直徑6 mm，長度30 ~65 mm﹙山東威高骨科材料有限公司生產﹚。

1.2 試驗儀器 CSS-44020電子萬能生物力學試驗機（長春市實驗機研究所），EDC-120數字控制器（德國DOLI公司），800-A X線光機（德國西門子公司），UBIS5000型超聲骨密度測量儀（法國DMS公司）。

1.3 方法 標本隨機分為A、B、C三組，每組6根，A組采用骨折遠近兩端各2枚鎖釘鎖定，B組采用骨折近端2枚鎖釘鎖定，最遠端1枚鎖釘鎖定，C組采用骨折近端2枚鎖釘鎖定，次遠端1枚鎖釘鎖定。將A、B、C三組股骨標本在小粗隆下15 cm處制造1.5 cm骨缺損的股骨干不穩定骨折模型，再進行帶鎖髓內釘固定。本試驗模擬人體正常單足站立狀態（外展15°），因髖關節上的載荷會使股骨產生壓縮、彎曲和扭轉3種力學狀態，根據實驗需要確定載荷類型為壓縮載荷和扭轉載荷。加載速度由實驗需要與儀器性能共同決定。軸向壓縮實驗：觀察在生理軸向壓縮載荷范圍與最大壓縮載荷下的股骨位移。扭轉實驗：觀察在生理扭矩范圍與最大扭矩下的扭轉角。

1.4 統計學處理 所有數據經SAS 8.2軟件包進行統計學分析，計量資料以（±s）表示，組間比較采用單因素方差分析（ANOVA），兩兩比較采用SNK法，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 A、B、C組三組在軸向壓縮實驗中最大載荷值兩兩比較，差異均無統計學意義（P>0.05）；軸向壓縮剛度A組較B、C組稍大，但兩兩比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。見表1。

表1 三組平均最大載荷值及平均軸向壓縮剛度值比較（±s）

表1 三組平均最大載荷值及平均軸向壓縮剛度值比較（±s）

組別 平均最大載荷值﹙N﹚平均軸向壓縮剛度值﹙N/mm﹚A組6732.30±40.07357.91±3.16 B組6618.89±24.69348.01±4.30 C組6654.62±21.90350.26±1.48

2.2 A、B、C組三組在扭轉實驗中最大扭矩兩兩比較，差異均無統計學意義（P>0.05）；水平扭轉剛度A組較B組大，差異無統計學意義（P>0.05）；C組較B組大，差異無統計學意義（P>0.05）；A組較C組大，差異亦無統計學意義（P>0.05）。見表2。

表2 三組最大扭矩值及水平扭轉剛度值比較（±s）

表2 三組最大扭矩值及水平扭轉剛度值比較（±s）

組別 最大扭矩值﹙Nm﹚水平扭轉剛度值﹙Ncm/°﹚A組31.19±0.1945.36±0.17 B組29.87±0.1743.64±0.12 C組30.49±0.1944.40±0.38

3 討論

目前，帶鎖髓內釘固定已成為股骨骨折的首選治療方法，與鋼板螺釘及外固定架等固定相比優勢明顯。首先，帶鎖髓內釘屬于中心固定，較其他固定更接近身體活動中心，受到的負荷更小，應力分布均勻，應力遮擋少，因而局部骨質疏松與再骨折少；其次，帶鎖髓內釘固定能確保股骨干的正常軸線，位于股骨干中部的峽部對髓內釘有把持作用；第三，股骨干骨折帶鎖髓內釘固定多采用閉合穿針技術，對骨折端血腫血運沒有破壞，對在骨折愈合早期起關鍵作用的細胞與體液因子沒有干擾，屬于生物學固定。

有研究表明，股骨骨折帶鎖髓內釘固定后，近端兩鎖釘間應變相對較小，遠端兩鎖釘間應變相對較大，遠端鎖釘較易發生疲勞性斷裂，特別是遠端靠近骨折線的鎖釘更易發生斷裂，近端鎖釘疲勞性斷裂較少[4-5]。遠端鎖釘放置1枚還是2枚，目前仍有爭論[2]。國外Hajet等通過臨床觀察與生物力學分析指出，在治療股骨干骨折時遠端只需放置1枚鎖釘便可牢固固定，不會造成主釘斷裂；對于穩定性骨折，有研究表明遠端用1枚或兩枚鎖釘在旋轉與軸向負荷失效方面無明顯差異，而臨床研究也表明遠端用1枚或2枚鎖釘鎖定在骨折愈合時間與并發癥方面沒有區別[6]。

由生物學固定原則可知，為了能盡量保護好骨折部位的血運，減少局部軟組織損傷，不干擾或盡量少干擾骨折部位的局部生物力學環境和生物學環境，在骨折端復位滿意及穩定性基本相同時，應盡可能選擇創傷少的鎖釘方式，這樣更有利于骨折愈合。從筆者的實驗可以看出，遠端雙釘交鎖鎖定（A組）與遠端單釘交鎖鎖定（B組與C組），最大軸向壓縮負荷與最大扭轉負荷均無顯著差異，遠端雙釘交鎖鎖定壓縮強度與遠端單釘交鎖鎖定壓縮強度無顯著差異，遠端雙釘交鎖鎖定扭轉強度與遠端單釘交鎖鎖定扭轉強度無顯著差異，此兩種鎖釘方式均可用于股骨中段不穩定性骨折。其中，最遠端單釘交鎖鎖釘（B組）抗壓縮能力尚可，抗扭轉能力稍差，根據工程力學原理，在構件斷面劇烈改變的附近區域，容易導致應力集中，成為力學上的薄弱點[7]，由此原理可知，在次遠端鎖釘孔未鎖定時，此處必定應力相對集中；又扭轉剛度與內固定物工作長度成反比，最遠端單釘交鎖鎖釘，此時髓內釘工作長度增加，相應的扭轉剛度降低，如使用這種鎖釘方式，術后進行傷肢旋轉功能鍛煉時需慎重，以免斷釘。而次遠端單釘交鎖鎖釘則與遠端雙釘交鎖鎖釘方式一樣可以安全有效的用于股骨中段不穩定性骨折，這與羅先正等[8]主張的在用遠端單釘交鎖時一定要鎖定靠近骨折端的鎖釘的做法是一致的。因臨床報道遠端鎖釘斷裂較多[9]，故術后應嚴格限制負重，待有大量骨痂形成后再逐漸增加負重。另外，本實驗中使用的鎖釘直徑均為6 mm，所以筆者認為，無論選用哪種鎖釘方式鎖定時，選擇相對直徑較大的鎖釘更安全有效。另外本實驗還發現，遠端單釘交鎖時內固定物屈服絕大多數表現為鎖釘彎曲，僅有1例表現為骨折端移位；遠端雙釘交鎖時內固定物屈服全部表現為髓內釘彎曲。

因此，通過對股骨干中段不穩定性骨折模型用帶鎖髓內釘固定時3種不同鎖釘方式生物力學性能進行實驗對比研究，得出以下結論：（1）帶鎖髓內釘固定股骨干中段不穩定性骨折時，遠端單釘交鎖鎖釘與遠端雙釘交鎖鎖釘軸向最大載荷及扭轉強度沒有明顯差異；（2）股骨干中段不穩定性骨折時行帶鎖髓內釘固定選擇鎖釘方式時，遠端單釘交鎖鎖釘與遠端雙釘交鎖鎖釘均可選用，二者均能穩定骨折端；（3）在選用遠端單釘交鎖鎖釘時，最好選擇次遠端鎖釘孔鎖釘方式，其抗扭轉剛度優于最遠端鎖釘孔鎖釘方式，發生疲勞性斷釘的可能性小；（4）股骨干中段不穩定骨折行次遠端單釘交鎖鎖釘為最簡單有效的鎖釘方式，更符合BO內固定原則。

[1] 胥少汀，葛寶豐，徐印坎.實用骨科學[M].第3版.北京：人民軍醫出版社，2009：723-732.

[2] Joseph Schatzker，姜春巖.AO/ASIF原則與方法的變遷[J].創傷骨科學，1996，25（3）:205-206.

[3] Debrauwer S，Hendrix K，Verdonk K. Antrograde femoral nailing with a reamed interlocking titanium alloy nail[J]. Acta Orthop Belg，2000，66（5）:484-489.

[4] 馬為民，鐘世鎮，余斌，等.國產股骨交鎖髓內釘鎖釘的生物力學研究[J].臨床生物學雜志，2002，20﹙6﹚：476-478.

[5] 馬為民，徐明球，徐振，等.股骨交鎖髓內釘鎖釘斷裂的生物力學研究[J].中國矯形外科雜志，2004，12﹙23-24﹚：1849-1851.

[6] 榮國威，王承武.骨折[M].北京：人民衛生出版社，2004：943-946.

[7] 王志國.交鎖髓內釘置入內固定治療脛骨骨折的生物力學和影像學分析[J].中國組織工程研究與臨床康復，2008，12（17）：3331.

[8] 羅先正，邱貴興，梁國穗.髓內釘內固定[M].第2版.北京：人民衛生出版社，2008：6-172.

[9] S. Terry Canale MD，James H. Beaty MD. CAMPBELL’s operative orthopaedics[M].第11版，北京：人民軍醫出版社，2011:2517.