動力髖部螺釘與股骨近端髓內釘固定治療不穩定股骨轉子間骨折的生物力學指標比較

朱履剛，常 祺，任洪峰，陳國立，黃昌林

(中國人民解放軍第150中心醫院創傷骨科，河南 洛陽 471031)

動力髖部螺釘與股骨近端髓內釘固定治療不穩定股骨轉子間骨折的生物力學指標比較

朱履剛，常 祺，任洪峰，陳國立，黃昌林

(中國人民解放軍第150中心醫院創傷骨科，河南 洛陽 471031)

目的 分析動力髖部螺釘(DHS)與股骨近端髓內釘(PFN)固定用于不穩定股骨轉子間骨折治療的生物力學差異。方法選取16根新鮮冷凍成人尸體股骨標本，制備成不穩定股骨轉子間骨折模型。隨機分為采用PFN固定的觀察組(n=8)和采用DHS固定的對照組(n=8)，比較兩組骨折間壓縮位移及壓縮剛度、內固定失效時的最大載荷、抗扭轉剛度等差異。結果觀察組模型采用PFN固定后的軸向壓縮位移小于對照組，壓縮剛度值大于對照組，差異有統計學意義(P＜0.05)；觀察組內固定失效時的平均載荷為(4.28±0.39)kN，對照組內固定失效時的平均載荷為(3.76±0.41)kN，差異有統計學意義(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性能明顯優于對照組，差異有統計學意義(P＜0.05)。結論股骨近端髓內釘用于不穩定性股骨轉子間骨折的內固定，其具有良好的生物力學性能，在抗壓及抗逆轉方面均具有優勢。

股骨轉子間骨折；動力髖部螺釘；股骨近端髓內釘；生物力學

不穩定股骨轉子間骨折為臨床常見且嚴重的骨折類型，目前對于穩定性股骨轉子間骨折多使用動力髖部螺釘(DHS)固定，效果良好，但是其對于不穩定性股骨轉子間骨折是否同樣具有良好的固定作用目前仍不得知[1]。股骨近端髓內釘(PFN)是髓外固定系統的代表，目前有學者認為PFN有可能成為治療不穩定股骨轉子間骨折的更佳方式。本研究主要比較DHS與PFN固定用于不穩定股骨轉子間骨折的生物力學差異，現將結果報道如下：

1 材料與方法

1.1 實驗材料 內固定材料選擇DHS(135°4孔鈦制)與PFN(鈦制標準型)，均由Synthes公司提供。ELF33520生物力學試驗系統由美國BOSE公司提供。

1.2 實驗方法

1.2.1 標本制備方法 選取來自我省骨庫中心骨密度＞0.3 g/cm2的新鮮冷凍成人股骨標本16根，死亡時間均在實驗時間半年至一年內，16跟股骨來自12例男性，年齡25～56歲，平均(37.83±7.11)歲，所有標本經X線片、三維CT檢查均未發現骨質缺損及病理損傷。將標本以生理鹽水紗布包裹、塑料袋封裝后置入-20℃冰箱中凍存備用。

1.2.2 不穩定股骨轉子間骨折模型制作方法 根據國際內固定研究協會(AO/ASIF)股骨轉子間骨折分型標準，去除附著于股骨的軟組織，用電鋸沿著股骨轉子間線斜行截斷，建立EvansⅢ型股骨轉子間模型。

1.2.3 骨折固定方法 將以上16根股骨模型標本隨機配對分為兩組，觀察組(n=8)采用DHS固定，對照組(n=8)采用PFN固定。將不穩定股骨轉子間骨折模型解剖復位后，觀察組置入DHS，對照組置入PFN，固定完成后均切除股骨遠端，兩組垂直高度保持一致，模擬單足站立時股骨負重力線方向，遠端采用牙托粉包埋，確保力學測試時股骨的固定穩定。

1.3 觀察指標

1.3.1 軸向壓縮試驗 將壓力傳動桿垂直壓于股骨頭上，設定最初載荷為200 N，最終載荷為1.4 kN，每個標本都被首先加載到200 N保持10 s以消除骨折塊間未緊密接觸帶來的彈性蠕變效應。設定每個標本重復進行壓縮試驗測試5次，統計位移變化值及剛度值。

1.3.2 破壞試驗 設定最初載荷為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停止，維持10 s后壓力降低至0 N，記錄內固定失敗時加載的最大壓力值，以此作為內植物的最大強度值。

1.3.3 扭轉試驗 通過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。固定模型轉子間水平，粗隆下等長截骨，等長利弊連續加載負荷方式，比較骨折斷端的載荷及骨皮質位移情況。

1.4 統計學方法 采用SPSS18.0軟件對上述數據進行統計學分析，計量資料以均數±標準差(±s)表示，組間比較采用t檢驗，以P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 軸向壓縮試驗 觀察組模型采用股骨近端髓內釘固定后的軸向壓縮位移小于對照組，壓縮剛度值大于對照組(P＜0.05)，見表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 對照組模型內固定失效時的平均載荷為(4.28±0.39)kN，而觀察組為(3.76±0.41)kN，兩組比較差異具有統計學意義(t=6.283，P＜0.05)。對照組主要表現為釘尾端出現新骨折，觀察組主要表現為鋼板遠端皮質螺釘處骨折。

2.3 扭轉試驗 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性能明顯優于對照組(P＜0.05)，見表2。

表2 兩組模型的扭矩-扭轉強度（×10-3，±s）

表2 兩組模型的扭矩-扭轉強度（×10-3，±s）

組別觀察組對照組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

股骨轉子間骨折為臨床多見的嚴重骨折類型，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，目前手術已經成為該類骨折的首選治療方式。骨折內固定的強度在很大程度上決定了患者的術后活動時間、活動便利性及持久性等。決定骨折內固定強度的因素較多，包括骨的質量、復位、內植物及其位置等，但是對于很多特定的骨折，內植物的選擇是唯一真正的獨立變量[2-3]。

髓內固定及髓外固定是治療股骨轉子間骨折的兩類主要固定方式，DHS是髓外固定的代表，已經成為此類骨折治療的成功方式，但是DHS對于伴明顯骨質疏松、高齡、貧血的患者，往往切出骨質導致復位丟失，螺釘可穿透髖關節導致骨折塌陷，最終導致患者骨折部位劇烈疼痛難以行走[4]。PFN為最新的髓內固定技術，其結合了閉合復位及骨膜有限剝離技術，有助于保持骨折斷端血運，且其釘體輕度外翻設計有利于股骨大粗隆插入髓腔。目前在臨床中DHS及PFN均有應用，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，由于實際應用時存在蠕變效應，本次研究中把載荷為200 N時的位移排除在外以消除蠕變效應。以上結果顯示：觀察組模型采用股骨近端髓內釘固定后的軸向壓縮位移小于對照組，壓縮剛度值大于對照組患者。有研究報道步行時股骨頭承重為體質量的2.5倍，爬樓梯是承重為體質量的7倍，DHS不通過股骨距傳遞壓應力，導致壓應力集中在內固定上，常可出現螺釘彎曲現象，故對于采用DHS進行固定的患者術后功能鍛煉時需采取一定保護措施，避免過早下地負重[6-7]。PFN在這方面的表現明顯更好，其可負荷患者術后早期下地活動鍛煉的強度，且不會給內固定的穩定帶來困擾，負荷骨折術后早期恢復訓練的原則。

臨床上DHS與PFN存在頸骨折、髖螺釘切割頭等失效并發癥，其發生與固定物承受軸向壓縮及彎曲應力能力不足有關，骨折并發癥的出現可以導致骨折固定失敗，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可以承受的最大載荷，結果顯示：PFN組內固定失效時的平均最大載荷為(4.28±0.39)kN，DHS組固定失效時的平均最大載荷為(3.76±0.41)kN。可見PFN可以承受更大的載荷以避免骨折在壓縮應力作用下出現移位、內翻等固定失敗現象。PFN結合了髓內軸向穩定與活動髖螺釘可以滑動加壓的特征，有利于降低彎曲應力，其在受到應力時沿髓腔中心移動，故可以降低內植物力臂，可以有效承受內側骨皮質壓縮應力[8-9]。

正常生理載荷情況下股骨頭存在偏心負荷，故需承載一定的扭轉應力。扭轉應力將使骨折后的股骨頭頸部持續存在不穩定和頭頸部下沉，故保持骨折斷端的抗旋轉穩定性是應用于骨折部位固定裝置的最基本要求[10]。上述對骨折斷端扭轉試驗結果顯示：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性能明顯優于對照組。PFN一方面鋼板跟股骨接觸面減少可以更好的保護股骨血供，另一方面髓內釘從不同角度固定股骨頭頸部，形成一力學傳導整體，通過減少旋轉扭矩而增加抗軸向應力及抗扭轉力，提供額外的骨折端穩定性，符合股骨近端糾正旋轉力及承重的需求[11-12]。

綜上所述，股骨近端髓內釘用于不穩定性股骨轉子間骨折的內固定，其具有良好的生物力學性能，在抗壓及抗逆轉方面均具有優勢，值得在臨床實踐中推廣應用。

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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)

廣東省中醫藥管理局項目（編號：20131136）

朱履剛。E-mail：zhuming19683@126.com