骨折仿生內固定

陳 偉，李 升，魏 寧，常文利，侯志勇，張英澤

(河北醫科大學第三醫院創傷急救中心，河北省骨科研究所，河北省骨科生物力學重點實驗室，河北 石家莊 050051)

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·研究快報·

骨折仿生內固定

陳 偉，李 升，魏 寧，常文利，侯志勇，張英澤*

(河北醫科大學第三醫院創傷急救中心，河北省骨科研究所，河北省骨科生物力學重點實驗室，河北 石家莊 050051)

股骨骨折；內固定器；骨小梁重建；山羊

股骨近端存在壓力骨小梁、張力骨小梁和股骨距等組成的衍架結構。由于股骨近端特殊解剖結構及頸干角(110～140 °)和前傾角(12～15 °)的存在，身體載荷經股骨頭向下傳遞產生巨大的彎矩，股骨近端髓內骨小梁系統可以將彎矩轉化，經股骨頭傳向股骨上段并均勻分布到骨皮質上。股骨近端骨小梁衍架結構對維持其正常解剖形態和力學傳導具有重要作用。股骨粗隆間骨折是臨床常見損傷[1-2]，會破壞張力骨小梁、次要壓力骨小梁等結構。臨床常用Gamma釘、動力髖螺釘(dynamic hipscrew,DHS)或股骨近端防旋髓內釘(proximal femoral nail antirotation，PFNA)等治療。股骨近端植入內固定物后，會進一步破壞主要壓力骨小梁和張力骨小梁，導致骨小梁衍架系統破壞。在骨折愈合過程中，由于釘體和拉力螺釘較為粗大，阻礙骨小梁的愈合，不能恢復其連續性，即使皮質愈合也不能正常傳導股骨頭處承擔的載荷，內固定物負荷的應力較大。此外，內固定物擠壓松質骨，血運破壞大，也影響骨折愈合，增加了內固定失敗風險。既往報道粗隆間骨折應用DHS、Gamma釘或PFNA固定失敗率為8%～56%[3-4]。即使應用改進的PFNA固定，失敗率仍達2.5%～7%[5-6]。針對粗隆間骨折常用內固定物的缺陷以及股骨近端解剖結構(尤其是骨小梁衍架結構)和生物力學特點，本研究提出了骨折仿生內固定理論。據此研制了股骨近端仿生髓內釘，進行了動物實驗，簡要報告如下。

1 資料與方法

1.1 多孔仿生Gamma釘的結構特點 股骨近端多孔仿生Gamma釘(圖1)主要由主釘、拉力螺釘和遠端鎖釘組成。主釘上有允許通過主要張力帶骨小梁的孔，這些孔呈由外下向內上弧形走向(黃線)；拉力螺釘近端有允許主要壓力骨小梁通過的自內上斜向外下的孔(藍線)，遠端有允許次要壓力骨小梁通過的自外上斜向內下的孔(綠線)，釘體有自外下弧形向內上再弧形向內下的允許主要張力骨小梁通過的孔(紅線)。這些孔的直徑為0.1～3.0 mm。本課題組通過3D打印生產了用于羊股骨近端粗隆間骨折的多孔仿生Gamma釘(圖2)。

1.2 動物實驗 飼養健康成年山羊2只。山羊麻醉后右側臥位，常規備皮、消毒、鋪單。逐層分離，顯露股骨近端，制作股骨粗隆間骨折(AO-31A1.3型)。復位骨折并臨時固定，使用開口器于大轉子尖開口，擴髓后應用多孔仿生Gamma釘固定，遠端通過瞄準器植入鎖釘。沖洗縫合切口，術后肌肉注射慶大霉素預防感染。術后4周和8周行X線檢查。

圖1 多孔仿生Gamma釘模式圖

圖2 3D打印生產的多孔仿生Gamma釘的拉力螺釘

A.俯視觀，可見容納主壓力骨小梁空隙的開口；B.仰視觀，可見容納主張力骨小梁空隙的開口

2 結 果

術后8周X線檢查顯示股骨粗隆間骨折愈合良好，骨折線消失，內固定物無松動移位或斷裂跡象。對山羊實施安樂死，取出股骨近端，縱向剖開顯示股骨近端壓力和張力骨小梁經拉力螺釘上相應孔隙生長，重建了股骨近端髓內骨小梁衍架結構，實現了骨折皮質骨和松質骨雙重愈合；骨小梁結構通過釘孔生長重建可加強對內固定物的把持，內固定牢固。

3 討 論

四肢長骨兩端、脊柱椎體、跟骨等骨骼松質骨內有重要的骨小梁結構，對維持骨骼正常形態和力學傳導起關鍵作用。骨折會破壞局部骨骼松質骨內的正常骨小梁結構，骨折后植入內固定物進一步破壞骨小梁結構。內固定物的存在會阻礙骨小梁在骨折愈合過程中重建，不能有效恢復骨松質骨內正常結構、強度和力學傳導性能，可能導致局部應力集中，從而造成內固定物松動、退出、斷裂等發生；此外，骨小梁結構不能重建，影響松質骨內血運系統的重建，并影響骨折愈合。因此，骨折延遲愈合、不愈合、再次骨折等并發癥時有發生。針對上述問題，在解剖學、生物力學、影像學和臨床研究基礎上，本課題組提出了骨折仿生內固定理論。針對肩鎖關節、下脛腓聯合等微動關節解剖和生物力學特點，本課題組研制了仿生彈性內固定物(專利號：ZL201220269629.2)，治療下肢脛腓骨分離，取得了良好效果[7]。針對長骨兩端、椎體和跟骨等部位骨骼解剖特點，尤其是骨小梁的結構、走形，設計了固定骨折的系列多孔仿生內固定物，獲批國家授權專利2項(ZL201520166778.X、ZL201520089628.3)；該設計同時申報了PCT國際專利，檢索報告(編號：PCT/CN 2015/079605)證實本發明14項權利要求全部具有創造性、新穎性和工業實用性。仿生內固定物的特征為釘體和輔助螺釘上有沿骨小梁走行分布的孔隙，在骨折愈合時允許骨小梁同步重建，恢復骨小梁的連續性，促進局部血運系統重建，實現骨折皮質和松質雙重愈合，從而有效恢復其結構、強度和力學傳導特征。應用仿生內固定物固定骨折，既能避免內固定物應力集中，也能加強其把持力，降低發生內固定物松動、移位甚至斷裂等并發癥的風險。本研究使用多孔仿生Gamma釘固定山羊股骨粗隆間骨折證實了仿生內固定物的上述特性。

目前骨折治療提倡生物學固定(biological osteosynthesis，BO)理念[8], 即骨折固定時需注意保護周圍軟組織和血運，而非僅僅強調堅強內固定。我們提出的骨折仿生內固定是對骨折治療BO理念的發展和完善，該理念的實施將顯著提高骨折治療效果，降低內固定相關并發癥發生率。

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2016-03-15；

2016-03-23

國家自然科學基金青年科學基金項目(81401789)；河北省青年拔尖人才支持計劃；河北省高等學校自然科學青年拔尖人才項目(BJ2016035)；河北省“三三三人才工程”資助項目(A201400156)

陳偉(1981-)，男，河北河間人，河北醫科大學第三醫院主任醫師，教授，醫學博士，從事骨折流行病學調查及微創內固定相關基礎和臨床研究。

*通訊作者。E-mail：dryzzhang@126.com

10.3969/j.issn.1007-3205.2016.04.024

R683.42

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1007-3205(2016)04-0462-02

趙麗潔)