不同植入物内固定修复股骨颈合并同侧转子下骨折：生物力学性能比较

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.13.016

中国组织工程研究 ›› 2016, Vol. 20 ›› Issue (13): 1939-1945.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.13.016

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不同植入物内固定修复股骨颈合并同侧转子下骨折：生物力学性能比较

王延军¹，侯军²，万博²，刘刚²，牛刚²，张扬²，党晓谦¹

¹西安交通大学第二附属医院骨一科，陕西省西安市 710004；²西安大兴医院骨科，陕西省西安市 710016

收稿日期:2016-01-12 出版日期:2016-03-25 发布日期:2016-03-25
通讯作者: 党晓谦，博士，主任医师，西安交通大学第二附属医院骨一科，陕西省西安市 710004
作者简介:王延军，男，1975年生，陕西省洛川县人，汉族，1999年延安大学医学院毕业，副主任医师，主要从事关节外科、运动医学方面的研究。

Different implant fixation repairs femoral neck combined with ipsilateral subtrochanteric fractures: comparisons of biomechanical properties

Wang Yan-jun¹, Hou Jun², Wan Bo², Liu Gang², Niu Gang², Zhang Yang², Dang Xiao-qian¹

¹First Department of Orthopedics, the Second Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710004, Shaanxi Province, China; ²Department of Orthopedics, Xi’an Daxing Hospital, Xi’an 710016, Shaanxi Province, China

Received:2016-01-12 Online:2016-03-25 Published:2016-03-25
Contact: Dang Xiao-qian, M.D., Chief physician, First Department of Orthopedics, the Second Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710004, Shaanxi Province, China
About author:Wang Yan-jun, Associate chief physician, First Department of Orthopedics, the Second Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710004, Shaanxi Province, China

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

股骨颈合并同侧转子下骨折：是指股骨中上段节段的骨折，多由高能量损伤所致。由于股骨颈合并同侧转子下骨折常累及多个部位，创伤严重，因此治疗较为困难。股骨转子下骨折时，转子下的内侧皮质常常缺失，或者骨质较差，因而需要通过强度和刚度良好的内固定器进行支撑，以提高手术治疗的效果。

加长型股骨近端防旋髓内钉：①在冠状面上，其有6°的外翻角，因此，梨状窝不是其进针点的必选点。②当螺旋刀片置入骨折处时具有稳定支撑和抗旋转两重作用，能够使股骨头内的骨质保持较好的锚和力，以及最大程度的镇压效果。③螺旋刀片的强度较其他交锁髓内钉大，因此能够承受的屈服应力较其他交锁方式大。④螺旋刀片具有自锁加压的功能，可以使螺旋刀片压缩骨折的间隙，从而对骨折断端进行加压。⑤它具有均匀传导应力的特点，符合生物负重力线，并且通过力臂内移，而使应力的遮挡小，因此有助于骨折的愈合。

背景：选择强度和刚度良好的内固定器植入物是修复股骨颈合并同侧转子下骨折的关键。

目的：比较不同植入物内固定修复股骨颈不和同侧转子下骨折的生物力学性能。

方法：将24根成年防腐尸体标本制作成为股骨颈骨折合并同侧转子下内侧皮质缺损5 cm的骨折模型，并按照随机数字表法将其均分为股骨近端锁定板组、加长型股骨近端防旋髓内钉组和加长型股骨近端髓内钉组，比较3组轴向压缩实验、扭转实验以及轴向压缩破坏实验结果。

结果与结论：加长型股骨近端防旋髓内钉组轴向抗压刚度、破坏载荷大于股骨近端锁定板组和加长型股骨近端髓内钉组，加长型股骨近端髓内钉组大于股骨近端锁定板组，差异有显著性意义(P < 0.05)。股骨近端锁定板组扭转刚度大于加长型股骨近端防旋髓内钉组和加长型股骨近端髓内钉组，加长型股骨近端防旋髓内钉组大于加长型股骨近端髓内钉组，差异有显著性意义(P < 0.05)。3组标本内固定后4，8周的生物力学性能指标与内固定后0周比较，虽然有轻微的增加，但是差异均无显著性意义(P > 0.05)。一定程度上讲，加长型股骨近端防旋髓内钉内固定股骨颈合并同侧转子下骨折相对股骨近端锁定板和加长型股骨近端髓内钉而言，更具有生物力学方面的优势。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

ORCID: 0000-0001-5782-4535 (王延军)

关键词: 骨科植入物, 骨植入物, 股骨近端锁定板, 加长型股骨近端防旋髓内钉, 加长型股骨近端髓内钉, 内固定, 股骨颈骨折, 股骨转子下骨折, 生物力学

Abstract:

BACKGROUND: Choosing internal fixator implants with good strength and stiffness is the key to repair femoral neck combined with ipsilateral subtrochanteric fractures.
OBJECTIVE: To compare the biomechanical properties of different implant fixation for femoral neck combined with ipsilateral subtrochanteric fractures.
METHODS: Totally 24 adult antiseptic cadaver specimens were used to produce fracture models with femoral neck fracture combined with 5 cm of ipsilateral subtrochanteri medical cortical defect, and were divided into femoral proximal locking plate group, lengthening proximal femur anti-rotation intramedullary nail group and lengthening proximal femoral nail group according to the random number table method. The results of axial compression test, torsion test and axial compression failure rest in three groups were compared.
RESULTS AND CONCLUSION: The axial compressive stiffness and failure load in lengthening proximal femur anti-rotation intramedullary nail group were significantly greater than those in femoral proximal locking plate group and lengthening proximal femoral nail group, and those in lengthening proximal femoral nail group were significantly greater than those in femoral proximal locking plate group (P < 0.05). The torsional stiffness in femoral proximal locking plate group was significantly greater than that in lengthening proximal femur anti-rotation intramedullary nail group and lengthening proximal femoral nail group, and that in lengthening proximal femur anti-rotation intramedullary nail group was significantly greater than that in lengthening proximal femoral nail group (P < 0.05). The indexes of biomechanical properties of specimens at the 4th and 8th weeks after fixation in three groups were slightly increased compared with those in 0 week after surgery, but the difference was no statistically significant (P > 0.05). These results demonstrate that to a certain extent, compared with the femoral proximal locking plate and lengthening lengthening proximal femoral nail, lengthening proximal femur anti-rotation intramedullary nail fixation for repair of femoral neck combined with ipsilateral subtrochanteric fractures has more biomechanical advantages.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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图/表（结果） 4

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引言

材料方法

1.1 设计随机对照解剖模型实验。

1.2 时间及地点于2014年6月至2015年5月在西安交通大学二附院骨一科完成。

1.3 材料选取24个用体积分数10%甲醛溶液浸泡的防腐股骨标本(西安交通大学解剖教研室提供)，排除骨病、先天畸形、肿瘤等可能影响本研究结果的疾病。股骨患者均为汉族人口，且均为男性，年龄32-59岁，平均(43.5±6.8)岁。股骨长度35.2-45.7 cm，平均(39.7± 2.5) cm；颈干角112°-139°，平均(126.8±1.2)°。

股骨近端锁定板由美国生产，施乐辉医用产品国际贸易(上海)有限公司代理，注册号：国食药监械(进)字2011第3460389号，其是近几年来出现的新型内固定物，对于股骨近端骨折固定效果好。

加长型股骨近端防旋髓内钉由美国生产，施乐辉医用产品国际贸易(上海)有限公司代理，注册号：国食药监械(进)字2011第3460389号，其相对柔韧的远端为可屈性设计，细长杆状尖端和凹槽设计可使插入更方便并避免局部应力的集中，有效地降低了断钉和迟发性股骨干骨折的发病。

加长型股骨近端髓内钉由美国生产，施乐辉医用产品国际贸易(上海)有限公司代理，注册号：国食药监械(进)字2011第3460389号，其远端可达股骨髁上，其远端锁定孔既可选择静态锁定，又可选择动态锁定，特别适用于转子下、低位或有延伸的转子间骨折、转子间骨折合并股骨干骨折及一些病理性骨折。

1.4 方法

骨折模型制作及分组：将标本制作成为股骨颈合并同侧转子下骨折的模型，具体制作方法：在标本的股骨颈基底部将股骨颈完全截断，以使股骨颈完全没有移位性的骨折，同时在股骨小转子的下缘造成内侧皮质缺损5 cm的骨折模型。待骨折模型制作完成后，采用随机数字表法将其均分为3组，其中股骨近端锁定板组采用厚度为5.6 mm，宽度为16.1 mm，10孔的股骨近端锁定板内固定；加长型股骨近端防旋髓内钉组采用直径为 9 mm，长度为360 mm的加长型股骨近端防旋髓内钉固定；加长型股骨近端髓内钉组采用直径9 mm，长度为380 mm的加长型股骨近端髓内钉固定。

生物力学测试方法：以牙托粉和牙托水将实验标本包埋，并将其置于自制的股骨远端固定卡具中以模拟单足站立位，具体为在额状面上使股骨体内收15°，矢状面上使直径股骨体垂直，同时保持内旋度数在5°-10°之间^[6]。然后采用生物力学测试机进行以下3种实验：①轴向压缩实验：即调整加载的速度，使其保持在5 mm/min，直到1 000 N，或者骨折端的轴向移位在10 mm，如此每个标本反复实验3次。②扭转实验：通过自制夹将股骨近端固定，单足站立位固定于万能力学试验机上，同时沿着力线的轴向进行水平扭转，扭转的方向为股骨外旋，调整加载的速度使其保持在10 (°)/min，直至最大的扭矩达到2 N•m，如此每个标本反复实验3次。③轴向压缩破坏实验：调整加载的速度为5 mm/min，并从0 N开始，进行连续动态的加载。记录术后0，4，8周的轴向压缩实验、扭转实验以及轴向压缩破坏实验的结果。

1.5 主要观察指标分别于植入物内固定后0，4，8周采用压缩实验、扭转实验以及轴向压缩破坏实验检测3组标本的轴向抗压刚度、扭转刚度以及破坏载荷。

1.6 统计学分析采用SPSS 19.0软件进行数据的录入及统计分析。定量资料的描述采用表示，多组独立样本的比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD-t检验；多时间观测资料的分析，则采用重复测量方差分析，各时间点间的比较为差值t 检验。P < 0.05表示差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

讨论

随着社会的快速发展，交通伤以及高处坠落伤等高能量损伤逐渐增多，股骨颈合并同侧转子下骨折的发病率也呈逐渐升高趋势，严重威胁患者的健康和生命质量^[7-10]。当髋关节处于屈曲外展位及膝关节处于屈曲位的时候，高能量损伤沿着股骨干的纵向方向传导引起股骨干的骨折，如果暴力继续沿着近端方向传导可引起股骨颈的骨折^[11-13]。股骨转子下发生骨折的解剖位置以及生物力学性能有着独特的特点：股骨转子下区域有较多的肌肉止点，如内收肌和臀肌、髂腰肌和外旋肌等，在股骨转子下区中，上述肌群通过使内侧骨皮质压力增高和外侧张力加大，从而形成高机械应力比较集中的区域^[14]。在这样一个特殊的区域中，如果发生骨折，就会打破原来的平衡，进行引起复杂的移位，以致骨折缩短、旋转和成角等畸形^[15-16]。同时，股骨转子下区域由皮质骨组成，应力又较为集中，因此当受到外来暴力时，易发生粉碎性骨折，造成骨质缺损和复位困难，严重者甚至有延迟骨折愈合或者不愈合^[17]。因此，常规的非手术治疗带来的并发症较多，并且卧床时出现的并发症更严重，常会危及患者的生命，尤其是合并股骨颈骨折时，传统的非手术治疗更显得无能为力^[18-20]。手术治疗是临床修复股骨颈合并股骨转子下骨折的首选方式^[21-22]。

目前，临床上常通过内固定手术治疗股骨颈合并同侧转子下骨折，目的是将患者的骨折部位进行重新固定，以使断开的骨头在长期的接触中重新连接在一起^[23]。常用的内固定器主要有股骨近端锁定板、加长型股骨近端防旋髓内钉及加长型股骨近端髓内钉等，其中加长型股骨近端防旋髓内钉和加长型股骨近端髓内钉属于髓内固定，而股骨近端锁定板属于髓外固定。由于髓内固定能明显改善患者的病情，提高治疗的效果，因此目前临床上仍以髓内固定作为治疗股骨干的金标准^[24]。

股骨近端锁定板是按照骨折生物学内固定的原则设计而成，作为髓外固定的固定器，有研究证实将其用于修复股骨颈合并同侧转子下骨折，具有以下优点^[13]：①与普通钢板的钉板固定方式不同，锁定钢板的钉板方式为一体化设计，因此具有较好的抗拉力及锚合力，从而螺钉锁定后可以有效预防螺钉的滑移退出，降低内固定的失败和骨折复位的丢失^[25]。②钢板近端与股骨大转子外侧壁之间贴伏良好，将3枚或者4枚螺钉经钢板近端锁定孔置入，螺钉达到股骨头内能够与头内的压力骨小梁固定股骨颈头部，从而增强抗旋转能力，及增大钉-骨道接触面积^[26]。③由于近端螺钉的成角具有稳定性，因而保持力强，能够防止骨折的移位。将加长型股骨近端防旋髓内钉用于修复股骨颈合并同侧股骨转子下骨折具有以下优点：①在冠状面上，加长型股骨近端防旋髓内钉有6°的外翻角，因此，梨状窝不是其进针点的必选点，以股骨大转子作为顶点，可以降低手术过程中损伤股骨内侧回旋支的风险^[27]。②加长型股骨近端防旋髓内钉作为股骨近端交锁髓内钉，当螺旋刀片置入骨折处时具有稳定支撑和抗旋转两重作用，能够使股骨头内的骨质保持较好的锚和力，以及最大程度的镇压效果^[28-29]。③加长型股骨近端防旋髓内钉螺旋刀片的强度较其他交锁髓内钉大，因此能够承受的屈服应力较其他交锁方式大，远端锁钉的固定明显减少了旋转的应力，股骨颈螺旋形刀片的成角稳定性，和抗旋转能力对周围骨质的保持力较好，可以有效避免股骨头皮质切割，面对股骨颈合并同侧转子下骨折，该方式可以较好的达到旋转稳定性^[30]。④螺旋刀片具有自锁加压的功能，当其被打入骨折处后，通过锁定功能，可以使螺旋刀片压缩骨折的间隙，从而对骨折断端进行加压，同时还能控制刀片和股骨头之间的旋转，以降低内固定的断裂、退钉等术后并发症。⑤加长型股骨近端防旋髓内钉作为髓内固定系统，它具有均匀传导应力的特点，符合生物负重力线，并且通过力臂内移，而使应力的遮挡小，因此有助于骨折的愈合^[31-32]。有研究显示，加长型股骨近端防旋髓内钉治疗股骨颈合并股骨同侧转子下骨折能明显提高患者的治疗效果^[33-34]。股骨颈内的加长型股骨近端髓内钉主要由1枚股骨颈螺钉和1枚髋螺钉构成，这2枚螺钉分摊了股骨头内的应力，因而可以有效防止螺钉切出股骨头颈部以及旋转不稳定等内固定失效的情况出现，同时加长型股骨近端髓内钉的远端具有可屈性减压滑槽，能够进一步避免应力集中在远端^[35]。因此，加长型股骨近端髓内钉作为治疗股骨近端骨折的最主要的内固定器械，在临床也受到临床医师的广泛关注^[36]。但是有研究显示，加长型股骨近端髓内钉2枚螺钉的螺纹较长，倘若遇到身材娇小的股骨颈头下型患者，该螺钉难以通过骨折线而起到骨折端加压的作用。

本文拟研究3种内固定器内置物对股骨颈合并同侧转子下骨折的生物力学性能，随访结果显示内固定良好，提示3种内固定方式均能较好的固定骨折部位。术后0周，对3组标本的生物力学性能进行测试，结果显示，加长型股骨近端防旋髓内钉组的轴向抗压刚度、破坏载荷大于股骨近端锁定板组和加长型股骨近端髓内钉组，加长型股骨近端髓内钉组大于股骨近端锁定板组。加长型股骨近端防旋髓内钉作为内固定器用于内固定股骨颈合并同侧转子下骨折，抗压刚度和破坏载荷明显优于其他两组。提示相较于股骨近端锁定板组和加长型股骨近端髓内钉组，加长型股骨近端防旋髓内钉组的生物力学性能较好，可能是因为转子下支撑作用下降，或者内侧皮质出现缺损时，应力主要通过髓内钉进行传导，因此髓内固定具有更好的生物力学优势，与有关研究结果类似^[37-38]。其他研究也证实，髓内固定股骨颈合并同侧转子下骨折的生物力学性能明显优于优于髓外固定^[39-40]。结果还显示，股骨近端锁定板组扭转刚度大于加长型股骨近端防旋髓内钉组和加长型股骨近端髓内钉组，加长型股骨近端防旋髓内钉组大于加长型股骨近端髓内钉组，可能与在骨折的远近端，股骨近端锁定板置入的螺钉至少4枚，而加长型股骨近端防旋髓内钉，以及加长型股骨近端髓内钉其远端的螺钉距骨折平面的距离比较远，因而降低了扭转刚度有关。上述结果表明，在一定程度上，相较于股骨近端锁定板组和加长型股骨近端髓内钉组，加长型股骨近端防旋髓内钉组内固定修复股骨颈合并同侧转子下骨折具有明显的生物力学性能优势，因此，具有临床推广应用的价值，该研究结果也得到其他相关研究的证实^[41]。

由于此次研究以防腐股骨标本测验3种内固定方式的生物力学性能，存在一定的局限性，因此，为充分利用实验，此次研究进一步探究了3种内固定方式生物力学性能的长期效应，查阅文献发现，目前类似的研究相对较少。此次研究对3组标本术后4，8周的生物力学性能进行测验，结果发现，术后4，8周，3组标本的生物力学性能指标水平均有轻微的增加，但是与术后0周的结果比较，差异无显著性意义。提示生物力学性能指标没有随着时间的变化，而呈增加趋势，可能是因为本实验的对象为经体积分数10%甲醛溶液浸泡的防腐股骨标本，没有生物学活性有关。同时，结果也发现，术后4周、8周3组标本的生物力学性能指标比较，差异有显著性意义，即加长型股骨近端防旋髓内钉组的轴向抗压刚度、破坏载荷大于股骨近端锁定板组和加长型股骨近端髓内钉组，加长型股骨近端髓内钉组大于股骨近端锁定板组，股骨近端锁定板组扭转刚度大于加长型股骨近端防旋髓内钉组和加长型股骨近端髓内钉组，加长型股骨近端防旋髓内钉组大于加长型股骨近端髓内钉组。该结果与术后0周时的结果一致，提示术后4，8周，3组标本的的生物力学性能指标差异无明显变化。提示采用防腐股骨标本进行3种内固定方式的生物力学性能的测验，生物力学性能不会随着时间的变化而出现明显改变。

综上所述，加长型股骨近端防旋髓内钉作为内固定器用于内固定股骨颈合并同侧转子下骨折，在一定程度上，相较股骨近端锁定板和加长型股骨近端髓内钉而言，具有更好的生物力学性能，作为临床参考具有重要的价值。本文在相关研究的基础上，拓展了观察的结果，并取得了一定的结果，但是难免存在一些问题，如体外实验忽略了体内骨痂的生长对钉骨结合体生物力学的影响，同时忽略了股骨转子间的区域肌肉拉力的影响。建议在进一步的研究中，应在人体试验进行相关的研究。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

不同植入物内固定修复股骨颈合并同侧转子下骨折：生物力学性能比较

Different implant fixation repairs femoral neck combined with ipsilateral subtrochanteric fractures: comparisons of biomechanical properties

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