逆行交锁髓内钉与微创内固定钢板修复股骨远端骨折的生物力学性能比较

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.44.006

摘要/Abstract

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文题释义：

微创内固定系统(LISS)钢板：集带锁髓内钉及生物学接骨板的优点为一体，可通过小切口安放于骨表面对骨折进行锁定，对关节周围或关节内不稳定骨折的固定效果理想，1999年由国际内固定协会AO/ASIF推荐使用。LISS钢板适用于股骨远端和胫骨近端粉碎性骨折的固定，尤其对骨质疏松患者和假体周围骨折的固定优势明显。

逆行交锁髓内钉：属于中心型固定，比侧方钢板接近下肢力线，符合生理应力的传导及股骨的生物力学特征，应力遮挡小，且不破坏骨折端附近的血运；扩髓后置入髓内钉和骨的接触点增加，可加强骨折固定的稳定性；扩髓导致髓腔扩大，可置入直径较大的髓内钉，进而达到坚强固定；同时扩髓时的碎骨屑具有自体植骨效应，更加有利于骨折的愈合。

摘要

背景：目前股骨远端骨折多采用微创内固定系统(LISS)钢板或逆行交锁髓内钉内固定治疗，但两种方法的选择尚有争议，且对其生物力学性能研究尚少。

目的：比较逆行交锁髓内钉与LISS钢板置入内固定修复股骨远端骨折的生物力学稳定性。

方法：取12根尸体股骨标本，均为男性，X射线摄片排除损伤、骨密度异常及骨病标本。随机分成2组，制成相同标准AO分型A3型髁上骨折模型，分别用LISS钢板和逆行交锁髓内钉内固定。观察股骨标本承受轴向压缩时的抗压刚度和载荷100，300，500 N下的位移值，以及标本承受弯曲载荷时的抗弯强度。

结果与结论：①在抵抗轴向变形能力(抗压刚度)方面，LISS钢板大于逆行交锁髓内钉(P < 0.05)；在抵抗弯曲变形能力(抗弯强度)方面，逆行交锁髓内钉大于LISS钢板，但差异无显著性意义(P > 0.05)；②在100，300，500 N轴向压缩载荷作用下，LISS钢板组的位移均小于逆行交锁髓内钉组(P < 0.05)；③生物力学测试结果显示，内固定物置入修复股骨远端骨折时，逆行交锁髓内钉的刚度较低。LISS钢板既具有一定的变形性，使应力能够通过骨传导，又具有较强的刚度，且内固定牢固，可为骨折愈合提供优良的生物学环境，是修复股骨远端骨折的可靠选择。

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: 0000-0002-9846-5740(张慧东)

关键词: 骨科植入物, 骨植入物, 股骨远端骨折, 逆行交锁髓内钉, LISS钢板, 内固定, 生物力学

Abstract:

BACKGROUND: Distal femoral fractures are mainly treated with less invasive stabilization system (LISS) plate or retrograde interlocking intramedullary nail fixation, but choosing which method is controversial, and studies on their biomechanical properties are few.

OBJECTIVE: To compare the biomechanical stability of retrograde interlocking intramedullary nail and LISS plate fixation in the treatment of distal femoral fractures.

METHODS: Twelve male cadaveric femurs were collected, and the injured, with abnormal bone density and osteonosus specimens were excluded through X-ray examination, followed by randomly divided into two groups. Models of AO type A3 supracondylar fracture were prepared, and were fixed with LISS plate and retrograde interlocking intramedullary nail, respectively. The compressive stiffness and displacement values under axial compression and loading of 100, 300 and 500 N, as well as the bending strength of the specimens under bending load were observed.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The resistance to axial deformation capacity (compressive stiffness) of the LISS plate was superior to the retrograde interlocking intramedullary nail (P < 0.05); while the resistance to bending deformation capacity (flexural strength) of the retrograde interlocking intramedullary nail was not significantly greater than that of the LISS plate (P > 0.05). (2) Under axial compressive loading of 100, 300 and 500 N, the displacement values of LISS plate were significantly less than those of the retrograde interlocking intramedullary nail (P < 0.05). (3) In conclusion, in the distal femoral fracture fixation, the stiffness of the retrograde interlocking intramedullary nail is low. While the LISS plate not only has certain deformation, but also has strong rigidity with firm internal fixation, which provides excellent biological environment for fracture healing; thus it is a reliable treatment for distal femoral fractures.

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

Key words: Femoral Fractures, Internal Fixators, Biomechanics, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

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图/表（结果） 3

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引言

材料方法

1.1 设计 随机对照实验。

1.2 时间及地点 于2015年10月至2016年1月在唐山市工人医院完成。

1.3 材料

1.3.1 尸体股骨标本选用成人尸体股骨标本12根，均为男性，死亡时间均在1年内，剔除标本附属软组织，X射线摄片排除损伤、骨密度异常及骨病标本。以生理盐水纱布包裹、封装后于-20 ℃冰冻保存。本实验经医院伦理委员会批准后实施。

1.3.2 实验仪器夹具；电子万能试验机岛津AG-10TA型(日本岛津公司)。

1.3.3 股骨逆行交锁髓内钉购自常州市康辉医疗器械有限公司。在髓内钉杆近端设有近端锁定螺钉孔，在髓内钉杆表面设置有减压平面。在髓内钉杆表面设有一条以上呈长条形的减压平面，减压平面可从髓内钉杆近端直至髓内钉杆远端。在髓内钉杆近端设置有锁紧螺杆定位螺孔、连接套定位槽。该产品由股骨髓内钉、克氏针、固定螺钉和保护帽组成，见图1。采用符合GB/T13810-1997的锻造钛合金材料和符合GB/T4234-2003的00Cr18Ni14Mo3的锻造不锈钢材料制成。一次性使用。

1.3.4 LISS钢板购自瑞士辛迪思医疗器械有限公司，是基于微创外科的原则，吸取交锁髓内钉技术与生物学接骨技术的优点而发展起来的新型内固定系统。使用体外螺钉孔瞄准器，采用经皮固定技术，使手术对软组织的损伤降低到最低程度。具有成角固定作用的自钻螺钉可以提供更可靠的固定，见图2。其优点如下：①螺钉与钢板锁定，产生角度稳定性；②解剖型设计，避免钢板预弯塑性；③对骨折端血供影响小；④螺钉不易松动。

1.4 方法

1.4.1 标本制备成人尸体股骨标本12根，随机分成2组，用电锯在髁上制成相同标准AO分型A3型髁上骨折模型，见图3，每组6根股骨分别用微创内固定系统钢板和逆行交锁髓内钉固定。标本两端以牙托粉包埋。

1.4.2 轴向压缩实验将实验标本放置于岛津AG-10TA电子万能试验机上，使股骨轴线与试验机轴重合。进行轴向压缩实验。对标本进行预调处理，载荷通过载荷传感器传递，位移通过电光编码器传递。以2.0 mm/min的速度对标本施加轴向压缩载荷，施加最大载荷为500 N，依次测出100，300，500 N所对应的压缩位移值；另外计算标本在轴向压缩载荷的抗压刚度，重复5次取平均值。

1.4.3 抗弯实验将标本置于电子万能试验机的弯曲支座上，标本两端用夹具固定，进行弯曲实验，最大弯曲载荷为500 N，实验速度为2.0 mm/min，记录标本在弯曲载荷下的抗弯强度，重复5次取平均值。

1.5 主要观察指标 观察股骨标本承受轴向压缩时的抗压刚度及位移值，标本承受弯曲载荷时的抗弯强度。

1.6 统计学分析 应用SPSS 20.0软件完成资料统计，采用t 检验检测逆行交锁髓内钉组及LISS钢板组间的差异，以P < 0.05为差异有显著性意义。

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

3.1 股骨远端骨折的解剖学特征 股骨远端主要由松质骨组成，由于股骨远端的解剖结构特点，髁间窝是其最薄弱的部位，是骨折最易发生的部位。股骨远端骨折包括股骨髁间骨折和髁上骨折，大多由膝关节高能量损伤引起，其解剖结构复杂，损伤后常伴有骨块丢失、松质骨骨质压缩、骨缺损及严重粉碎骨折，同时由于腓肠肌内外侧头牵拉，骨折远端易向后及旋转移位。手术需要实现髁间及髁前关节面达到解剖复位，修复股骨髁间胫骨面、髌骨面解剖结构。在股骨远端骨折时, 由于股骨远端形状不规则、髓腔大、皮质薄，交锁髓内钉固定常不稳定^[11]。

3.2 不同内固定方法比较 股骨远端骨折的治疗目的包括复位准确，固定可靠以及允许早期功能锻炼等。然而,股骨远端骨折的解剖特征给复位和固定都带来困难。尤其是股骨远端低位粉碎性骨折。股骨远端骨折的切开复位内固定是一项技术要求较高的手术，要同时兼顾解剖复位、内固定稳定及与软组织、血供完整，难度较大^[12-16]。而各种内固定方法虽然操作方法不同，但具有相同的目的，即要求在恢复骨折端血供的同时确保骨的对位对线，保证骨折断端间的稳定，适当传导骨折块间的生理应力，实现骨折愈合。

股骨交锁髓内钉固定技术是目前治疗股骨远端骨折较理想的内固定方法。逆行交锁髓内钉属于中心型固定，比侧方钢板接近下肢力线，符合生理应力的传导及股骨的生物力学特征，应力遮挡小，且不破坏骨折端附近的血运；扩髓后置入髓内钉和骨的接触点增加，可加强骨折固定的稳定性；扩髓导致髓腔扩大，可置入直径较大的髓内钉，进而达到坚强固定；同时扩髓时的碎骨屑具有自体植骨效应，更加有利于骨折的愈合。术后即能进行膝关节功能锻炼，关节功能恢复快，骨折愈合率高。但髓内钉置入需经膝关节，对膝关节内部结构和伸膝装置不可避免会产生影响，如内固定置入不当，可能会加重膝关节功能障碍，也容易产生关节感染等并发症。另外逆行股骨髓内钉的适应证具有局限性。

LISS钢板集带锁髓内钉及生物学接骨板的优点为一体，可通过小切口安放于骨表面对骨折进行锁定，对关节周围或关节内不稳定骨折的固定效果理想，1999年由国际内固定协会AO/ASIF推荐使用。LISS钢板适用于股骨远端和胫骨近端粉碎性骨折的固定，尤其对骨质疏松患者和假体周围骨折的固定优势明显。LISS钢板定位系统经皮肤钻入，不必暴露与剥离周围软组织与骨膜，使手术对软组织的损伤降低到最低程度，具有成角固定作用的自钻螺钉可以提供更可靠的固定。LISS钢板的形状设计与骨的解剖轮廓一致，手术时无须广泛切开暴露，减少了骨膜等软组织的损伤，减少出血量，有利于骨折的愈合，同时降低了接骨板对骨膜的压迫性损伤，尽可能多地保护了骨骼的血运。

汤继磊等^[17]探讨了股骨远端骨折应用逆行交锁髓内钉和微创LISS钢板对软组织血清标志物的影响。选择A型(AO分型)股骨远端骨折患者20例，按手术方法不同分为逆行交锁髓内钉组和LISS组，每组10例。所有患者均由同一组医生实施微创手术固定。结果显示2组患者手术时间、切口长度和出血量差异无显著性意义(P > 0.05)；2组术后不同时间点血清标志物差异无显著性意义(P > 0.05)。说明逆行交锁髓内钉和LISS钢板治疗股骨远端骨折对软组织损伤均较小，且无明显差异。宫涛等^[18]选择C2型股骨髁间骨折患者33例，随机采用LISS钢板内固定术(LISS组，15例)、逆行交锁髓内钉内固定术(交锁髓内钉组，18例)治疗，术后3 d拍X射线片检查骨折复位及内固定情况，术后12个月复查X射线片检查内固定及骨折愈合情况，并根据HSS标准评分评价膝关节功能。结果显示，LISS钢板治疗C2型股骨髁间骨折的疗效优于交锁髓内钉，但应视术中骨折具体情况而定，术中可先行恢复股骨髁部解剖结构，再根据骨折块的稳定性进行内固定物选择，若复位后骨折块稳定性良好可采用交锁髓内钉内固定，若骨折块稳定性不足则须采用LISS钢板内固定，应充分把握两种内固定物的优缺点，合理选择内固定方案。Chen等^[19]对LISS微创固定系统及股骨髁支撑钢板治疗股骨远端骨折的并发症及早期临床疗效进行回顾性分析。术后随访13-38个月，2组患者术后切口长度、出血量、骨折愈合时间及末次随访时的膝关节功能评分差异显著(P < 0.05)，但手术时间、住院时间、术后并发症发生率无显著性差异(P > 0.05)。说明LISS微创固定系统具有创伤小、骨折愈合时间短、功能恢复快的特点。LISS微创固定系统已经成为一个治疗AO C型股骨远端骨折的理想内固定方案。余智锋等^[20]的研究也显示，LISS系统可减少组织创伤，保护局部血运，降低不愈合和延迟愈合的风险，减少术后感染的发生率。是一种值得临床推广和使用修复股骨远端骨折的方法。

本文的股骨标本生物力学实验结果显示，逆行交锁髓内钉治疗股骨远端骨折刚度较低，容易造成锁钉疲劳，不宜过早负重运动；而LISS钢板既有较强的刚度，能为骨折提供良好的稳定性，又有一定变形能力，应力能够通过骨传导，生物力学性能良好。另外对逆行交锁髓内钉及LISS钢板在轴向压缩载荷作用下的位移进行比较，逆行交锁髓内钉大于LISS钢板，说明LISS钢板固定股骨远端骨折较逆行交锁髓内钉更牢固^[21-31]。

3.3 结论 综上所述，与逆行交锁髓内钉相比，LISS钢板修复股骨远端骨折的抗压刚度和抗弯强度适宜，内固定牢固，表现出更好的生物力学性能及固定效果，有利于骨折的愈合。但是应充分把握2种内固定器械的优缺点，合理选择内固定方法。

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