Keyhole and lockpin shank transition combined with interlocking intramedullary nail fixation improve the biological stability of fracture site

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.22.021

Abstract

Abstract:

BACKGROUND: With the wide application of interlocking intramedullary nail, the issues of delayed fracture healing and interlocking nail fracture are gradually revealed, thus the keyhole and lockpin shank transition combined with interlocking intramedullary nail come into being.
OBJECTIVE: To observe the stability of keyhole and lockpin shank diameter transition combined with interlocking intramedullary nail and traditional interlocking intramedullary nail fixation.
METHODS: Eight bilateral femoral fracture specimens were used and the fracture sites were fixed with eight keyholes and lockpin shanks diameter transition combined with interlocking intramedullary nail and traditional interlocking intramedullary nail fixation. In the experimental group, the customized intramedullary nail distal aiming fine-tuning device was used to install the matching equipment nail, and then interlocking fixed by customized interlocking nail with the diameter of 4.3 mm; in the control group, conventional matching installation equipment was used, and then interlocking fixed by interlocking nail with the conventional diameter of 4.0 mm. The specimens in two groups were fixed with the methods above respectively, and then the displacement from left to right, from forward to backward and the rotation displacement of the femoral fracture sites in two groups were recorded and measured, in order to compare the stability of the fracture fixation.
RESULTS AND CONCLUSION: For the treatment of middle femur fracture with keyholes and lockpin shanks transition combined with interlocking intramedullary nail fixation, when loaded with 10 N force, the femoral fracture sites had 1.22 mm displacement from left to right, 1.22 mm from forward to backward and 0.33 mm rotation displacement; when the traditional interlocking intramedullary nail keyhole loaded with 10 N force, the femoral fracture sites had 3.26 mm displacement from left to right, 3.37 mm from forward to backward and 2.15 mm rotation displacement. The displacement from left to right, from forward to backward and the rotation displacement of the fracture sites after fixed with lockpin shanks transition combined with interlocking intramedullary nail were smaller than those after fixed with lockpin shanks transition combined with traditional interlocking intramedullary nail, and the differences were significant. The results indicate that keyhole and lockpin shank transition combined with interlocking intramedullary nail fixation can improve the stability of fracture site.

Key words: bone and joint implants, academic discussion of bone and joint, interlocking intramedullary nail, locking, aiming device, guide rod, compactor, fracture, internal fixation, dynamic fixation, static fixation, biomechanic stability, clinical application, design, development, complications

CLC Number:

R318

Qi Shan-hong, Xu Hui-hao, Shi Bai-shou, Xia Chun-huan, He Wen-hao, Wang Shao-feng, Sha Yong. Keyhole and lockpin shank transition combined with interlocking intramedullary nail fixation improve the biological stability of fracture site[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2013, 17(22): 4137-4143.

Figures/Tables 1

2.1 相关研究资料的获取检索CNKI数据库和SCI数据库的方法获取相关研究文献[8-9] 。检索时间范围1990至2012年，检索词为“交锁髓内钉（interlocking intramedullary nail）；锁定(Locking)；瞄准器(sights)；骨折(fracture)；动力固定(power fixed)；静力固定(static fixed)；生物力学(biomechanics)；临床应用(clinical application)”，检索出相关研究文献59篇，其中CNKI数据库文献30篇，学术期刊15篇，学位论文7篇，会议论文8篇。SCI数据库文献29篇，学术期刊17篇，学位论文9篇，会议论文3篇。按设定的主题要求，纳入研究的文献共14篇[10-23] 。 2.2 入选标准 ①研究的主题包括交锁髓内钉的工作原理、生物力学优势、影响因素、临床应用等。检索的文献中排除与研究主题无关的文献13篇。②研究所撰写的文章类型包括原著、实验分析及病例分析等。检索文献中排除综述类文章3篇。③文献内容筛选如下，检索的文献中探讨交锁髓内钉的原理及应用的研究文献共3篇，3篇文献为同一实验项目，且为同一组实验人员进行的研究，定为重复研究文献，选取其中1篇进行深入分析。同样对不同固定方式的生物力学测评研究的2篇文献也为重复文献，选取其中1篇进行深入分析。在髓内钉形态与骨髓腔形态间的适配性对髓内钉生物力学性能表达的影响研究中，同样检索出重复的3篇研究文献，选取其中1篇进行深入分析。④文章研究的内容分类为交锁髓内钉不同固定方式的生物力学比较，髓内钉形态与骨髓腔形态间的适配性对髓内钉生物力学性能表达的影响，交锁髓内钉发展过程中存在的争议，影响髓内钉固定效果的因素，以及其它相关研究。 2.3 质量评估符合纳入标准的14篇研究中，对交锁髓内钉不同固定方式的生物力学进行了比较[10-12] ；并探讨了交锁髓内钉发展过程中存在的争议[13-20] ；分析了影响交锁髓内钉固定效果的因素[21-23] 。 2.4 交锁髓内钉不同固定方式的生物力学比较刘建国[10]为探讨不同交锁髓内钉内固定方式的生物力学分析及临床意义，将甲醛固定的成人尸体股骨标本6 副，随机分成3 组，每组4 根股骨分别用逆行交锁髓内钉、顺行交锁髓内钉和动力髁螺固定。于股骨远端骨折线外、前、内、后4个不同部位作为应变点。将所有标本严格按力学要求制作，分级载荷为0-600 N，加载速度为1 mm/min ；记录不同载荷下位移变化及各点应变值，为提高实验精度每组重复加载3次。各级载荷状态下的各组实验数据用SAS软件进行统计学处理，方差分析。3种内固定标本在常温常压下模拟正常人体单肢负重下受力，测试每次加载时4个应变点上所产生的应变值，结果见表3。 2.5 髓内钉形态与骨髓腔形态间的适配性对髓内钉生物力学性能表达的影响在髓内钉的设计和应用中，骨髓腔的长度、狭窄段的形态、髓腔弧度等参数具有重要意义。尤其是最狭窄点矢状径及冠状径大小，其不但对髓内钉的直径设计起制约作用，更被认为是髓内钉与骨皮质接触的“第二固定点”，可以起到类似交锁螺钉的作用[11] 。闫宏伟等[12]研究发现新型髓内钉与国人髓腔匹配性好，这种良好的匹配不但使髓内钉的穿钉及交锁操作变得更加顺畅和准确，也明显影响了其生物力学性能的表达，在三点弯曲实验中，桡度和应变均随着载荷的增加而增大，加载的初期，桡度的发生主要与钉骨之间的间隙有关，而股骨最狭窄点髓腔表现为矢状径大、冠状径小的类椭圆形，所以髓内钉的直径设计应以冠状径为参考依据，正是狭窄段髓腔的这种特殊形态使得髓内钉固定后的内→外侧弯稳定性较前→后侧弯稳定性好，新型髓内钉弧度与国人股骨髓腔弧度的良好匹配使新型髓内钉获得了更大范围内的钉骨接触面，表现出了较好的抗侧弯及抗旋转能力。因此，骨髓腔的弧度与狭窄段的形态不但是髓内钉设计的主要参考因素，也是影响髓内钉力学性能表达的重要原因。 2.6 交锁髓内钉存在的争议与影响因素交锁髓内钉发展过程中存在的争议，如何实施闭合性插钉技术？与开放性插钉相比，闭合插钉可显著减少骨折部位的再损伤、减少感染、提高愈合率[13] 。但与开放性插钉相比，手术困难增加，对技术要求更高,手术需要有荧光增强和图像记忆功能的Ｃ臂X射线机和X射线防护衣。主要适用于胫骨骨折治疗，对于股骨治疗，由于股骨位置较深且体表不易触及，手术难度大[14-15] 。插钉需不需要扩髓？扩髓与否,主要取决于患者自身状况,开放性骨折、新鲜骨折伴有严重软组织损伤、外固定支架治疗后作二期髓内钉固定、多发性损伤或伴有胸部损伤的患者，不应使用扩髓插钉[16] 。反之，骨折畸形愈合后作截骨矫正或骨不连的患者，一般均需扩髓后插钉。至于其他骨折，是否在插钉前扩髓，则应根据患者情况、手术条件等综合考虑。如有条件，可考虑采用不扩髓技术。不扩髓的优点是手术简单、迅速、插钉快、术中出血少。不扩髓时髓内压力不增加，可以减少脂肪栓塞或感染的发生。但不扩髓使用的髓内钉细，术中和术后髓内钉容易断裂；插钉时骨折远端产生局部应力集中，髓腔形态和髓内钉外周形态不一致，接触面积小，受力不均匀，都容易发生移位和断钉[17] 。而扩髓是髓内钉固定所特有的技术，扩髓可以使髓内钉与髓腔的接触更加紧密，有利于骨骼对位，也可加强髓内钉原有的功能；扩髓后的骨屑释放成骨活性物质，有利于骨折的愈合。但扩髓也并非绝对完美，主要是破坏髓内血供，还有可能造成皮质血管阻塞，但可通过骨膜供血得到代偿；扩髓术中出血使骨厚度下降，降低了骨的强度、刚度及抗扭转能力。扩髓还可使髓内压力过高，使髓内的脂肪、促凝物质等大量进入血液而导致脂肪栓塞，增加栓塞及感染的发生[18] 。静力型与动力型交锁髓内钉的区别？对于稳定性骨折，采用动力型固定，增加轴向压力，促进骨痂生长，有利于骨折愈合[19] 。对于不稳定性骨折，则采用静力型固定，由于骨折碎块复位时不需要剥离骨膜，只要最大限度地保留骨折断端及碎骨的血运，即可促进骨折愈合。在骨痂出现后，可去除穿过圆形孔的螺钉而保留长圆形孔内的螺钉，改为动力型固定，能够促进骨折愈合[20] 。静力型交锁髓内钉增加了髓内钉断裂的风险，如果骨折不愈合，最终会发生断裂或使骨折愈合延迟或骨不连结。"

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