股骨頸帶側(cè)孔空心釘添加骨水泥的生物力學(xué)實驗探究

閆 作

（康?？h人民醫(yī)院，河北 張家口 076650）

·基礎(chǔ)研究·

股骨頸帶側(cè)孔空心釘添加骨水泥的生物力學(xué)實驗探究

閆 作

（康?？h人民醫(yī)院，河北 張家口 076650）

目的 探討股骨頸帶側(cè)孔空心釘添加骨水泥對骨折愈合的促進效果。方法 選取58具成人尸體股骨頸標本，依據(jù)最大軸向拔出力（F-max）進行實驗分組，12個股骨頸在軸向正中鉆孔后將空心釘直接置入，另12個股骨頸在軸向正中鉆孔將聚甲基丙烯酸酯骨水泥輸注后再置入帶側(cè)孔空心釘。進行拔出實驗，對空心釘最大軸向的拔出力及周期抗屈實驗過程中螺釘在松動時所能承受的最大負荷進行測定。結(jié)果 注入PMMA骨水泥側(cè)孔空心釘最大軸向力顯著高于高于單純空心釘最大軸向拔出力，對比差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。結(jié)論 對于髖部骨質(zhì)疏松骨折來說，采用加入聚甲基丙烯酸甲酯側(cè)孔空心釘對骨折端進行固定，能夠顯著減少股骨頭被穿透、脫落、松動的風(fēng)險，從而提升了骨折端固定的穩(wěn)定性，加速骨折愈合。

股骨頸；側(cè)孔空心釘；聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥；生物力學(xué)

隨著我國人口老齡化現(xiàn)象的日益突出，骨質(zhì)疏松與骨結(jié)構(gòu)退化的患病率逐年上升，患者也因此會骨小梁力學(xué)強度降低，容易出現(xiàn)骨折。老年群體髖部是其骨質(zhì)疏松多發(fā)部位，若發(fā)生骨折，很多都采用外科手術(shù)治療[1]。當(dāng)前醫(yī)療領(lǐng)域，通常采用的方法會由于治療負荷過大與骨質(zhì)疏松等原因，導(dǎo)致股骨把持力度過小，或者由于負荷過大而造成股骨頸空心釘拔出或松動[2]。本次試驗通過股骨頸置入空心釘，并在其中注入聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥，從而使股骨頸空心釘穩(wěn)定性顯著提升，從而提升了骨的把持力度與穩(wěn)定性，研究報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

2012年10月至2014年7月在康保縣人民醫(yī)院完成。選取58具成人尸體股骨頸標本，均為男性，死亡時間均小于11個月，平均年齡72歲，由我院提供。經(jīng)X射線檢查骨質(zhì)疏松癥狀顯著，無其他異常情況。對標本周圍軟組織進行清除，采用雙層塑料袋進行密封，放置入-98℃冰箱中進行冷凍保存，待測試前20 h取出，使其置于常溫下解凍[3]。

1.1.1 股骨頸空心釘

空心釘總長度與直徑分別為80.0 mm、7.2 mm，螺紋長度為20.0 mm，空心釘中空部分直徑為2.4 mm，從不同角度對前釘段螺紋鉆6側(cè)空6個，直徑為1.4 mm。

1.1.2 強化修復(fù)材料

選自上海第二口腔大學(xué)口腔材料廠制造的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥，使用前放入3℃冰箱保存，用時再將其取出。單體與粉的配置濃度比例為1∶2，攪拌均勻4～6 min后注入股骨頸空心釘中空部位及螺紋隧道之中[4-5]。

1.1.3 實驗儀器

器械來源于日本島津公司制造研發(fā)的AGS-100KN材料實驗機，拉壓力最大為10KN，速率為1.0～450 mm/min，螺釘拔出速率為6.0 mm/min。

1.2 方法

1.2.1 實驗過程

F-max實驗分組：12個股骨頸鉆孔在軸向正中部位，5.5 mm攻絲后將長度80.0 mm、直徑7.2 mm空心釘置入，另外12個股骨頸鉆孔為軸向正中部位，5.5攻絲后將PMMA注入，容積為隧道容積的7/10，然后將帶側(cè)孔空心釘置入，再在其中空部位將PMMA骨水泥注入。

在AGS-10KN材料實驗機機上進行拔出實驗。將股骨頸固定在特制夾具上，對股骨頸角度進行調(diào)整，使實驗機拉伸與空心釘長軸方向相同，用6.0 mm/min恒定速率將空心釘拔出。拔出螺釘時如果破壞骨質(zhì)要馬上停止，將載荷加到變形曲線高峰值點作為拔出破壞的依據(jù)標準[6]。通過計算機信息系統(tǒng)記錄實驗機載荷信號，采用測試分析軟件WinAGSSlite2000計算最大拔出力。

1.2.2 周期抗屈實驗

在24個股骨頸上開展，通過材料試驗機垂直在螺釘縱軸負荷施加于股骨頸頭部?；A(chǔ)負荷12 N，反復(fù)90次，調(diào)整負荷范圍15～45 N，15～70 N，15～95 N，……，一直到15～195 N，各負荷均90次。采用特殊測量儀對頭部位移進行記錄，如果在負荷最大值195 N、周期800次之前產(chǎn)生螺絲松動（位移標準≥1.5 mm）則將此時最大負荷記錄下來。

1.2.3 觀察指標

周期抗屈試驗結(jié)果以及空心釘最大軸向拔出力。

1.2.4 設(shè)計與實踐與評價者

全過程由作者及他人協(xié)助完成，評估采用盲法。

1.2.5 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS13.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析與處理，采用SPSS14.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析處理，計量資料采用（）表示，行t檢驗，P＜0.05表明差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組空心釘最大軸向拔出力實驗結(jié)果

兩組空心釘最大軸向拔出力實驗結(jié)果見表1。在所測的24個標本中，空心釘組12個股骨頸的最大軸向拔出力為482.3～1 086.4 N，平均（864±204.3）N；添加聚甲基丙烯酸甲酯帶側(cè)孔空心釘以后最大軸向的拔出力為2 036.2～3 603.7N，平均（2 952.7±524.6）N。后者顯著高于前者，對比差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

表1 空心釘與側(cè)孔空心釘注入PMMA軸向拔出力比較（N） （n=12）

2.2 周期抗屈實驗過程中PMMA的效應(yīng)狀況

周期抗屈實驗過程中PMMA的效應(yīng)狀況見表2?？招尼攩渭冎萌氲墓晒穷i的最大負荷為45～195 N時出現(xiàn)松動，位移1.5 mm；注入聚甲基丙烯酸甲酯側(cè)孔空心釘在195 N時并未松動，位移距離＜0.8 mm。由此可見，周期抗屈實驗過程中，注入PMMA側(cè)孔空心釘較單純置入空心釘具有更強的負荷強度，且位移距離也較?。ǎ?.8 mm），穩(wěn)定性顯著優(yōu)于空心釘組（位移1.5 mm），對比差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

表2 空心釘組最大負荷55～195 N，位移1.5 mm時的PMMA效應(yīng)

3 討論

股骨頸骨折是老年人群的常見病癥之一，其致病的主要原因就是骨質(zhì)疏松導(dǎo)致股強度下降，加上老年人群反應(yīng)遲緩、防御能力較弱，從而容易產(chǎn)生骨折[7-8]。由于股骨頸本身特征，使其在骨折時常常受到巨大剪應(yīng)力，從而對骨折內(nèi)固定效果及愈合后的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。此外，姚琦等[9]發(fā)現(xiàn)由于股骨頭血液供應(yīng)較為特殊，骨折時對局部血供產(chǎn)生破壞，因而極有可能導(dǎo)致股骨頭壞死。對于老年股骨頸骨折的治療最重要的是盡早進行骨折解剖與復(fù)位，同時采取內(nèi)固定治療，從而促使骨折的愈合。臨床研究認為，對股骨頸骨折采取內(nèi)固定治療應(yīng)當(dāng)滿足下列條件：允許軸心向上存在壓應(yīng)力[10]；抵抗施加在骨折線上的較大剪應(yīng)力；抵抗彎應(yīng)力。當(dāng)前國內(nèi)外醫(yī)療領(lǐng)域普遍認為，采取空心釘進行內(nèi)固定治療是當(dāng)前用于股骨頸骨折治療的最佳方式，并且能取得顯著的臨床效果。

本次研究中，注入聚甲基丙烯酸甲酯側(cè)孔空心釘最大軸向力（2 952.7±524.6）N顯著高于高于單純空心釘最大軸向拔出力，并且注入聚甲基丙烯酸甲酯側(cè)孔空心釘在其最大負荷195 N時并未出現(xiàn)松動現(xiàn)象，且位移距離小于0.8 mm，顯著優(yōu)于對照組。由此可見，對于髖部骨質(zhì)疏松骨折來說，采用加入聚甲基丙烯酸甲酯側(cè)孔空心釘對骨折端進行固定，能夠減少股骨頭被穿透、切割以及固定物脫落、松動的風(fēng)險，從而提升了骨折端固定的穩(wěn)定性，為骨折部位的盡快愈合奠定堅實的固定基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：裘永強）

Biomechanics study on the femoral neck with side hole hollow nail combined with bone cement

YAN Zuo
(People's Hospital of Kangbao County ,Zhangjiakou 076650,China)

objective To study the healing effects by applying femoral neck with side hole hollow nail combined with bone cement for the promotion of fracture. Methods 58 adult femoral neck specimens were seletced based on the maximum axial pull output (F-Max) in experimental group, 12 femoral neck in bored after the hollow screw directly into the center of the axial, the other 12 femoral neck in the center of the axial drilling will polymethacrylate again after infusion of bone cement into side holes with hollow screw. To pull out the experiment, the hollow nail pulling power of the maximum axial and screw in the process of cycle resistance to bending experiment in loose could withstand the maximum load were determined. Results In PMMA bone cement injection hole hollow nail was significantly higher than that of the maximum axial force ,which was higher than pure hollow nail maximum axial pull output, the difference was statistically significant (P＜0.05). Conclusion For hip osteoporosis fracture, the side holes by using methyl methacrylate hollow nail fixed the fracture end, can significantly reduce the risk of femoral head loose, falling off, and improve the stability of the fixed the fracture end, accelerate fracture healing.

femoral neck; side hole hollow nails; polymethyl methacrylate bone cement; biomechanics

R382.2

A

1674-490X(2014)06-0001-04

2014-11-27

閆作（1969-），男，河北康保人，主治醫(yī)師，主要從事骨科臨床研究。E-mail:383750767@qq.com