股骨近端鎖定鋼板治療股骨轉(zhuǎn)子間骨折的生物力學(xué)研究

楊 靈，江 偉，劉躍洪，徐 巍，劉樹平，張德盛，陳 曦，汪 紅

隨著老齡化社會(huì)的到來(lái)，股骨轉(zhuǎn)子間骨折發(fā)病率呈明顯上升趨勢(shì)，約占髖關(guān)節(jié)骨折的45%，目前對(duì)股骨轉(zhuǎn)子間骨折的治療，積極手術(shù)治療已成為共識(shí)［1］。股骨近端鎖定鋼板在治療股骨轉(zhuǎn)子間骨折的臨床醫(yī)療實(shí)踐中已被廣泛使用，本研究旨在明確股骨近端鎖定鋼板在固定股骨轉(zhuǎn)子間骨折中的生物力學(xué)特性，為其在臨床使用提供理論依據(jù)。

材料與方法

1 一般資料

選取形態(tài)、大小近似、保存1年左右的15根防腐(10%的甲醛溶液浸泡)股骨標(biāo)本，由四川大學(xué)華西醫(yī)學(xué)中心解剖教研室提供。為避免個(gè)體差異及其他因素可能引起的誤差，所有標(biāo)本用X線檢查排除可能存在的隱匿性骨折、腫瘤、畸形及各種骨缺損等病變，并且隨機(jī)分配到A、B、C三組中，A組為股骨近端鎖定鋼板固定31A1．1骨折模型組，B組為股骨近端鎖定鋼板固定31A2．2骨折模型組，C組為正常無(wú)骨折股骨組，每組各5個(gè)標(biāo)本。

2 實(shí)驗(yàn)材料、力學(xué)測(cè)試設(shè)備

本研究使用的股骨近端鎖定鋼板為醫(yī)用不銹鋼材質(zhì)，為蘇州蘇南捷邁得有限責(zé)任公司制造，力學(xué)測(cè)試設(shè)備為INSTRON-8874(英斯特朗公司，美國(guó))力學(xué)測(cè)試機(jī)。

3 骨折模型的建立及骨折固定

股骨標(biāo)本儲(chǔ)存在0～40°C冰箱內(nèi)0°C保存，使用前室溫自然解凍，使用過(guò)程中注意保濕，避免脫水可能造成的骨強(qiáng)度降低。根據(jù)AO/ASIF股骨轉(zhuǎn)子間骨折分型，A組標(biāo)本制成31A1．1骨折模型、B組標(biāo)本制成31A2．2骨折模型，去除附著在股骨上的軟組織，用電鋸沿股骨轉(zhuǎn)子間線斜行截?cái)?，建?1A1．1骨折模型;同樣用電鋸切割，在股骨轉(zhuǎn)子間內(nèi)側(cè)和后方形成3個(gè)平面破裂及兩大塊內(nèi)側(cè)骨折塊，建立31A2．2骨折模型，A、B組使用股骨近端鎖定鋼板按標(biāo)準(zhǔn)操作步驟完成對(duì)骨折的固定。3組標(biāo)本切除股骨遠(yuǎn)端，長(zhǎng)度保持一致為30cm。

4 實(shí)驗(yàn)方法

壓縮實(shí)驗(yàn):模擬人單足站立的生理負(fù)重受力狀態(tài):考慮外展肌工作，使用自制夾具固定，保持冠狀位內(nèi)收25°，矢狀位保持中立位。首先以400N加載標(biāo)本2次，消除蠕變、松弛等時(shí)間效應(yīng)影響，然后持續(xù)以0．5mm/min的速度加壓，加壓至出現(xiàn)屈服現(xiàn)象為止(根據(jù)測(cè)試儀連接的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控所描繪的載荷-位移曲線判斷，一旦出現(xiàn)曲線非線性改變并急劇轉(zhuǎn)折，由此確認(rèn)為屈服現(xiàn)象，并以此轉(zhuǎn)折點(diǎn)為屈服點(diǎn))，記錄載荷、位移數(shù)據(jù)。

扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn):股骨頭用牙托粉固定，并利用夾具與力學(xué)測(cè)試儀相連，保持股骨頸與測(cè)試儀的轉(zhuǎn)軸在一條直線，股骨遠(yuǎn)端用自制夾具固定，測(cè)試儀轉(zhuǎn)軸勻速扭轉(zhuǎn)，記錄扭轉(zhuǎn)角0°～2．5°時(shí)的扭矩。

5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)以ˉx±s表示，應(yīng)用SPSS 11．5統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)A、B、C組各相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行LSD-t檢驗(yàn)，P≤0．05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1 軸向壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖1)

所有標(biāo)本均順利完成實(shí)驗(yàn)。

圖1 A、B、C組標(biāo)本在1200N載荷范圍內(nèi)的載荷-位移曲線

從圖1中可以看出，在彈性變范圍內(nèi)，載荷-位移曲線近似一直線，標(biāo)本剛度等于直線的斜率，即載荷與位移的比值，由于國(guó)人體重基本在1200N載荷范圍內(nèi)，故本實(shí)驗(yàn)選擇在1200N載荷時(shí)計(jì)算A、B、C組標(biāo)本的軸向剛度，其結(jié)果如下:A組(542．55±46．94)N/mm;B組(258．38±14．63)N/mm;C組(678．02±21．04)N/mm。A組的軸向剛度較B組高1倍，P＜0．01，差異顯著;C組的軸向剛度較B組高1．6倍，P＜0．01，差異顯著;C組的軸向剛度較A組高25．0%，P=0．02＜0．05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表1)

表1 A、B組標(biāo)本扭轉(zhuǎn)角在0°～2．5°時(shí)的扭矩

表1中結(jié)果顯示三組標(biāo)本隨扭角的增加，扭矩逐漸升高，C組各扭角相應(yīng)扭矩值和A、B組扭矩值比較，P＜0．05，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。從中可以看出，A、B組骨折內(nèi)固定后仍無(wú)法達(dá)到正常股骨的抗扭轉(zhuǎn)能力，A、B組在2．0°及2．5°時(shí)的扭矩比較，P＜0．05，這與B組在2．0°及2．5°時(shí)可能已存在塑形變有關(guān)，同時(shí)也表明穩(wěn)定性股骨轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定后的抗扭轉(zhuǎn)能力似乎要好于不穩(wěn)定性股骨轉(zhuǎn)子間骨折。

3 破壞實(shí)驗(yàn)結(jié)果

所有A、B組標(biāo)本均軸向加壓至出現(xiàn)屈服現(xiàn)象為止(根據(jù)測(cè)試儀連接的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控所描繪的載荷-位移曲線判斷，一旦出現(xiàn)曲線呈非線性改變并急劇轉(zhuǎn)折下降，由此確認(rèn)為屈服現(xiàn)象)，A組最大屈服載荷值:(2987．54±112．14)N;B組最大屈服載荷值:(2396．68±142．07)N;C組最大屈服載荷值:(4306．84±383．33)N。A組最大屈服載荷均數(shù)值較B組均數(shù)值高24．7%，P＜0．05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;C組最大屈服載荷明顯高于A、B組，P＜0．05，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，A、B組標(biāo)本在負(fù)荷屈服載荷后，主要表現(xiàn)為內(nèi)固定物內(nèi)的鎖定螺釘彎曲，甚至斷裂;C組主要表現(xiàn)為股骨頸完全性或不完全性骨折。

討 論

隨著老齡化社會(huì)的到來(lái)，股骨轉(zhuǎn)子間骨折發(fā)病率日益增加，約占髖關(guān)節(jié)骨折的45%，其主要原因?yàn)閯?chuàng)傷及骨質(zhì)疏松［2］。由于患者多為高齡，非手術(shù)治療易導(dǎo)致壓瘡、靜脈血栓、墜積性肺炎等并發(fā)癥，導(dǎo)致患者1年內(nèi)具有較高的死亡率。魯英和羅先正［3］報(bào)告股骨轉(zhuǎn)子間骨折非手術(shù)治療組的死亡率要比手術(shù)治療組高4．5倍，因此，應(yīng)將股骨轉(zhuǎn)子間骨折的堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定和患者早期活動(dòng)作為標(biāo)準(zhǔn)的治療方法［4］。

股骨近端鎖定鋼板近年來(lái)在治療股骨轉(zhuǎn)子間骨折中應(yīng)用日益增多，這主要?dú)w因于股骨近端鎖定鋼板具有如下特點(diǎn):(1)股骨近端鎖定鋼板使用3枚鎖定螺釘從不同角度固定股骨頭頸部，故而其三維固定抗拔出及抗旋轉(zhuǎn)力較強(qiáng)［5］，可起到內(nèi)支架及彈性固定的作用。(2)近端為解剖型，有利于與股骨大轉(zhuǎn)子的貼合，可對(duì)股骨大轉(zhuǎn)子骨折及有縱向劈裂骨折和髓內(nèi)釘固定困難的骨折給予良好的固定［6］。(3)操作簡(jiǎn)便、植入微創(chuàng)。雖然股骨近端鎖定鋼板具有上述優(yōu)點(diǎn)，并且在臨床實(shí)踐中取得良好的治療效果［7］，但不可否認(rèn)的是，股骨近端鎖定鋼板在臨床應(yīng)用中也出現(xiàn)許多問(wèn)題［8］，如斷釘斷板、內(nèi)固定失效致髖內(nèi)翻畸形等。在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)比較正常股骨和股骨近端鎖定鋼板固定31A1．1、31A2．2骨折的軸向剛度、抗扭轉(zhuǎn)能力、屈服載荷等指標(biāo)，可以看出，股骨近端鎖定鋼板固定股骨轉(zhuǎn)子間骨折，其軸向剛度、屈服載荷、扭矩仍不如正常股骨，尤其是在固定31A2．2骨折時(shí)差異顯著，這主要是由于以31A2．2骨折為例的不穩(wěn)定性股骨轉(zhuǎn)子間骨折后內(nèi)側(cè)有多個(gè)平面的骨折線，后內(nèi)側(cè)支撐結(jié)構(gòu)破壞所致，而股骨轉(zhuǎn)子間后內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)具有轉(zhuǎn)移載荷至股骨上段的重要作用［9］。在本實(shí)驗(yàn)中，內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)良好的31A1．1骨折組的軸向剛度、屈服載荷也明顯要好于31A2．2骨折組(P＜0．05)，雖然就人體生物力學(xué)及其力學(xué)環(huán)境而言，骨折所需內(nèi)固定并不需要強(qiáng)度最高的內(nèi)固定，但由于髖關(guān)節(jié)為負(fù)重關(guān)節(jié)，受力復(fù)雜，因而對(duì)內(nèi)固定強(qiáng)度要求較高。Rydell［10］研究提示，按平均體重70kg計(jì)算，人體在獨(dú)立行走時(shí)股骨上端承受的載荷為2 450N，在床上活動(dòng)時(shí)為1 400N。在本實(shí)驗(yàn)中，31A1．1骨折組最大屈服載荷值:(2987．54±112．14)N，故而股骨近端鎖定鋼板固定穩(wěn)定性股骨轉(zhuǎn)子間骨折時(shí)，其最大屈服載荷明顯高于正常人體在獨(dú)立行走時(shí)股骨上端承受的載荷，可以滿足術(shù)后早期下地活動(dòng)的要求，但由于與正常股骨強(qiáng)度仍有差距，存在內(nèi)固定變形、斷裂等方面的憂慮，且結(jié)合我國(guó)具體情況，故而在下地活動(dòng)時(shí)應(yīng)給予一定保護(hù)。31A2．2骨折組最大屈服載荷值:(2396．68±142．07)N，低于正常人體在獨(dú)立行走時(shí)股骨上端承受的載荷，故可以滿足術(shù)后床上活動(dòng)，但并不適宜早期下地負(fù)重活動(dòng)。

綜上所述，股骨近端鎖定鋼板在治療以31A1．1為代表的穩(wěn)定性股骨轉(zhuǎn)子間骨折時(shí)都具有良好的生物力學(xué)性能，可以滿足微創(chuàng)、堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定、早期活動(dòng)的要求，本實(shí)驗(yàn)中所使用的股骨近端鎖定鋼板為醫(yī)用不銹鋼制，價(jià)格便宜，更適合我國(guó)國(guó)情。股骨近端鎖定鋼板在治療31A2．2骨折為例的不穩(wěn)定股骨轉(zhuǎn)子間骨折時(shí)，早期下地負(fù)重活動(dòng)存在內(nèi)固定變形、斷裂、骨折移位致髖內(nèi)翻畸形等風(fēng)險(xiǎn)。因此，股骨近端鎖定鋼板可以用于治療穩(wěn)定性股骨轉(zhuǎn)子間骨折，而不宜應(yīng)用于不穩(wěn)定的特別是內(nèi)側(cè)壁破壞的股骨轉(zhuǎn)子間骨折。

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