交叉倒三角方式置入加壓螺紋釘應(yīng)用于股骨頸骨折內(nèi)固定的力學(xué)研究

王云龍，吳文杰，鄒 發(fā)，何 怡，高 鈺，盛華均

(重慶醫(yī)科大學(xué)解剖教研室，重慶 400331)

股骨頸骨折是髖部常見(jiàn)骨折，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外青壯年股骨頸骨折發(fā)生率逐年增加[1-2]。采用內(nèi)固定方式治療股骨頸骨折可實(shí)現(xiàn)解剖復(fù)位，恢復(fù)或維持股骨頭的穩(wěn)定血供，并可預(yù)防缺血性壞死、骨折愈合不良等并發(fā)癥的發(fā)生[3]。目前，股骨頸骨折首選加壓螺紋釘治療，且多數(shù)學(xué)者認(rèn)為3枚加壓螺紋釘較2枚更穩(wěn)定。據(jù)文獻(xiàn)顯示，加壓螺紋釘置入位置及固定強(qiáng)度不足會(huì)使其因抗壓應(yīng)力小而發(fā)生松動(dòng)和移位，導(dǎo)致骨折愈合不良[4-9]。目前臨床上普遍使用倒三角方式置入加壓螺紋釘，即在股骨距中部定位下位螺紋釘，然后在股骨頭中部偏上方，平行置入2根螺紋釘，形成倒“品”字形[10]。加壓螺紋釘在股骨頸內(nèi)呈倒三角形置入時(shí)，空間分布合理，能產(chǎn)生一定的抗剪切力、抗彎曲力及抗旋轉(zhuǎn)力，并可提供軸向加壓，但由于股骨頸特殊的解剖特點(diǎn)，發(fā)生骨折不愈合和股骨頭壞死的風(fēng)險(xiǎn)較高。以往臨床上認(rèn)為股骨頸短縮是股骨頸骨折內(nèi)固定術(shù)后的常見(jiàn)現(xiàn)象，現(xiàn)有研究表明，不同的內(nèi)固定方式對(duì)股骨頸短縮有不同程度的影響[11-13]。為減少股骨頸短縮的發(fā)生，本研究小組設(shè)計(jì)一種交叉倒三角置釘方式：在倒三角方式的基礎(chǔ)上，將上方2枚加壓螺紋釘在相同入釘點(diǎn)以一定角度打入股骨，而第3枚加壓螺紋釘位置不改變，形成交叉倒三角，增大螺紋釘與股骨內(nèi)髓質(zhì)的接觸面積。為確定該種置釘方法是否具有優(yōu)越性，將其在股骨頸骨折上的生物力學(xué)測(cè)試參數(shù)與倒三角置釘方式進(jìn)行對(duì)比，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

選取6具成年人體標(biāo)本，男女各3具，均來(lái)源于重慶醫(yī)科大學(xué)解剖教研室。截骨前進(jìn)行檢查，外觀無(wú)畸形，未發(fā)現(xiàn)任何骨病。直徑7.30 mm加壓螺紋釘。C43.104電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)購(gòu)自美特斯工業(yè)系統(tǒng)有限公司。本研究解剖實(shí)驗(yàn)于2019年4月5日在重慶醫(yī)科大學(xué)解剖教研室完成，生物力學(xué)測(cè)試于2019年7月12日在邁恩吉醫(yī)療科技有限公司完成。

1.2 方法

Rockwood骨折模型制作[14]：通過(guò)隨機(jī)數(shù)字表法將3具男性標(biāo)本分為A1、B1、C1組，3具女性標(biāo)本分為A2、B2、C2組。將股骨標(biāo)本用電鋸鋸斷：A1、A2組制作成頭下型股骨頸骨折模型，B1、B2組制作成經(jīng)頸型股骨頸骨折模型，C1、C2組制作成基底型股骨頸骨折模型。每組左支骨按照倒三角方式置釘，右支骨按照交叉倒三角方式置釘。為保證股骨標(biāo)本的新鮮性，將制作好的骨折模型置于冰柜中，待力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)再取出。

倒三角方式置入加壓螺紋釘：各組左支股骨頸骨折標(biāo)本置釘前進(jìn)行X射線檢查，確定釘位，分析釘與股骨干的夾角、入釘點(diǎn)和大粗隆頂點(diǎn)的距離。于股骨大粗隆下4.00 cm處平行鉆入1枚克氏針(3號(hào)),利用平行導(dǎo)線器在股骨大粗隆下2.50 cm處鉆入另2枚克氏針,3枚克氏針呈倒三角分布(圖1a)。再通過(guò)X射線透視確認(rèn)克氏針位置，若置入位置理想，則沿每枚克氏針平行置入適當(dāng)長(zhǎng)度的加壓螺紋釘，1、2號(hào)加壓螺紋釘處于同一平面。釘?shù)拈L(zhǎng)度以其尖端距股骨頭關(guān)節(jié)面0.50～1.00 cm為宜；若置入位置不理想，則重新鉆入克氏針，直至理想。

交叉倒三角方式置入加壓螺紋釘：將右支股骨頸骨折標(biāo)本按照左側(cè)方式處理，采用相同的入釘點(diǎn)，于股骨大粗隆下4.00 cm處平行鉆入3號(hào)克氏針，在股骨大粗隆下2.50 cm處將1號(hào)克氏針向外側(cè)向上偏離15°鉆入，2號(hào)克氏針向內(nèi)側(cè)向下偏離15°鉆入(以加壓螺紋釘為例，圖1b、c),使其不在同一平面上，3枚克氏針呈交叉倒三角分布(圖1d)。再通過(guò)X射線透視確認(rèn)克氏針位置，若置入位置理想，則沿每枚克氏針置入適當(dāng)長(zhǎng)度的加壓螺紋釘；若置入位置不理想，則重新鉆入克氏針，直至理想。

a：倒三角形進(jìn)釘；b～c：交叉倒三角形進(jìn)釘正視圖和俯視圖，實(shí)線為倒三角方式，虛線為交叉倒三角方式；d：交叉倒三角形進(jìn)釘圖1 倒三角形和交叉倒三角形進(jìn)釘圖

生物力學(xué)指標(biāo)測(cè)定：將股骨頸骨折內(nèi)固定模型固定于夾具上，應(yīng)用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行靜態(tài)加壓測(cè)試(圖2)。靜態(tài)加壓測(cè)試模擬股骨頸骨折內(nèi)固定術(shù)后下地負(fù)重時(shí)的受力情況，以獲得軸向位移和最大載荷。記錄獲得的壓力-位移曲線，觀察曲線可以發(fā)現(xiàn)，載荷先隨著軸向位移的增大以固定比例增大，達(dá)到某一臨界點(diǎn)時(shí)曲線出現(xiàn)明顯波動(dòng)，載荷驟降，該臨界點(diǎn)即為股骨頸的最大載荷。根據(jù)實(shí)驗(yàn)中繪制的曲線讀取股骨頸的最大載荷及股骨頭軸向位移3.00 mm時(shí)的載荷。

圖2 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)靜態(tài)加壓測(cè)試圖

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 24.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。軸向位移3.00 mm時(shí)股骨頭載荷和最大載荷的比較采用K-S檢驗(yàn)和LSD-t分析，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

靜態(tài)加壓測(cè)試結(jié)果表明，A1、A2、B1、B2及C2組右支股骨的股骨頸最大載荷及股骨頭軸向位移3.00 mm時(shí)的載荷均大于左支股骨；而C1組右支股骨的股骨頸最大載荷及股骨頭軸向位移3.00 mm時(shí)的載荷小于左支股骨，見(jiàn)表1。右支股骨頭軸向位移3.00 mm時(shí)的平均載荷：A組(1 269.09 N)>C組(730.97 N)>B組(589.96 N)，說(shuō)明交叉倒三角方式置入的加壓螺紋釘在頭下型股骨頸骨折中受力最大，其次是基底型，最后是經(jīng)頸型。左支股骨頭軸向位移3.00 mm時(shí)的平均載荷：C組(776.64 N)>A組(710.56 N)>B組(355.86 N)，說(shuō)明倒三角方式置入的加壓螺紋釘在基底型股骨頸骨折中受力最大，其次是頭下型，最后是經(jīng)頸型。除C1組外，交叉倒三角方式均優(yōu)于倒三角方式。交叉倒三角方式置釘應(yīng)用于男性與女性的比較：比較A1、A2組，B1、B2組，C1、C2組右支股骨頭軸向位移3.00 mm時(shí)的載荷及股骨頸最大載荷，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表1 股骨頸骨折標(biāo)本加壓螺紋釘內(nèi)固定軸壓試驗(yàn)結(jié)果(N)

股骨頸最大載荷及股骨頭軸向位移3.00 mm時(shí)的載荷經(jīng)K-S檢驗(yàn)呈正態(tài)分布(P=0.20)，但2組載荷數(shù)據(jù)行LSD-t檢驗(yàn)，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=1.595，P=0.235)。

3討論

Rockwood于1984年按骨折的解剖部位將股骨頸骨折分為頭下型、基底型和經(jīng)頸型[15]。頭下型骨折線完全位于股骨頭下，整個(gè)股骨頸均在骨折遠(yuǎn)端，這類骨折多見(jiàn)于老年患者，且愈合困難，股骨頭發(fā)生缺血壞死的概率高，預(yù)后差[16]；經(jīng)頸型的全部骨折面均通過(guò)股骨頸，此型較少見(jiàn)；基底型骨折線位于股骨頸基底，骨折端血運(yùn)良好，復(fù)位后易保持穩(wěn)定，骨折容易愈合，預(yù)后良好。目前臨床通常采用3枚加壓螺紋釘按照倒三角方式置入對(duì)患者進(jìn)行治療。但是Aminian等[17]的研究證實(shí)，3枚空心加壓螺釘在固定高垂直剪切應(yīng)力Paewels Ⅲ型股骨頸骨折時(shí)生物力學(xué)性能較差，固定易失效，治療失敗率較高，說(shuō)明該種置釘方式仍存在一定的缺陷。

內(nèi)固定的穩(wěn)定性直接影響股骨頸短縮的發(fā)生和骨折愈合，螺釘?shù)牟季峙c固定后結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)穩(wěn)定性密切相關(guān)[18-19]。為了使內(nèi)固定的效果更好，在內(nèi)固定物相同的情況下，首先考慮的是固定的面積，固定面積越大，承受力的面積越大，所能夠承受的壓力也就越大。因此，本研究小組設(shè)計(jì)出交叉倒三角置入的新方案，將倒三角方式中上方2枚加壓螺紋釘以交叉方式置入，形成2個(gè)三角形平面，相比于倒三角方式，其入釘點(diǎn)無(wú)太大改變，但受力面積擴(kuò)大，從而能承受更大的壓力，降低加壓螺紋釘退釘?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。

本研究結(jié)果顯示，在股骨頭軸向位移3.00 mm時(shí)的平均載荷方面，倒三角方式置入的加壓螺紋釘中，基底型受力最大，其次是頭下型，最后是經(jīng)頸型，這和其他研究結(jié)果略有偏差[20]，可能是樣本量較少所導(dǎo)致。而交叉倒三角方式置入的加壓螺紋釘中，頭下型和經(jīng)頸型的受力優(yōu)于倒三角方式，而基底型則劣于倒三角方式，這一結(jié)論可能是由C1組自身骨質(zhì)較差引起的。本研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：交叉倒三角方式用于固定頭下型和經(jīng)頸型骨折時(shí)，其穩(wěn)定性優(yōu)于倒三角方式；交叉倒三角方式用于固定基底型骨折時(shí)，穩(wěn)定性劣于倒三角方式，且交叉倒三角方式應(yīng)用于男女之間無(wú)明顯差異。

本研究存在股骨樣本量偏小、標(biāo)本放置時(shí)間較長(zhǎng)的局限性。但本實(shí)驗(yàn)所有股骨均處于同一條件下，最后的數(shù)據(jù)分析方法為組內(nèi)橫向?qū)φ?，同一組股骨在自然因素條件方面無(wú)明顯差異，能夠起到較好的對(duì)照效果。而C1組股骨可能由于保存不當(dāng)?shù)纫蛩貙?dǎo)致實(shí)驗(yàn)前標(biāo)本骨質(zhì)較差，固定效果不理想，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期產(chǎn)生偏差。后續(xù)將進(jìn)一步擴(kuò)大股骨標(biāo)本量進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。