股骨粗隆間骨折三種內(nèi)側(cè)支撐的力學(xué)分析△

魯成軍，高 旭，韓 亮，池玉磊，高 升，梁彥虎，田榮華，吳 彬，孟純陽*

(1.青島大學(xué)青島醫(yī)學(xué)院，山東青島266071；2.濟寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院骨科，山東濟寧272000；3.濟寧骨傷醫(yī)院骨科，山東濟寧272000）

股骨粗隆間骨折多見于老年人，骨折后患者因需要長期臥床，墜積性肺炎和下肢深靜脈血栓發(fā)生率增加，1年內(nèi)死亡率高達36%［1］。目前隨著內(nèi)固定材料和手術(shù)技術(shù)及康復(fù)理念的進步，手術(shù)內(nèi)固定治療已成為首選方式。對于穩(wěn)定性骨折，髓內(nèi)固定和髓外固定治療均可獲得滿意的療效，而對于不穩(wěn)定性骨折，由于股骨內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐的破壞，約10%～27%的患者會發(fā)生內(nèi)固定相關(guān)并發(fā)癥，如內(nèi)固定切出、髖內(nèi)翻以及股骨頸短縮等［2，3］。骨折治療的三大原則是復(fù)位、固定與康復(fù)治療，其中充分可靠的骨折復(fù)位是保證一切后續(xù)治療可能性的前提，為此張世民等［4］針對A2.1型粗隆間骨折，首次提出了內(nèi)側(cè)皮質(zhì)陽性支撐復(fù)位理論，認為陽性支撐下頭頸骨塊經(jīng)過有限的滑動能獲得與股骨干的內(nèi)側(cè)皮質(zhì)接觸相抵，形成二次穩(wěn)定，而后較多的臨床研究報道以及生物力學(xué)試驗進一步驗證了該理論的有效性。但是目前對于A1及A3型骨折何種復(fù)位狀態(tài)下的固定力學(xué)穩(wěn)定性最佳，相關(guān)研究報道較少，因此本研究擬通過生物力學(xué)試驗，分析三種不同類型股骨粗隆間骨折（A1.1/A2.1/A3.2）中不同內(nèi)側(cè)皮質(zhì)復(fù)位支撐的穩(wěn)定性差異，旨在為臨床治療提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

為了避免個體之間的多樣性及其產(chǎn)生的誤差，試驗標(biāo)本選擇第4代Synbone人工股骨標(biāo)準試驗骨（Malans Synbone公司，瑞士），均為左側(cè)，共36具。材料均有相同的特性和幾何形狀，全長337 mm，股骨頭直徑48 mm，頸干角135°，前傾角15°。

1.2 骨折模型建立

根據(jù)AO骨科創(chuàng)傷學(xué)會（AO/Orthopaedic Trauma Association，AO/OTA）股骨粗隆間骨折分型標(biāo)準，建立骨折模型：切除模型骨遠端干骺端部分，保留近端約27 cm，從股骨大粗隆斜行向內(nèi)下40°用擺據(jù)鋸斷，制作內(nèi)側(cè)皮質(zhì)完整的AO/OTA A1.1粗隆間骨折模型（圖1a～1c）；截取后內(nèi)側(cè)小粗隆骨塊，制作內(nèi)側(cè)皮質(zhì)缺損的AO/OTA A2.1粗隆間骨折模型（圖1d～1f）；自股骨小粗隆頂點為起始點，作一條垂直于股骨遠端的骨折線，制作AO/OTA A3.2橫形反粗隆間骨折模型（圖1g～1i）。

圖1 3種AO骨折分型與3種骨折支撐模式測試標(biāo)本 1a:A1.1型陽性支撐 1b:A1.1型中性支撐 1c:A1.1型陰性支撐 1d:A2.1型陽性支撐 1e:A2.1型中性支撐 1f:A2.1型陰性支撐1g:A3.2型陽性支撐 1h:A3.2型中性支撐 1i:A3.2型陰性支撐

模型制作由創(chuàng)傷骨科高年資專科醫(yī)師制作，且由同一組人員完成。另外，本研究統(tǒng)一將所有骨折模型中的前側(cè)皮質(zhì)解剖復(fù)位，根據(jù)頭頸骨塊內(nèi)側(cè)皮質(zhì)與股骨干的內(nèi)側(cè)皮質(zhì)的對位關(guān)系，分為陽性支撐組（上蓋下），中性支撐組（解剖復(fù)位）以及陰性支撐組（下蓋上），頭頸骨塊往內(nèi)下移動一個皮質(zhì)厚度（約3 mm）為陽性支撐，頭頸塊往外上方向移動一個皮質(zhì)厚度則認為是陰性支撐。骨折模型均使用股骨近端抗旋髓內(nèi)釘（proximal femoral nail anti-rotation,PFNA）髓內(nèi)固定（型號：9*170 MM標(biāo)準型近端髓內(nèi)釘，威曼公司，中國），每組骨折模型各4具，每種骨折類型12具，共計36具。

1.3 力學(xué)檢測

本研究選擇天津市威曼生物材料有限公司牛頓實驗室（該實驗室獲得中國合格評定國家認可委CNAS認可），具有相應(yīng)的資質(zhì)和條件。首先使用牙托粉對骨折模型進行底端包埋固定，使其在冠狀面保持內(nèi)收約15°。生物力學(xué)測試采用微機控制電子萬能試驗機（MTS公司，美國）進行載荷加載，測試前先加載至200 N持續(xù)1～2 min，使模型與生物力學(xué)測試機緊密接觸，減少因彈性蠕變效應(yīng)帶來的誤差。然后選擇靜態(tài)軸向壓縮試驗，設(shè)定加載速率為5 mm/min，壓盤間距為50 mm,數(shù)據(jù)采集頻率為10 Hz，由0 N逐漸軸向加載至1 500 N，記錄模型在 400 N、800 N、1 200 N、1 500 N載荷下的股骨近端下沉位移值；在彈性形變階段載荷與位移成線性正比關(guān)系，根據(jù)載荷-位移曲線斜率計算在1 500 N載荷條件下的模型軸向剛度值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 AO/OTA A1骨折模型

A1骨折模型軸向載荷測試結(jié)果見表1，隨載荷增加，3種支撐模式股骨近端下沉位移均顯著增加（P<0.05）。在400 N、800 N、1 500 N載荷下，位移由大到小依次為：陰性支撐>陽性支撐>中性支撐，陽性支撐與中性支撐的位移均顯著小于陰性支撐（P<0.05），但陽性支撐組與中性支撐組間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.130、P=0.230、P=0.200）；在 1 200 N載荷下，位移由大到小依次為：陰性支撐>中性支撐>陽性支撐，陽性支撐與中性支撐的位移均顯著小于陰性支撐（P<0.05），而陽性支撐與中性支撐間的位移差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.636）。支撐模式間剛度由大到小依次為：中性支撐>陽性支撐>陰性支撐，其中，中性支撐與陽性支撐的剛度均顯著大于陰性支撐（P<0.05），但中性支撐與陽性支撐間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.772）。

表1 A1.1型骨折3種支撐模式不同載荷下股骨近端下沉位移及剛度值（±s）與比較

表1 A1.1型骨折3種支撐模式不同載荷下股骨近端下沉位移及剛度值（±s）與比較

軸向載荷400 N（mm）800 N（mm）1 200 N（mm）1 500 N（mm）P值剛度（N/mm）陽性支撐（n=4）0.62±0.05 1.62±0.19 3.22±0.15 7.25±0.69<0.001 232.57±16.19中性支撐（n=4）0.51±0.05 1.48±0.09 3.29±0.25 6.78±0.46<0.001 235.02±8.57陰性支撐（n=4）1.65±0.15 3.81±0.14 6.39±0.20 9.84±0.15<0.001 187.46±8.40 P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001

2.2 AO/OTA A2.1骨折模型

A2.1骨折模型軸向載荷測試結(jié)果見表2，隨載荷增加，3種支撐模式股骨近端下沉位移均顯著增加（P<0.05）。在400 N、800 N、1 200 N和1 500 N載荷下，位移由大到小依次為：陰性支撐>中性支撐>陽性支撐，3種支撐模式間的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。支撐模式間剛度由大到小依次為：陽性支撐>中性支撐>陰性支撐，3者間兩兩比較的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。

表2 A2.1型骨折3種支撐模式不同載荷下股骨近端下沉位移及剛度值（±s）與比較

表2 A2.1型骨折3種支撐模式不同載荷下股骨近端下沉位移及剛度值（±s）與比較

軸向載荷400 N（mm）800 N（mm）1 200 N（mm）1 500 N（mm）P值剛度（N/mm）陽性支撐（n=4）0.71±0.03 2.12±0.09 4.42±0.17 7.75±0.15<0.001 231.83±7.19中性支撐（n=4）1.37±0.06 4.81±0.15 7.04±0.31 9.63±0.38<0.001 185.40±10.22陰性支撐（n=4）3.88±0.10 6.85±0.18 9.08±0.37 13.05±0.61<0.001 136.96±3.44 P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001

2.3 AO/OTA A3.2骨折模型

A3.2骨折模型軸向載荷測試結(jié)果見表3，隨載荷增加，3種支撐模式股骨近端下沉位移均顯著增加（P<0.05）。在400 N載荷下，位移由大到小依次為：陽性支撐>陰性支撐>中性支撐，陽性與陰性支撐的位移均顯著大于中性支撐（P<0.05），而陽性與陰性支撐模式間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.152）。在800 N、1 200 N、1 500 N載荷下，位移由大到小依次為：陰性支撐>陽性支撐>中性支撐，陽性與陰性支撐的位移均顯著大于中性支撐（P<0.05），但陽性與陰性支撐模式間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.202、P=0.822、P=0.409）。

表3 A3.2型骨折3種支撐模式不同載荷下股骨近端下沉位移及剛度值（±s）與比較

表3 A3.2型骨折3種支撐模式不同載荷下股骨近端下沉位移及剛度值（±s）與比較

軸向載荷400 N（mm）800 N（mm）1 200 N（mm）1 500 N（mm）P值剛度（N/mm）陽性支撐（n=4）1.90±0.10 4.40±0.26 8.20±0.11 12.29±0.13<0.001 180.35±4.11中性支撐（n=4）1.04±0.16 2.19±0.13 4.58±0.26 7.67±0.33<0.001 242.92±10.42陰性支撐（n=4）1.76±0.07 4.62±0.26 8.24±0.28 12.50±0.45<0.001 170.48±6.93 P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001

支撐模式間剛度由大到小依次為：中性支撐>陽性支撐>陰性支撐，中性支撐的剛度顯著大于陽性與陰性支撐（P<0.05），但是，陽性與陰性支撐模式間剛度的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.100）

2.4 3種骨折類型間軸向剛度比較

陽性支撐模式軸向剛度由大到小依次為，A1.1>A2.1>A3.2，A1.1和A2.1骨折模型的軸向剛度顯著大于A3.2（P<0.001），但A1.1與A2.1骨折模型間軸向剛度的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.923）。中性支撐模式軸向剛度由大到小依次為A3.2>A1.1>A2.1，兩兩比較，A3.2和A1.1骨折模型的剛度均顯著大于A2.1（P<0.001），但A3.2與A1.1骨折模型間軸向剛度的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.282）。陰性支撐模式軸向剛度由大到小依次為A1.1>A3.2>A2.1，兩兩比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.001）。

3 討論

關(guān)于A2型骨折陽性支撐理論的有效性已經(jīng)得到證實，本研究通過分析A2.1骨折模型內(nèi)側(cè)皮質(zhì)不同復(fù)位狀態(tài)下的生物力學(xué)差異，其研究結(jié)果與以往報道具有一致性［5，6］。但對于內(nèi)側(cè)皮質(zhì)完整的A1型粗隆間骨折，相關(guān)研究較少。理論而言，在內(nèi)側(cè)骨皮質(zhì)完整的情況下（A1型），相比較陽性支撐下頭頸內(nèi)側(cè)皮質(zhì)與股骨內(nèi)側(cè)皮質(zhì)的端側(cè)相抵，中性支撐解剖復(fù)位下的端端接觸相抵應(yīng)該提供更強的支撐力，但本研究發(fā)現(xiàn)兩種復(fù)位方式下的生物力學(xué)穩(wěn)定性相近，且均優(yōu)于陰性支撐，提示對于股骨近端內(nèi)側(cè)皮質(zhì)完整的粗隆間骨折，中性及陽性支撐均可獲得良好的生物力學(xué)穩(wěn)定性。然而實際手術(shù)操作過程中，通過閉合復(fù)位獲取真正的解剖復(fù)位較難，中性支撐有可能包括輕微的陽性支撐及陰性支撐，在術(shù)后頭頸骨塊滑動得到二次穩(wěn)定的過程中，殘存的骨折間隙以及滑動過程中受到阻力、旋轉(zhuǎn)、擺動、傾斜等因素都有可能使輕微的負性對位演變?yōu)檎嬲呢撔詫ξ唬?］。因此對于內(nèi)側(cè)皮質(zhì)完整的股骨粗隆間骨折，陽性支撐更為可靠安全。

既往報道未涉及股骨反粗隆間骨折的陽性支撐理念，而本研究發(fā)現(xiàn)A3.2骨折模型在中性支撐下的生物力學(xué)穩(wěn)定性最佳，因此筆者分析陽性支撐理念并不適用于反轉(zhuǎn)子間骨折，這與其骨折本身的特殊性有直接關(guān)系。對于順轉(zhuǎn)子間骨折，研究認為內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐和完整的外側(cè)壁支撐是決定骨折穩(wěn)定性的重要因素［8，9］，故對于反轉(zhuǎn)子間骨折而言，當(dāng)骨折線從股骨外側(cè)皮質(zhì)橫行至內(nèi)側(cè)皮質(zhì)時，其內(nèi)側(cè)支撐及外側(cè)壁均受到破壞，其骨折穩(wěn)定性更差［10］。另外研究表明骨折復(fù)位不良會導(dǎo)致股骨反轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定失敗率增加［11］。郝有亮等［12］基于 Kim［13］報道的反轉(zhuǎn)子間骨折復(fù)位質(zhì)量評估方法，提出骨折前側(cè)及內(nèi)側(cè)皮質(zhì)移位程度均小于1個皮質(zhì)厚度為復(fù)位質(zhì)量好，均大于1個皮質(zhì)厚度為復(fù)位質(zhì)量差?；谏鲜鲇^點，反轉(zhuǎn)子間骨折無論陽性支撐還是陰性支撐復(fù)位，其骨折復(fù)位質(zhì)量均亞于中性支撐解剖復(fù)位。另外股骨外側(cè)壁的完整性是不穩(wěn)定型股骨轉(zhuǎn)子間骨折預(yù)后的重要因素，Palm等［14］研究表明股骨轉(zhuǎn)子間骨折合并外側(cè)壁骨折的內(nèi)固定失敗率顯著升高，故陽性支撐及陰性支撐均無法恢復(fù)外側(cè)壁的解剖對位，其固定后的生物力學(xué)穩(wěn)定性也較差。綜上筆者認為陽性支撐下的反轉(zhuǎn)子間骨折無法形成二次穩(wěn)定，隨著載荷的增加，只能使骨折趨向于不穩(wěn)定，所以解剖復(fù)位中性支撐是A3型反轉(zhuǎn)子間骨折最為穩(wěn)定可靠的復(fù)位方式，內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐復(fù)位理論不適用于股骨反轉(zhuǎn)子間骨折。

本研究將前側(cè)皮質(zhì)復(fù)位成中性支撐，分析不同內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐下的穩(wěn)定性差異，為三種股骨粗隆間骨折提出了合理的復(fù)位選擇方式，即內(nèi)側(cè)皮質(zhì)陽性支撐可視為A1和A2型粗隆間骨折的最優(yōu)復(fù)位狀態(tài)，而A3型反粗隆間骨折應(yīng)最大程度獲得解剖復(fù)位中性支撐。但是在真實手術(shù)過程中必須考慮前側(cè)皮質(zhì)支撐的重要性，因為前側(cè)皮質(zhì)中性支撐是內(nèi)側(cè)皮質(zhì)陽性支撐的基礎(chǔ)，若前側(cè)皮質(zhì)為陰性支撐，則臨床中有極高的內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐丟失率［15］。因此為更全面的闡述不同復(fù)位狀態(tài)下股骨粗隆間骨折術(shù)后固定的生物力學(xué)穩(wěn)定性，該實驗還需進一步的生物力學(xué)測試分析，更好的為治療提供臨床指導(dǎo)意義。