中空植骨式動力髖螺釘固定并促進股骨頸骨折愈合

沈佳祚，練克儉，林達生，李林，李強，張棟，齊鵬

（中國人民解放軍第一七五醫院全軍骨科中心，廈門大學附屬東南醫院，福建 漳州 363000）

青壯年股骨頸骨折多為高能量損傷，如交通事故、高處墜落傷等［1］。臨床上治療方法從Smith－Petersen開始應用三翼釘作為內固定治療股骨頸骨折以來，內固定材料超過100余種。目前的治療方法傾向于閉合復位空心釘內固定［2－5］以及切開復位動力髖螺釘內固定［2，6，7］，但這些治療方法易發生螺釘切出［8，9］及骨折延遲愈合、不愈合（約占15%）甚至股骨頭壞死（占20%～30%）等［10］不良后果，這些年來其治療方法未見明顯突破，故至今被稱之為骨科尚未解決的骨折。

本課題研究的主要目的在于設計一種新的內固定材料，在牢固固定股骨頸骨折端的同時，可以行髓內減壓、自體植骨，較常規內固定材料能夠減少骨延遲愈合、不愈合及骨壞死的發生，希望通過本動物實驗研究能夠為臨床開展新的治療方法起到一個良好的指導與借鑒作用。

1 資料與方法

1.1 中空釘的設計 作者設計中空釘，與廈門大博穎精醫療器械有限公司合作生產出實驗成品，并為此我們獲取了專利。本中空釘采用鈦合金制作而成，分三部分：頭端帶螺紋、中間帶扇葉窗口和尾端插入角鋼板（見圖1）。頭部螺紋部分帶孔隙，可在固定股骨頭的同時進行髓內減壓，中間扇葉窗口內部可植骨在骨折端，髓內減壓并促進骨折愈合。

圖1 左側中空釘與右側普通釘

1.2 動物模型與分組 所有實驗動物均得到實驗動物使用機構認可和動物保護法批準。8只8～10個月實驗山羊雌雄各半，40～50kg／只，隨機分成兩組，進行為期1周的適應性飼養。行實驗動物雙髖SCT三維模型重建后，在動物實驗室股骨頸骨折模型均得到成功制作，右側為中空釘組，左側為普通釘組。

1.3 手術方法及術后護理 所有實驗動物均為第一作者在基礎麻醉下進行，麻醉藥物為速眠新0.1mL／kg和鹽酸氯胺酮0.1mL／kg，肌肉注射。取髖關節 Watson－Jones手術切口，依次分離皮下結締組織及肌肉，顯露大轉子及髖關節囊，切開關節囊暴露股骨頸。電動擺鋸鋸斷股骨頸造成頸中型骨折，骨折間隙為0.5mm，取1枚直徑2.5mm的Kischner針，固定兩骨折端并進行術中透視，避免穿透股骨頸。使用相同方法行雙側股骨頸造模后，取一側髂骨植骨于中空釘內部，右側行中空釘固定，左側行普通釘固定，術畢造模成功。術后所有山羊均行常規護理，獨立飼養5d后混合放養。常規肌肉注射青霉素（80萬單位），持續7d防止術后感染。

1.4 影像學評價 術后6、12周8只山羊分別行雙側髖關節正側位X線片及CT掃描，對張力側及壓力側骨密度、骨小梁容積百分比及骨折愈合評價，其中骨密度檢測為股骨頸螺旋CT連續掃描，然后用專用程序自動分析計算骨密度；計算骨小梁容積百分比用螺旋CT容積測量軟件進行，骨小梁容積百分比Vp＝Vt／（Vt＋Vm）×100%，Vt為所選擇股骨頸容積范圍內骨小梁容積值，Vm為所選擇股骨頸容積范圍內非骨小梁容積值。X線拍攝電壓為150kV，時間為1s，電流為100 mA，管球距離均是80cm。CT使用德國Simens Somatom Sensation64CT2007螺旋CT機，拍攝電壓為120kV，電流為180 mA，準直0.6mm×64，顯示野368mm×4，層厚3mm，層間距3mm，螺距0.9，重建層厚0.75mm，間隔0.75mm。

1.5 髖關節活動度評價 術后6、12周8只山羊分別行雙側髖關節前屈、后伸、內收、外展、旋內、旋外最大活動角度檢查，定義術前山羊雙后肢自然站立位為中立位，每次測量3次取平均值。

1.6 統計學分析 數據采用SPSS 16.0統計學軟件分析，兩樣本定量資料服從正態分布且方差齊性則采用t檢驗，以P＜0.05代表結果有統計學意義。

2 結 果

2.1 影像學評價 術后6周X線片及CT圖像可見，中空釘組骨折端可見扇葉窗口內部少量自體骨與骨折線周圍骨連接，雙側骨折線仍可見。骨小梁容積百分比中空釘組較普通釘組含量高，中空釘組為（0.891±0.014）%，普通釘組為（0.763±0.023）%，P＜0.001；骨密度中空釘組骨折線處較普通釘固定側密度高，中空釘組的張力側為（138.68±2.58）mg／mL，壓力側為（139.46±2.11）mg／mL，普通釘組張力側為（135.16±2.27）mg／mL，壓力側為（136.22±2.16）mg／mL，P＜0.05，見表1。術后12周X線及CT圖像可見，中空釘組骨折線模糊，可見扇葉窗口內部大量自體骨與周圍骨連接，骨小梁容積百分比中空釘組較6周時明顯增多且較同期普通釘組明顯增高；中空釘組為（0.966±0.021）%，普通釘組為（0.835±0.037）%，P＜0.05。骨密度較6周明顯偏高，普通釘組骨折線仍隱約可見，但骨密度較同期中空釘組偏低；骨密度中空釘組的張力側（145.33±1.37）mg／mL，壓力側（148.25±2.14）mg／mL，普通釘組張力側（141.73±2.26）mg／mL，壓力側（143.53±3.71）mg／mL，P＜0.05，見表1。影像學資料見圖2～8。

表1 術后6周及12周股骨頸骨折線處骨小梁容積百分比及骨密度表（±s）

表1 術后6周及12周股骨頸骨折線處骨小梁容積百分比及骨密度表（±s）

時 間 組 別 骨小梁容積百分比（%）骨密度（mg／mL）0.891±0.014 138.68±2.58 139.46±2.11普通釘組 0.763±0.023 135.16±2.27 136.22±2.16 P值 ＜0.001 ＜0.05 ＜0.05術后12周組 中空釘組 0.966±0.021 145.33±1.37 148.25±2.14普通釘組 0.835±0.037 141.73±2.26 143.53±3.71 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05注：P＜0.05代表差異有統計學意義；P＜0.001代表差異有顯著統計學意義。張力側 壓力側術后6周組 中空釘組

圖2 實驗山羊股骨頸骨折術前X線片

圖3 實驗山羊股骨頸骨折術后6周正位X線片

圖4 實驗山羊股骨頸骨折術后6周側位X線片

2.2 髖關節活動角度評價 術后6周所有山羊雙側髖關節活動度均較術前降低，而普通釘組降低程度比中空釘組降低明顯，中空釘組恢復程度較普通釘組好（P1＜0.05）；術后12周髖關節各項活動度較術后6周有所增加，髖關節活動度逐漸恢復到術前水平，相比同期中空釘組較普通釘組恢復程度好（P2＜0.05，見表2）。

3 討 論

圖5 實驗山羊股骨頸骨折術后6周CT

圖6 實驗山羊股骨頸骨折術后12周正位X線片

圖7 實驗山羊股骨頸骨折術后12周側位X線片

圖8 實驗山羊股骨頸骨折術后12周CT

青壯年股骨頸骨折多為高能量損傷，如交通事故傷、高處墜落傷等［1］。眾所周知，股骨頸因其特殊的解剖結構，骨折后容易發生延遲愈合、不愈合甚至股骨頭壞死等不良后果，部分學者認為其主要因素與延遲入院、意識上的忽視、醫院缺乏設備、對骨折的重視程度不夠［11，12］以及骨折復位的質量及手術時間密切相關［1］，而據國內外學者統計骨折不愈合占15%左右，股骨頭壞死占20%～30%［10］。其治療原則是早期準確的復位，牢固的固定，早期離床活動，減少因長期臥床帶來的各種并發癥［13］。手術治療方法主要分閉合復位、切開復位內固定及植骨術等［14－15］，常見內固定材料有單釘類、多釘類、滑動鋼板及DHS、可吸收內固定類以及植骨術及截骨術等［16－23］，均存在優缺點，至今效果仍不理想。

表2 術后6周及12周雙側髖關節活動角度比較±s，°）

表2 術后6周及12周雙側髖關節活動角度比較±s，°）

時 間 組 別 前 屈 后 伸 內 收 外 展 旋 內 旋 外71±2 40±4 18±7 35±3 25±2 20±3術后6周組 中空釘組 67±5 35±3 15±2 27±3 19±5 16±3普通釘組 61±2 30±1 10±4 22±3 13±2 12±2 P1值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05術后12周組 中空釘組 70±3 41±5 18±4 34±4 23±3 19±2普通釘組 63±4 35±3 13±2 28±3 18±2 14±4 P2值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05注：P1值代表術后6周中空釘組與普通釘組統計結果；P2值代表術后12周中空釘組與普通釘組統計結果。術前

作者認為，青壯年骨折延遲愈合、不愈合、股骨頭壞死，除與骨折的類型、受傷到手術的時間、骨折復位的程度、內固定的質量等因素密切相關外，還與骨折局部是否有良好的骨質爬行替代、髓內壓是否能得到有效的減壓、骨折局部血運是否能夠得到有效的重建有關。鑒于此，課題組設計并與廈門大博穎精醫療器械有限公司合作生產出了本中空釘（為常規動力髖螺釘的改進）并進行了動物實驗研究。通過動物實驗研究發現，中空釘較普通釘在固定骨折端的同時，能夠通過螺紋上的孔隙與螺釘中間扇葉窗口進行髓內減壓并行自體植骨，一定程度上促進了骨折端骨質的爬行替代，促進了骨折局部骨小梁的形成，增加了骨密度，從而促進了骨折的愈合，減輕了髖部疼痛及肌肉痙攣，增加了髖關節活動度。

比較普通釘與中空釘后認為，普通釘固定骨折端后雖存在持續加壓作用，但其并發癥也較高，最常見的有髖內翻畸型、螺釘割裂股骨頭頸、鋼板螺釘松動、斷裂等［8，9］，易引起股骨頭、股骨頸內骨小梁的破壞而加重骨缺血，遠期股骨頭壞死率偏高。而中空釘同樣帶有螺紋、尾端鎖定釘及角鋼板可以起到持續加壓作用，但螺紋上存在獨特的孔隙可進行持續髓內減壓，螺釘中間扇葉狀窗口亦可減壓及所植骨可以與骨折端相連接，使密閉的髓腔開放，降低骨內壓及骨髓水腫，減輕供應股骨頭的營養血管痙攣并增加靜脈回流改善局部微循環，促進骨小梁形成，增加骨密度及骨質爬行替代，一定程度上縮短了骨折愈合的時間。目前存在的不足為一旦骨折愈合中空釘將無法取出，同時與其他內固定物同樣存在電解反應、過敏反應等。

作者認為，中空釘內部不但可以自體植骨，還可以在窗口近骨折端進行藥物、生長因子注射及骨髓間充質干細胞植入等［25－28］，進一步促進骨折的愈合，在中空釘材料方面可以采用可吸收材料及多孔鉭等。為此，我們還需要更深入的研究。

［1］Shrader MW，Jacofsky DJ，Stans AA，et al.Femoral neck fractures in pediatric patients：30years experience at a level.trauma center［J］.Clin Orthop Relat Res，2007（454）：169－173.

［2］劉粵，鄭士偉，劉樹義，等.三枚空心釘與動力髖螺釘結合空心釘治療青壯年股骨頸骨折的比較研究［J］.中國修復重建外科雜志，2010，24（9）：1149－1150.

［3］張耀，趙德偉，蘆健民.計算機導航下閉合復位空心釘內固定治療股骨頸骨折［J］.中國骨與關節損傷雜志，2009，24（7）：587－588.

［4］Roshan A，Ram S.Early return to function in young adults with neglected femoral neck fractures［J］.Clin Orthop Relat Res，2006（447）：152－157.

［5］Davidovitch RI，Jordan CJ，Egol KA，et al.Challenges in the treatment of femoral neck fractures in the nonelderly adult［J］.J Trauma，2010，68（1）：236－242.

［6］杜兵.動力髖螺釘治療股骨頸骨折的臨床研究［J］.吉林醫學，2009，30（17）：1965.

［7］呂龍飛，李仙彤，邵春海.動力髖螺絲釘固定股方肌蒂骨瓣移植治療青壯年股骨頸骨折［J］.中國傷殘醫學，2008，16（4）：37.

［8］郭曉鵬，鄒海兵，丁元洪.股骨頸骨折內固定切出原因探討［J］.中國矯形外科雜志，2011，19（10）：854－855.

［9］郭曉鵬，禹志宏，鄒海兵，等.股骨頸骨折空心釘切出原因分析及對策［J］.中國骨與關節損傷雜志，2010，25（1）：46－47.

［10］胥少汀，葛寶豐，徐印坎.實用骨科學［M］.第3版.北京：人民軍醫出版社，2008：687－689.

［11］Davidovitch RI，Jordan CJ，Egol KA，et al.Challenges in the treatment of femoral neck fractures in the nonelderly adult［J］.J Trauma，2010，68（1）：236－242.

［12］Roshan A，Ram S.Early return to function in young adults with neglected femoral neck fractures［J］.Clin Orthop Relat Res，2006（447）：152－157.

［13］Heetveld MJ，Raaymakers EL，Luitse JS，et al.Femoral neck fractures：can physiologic status determine treatment choice［J］.Clin Orthop Relat Res，2007（461）：203－212.

［14］Heetveld MJ，Raaymakers EL，Luitse JS，et al.Femoral neck fractures：can physiologic status determine treatment choice［J］.Clin Orthop Relat Res，2007（461）：203－212.

［15］Parker MJ，Raghavan R，Gurusamy K.Incidence of fracture－healing complications after femoral neck frac－tures［J］.Clin Orthop Relat Res，2007（458）：175－179.

［16］Wu CC.Using biomechanics to improve the surgical technique for internal fixation of intracapsular femoral neck fractures［J］.Chang Gung Med J，2010，33（3）：241－251.

［17］Bhandari M，3rd TP，Hanson B，et al.Optimal internal fixation for femoral neck fractures：multiple screws or sliding hip screws［J］.J Orthop Trauma，2009，23（6）：403－407.

［18］Windolf M，Braunstein V，Dutoit C，et al.Is a helical shaped implant a superior alternative to the Dynamic Hip Screw for unstable femoral neck fractures？A biomechanical investigation［J］.Clin Biomech（Bristol，Avon），2009，24（1）：59－64.

［19］Majernicek M，Dungl P，Kolman J，et al.Osteosynthesis of intracapsular femoral neck fractures by dynamic hip screw（DHS）fixation［J］.Acta Chir Orthop Traumatol Cech，2009，76（4）：319－325.

［20］Parker MJ，Stedtfeld HW.Internal fixation of intracapsular hip fractures with a dynamic locking plate：initial experience and results for 83patients treated with a new implant［J］.Injury，2010，41（4）：348－351.

［21］Lu H，Ni W，Gao S.Biomechanical research of ideal compression screw for treatment of femoral neck fracture［J］.Zhongguo Xiufu Chongjian Waike Zazhi，2009，23（5）：566－569.

［22］Paech A，Wilde E，Schulz AP，et al.Biopolymer augmentation of the lag screw in the treatment of femoral neck fractures—a biomechanical in－vitro study［J］.Eur J Med Res，2010，15（4）：174－179.

［23］Jukkala－Partio K，Partio EK，Helevirta P，et al.Treatment of subcapital femoral neck fractures with bioabsorbable or metallic screw fixation A preliminary report［J］.Ann Chir Gynaecol，2000，89（1）：45－52.

［24］Bowlus RA，Armbrust LJ，Biller DS，et al.Magnetic resonance imaging of the femoral head of normal dogs and dogs with avascular necrosis［J］.Vet Radiol Ultrasound，2008，49（1）：7－12.

［25］Kang PD，Shen B，Yang J，et al.Platelet and endothelial cell－derived microparticles in steroid－induced osteonecrosis of the femoral head of rabbit model［J］.Zhonghua Yixue Zazhi，2007，87（29）：2045－2049.

［26］Ma HZ，Zeng BF，Li XL.Upregulation of VEGF in subchondral bone of necrotic femoral heads in rabbits with use of extracorporeal shock waves［J］.Calcif Tissue Int，2007，81（2）：124－131.

［27］Tang TT，Lu B，Yue B，et al.Treatment of osteonecrosis of the femoral head with hBMP－2－gene－modified tissue－engineered bone in goats［J］.J Bone Joint Surg（Br），2007，89（1）：127－129.