股骨近端鎖定鋼板治療股骨轉子間骨折的生物力學研究

楊 靈，江 偉，劉躍洪，徐 巍，劉樹平，張德盛，陳 曦，汪 紅

隨著老齡化社會的到來，股骨轉子間骨折發病率呈明顯上升趨勢，約占髖關節骨折的45%，目前對股骨轉子間骨折的治療，積極手術治療已成為共識［1］。股骨近端鎖定鋼板在治療股骨轉子間骨折的臨床醫療實踐中已被廣泛使用，本研究旨在明確股骨近端鎖定鋼板在固定股骨轉子間骨折中的生物力學特性，為其在臨床使用提供理論依據。

材料與方法

1 一般資料

選取形態、大小近似、保存1年左右的15根防腐(10%的甲醛溶液浸泡)股骨標本，由四川大學華西醫學中心解剖教研室提供。為避免個體差異及其他因素可能引起的誤差，所有標本用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組為正常無骨折股骨組，每組各5個標本。

2 實驗材料、力學測試設備

本研究使用的股骨近端鎖定鋼板為醫用不銹鋼材質，為蘇州蘇南捷邁得有限責任公司制造，力學測試設備為INSTRON-8874(英斯特朗公司，美國)力學測試機。

3 骨折模型的建立及骨折固定

股骨標本儲存在0～40°C冰箱內0°C保存，使用前室溫自然解凍，使用過程中注意保濕，避免脫水可能造成的骨強度降低。根據AO/ASIF股骨轉子間骨折分型，A組標本制成31A1．1骨折模型、B組標本制成31A2．2骨折模型，去除附著在股骨上的軟組織，用電鋸沿股骨轉子間線斜行截斷，建立31A1．1骨折模型;同樣用電鋸切割，在股骨轉子間內側和后方形成3個平面破裂及兩大塊內側骨折塊，建立31A2．2骨折模型，A、B組使用股骨近端鎖定鋼板按標準操作步驟完成對骨折的固定。3組標本切除股骨遠端，長度保持一致為30cm。

4 實驗方法

壓縮實驗:模擬人單足站立的生理負重受力狀態:考慮外展肌工作，使用自制夾具固定，保持冠狀位內收25°，矢狀位保持中立位。首先以400N加載標本2次，消除蠕變、松弛等時間效應影響，然后持續以0．5mm/min的速度加壓，加壓至出現屈服現象為止(根據測試儀連接的計算機實時監控所描繪的載荷-位移曲線判斷，一旦出現曲線非線性改變并急劇轉折，由此確認為屈服現象，并以此轉折點為屈服點)，記錄載荷、位移數據。

扭轉實驗:股骨頭用牙托粉固定，并利用夾具與力學測試儀相連，保持股骨頸與測試儀的轉軸在一條直線，股骨遠端用自制夾具固定，測試儀轉軸勻速扭轉，記錄扭轉角0°～2．5°時的扭矩。

5 統計學分析

所有數據以ˉx±s表示，應用SPSS 11．5統計軟件對A、B、C組各相關數據進行LSD-t檢驗，P≤0．05為差異有統計學意義。

結 果

1 軸向壓縮實驗結果(圖1)

所有標本均順利完成實驗。

圖1 A、B、C組標本在1200N載荷范圍內的載荷-位移曲線

從圖1中可以看出，在彈性變范圍內，載荷-位移曲線近似一直線，標本剛度等于直線的斜率，即載荷與位移的比值，由于國人體重基本在1200N載荷范圍內，故本實驗選擇在1200N載荷時計算A、B、C組標本的軸向剛度，其結果如下: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，差異有統計學意義。

2 扭轉實驗結果(表1)

表1 A、B組標本扭轉角在0°～2．5°時的扭矩

表1中結果顯示三組標本隨扭角的增加，扭矩逐漸升高，C組各扭角相應扭矩值和A、B組扭矩值比較，P＜0．05，具有統計學意義。從中可以看出，A、B組骨折內固定后仍無法達到正常股骨的抗扭轉能力，A、B組在2．0°及2．5°時的扭矩比較，P＜0．05，這與B組在2．0°及2．5°時可能已存在塑形變有關，同時也表明穩定性股骨轉子間骨折內固定后的抗扭轉能力似乎要好于不穩定性股骨轉子間骨折。

3 破壞實驗結果

所有A、B組標本均軸向加壓至出現屈服現象為止(根據測試儀連接的計算機實時監控所描繪的載荷-位移曲線判斷，一旦出現曲線呈非線性改變并急劇轉折下降，由此確認為屈服現象)，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值較B組均數值高24．7%，P＜0．05，差異有統計學意義;C組最大屈服載荷明顯高于A、B組，P＜0．05，差異有統計學意義。實驗中發現，A、B組標本在負荷屈服載荷后，主要表現為內固定物內的鎖定螺釘彎曲，甚至斷裂;C組主要表現為股骨頸完全性或不完全性骨折。

討 論

隨著老齡化社會的到來，股骨轉子間骨折發病率日益增加，約占髖關節骨折的45%，其主要原因為創傷及骨質疏松［2］。由于患者多為高齡，非手術治療易導致壓瘡、靜脈血栓、墜積性肺炎等并發癥，導致患者1年內具有較高的死亡率。魯英和羅先正［3］報告股骨轉子間骨折非手術治療組的死亡率要比手術治療組高4．5倍，因此，應將股骨轉子間骨折的堅強內固定和患者早期活動作為標準的治療方法［4］。

股骨近端鎖定鋼板近年來在治療股骨轉子間骨折中應用日益增多，這主要歸因于股骨近端鎖定鋼板具有如下特點:(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力較強［5］，可起到內支架及彈性固定的作用。(2)近端為解剖型，有利于與股骨大轉子的貼合，可對股骨大轉子骨折及有縱向劈裂骨折和髓內釘固定困難的骨折給予良好的固定［6］。(3)操作簡便、植入微創。雖然股骨近端鎖定鋼板具有上述優點，并且在臨床實踐中取得良好的治療效果［7］，但不可否認的是，股骨近端鎖定鋼板在臨床應用中也出現許多問題［8］，如斷釘斷板、內固定失效致髖內翻畸形等。在本實驗中，通過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、抗扭轉能力、屈服載荷等指標，可以看出，股骨近端鎖定鋼板固定股骨轉子間骨折，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骨折時差異顯著，這主要是由于以31A2．2骨折為例的不穩定性股骨轉子間骨折后內側有多個平面的骨折線，后內側支撐結構破壞所致，而股骨轉子間后內側結構具有轉移載荷至股骨上段的重要作用［9］。在本實驗中，內側結構良好的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及其力學環境而言，骨折所需內固定并不需要強度最高的內固定，但由于髖關節為負重關節，受力復雜，因而對內固定強度要求較高。Rydell［10］研究提示，按平均體重70kg計算，人體在獨立行走時股骨上端承受的載荷為2 450N，在床上活動時為1 400N。在本實驗中，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定性股骨轉子間骨折時，其最大屈服載荷明顯高于正常人體在獨立行走時股骨上端承受的載荷，可以滿足術后早期下地活動的要求，但由于與正常股骨強度仍有差距，存在內固定變形、斷裂等方面的憂慮，且結合我國具體情況，故而在下地活動時應給予一定保護。31A2．2骨折組最大屈服載荷值:(2396．68±142．07)N，低于正常人體在獨立行走時股骨上端承受的載荷，故可以滿足術后床上活動，但并不適宜早期下地負重活動。

綜上所述，股骨近端鎖定鋼板在治療以31A1．1為代表的穩定性股骨轉子間骨折時都具有良好的生物力學性能，可以滿足微創、堅強內固定、早期活動的要求，本實驗中所使用的股骨近端鎖定鋼板為醫用不銹鋼制，價格便宜，更適合我國國情。股骨近端鎖定鋼板在治療31A2．2骨折為例的不穩定股骨轉子間骨折時，早期下地負重活動存在內固定變形、斷裂、骨折移位致髖內翻畸形等風險。因此，股骨近端鎖定鋼板可以用于治療穩定性股骨轉子間骨折，而不宜應用于不穩定的特別是內側壁破壞的股骨轉子間骨折。

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