骨折仿生內(nèi)固定

陳 偉，李 升，魏 寧，常文利，侯志勇，張英澤

(河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院創(chuàng)傷急救中心，河北省骨科研究所，河北省骨科生物力學(xué)重點實驗室，河北 石家莊 050051)

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·研究快報·

骨折仿生內(nèi)固定

陳 偉，李 升，魏 寧，常文利，侯志勇，張英澤*

(河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院創(chuàng)傷急救中心，河北省骨科研究所，河北省骨科生物力學(xué)重點實驗室，河北 石家莊 050051)

股骨骨折；內(nèi)固定器；骨小梁重建；山羊

股骨近端存在壓力骨小梁、張力骨小梁和股骨距等組成的衍架結(jié)構(gòu)。由于股骨近端特殊解剖結(jié)構(gòu)及頸干角(110～140 °)和前傾角(12～15 °)的存在，身體載荷經(jīng)股骨頭向下傳遞產(chǎn)生巨大的彎矩，股骨近端髓內(nèi)骨小梁系統(tǒng)可以將彎矩轉(zhuǎn)化，經(jīng)股骨頭傳向股骨上段并均勻分布到骨皮質(zhì)上。股骨近端骨小梁衍架結(jié)構(gòu)對維持其正常解剖形態(tài)和力學(xué)傳導(dǎo)具有重要作用。股骨粗隆間骨折是臨床常見損傷[1-2]，會破壞張力骨小梁、次要壓力骨小梁等結(jié)構(gòu)。臨床常用Gamma釘、動力髖螺釘(dynamic hipscrew,DHS)或股骨近端防旋髓內(nèi)釘(proximal femoral nail antirotation，PFNA)等治療。股骨近端植入內(nèi)固定物后，會進(jìn)一步破壞主要壓力骨小梁和張力骨小梁，導(dǎo)致骨小梁衍架系統(tǒng)破壞。在骨折愈合過程中，由于釘體和拉力螺釘較為粗大，阻礙骨小梁的愈合，不能恢復(fù)其連續(xù)性，即使皮質(zhì)愈合也不能正常傳導(dǎo)股骨頭處承擔(dān)的載荷，內(nèi)固定物負(fù)荷的應(yīng)力較大。此外，內(nèi)固定物擠壓松質(zhì)骨，血運(yùn)破壞大，也影響骨折愈合，增加了內(nèi)固定失敗風(fēng)險。既往報道粗隆間骨折應(yīng)用DHS、Gamma釘或PFNA固定失敗率為8%～56%[3-4]。即使應(yīng)用改進(jìn)的PFNA固定，失敗率仍達(dá)2.5%～7%[5-6]。針對粗隆間骨折常用內(nèi)固定物的缺陷以及股骨近端解剖結(jié)構(gòu)(尤其是骨小梁衍架結(jié)構(gòu))和生物力學(xué)特點，本研究提出了骨折仿生內(nèi)固定理論。據(jù)此研制了股骨近端仿生髓內(nèi)釘，進(jìn)行了動物實驗，簡要報告如下。

1 資料與方法

1.1 多孔仿生Gamma釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)特點 股骨近端多孔仿生Gamma釘(圖1)主要由主釘、拉力螺釘和遠(yuǎn)端鎖釘組成。主釘上有允許通過主要張力帶骨小梁的孔，這些孔呈由外下向內(nèi)上弧形走向(黃線)；拉力螺釘近端有允許主要壓力骨小梁通過的自內(nèi)上斜向外下的孔(藍(lán)線)，遠(yuǎn)端有允許次要壓力骨小梁通過的自外上斜向內(nèi)下的孔(綠線)，釘體有自外下弧形向內(nèi)上再弧形向內(nèi)下的允許主要張力骨小梁通過的孔(紅線)。這些孔的直徑為0.1～3.0 mm。本課題組通過3D打印生產(chǎn)了用于羊股骨近端粗隆間骨折的多孔仿生Gamma釘(圖2)。

1.2 動物實驗 飼養(yǎng)健康成年山羊2只。山羊麻醉后右側(cè)臥位，常規(guī)備皮、消毒、鋪單。逐層分離，顯露股骨近端，制作股骨粗隆間骨折(AO-31A1.3型)。復(fù)位骨折并臨時固定，使用開口器于大轉(zhuǎn)子尖開口，擴(kuò)髓后應(yīng)用多孔仿生Gamma釘固定，遠(yuǎn)端通過瞄準(zhǔn)器植入鎖釘。沖洗縫合切口，術(shù)后肌肉注射慶大霉素預(yù)防感染。術(shù)后4周和8周行X線檢查。

圖1 多孔仿生Gamma釘模式圖

圖2 3D打印生產(chǎn)的多孔仿生Gamma釘?shù)睦β葆?/p>

A.俯視觀，可見容納主壓力骨小梁空隙的開口；B.仰視觀，可見容納主張力骨小梁空隙的開口

2 結(jié) 果

術(shù)后8周X線檢查顯示股骨粗隆間骨折愈合良好，骨折線消失，內(nèi)固定物無松動移位或斷裂跡象。對山羊?qū)嵤┌矘匪?，取出股骨近端，縱向剖開顯示股骨近端壓力和張力骨小梁經(jīng)拉力螺釘上相應(yīng)孔隙生長，重建了股骨近端髓內(nèi)骨小梁衍架結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了骨折皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨雙重愈合；骨小梁結(jié)構(gòu)通過釘孔生長重建可加強(qiáng)對內(nèi)固定物的把持，內(nèi)固定牢固。

3 討 論

四肢長骨兩端、脊柱椎體、跟骨等骨骼松質(zhì)骨內(nèi)有重要的骨小梁結(jié)構(gòu)，對維持骨骼正常形態(tài)和力學(xué)傳導(dǎo)起關(guān)鍵作用。骨折會破壞局部骨骼松質(zhì)骨內(nèi)的正常骨小梁結(jié)構(gòu)，骨折后植入內(nèi)固定物進(jìn)一步破壞骨小梁結(jié)構(gòu)。內(nèi)固定物的存在會阻礙骨小梁在骨折愈合過程中重建，不能有效恢復(fù)骨松質(zhì)骨內(nèi)正常結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和力學(xué)傳導(dǎo)性能，可能導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，從而造成內(nèi)固定物松動、退出、斷裂等發(fā)生；此外，骨小梁結(jié)構(gòu)不能重建，影響松質(zhì)骨內(nèi)血運(yùn)系統(tǒng)的重建，并影響骨折愈合。因此，骨折延遲愈合、不愈合、再次骨折等并發(fā)癥時有發(fā)生。針對上述問題，在解剖學(xué)、生物力學(xué)、影像學(xué)和臨床研究基礎(chǔ)上，本課題組提出了骨折仿生內(nèi)固定理論。針對肩鎖關(guān)節(jié)、下脛腓聯(lián)合等微動關(guān)節(jié)解剖和生物力學(xué)特點，本課題組研制了仿生彈性內(nèi)固定物(專利號：ZL201220269629.2)，治療下肢脛腓骨分離，取得了良好效果[7]。針對長骨兩端、椎體和跟骨等部位骨骼解剖特點，尤其是骨小梁的結(jié)構(gòu)、走形，設(shè)計了固定骨折的系列多孔仿生內(nèi)固定物，獲批國家授權(quán)專利2項(ZL201520166778.X、ZL201520089628.3)；該設(shè)計同時申報了PCT國際專利，檢索報告(編號：PCT/CN 2015/079605)證實本發(fā)明14項權(quán)利要求全部具有創(chuàng)造性、新穎性和工業(yè)實用性。仿生內(nèi)固定物的特征為釘體和輔助螺釘上有沿骨小梁走行分布的孔隙，在骨折愈合時允許骨小梁同步重建，恢復(fù)骨小梁的連續(xù)性，促進(jìn)局部血運(yùn)系統(tǒng)重建，實現(xiàn)骨折皮質(zhì)和松質(zhì)雙重愈合，從而有效恢復(fù)其結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和力學(xué)傳導(dǎo)特征。應(yīng)用仿生內(nèi)固定物固定骨折，既能避免內(nèi)固定物應(yīng)力集中，也能加強(qiáng)其把持力，降低發(fā)生內(nèi)固定物松動、移位甚至斷裂等并發(fā)癥的風(fēng)險。本研究使用多孔仿生Gamma釘固定山羊股骨粗隆間骨折證實了仿生內(nèi)固定物的上述特性。

目前骨折治療提倡生物學(xué)固定(biological osteosynthesis，BO)理念[8], 即骨折固定時需注意保護(hù)周圍軟組織和血運(yùn)，而非僅僅強(qiáng)調(diào)堅強(qiáng)內(nèi)固定。我們提出的骨折仿生內(nèi)固定是對骨折治療BO理念的發(fā)展和完善，該理念的實施將顯著提高骨折治療效果，降低內(nèi)固定相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率。

[1] 喻單根，侯志勇，張建河，等.不同年齡階段股骨粗隆間骨折術(shù)中前傾角的臨床測量[J].河北醫(yī)科大學(xué)學(xué)報,2015,36(9):1019-1022，封二.

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2016-03-15；

2016-03-23

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目(81401789)；河北省青年拔尖人才支持計劃；河北省高等學(xué)校自然科學(xué)青年拔尖人才項目(BJ2016035)；河北省“三三三人才工程”資助項目(A201400156)

陳偉(1981-)，男，河北河間人，河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院主任醫(yī)師，教授，醫(yī)學(xué)博士，從事骨折流行病學(xué)調(diào)查及微創(chuàng)內(nèi)固定相關(guān)基礎(chǔ)和臨床研究。

*通訊作者。E-mail：dryzzhang@126.com

10.3969/j.issn.1007-3205.2016.04.024

R683.42

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1007-3205(2016)04-0462-02

趙麗潔)