三角固定髓內釘對A2.2型股骨轉子間骨折穩定性及抗扭轉性的影響

姜自偉，黃楓，鄭曉輝，虎群盛，李悅，孫世棟

(廣州中醫藥大學第一附屬醫院，廣州510405)

三角固定髓內釘對A2.2型股骨轉子間骨折穩定性及抗扭轉性的影響

姜自偉，黃楓，鄭曉輝，虎群盛，李悅，孫世棟

(廣州中醫藥大學第一附屬醫院，廣州510405)

目的探討三角固定髓內釘(TPFNA)對A2.2型股骨轉子間骨折穩定性及抗扭轉性的影響。方法選取6對新鮮成人股骨標本制作A2.2型股骨轉子間骨折模型。將骨折模型隨機分為TPFNA組和股骨近端防旋髓內釘(PFNA)組，每組同側6肢，分別給予TPFNA、PFNA固定。記錄100、200、300、400、500、600 N垂直壓縮狀態下位移情況及扭轉角為1°、2°、3°、4°、5°時的扭矩。結果TPFNA組在200、300、400、500、600 N垂直壓縮狀態下的位移均小于PFNA組(P均<0.05)。TPFNA組扭轉角為2°、3°、4°、5°時的扭矩均大于PFNA組(P均<0.05)。結論A2.2型股骨轉子間骨折行TPFNA固定的穩定性及抗扭轉能力均較好，均優于PFNA。

股骨轉子間骨折；三角固定髓內釘；端防旋髓內釘

隨著老齡化社會的到來，股骨轉子間骨折發病率逐年升高[1]。閉合復位內固定術是股骨轉子間骨折的首選治療方案，以動力髖螺釘(DHS)為代表的釘板系統和以股骨近端防旋髓內釘(PFNA)為代表的髓內系統是目前最為常用的固定方法[2～4]。PFNA固定效果較好，但固定過程中存在髖內翻、頭內切割等并發癥。為避免上述問題，本課題組提出股骨轉子間骨折“三角固定”理論，并結合PFNA特點設計出新型三角固定髓內釘(TPFNA)。2017年5～6月，我們觀察了TPFNA對人A2.2型股骨轉子間骨折穩定性及抗扭轉性的影響?，F報告如下。

1 材料與方法

1.1 材料 選取形態、大小近似的來源于6具尸體的6對股骨標本，由沅江衛教試驗用品有限公司提供，10%甲醛浸泡6～12個月，經肉眼及X 線片觀察確定無病變；其中股骨近端骨小梁singh指數分級Ⅵ級4例，Ward三角區骨小梁減少且密度較周圍小梁密度低，受力部小梁可以顯示；Ⅴ級8例，Ward三角區不存在骨小梁，受力部骨小梁減少，輔助壓力骨小梁不連續，輔助張力骨小梁只達股骨頸中心，其與主張力骨小梁合成一束。將6對股骨上段標本進行左右側配對后分為TPFNA組和PFNA組，每組同側6個股骨標本，兩組骨小梁singh指數分級及表現具有可比性。BOSE高性能萬能力學試驗機(ELF系列，美國)。PFNA購自廈門大博醫療器械公司，長170 mm、近端直徑16 mm、遠端直徑10 mm、頸干角130°。TPFNA是在PFNA基礎上由本課題組設計，在主釘頭頸釘孔上2.5 cm處設計一個與主釘成110°角、直徑6.5 mm，并與冠狀面同平面的第二頭頸釘，組配后形成一個閉合三角形固定結構。

1.2 股骨轉子間骨折模型制備[5,6]及處理 兩組均制備A2.2型股骨轉子間骨折模型：采用手工鋸沿大轉子向小轉子做平面截骨，保留后側少許皮質，保持結構外形完整性，截掉小轉子及部分后內側皮質，制備骨折模型。PFNA組按照PFNA標準操作流程置入PFNA[7]：骨折模型制作完畢，用臺鉗固定標本于操作臺；確定大轉子頂點中央為入針點，沿股骨縱軸方向插入導針，正側位透視確定導針位置；沿導針進行近端開路，將長170 mm、直徑10 mm的PFNA插入近端開路孔，透視確定插入深度；安裝導向支架，打入頭頸釘導針，頭頸釘孔中心線位于股骨頸中下1/3，側位片位于股骨頸中央，導針頭部距關節面下5 mm；打入螺旋刀并鎖緊，遠端瞄準打入橫向鎖定釘，透視確定各部件位置，操作完畢。TPFNA組參考上述流程置入TPFNA，螺旋刀置入時盡量貼近股骨頸內側皮質，側位于中央，第二頭頸釘根據測量長度置入，與螺旋刀及主釘形成閉合三角結構。手術完畢后，兩組均鋸斷術前保留的少許皮質。

1.3 生物力學指標檢測 ①位移：采用壓縮實驗檢測標本受壓后位移，評價固定的穩定性。兩組均模擬人雙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，冠狀位保持內收15°，矢狀位保持中立位。首先以 300 N 加載標本2次，消除蠕變、松弛等時間效應影響，然后持續以1 mm/min的速度加壓，加壓至600 N載荷停止，記錄100、200、300、400、500、600 N時垂直壓縮狀態下位移情況。②扭矩：采用扭轉實驗。將股骨頭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上，股骨遠端用自制夾具固定，測試儀轉軸勻速扭轉，分別記錄兩組扭轉角為1°、2°、3°、4°、5°時的扭矩。

2 結果

2.1 兩組位移比較 TPFNA組在200、300、400、500、600 N垂直壓縮狀態下的位移均小于PFNA組(P均<0.05)。見表1。

2.2 兩組扭矩比較 TPFNA組扭轉角為2°、3°、4°、5°時的扭矩均大于PFNA組(P均<0.05)。見表2。

表1 兩組在不同垂直壓縮載荷下的位移比較

注：與PFNA組比較，*P<0.05。

表2 兩組不同扭轉角造成的扭矩比較

注：與PFNA組比較，*P<0.05。

3 討論

骨折閉合復位內固定是股骨轉子間骨折治療的核心目標，目前主要采用髓內或髓外固定。生物力學研究表明，髓內固定為中心固定，可以縮短剪切力臂，穩定性優于髓外的偏心固定[8]。此外，髓外固定在治療不穩定股骨轉子間骨折、轉子下骨折及反轉子間骨折時存在髖內翻、退釘、頭內切割等風險[9～12]。保護外側壁及內側支撐，降低髖內翻、頭切割的發生是骨折治療的關鍵。

由于頸干角和前傾角的存在，股骨近端的受力是壓應力、張應力和剪力應力的復合應力。松質骨骨小梁根據應力分布的不同呈各向異性排列。根據骨骼的Wolf定律，骨小梁處于以壓力為主的有利力學狀態。因此，股骨頸應力主要分布在股骨頸后方，此處有一個壓應力集中區，與股骨頸區的壓力骨小梁和股骨距的解剖位置吻合。股骨頭頸上方由于頸干角的存在，骨小梁呈橫向分布，主要承載張應力。壓應力和張應力具有相輔相成的作用，共同維持股骨近端的穩定性[13]。股骨轉子間骨折使股骨近端的主要應力結構破壞，穩定性喪失。PFNA的主體結構為γ形，有利于重建近端穩定。但PFNA的螺旋刀需要同時傳導股骨近端壓應力及張應力載荷，切應力區域為點或線結構，而非面或立體結構，且由于釘與骨的彈性模量不同，容易在螺旋刀尖端出現應力集中，發生頭切割。螺旋刀置入時在正位片上需位于中下1/3，影響抗張力骨小梁的重建。螺旋刀置入與重建主要抗壓力骨小梁在力學上互補，因此在垂直載荷的作用下，容易出現髖內翻。若頭頸釘偏上，股骨距部位支撐不足，亦可導致髖內翻，且易出現頭切割。

股骨近端的抗壓力骨小梁包括主要抗張力骨小梁及次要抗壓力骨小梁。Ward三角為次要抗壓力骨小梁中間的力學薄弱區，生理性的載荷傳導呈三角形，而三角形結構具有天然的穩定性。本課題組前期根據股骨近端骨小梁的走向和分布，采用近端呈三角形的內固定器械傳遞相應的載荷，并模擬生理傳導，穩定固定股骨轉子間骨折[13,14]。本研究采用的TPFNA是在PFNA 基礎上進行改進，螺旋刀與主釘角度仍為130°，上部空心釘與主釘角度為110°，分別與主要抗壓力骨小梁和主要抗張力骨小梁方向一致，以重建受到骨折破壞的兩組骨小梁的力學穩定性。且上部的空心釘直徑較螺旋刀細，體現了抗壓力骨小梁在股骨近端穩定中的主要地位。空心釘置入后需與螺旋刀體組合成閉合三角形，從而保證空間結構的穩定性。本課題組前期的有限元研究表明，TPFNA的應力集中效應小于PFNA，其穩定性優于PFNA[15]。

A2.2型不穩定骨折的特點為經轉子的粉碎骨折，內側及后側多個平面骨折，外側壁完整，內后側骨折塊數量>1。該型轉子間骨折為老年人常見的骨折類型[16]。本骨折模型的制作首先進行順轉子的切割，然后經行小轉子、內側及后側切割形成三個平面，內側及后側形成兩個骨折塊，與臨床A2.2型不穩定骨折相似。在骨折模型中置入三角髓內釘時，螺旋刀盡量靠近股骨頸下方皮質，使上部的空心釘有足夠的置入空間，因此不存在釘體穿出頭頸外的問題，保證所有釘體的包容度。結合臨床實際，即患者術后需在助行器輔助下行部分或全負重功能鍛煉，我們設計壓縮實驗以評價骨折固定的穩定性。結果顯示，在600 N以內的垂直壓力載荷下，兩種內固定均未出現固定失效及再次骨折的現象，三角固定的穩定性更好，產生位移的程度小于PFNA。在初始壓縮(100 N)與扭轉(1°)載荷下，兩組的位移及扭矩比較差異無統計學意義，這與內固定和骨骼的初始穩定相關。既往文獻在進行壓縮實驗時多采用1 200 N作為壓縮載荷[6,17]。股骨轉子間骨折術后患者一般是扶助行器雙足進行部分直至全部負重。1 200 N為單足站立時的壓縮載荷，與臨床實際不相符。本研究選擇600 N為最大壓縮載荷(單倍體質量下負荷)是合理的。扭轉實驗結果亦表明，TPFNA的抗壓縮能力較好，優于PFNA。

綜上所述，A2.2型股骨轉子間骨折行TPFNA固定的穩定性及抗壓縮能力均較好，且均優于PFNA。但本實驗為體外研究，骨折是理想化的模擬，未考慮局部肌肉的影響，該結果及TPFNA的臨床價值還有待進一步探討。

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