三种锁钉方式对股骨干骨折带锁髓内钉固定的生物力学研究

李文锐 刘小斐 肖勍 龙燕舞

随着我国交通网络的日益发展完善和机动车数量的不断增加，骨折的发病率呈上升趋势，其中股骨干骨折就约占全身骨折的6%[1]，而髓内钉为治疗四肢长骨骨折的首选[2]，特别是股骨与胫骨骨折[3]。但是关于远端锁钉的数目目前还有争议，本试验就远端锁钉的数目进行体外生物力学稳定性测试，其结果为临床治疗选择治疗方法提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料 9具青壮年全长防腐股骨标本（均来源于广东医学院解剖教研室），其中男6具，女3具，年龄21~35岁，体重48~69 kg，平均体重60.1 kg。剔除软组织后摄X线片，以排除新鲜或陈旧骨折与骨病；再测量标本骨密度、髓腔平均直径和大粗隆外下缘至外上髁的距离作为股骨全长（因扭转夹具固定的平面为大粗隆尖和外髁上缘水平）。股骨普通带锁髓内钉18套，均为320 mm~360 mm×9 mm~12 mm，锁钉直径6 mm，长度30 ~65 mm﹙山东威高骨科材料有限公司生产﹚。

1.2 试验仪器 CSS-44020电子万能生物力学试验机（长春市实验机研究所），EDC-120数字控制器（德国DOLI公司），800-A X线光机（德国西门子公司），UBIS5000型超声骨密度测量仪（法国DMS公司）。

1.3 方法 标本随机分为A、B、C三组，每组6根，A组采用骨折远近两端各2枚锁钉锁定，B组采用骨折近端2枚锁钉锁定，最远端1枚锁钉锁定，C组采用骨折近端2枚锁钉锁定，次远端1枚锁钉锁定。将A、B、C三组股骨标本在小粗隆下15 cm处制造1.5 cm骨缺损的股骨干不稳定骨折模型，再进行带锁髓内钉固定。本试验模拟人体正常单足站立状态（外展15°），因髋关节上的载荷会使股骨产生压缩、弯曲和扭转3种力学状态，根据实验需要确定载荷类型为压缩载荷和扭转载荷。加载速度由实验需要与仪器性能共同决定。轴向压缩实验：观察在生理轴向压缩载荷范围与最大压缩载荷下的股骨位移。扭转实验：观察在生理扭矩范围与最大扭矩下的扭转角。

1.4 统计学处理 所有数据经SAS 8.2软件包进行统计学分析，计量资料以（±s）表示，组间比较采用单因素方差分析（ANOVA），两两比较采用SNK法，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 A、B、C组三组在轴向压缩实验中最大载荷值两两比较，差异均无统计学意义（P>0.05）；轴向压缩刚度A组较B、C组稍大，但两两比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。见表1。

表1 三组平均最大载荷值及平均轴向压缩刚度值比较（±s）

表1 三组平均最大载荷值及平均轴向压缩刚度值比较（±s）

组别 平均最大载荷值﹙N﹚平均轴向压缩刚度值﹙N/mm﹚A组6732.30±40.07357.91±3.16 B组6618.89±24.69348.01±4.30 C组6654.62±21.90350.26±1.48

2.2 A、B、C组三组在扭转实验中最大扭矩两两比较，差异均无统计学意义（P>0.05）；水平扭转刚度A组较B组大，差异无统计学意义（P>0.05）；C组较B组大，差异无统计学意义（P>0.05）；A组较C组大，差异亦无统计学意义（P>0.05）。见表2。

表2 三组最大扭矩值及水平扭转刚度值比较（±s）

表2 三组最大扭矩值及水平扭转刚度值比较（±s）

组别 最大扭矩值﹙Nm﹚水平扭转刚度值﹙Ncm/°﹚A组31.19±0.1945.36±0.17 B组29.87±0.1743.64±0.12 C组30.49±0.1944.40±0.38

3 讨论

目前，带锁髓内钉固定已成为股骨骨折的首选治疗方法，与钢板螺钉及外固定架等固定相比优势明显。首先，带锁髓内钉属于中心固定，较其他固定更接近身体活动中心，受到的负荷更小，应力分布均匀，应力遮挡少，因而局部骨质疏松与再骨折少；其次，带锁髓内钉固定能确保股骨干的正常轴线，位于股骨干中部的峡部对髓内钉有把持作用；第三，股骨干骨折带锁髓内钉固定多采用闭合穿针技术，对骨折端血肿血运没有破坏，对在骨折愈合早期起关键作用的细胞与体液因子没有干扰，属于生物学固定。

有研究表明，股骨骨折带锁髓内钉固定后，近端两锁钉间应变相对较小，远端两锁钉间应变相对较大，远端锁钉较易发生疲劳性断裂，特别是远端靠近骨折线的锁钉更易发生断裂，近端锁钉疲劳性断裂较少[4-5]。远端锁钉放置1枚还是2枚，目前仍有争论[2]。国外Hajet等通过临床观察与生物力学分析指出，在治疗股骨干骨折时远端只需放置1枚锁钉便可牢固固定，不会造成主钉断裂；对于稳定性骨折，有研究表明远端用1枚或两枚锁钉在旋转与轴向负荷失效方面无明显差异，而临床研究也表明远端用1枚或2枚锁钉锁定在骨折愈合时间与并发症方面没有区别[6]。

由生物学固定原则可知，为了能尽量保护好骨折部位的血运，减少局部软组织损伤，不干扰或尽量少干扰骨折部位的局部生物力学环境和生物学环境，在骨折端复位满意及稳定性基本相同时，应尽可能选择创伤少的锁钉方式，这样更有利于骨折愈合。从笔者的实验可以看出，远端双钉交锁锁定（A组）与远端单钉交锁锁定（B组与C组），最大轴向压缩负荷与最大扭转负荷均无显著差异，远端双钉交锁锁定压缩强度与远端单钉交锁锁定压缩强度无显著差异，远端双钉交锁锁定扭转强度与远端单钉交锁锁定扭转强度无显著差异，此两种锁钉方式均可用于股骨中段不稳定性骨折。其中，最远端单钉交锁锁钉（B组）抗压缩能力尚可，抗扭转能力稍差，根据工程力学原理，在构件断面剧烈改变的附近区域，容易导致应力集中，成为力学上的薄弱点[7]，由此原理可知，在次远端锁钉孔未锁定时，此处必定应力相对集中；又扭转刚度与内固定物工作长度成反比，最远端单钉交锁锁钉，此时髓内钉工作长度增加，相应的扭转刚度降低，如使用这种锁钉方式，术后进行伤肢旋转功能锻炼时需慎重，以免断钉。而次远端单钉交锁锁钉则与远端双钉交锁锁钉方式一样可以安全有效的用于股骨中段不稳定性骨折，这与罗先正等[8]主张的在用远端单钉交锁时一定要锁定靠近骨折端的锁钉的做法是一致的。因临床报道远端锁钉断裂较多[9]，故术后应严格限制负重，待有大量骨痂形成后再逐渐增加负重。另外，本实验中使用的锁钉直径均为6 mm，所以笔者认为，无论选用哪种锁钉方式锁定时，选择相对直径较大的锁钉更安全有效。另外本实验还发现，远端单钉交锁时内固定物屈服绝大多数表现为锁钉弯曲，仅有1例表现为骨折端移位；远端双钉交锁时内固定物屈服全部表现为髓内钉弯曲。

因此，通过对股骨干中段不稳定性骨折模型用带锁髓内钉固定时3种不同锁钉方式生物力学性能进行实验对比研究，得出以下结论：（1）带锁髓内钉固定股骨干中段不稳定性骨折时，远端单钉交锁锁钉与远端双钉交锁锁钉轴向最大载荷及扭转强度没有明显差异；（2）股骨干中段不稳定性骨折时行带锁髓内钉固定选择锁钉方式时，远端单钉交锁锁钉与远端双钉交锁锁钉均可选用，二者均能稳定骨折端；（3）在选用远端单钉交锁锁钉时，最好选择次远端锁钉孔锁钉方式，其抗扭转刚度优于最远端锁钉孔锁钉方式，发生疲劳性断钉的可能性小；（4）股骨干中段不稳定骨折行次远端单钉交锁锁钉为最简单有效的锁钉方式，更符合BO内固定原则。

[1] 胥少汀，葛宝丰，徐印坎.实用骨科学[M].第3版.北京：人民军医出版社，2009：723-732.

[2] Joseph Schatzker，姜春岩.AO/ASIF原则与方法的变迁[J].创伤骨科学，1996，25（3）:205-206.

[3] Debrauwer S，Hendrix K，Verdonk K. Antrograde femoral nailing with a reamed interlocking titanium alloy nail[J]. Acta Orthop Belg，2000，66（5）:484-489.

[4] 马为民，钟世镇，余斌，等.国产股骨交锁髓内钉锁钉的生物力学研究[J].临床生物学杂志，2002，20﹙6﹚：476-478.

[5] 马为民，徐明球，徐振，等.股骨交锁髓内钉锁钉断裂的生物力学研究[J].中国矫形外科杂志，2004，12﹙23-24﹚：1849-1851.

[6] 荣国威，王承武.骨折[M].北京：人民卫生出版社，2004：943-946.

[7] 王志国.交锁髓内钉置入内固定治疗胫骨骨折的生物力学和影像学分析[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12（17）：3331.

[8] 罗先正，邱贵兴，梁国穗.髓内钉内固定[M].第2版.北京：人民卫生出版社，2008：6-172.

[9] S. Terry Canale MD，James H. Beaty MD. CAMPBELL’s operative orthopaedics[M].第11版，北京：人民军医出版社，2011:2517.