股骨颈带侧孔空心钉添加骨水泥的生物力学实验探究

闫 作

（康保县人民医院，河北 张家口 076650）

·基础研究·

股骨颈带侧孔空心钉添加骨水泥的生物力学实验探究

闫 作

（康保县人民医院，河北 张家口 076650）

目的 探讨股骨颈带侧孔空心钉添加骨水泥对骨折愈合的促进效果。方法 选取58具成人尸体股骨颈标本，依据最大轴向拔出力（F-max）进行实验分组，12个股骨颈在轴向正中钻孔后将空心钉直接置入，另12个股骨颈在轴向正中钻孔将聚甲基丙烯酸酯骨水泥输注后再置入带侧孔空心钉。进行拔出实验，对空心钉最大轴向的拔出力及周期抗屈实验过程中螺钉在松动时所能承受的最大负荷进行测定。结果 注入PMMA骨水泥侧孔空心钉最大轴向力显著高于高于单纯空心钉最大轴向拔出力，对比差异有统计学意义（P＜0.05）。结论 对于髋部骨质疏松骨折来说，采用加入聚甲基丙烯酸甲酯侧孔空心钉对骨折端进行固定，能够显著减少股骨头被穿透、脱落、松动的风险，从而提升了骨折端固定的稳定性，加速骨折愈合。

股骨颈；侧孔空心钉；聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥；生物力学

随着我国人口老龄化现象的日益突出，骨质疏松与骨结构退化的患病率逐年上升，患者也因此会骨小梁力学强度降低，容易出现骨折。老年群体髋部是其骨质疏松多发部位，若发生骨折，很多都采用外科手术治疗[1]。当前医疗领域，通常采用的方法会由于治疗负荷过大与骨质疏松等原因，导致股骨把持力度过小，或者由于负荷过大而造成股骨颈空心钉拔出或松动[2]。本次试验通过股骨颈置入空心钉，并在其中注入聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥，从而使股骨颈空心钉稳定性显著提升，从而提升了骨的把持力度与稳定性，研究报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料

2012年10月至2014年7月在康保县人民医院完成。选取58具成人尸体股骨颈标本，均为男性，死亡时间均小于11个月，平均年龄72岁，由我院提供。经X射线检查骨质疏松症状显著，无其他异常情况。对标本周围软组织进行清除，采用双层塑料袋进行密封，放置入-98℃冰箱中进行冷冻保存，待测试前20 h取出，使其置于常温下解冻[3]。

1.1.1 股骨颈空心钉

空心钉总长度与直径分别为80.0 mm、7.2 mm，螺纹长度为20.0 mm，空心钉中空部分直径为2.4 mm，从不同角度对前钉段螺纹钻6侧空6个，直径为1.4 mm。

1.1.2 强化修复材料

选自上海第二口腔大学口腔材料厂制造的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥，使用前放入3℃冰箱保存，用时再将其取出。单体与粉的配置浓度比例为1∶2，搅拌均匀4～6 min后注入股骨颈空心钉中空部位及螺纹隧道之中[4-5]。

1.1.3 实验仪器

器械来源于日本岛津公司制造研发的AGS-100KN材料实验机，拉压力最大为10KN，速率为1.0～450 mm/min，螺钉拔出速率为6.0 mm/min。

1.2 方法

1.2.1 实验过程

F-max实验分组：12个股骨颈钻孔在轴向正中部位，5.5 mm攻丝后将长度80.0 mm、直径7.2 mm空心钉置入，另外12个股骨颈钻孔为轴向正中部位，5.5攻丝后将PMMA注入，容积为隧道容积的7/10，然后将带侧孔空心钉置入，再在其中空部位将PMMA骨水泥注入。

在AGS-10KN材料实验机机上进行拔出实验。将股骨颈固定在特制夹具上，对股骨颈角度进行调整，使实验机拉伸与空心钉长轴方向相同，用6.0 mm/min恒定速率将空心钉拔出。拔出螺钉时如果破坏骨质要马上停止，将载荷加到变形曲线高峰值点作为拔出破坏的依据标准[6]。通过计算机信息系统记录实验机载荷信号，采用测试分析软件WinAGSSlite2000计算最大拔出力。

1.2.2 周期抗屈实验

在24个股骨颈上开展，通过材料试验机垂直在螺钉纵轴负荷施加于股骨颈头部。基础负荷12 N，反复90次，调整负荷范围15～45 N，15～70 N，15～95 N，……，一直到15～195 N，各负荷均90次。采用特殊测量仪对头部位移进行记录，如果在负荷最大值195 N、周期800次之前产生螺丝松动（位移标准≥1.5 mm）则将此时最大负荷记录下来。

1.2.3 观察指标

周期抗屈试验结果以及空心钉最大轴向拔出力。

1.2.4 设计与实践与评价者

全过程由作者及他人协助完成，评估采用盲法。

1.2.5 统计学分析

采用SPSS13.0软件进行统计学分析与处理，采用SPSS14.0软件进行统计学分析处理，计量资料采用（）表示，行t检验，P＜0.05表明差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 两组空心钉最大轴向拔出力实验结果

两组空心钉最大轴向拔出力实验结果见表1。在所测的24个标本中，空心钉组12个股骨颈的最大轴向拔出力为482.3～1 086.4 N，平均（864±204.3）N；添加聚甲基丙烯酸甲酯带侧孔空心钉以后最大轴向的拔出力为2 036.2～3 603.7N，平均（2 952.7±524.6）N。后者显著高于前者，对比差异具有统计学意义（P＜0.05）。

表1 空心钉与侧孔空心钉注入PMMA轴向拔出力比较（N） （n=12）

2.2 周期抗屈实验过程中PMMA的效应状况

周期抗屈实验过程中PMMA的效应状况见表2。空心钉单纯置入的股骨颈的最大负荷为45～195 N时出现松动，位移1.5 mm；注入聚甲基丙烯酸甲酯侧孔空心钉在195 N时并未松动，位移距离＜0.8 mm。由此可见，周期抗屈实验过程中，注入PMMA侧孔空心钉较单纯置入空心钉具有更强的负荷强度，且位移距离也较小（＜0.8 mm），稳定性显著优于空心钉组（位移1.5 mm），对比差异具有统计学意义（P＜0.05）。

表2 空心钉组最大负荷55～195 N，位移1.5 mm时的PMMA效应

3 讨论

股骨颈骨折是老年人群的常见病症之一，其致病的主要原因就是骨质疏松导致股强度下降，加上老年人群反应迟缓、防御能力较弱，从而容易产生骨折[7-8]。由于股骨颈本身特征，使其在骨折时常常受到巨大剪应力，从而对骨折内固定效果及愈合后的稳定性产生影响。此外，姚琦等[9]发现由于股骨头血液供应较为特殊，骨折时对局部血供产生破坏，因而极有可能导致股骨头坏死。对于老年股骨颈骨折的治疗最重要的是尽早进行骨折解剖与复位，同时采取内固定治疗，从而促使骨折的愈合。临床研究认为，对股骨颈骨折采取内固定治疗应当满足下列条件：允许轴心向上存在压应力[10]；抵抗施加在骨折线上的较大剪应力；抵抗弯应力。当前国内外医疗领域普遍认为，采取空心钉进行内固定治疗是当前用于股骨颈骨折治疗的最佳方式，并且能取得显著的临床效果。

本次研究中，注入聚甲基丙烯酸甲酯侧孔空心钉最大轴向力（2 952.7±524.6）N显著高于高于单纯空心钉最大轴向拔出力，并且注入聚甲基丙烯酸甲酯侧孔空心钉在其最大负荷195 N时并未出现松动现象，且位移距离小于0.8 mm，显著优于对照组。由此可见，对于髋部骨质疏松骨折来说，采用加入聚甲基丙烯酸甲酯侧孔空心钉对骨折端进行固定，能够减少股骨头被穿透、切割以及固定物脱落、松动的风险，从而提升了骨折端固定的稳定性，为骨折部位的尽快愈合奠定坚实的固定基础。

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（责任编辑：裘永强）

Biomechanics study on the femoral neck with side hole hollow nail combined with bone cement

YAN Zuo
(People's Hospital of Kangbao County ,Zhangjiakou 076650,China)

objective To study the healing effects by applying femoral neck with side hole hollow nail combined with bone cement for the promotion of fracture. Methods 58 adult femoral neck specimens were seletced based on the maximum axial pull output (F-Max) in experimental group, 12 femoral neck in bored after the hollow screw directly into the center of the axial, the other 12 femoral neck in the center of the axial drilling will polymethacrylate again after infusion of bone cement into side holes with hollow screw. To pull out the experiment, the hollow nail pulling power of the maximum axial and screw in the process of cycle resistance to bending experiment in loose could withstand the maximum load were determined. Results In PMMA bone cement injection hole hollow nail was significantly higher than that of the maximum axial force ,which was higher than pure hollow nail maximum axial pull output, the difference was statistically significant (P＜0.05). Conclusion For hip osteoporosis fracture, the side holes by using methyl methacrylate hollow nail fixed the fracture end, can significantly reduce the risk of femoral head loose, falling off, and improve the stability of the fixed the fracture end, accelerate fracture healing.

femoral neck; side hole hollow nails; polymethyl methacrylate bone cement; biomechanics

R382.2

A

1674-490X(2014)06-0001-04

2014-11-27

闫作（1969-），男，河北康保人，主治医师，主要从事骨科临床研究。E-mail:383750767@qq.com