股骨近端锁定钢板治疗股骨转子间骨折的生物力学研究

杨 灵，江 伟，刘跃洪，徐 巍，刘树平，张德盛，陈 曦，汪 红

随着老龄化社会的到来，股骨转子间骨折发病率呈明显上升趋势，约占髋关节骨折的45%，目前对股骨转子间骨折的治疗，积极手术治疗已成为共识［1］。股骨近端锁定钢板在治疗股骨转子间骨折的临床医疗实践中已被广泛使用，本研究旨在明确股骨近端锁定钢板在固定股骨转子间骨折中的生物力学特性，为其在临床使用提供理论依据。

材料与方法

1 一般资料

选取形态、大小近似、保存1年左右的15根防腐(10%的甲醛溶液浸泡)股骨标本，由四川大学华西医学中心解剖教研室提供。为避免个体差异及其他因素可能引起的误差，所有标本用X线检查排除可能存在的隐匿性骨折、肿瘤、畸形及各种骨缺损等病变，并且随机分配到A、B、C三组中，A组为股骨近端锁定钢板固定31A1．1骨折模型组，B组为股骨近端锁定钢板固定31A2．2骨折模型组，C组为正常无骨折股骨组，每组各5个标本。

2 实验材料、力学测试设备

本研究使用的股骨近端锁定钢板为医用不锈钢材质，为苏州苏南捷迈得有限责任公司制造，力学测试设备为INSTRON-8874(英斯特朗公司，美国)力学测试机。

3 骨折模型的建立及骨折固定

股骨标本储存在0～40°C冰箱内0°C保存，使用前室温自然解冻，使用过程中注意保湿，避免脱水可能造成的骨强度降低。根据AO/ASIF股骨转子间骨折分型，A组标本制成31A1．1骨折模型、B组标本制成31A2．2骨折模型，去除附着在股骨上的软组织，用电锯沿股骨转子间线斜行截断，建立31A1．1骨折模型;同样用电锯切割，在股骨转子间内侧和后方形成3个平面破裂及两大块内侧骨折块，建立31A2．2骨折模型，A、B组使用股骨近端锁定钢板按标准操作步骤完成对骨折的固定。3组标本切除股骨远端，长度保持一致为30cm。

4 实验方法

压缩实验:模拟人单足站立的生理负重受力状态:考虑外展肌工作，使用自制夹具固定，保持冠状位内收25°，矢状位保持中立位。首先以400N加载标本2次，消除蠕变、松弛等时间效应影响，然后持续以0．5mm/min的速度加压，加压至出现屈服现象为止(根据测试仪连接的计算机实时监控所描绘的载荷-位移曲线判断，一旦出现曲线非线性改变并急剧转折，由此确认为屈服现象，并以此转折点为屈服点)，记录载荷、位移数据。

扭转实验:股骨头用牙托粉固定，并利用夹具与力学测试仪相连，保持股骨颈与测试仪的转轴在一条直线，股骨远端用自制夹具固定，测试仪转轴匀速扭转，记录扭转角0°～2．5°时的扭矩。

5 统计学分析

所有数据以¯x±s表示，应用SPSS 11．5统计软件对A、B、C组各相关数据进行LSD-t检验，P≤0．05为差异有统计学意义。

结 果

1 轴向压缩实验结果(图1)

所有标本均顺利完成实验。

图1 A、B、C组标本在1200N载荷范围内的载荷-位移曲线

从图1中可以看出，在弹性变范围内，载荷-位移曲线近似一直线，标本刚度等于直线的斜率，即载荷与位移的比值，由于国人体重基本在1200N载荷范围内，故本实验选择在1200N载荷时计算A、B、C组标本的轴向刚度，其结果如下:A组(542．55±46．94)N/mm;B组(258．38±14．63)N/mm;C组(678．02±21．04)N/mm。A组的轴向刚度较B组高1倍，P＜0．01，差异显著;C组的轴向刚度较B组高1．6倍，P＜0．01，差异显著;C组的轴向刚度较A组高25．0%，P=0．02＜0．05，差异有统计学意义。

2 扭转实验结果(表1)

表1 A、B组标本扭转角在0°～2．5°时的扭矩

表1中结果显示三组标本随扭角的增加，扭矩逐渐升高，C组各扭角相应扭矩值和A、B组扭矩值比较，P＜0．05，具有统计学意义。从中可以看出，A、B组骨折内固定后仍无法达到正常股骨的抗扭转能力，A、B组在2．0°及2．5°时的扭矩比较，P＜0．05，这与B组在2．0°及2．5°时可能已存在塑形变有关，同时也表明稳定性股骨转子间骨折内固定后的抗扭转能力似乎要好于不稳定性股骨转子间骨折。

3 破坏实验结果

所有A、B组标本均轴向加压至出现屈服现象为止(根据测试仪连接的计算机实时监控所描绘的载荷-位移曲线判断，一旦出现曲线呈非线性改变并急剧转折下降，由此确认为屈服现象)，A组最大屈服载荷值:(2987．54±112．14)N;B组最大屈服载荷值:(2396．68±142．07)N;C组最大屈服载荷值:(4306．84±383．33)N。A组最大屈服载荷均数值较B组均数值高24．7%，P＜0．05，差异有统计学意义;C组最大屈服载荷明显高于A、B组，P＜0．05，差异有统计学意义。实验中发现，A、B组标本在负荷屈服载荷后，主要表现为内固定物内的锁定螺钉弯曲，甚至断裂;C组主要表现为股骨颈完全性或不完全性骨折。

讨 论

随着老龄化社会的到来，股骨转子间骨折发病率日益增加，约占髋关节骨折的45%，其主要原因为创伤及骨质疏松［2］。由于患者多为高龄，非手术治疗易导致压疮、静脉血栓、坠积性肺炎等并发症，导致患者1年内具有较高的死亡率。鲁英和罗先正［3］报告股骨转子间骨折非手术治疗组的死亡率要比手术治疗组高4．5倍，因此，应将股骨转子间骨折的坚强内固定和患者早期活动作为标准的治疗方法［4］。

股骨近端锁定钢板近年来在治疗股骨转子间骨折中应用日益增多，这主要归因于股骨近端锁定钢板具有如下特点:(1)股骨近端锁定钢板使用3枚锁定螺钉从不同角度固定股骨头颈部，故而其三维固定抗拔出及抗旋转力较强［5］，可起到内支架及弹性固定的作用。(2)近端为解剖型，有利于与股骨大转子的贴合，可对股骨大转子骨折及有纵向劈裂骨折和髓内钉固定困难的骨折给予良好的固定［6］。(3)操作简便、植入微创。虽然股骨近端锁定钢板具有上述优点，并且在临床实践中取得良好的治疗效果［7］，但不可否认的是，股骨近端锁定钢板在临床应用中也出现许多问题［8］，如断钉断板、内固定失效致髋内翻畸形等。在本实验中，通过比较正常股骨和股骨近端锁定钢板固定31A1．1、31A2．2骨折的轴向刚度、抗扭转能力、屈服载荷等指标，可以看出，股骨近端锁定钢板固定股骨转子间骨折，其轴向刚度、屈服载荷、扭矩仍不如正常股骨，尤其是在固定31A2．2骨折时差异显著，这主要是由于以31A2．2骨折为例的不稳定性股骨转子间骨折后内侧有多个平面的骨折线，后内侧支撑结构破坏所致，而股骨转子间后内侧结构具有转移载荷至股骨上段的重要作用［9］。在本实验中，内侧结构良好的31A1．1骨折组的轴向刚度、屈服载荷也明显要好于31A2．2骨折组(P＜0．05)，虽然就人体生物力学及其力学环境而言，骨折所需内固定并不需要强度最高的内固定，但由于髋关节为负重关节，受力复杂，因而对内固定强度要求较高。Rydell［10］研究提示，按平均体重70kg计算，人体在独立行走时股骨上端承受的载荷为2 450N，在床上活动时为1 400N。在本实验中，31A1．1骨折组最大屈服载荷值:(2987．54±112．14)N，故而股骨近端锁定钢板固定稳定性股骨转子间骨折时，其最大屈服载荷明显高于正常人体在独立行走时股骨上端承受的载荷，可以满足术后早期下地活动的要求，但由于与正常股骨强度仍有差距，存在内固定变形、断裂等方面的忧虑，且结合我国具体情况，故而在下地活动时应给予一定保护。31A2．2骨折组最大屈服载荷值:(2396．68±142．07)N，低于正常人体在独立行走时股骨上端承受的载荷，故可以满足术后床上活动，但并不适宜早期下地负重活动。

综上所述，股骨近端锁定钢板在治疗以31A1．1为代表的稳定性股骨转子间骨折时都具有良好的生物力学性能，可以满足微创、坚强内固定、早期活动的要求，本实验中所使用的股骨近端锁定钢板为医用不锈钢制，价格便宜，更适合我国国情。股骨近端锁定钢板在治疗31A2．2骨折为例的不稳定股骨转子间骨折时，早期下地负重活动存在内固定变形、断裂、骨折移位致髋内翻畸形等风险。因此，股骨近端锁定钢板可以用于治疗稳定性股骨转子间骨折，而不宜应用于不稳定的特别是内侧壁破坏的股骨转子间骨折。

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