三角固定髓内钉对A2.2型股骨转子间骨折稳定性及抗扭转性的影响

姜自伟，黄枫，郑晓辉，虎群盛，李悦，孙世栋

(广州中医药大学第一附属医院，广州510405)

三角固定髓内钉对A2.2型股骨转子间骨折稳定性及抗扭转性的影响

姜自伟，黄枫，郑晓辉，虎群盛，李悦，孙世栋

(广州中医药大学第一附属医院，广州510405)

目的探讨三角固定髓内钉(TPFNA)对A2.2型股骨转子间骨折稳定性及抗扭转性的影响。方法选取6对新鲜成人股骨标本制作A2.2型股骨转子间骨折模型。将骨折模型随机分为TPFNA组和股骨近端防旋髓内钉(PFNA)组，每组同侧6肢，分别给予TPFNA、PFNA固定。记录100、200、300、400、500、600 N垂直压缩状态下位移情况及扭转角为1°、2°、3°、4°、5°时的扭矩。结果TPFNA组在200、300、400、500、600 N垂直压缩状态下的位移均小于PFNA组(P均<0.05)。TPFNA组扭转角为2°、3°、4°、5°时的扭矩均大于PFNA组(P均<0.05)。结论A2.2型股骨转子间骨折行TPFNA固定的稳定性及抗扭转能力均较好，均优于PFNA。

股骨转子间骨折；三角固定髓内钉；端防旋髓内钉

随着老龄化社会的到来，股骨转子间骨折发病率逐年升高[1]。闭合复位内固定术是股骨转子间骨折的首选治疗方案，以动力髋螺钉(DHS)为代表的钉板系统和以股骨近端防旋髓内钉(PFNA)为代表的髓内系统是目前最为常用的固定方法[2～4]。PFNA固定效果较好，但固定过程中存在髋内翻、头内切割等并发症。为避免上述问题，本课题组提出股骨转子间骨折“三角固定”理论，并结合PFNA特点设计出新型三角固定髓内钉(TPFNA)。2017年5～6月，我们观察了TPFNA对人A2.2型股骨转子间骨折稳定性及抗扭转性的影响。现报告如下。

1 材料与方法

1.1 材料 选取形态、大小近似的来源于6具尸体的6对股骨标本，由沅江卫教试验用品有限公司提供，10%甲醛浸泡6～12个月，经肉眼及X 线片观察确定无病变；其中股骨近端骨小梁singh指数分级Ⅵ级4例，Ward三角区骨小梁减少且密度较周围小梁密度低，受力部小梁可以显示；Ⅴ级8例，Ward三角区不存在骨小梁，受力部骨小梁减少，辅助压力骨小梁不连续，辅助张力骨小梁只达股骨颈中心，其与主张力骨小梁合成一束。将6对股骨上段标本进行左右侧配对后分为TPFNA组和PFNA组，每组同侧6个股骨标本，两组骨小梁singh指数分级及表现具有可比性。BOSE高性能万能力学试验机(ELF系列，美国)。PFNA购自厦门大博医疗器械公司，长170 mm、近端直径16 mm、远端直径10 mm、颈干角130°。TPFNA是在PFNA基础上由本课题组设计，在主钉头颈钉孔上2.5 cm处设计一个与主钉成110°角、直径6.5 mm，并与冠状面同平面的第二头颈钉，组配后形成一个闭合三角形固定结构。

1.2 股骨转子间骨折模型制备[5,6]及处理 两组均制备A2.2型股骨转子间骨折模型：采用手工锯沿大转子向小转子做平面截骨，保留后侧少许皮质，保持结构外形完整性，截掉小转子及部分后内侧皮质，制备骨折模型。PFNA组按照PFNA标准操作流程置入PFNA[7]：骨折模型制作完毕，用台钳固定标本于操作台；确定大转子顶点中央为入针点，沿股骨纵轴方向插入导针，正侧位透视确定导针位置；沿导针进行近端开路，将长170 mm、直径10 mm的PFNA插入近端开路孔，透视确定插入深度；安装导向支架，打入头颈钉导针，头颈钉孔中心线位于股骨颈中下1/3，侧位片位于股骨颈中央，导针头部距关节面下5 mm；打入螺旋刀并锁紧，远端瞄准打入横向锁定钉，透视确定各部件位置，操作完毕。TPFNA组参考上述流程置入TPFNA，螺旋刀置入时尽量贴近股骨颈内侧皮质，侧位于中央，第二头颈钉根据测量长度置入，与螺旋刀及主钉形成闭合三角结构。手术完毕后，两组均锯断术前保留的少许皮质。

1.3 生物力学指标检测 ①位移：采用压缩实验检测标本受压后位移，评价固定的稳定性。两组均模拟人双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，冠状位保持内收15°，矢状位保持中立位。首先以 300 N 加载标本2次，消除蠕变、松弛等时间效应影响，然后持续以1 mm/min的速度加压，加压至600 N载荷停止，记录100、200、300、400、500、600 N时垂直压缩状态下位移情况。②扭矩：采用扭转实验。将股骨头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上，股骨远端用自制夹具固定，测试仪转轴匀速扭转，分别记录两组扭转角为1°、2°、3°、4°、5°时的扭矩。

2 结果

2.1 两组位移比较 TPFNA组在200、300、400、500、600 N垂直压缩状态下的位移均小于PFNA组(P均<0.05)。见表1。

2.2 两组扭矩比较 TPFNA组扭转角为2°、3°、4°、5°时的扭矩均大于PFNA组(P均<0.05)。见表2。

表1 两组在不同垂直压缩载荷下的位移比较

注：与PFNA组比较，*P<0.05。

表2 两组不同扭转角造成的扭矩比较

注：与PFNA组比较，*P<0.05。

3 讨论

骨折闭合复位内固定是股骨转子间骨折治疗的核心目标，目前主要采用髓内或髓外固定。生物力学研究表明，髓内固定为中心固定，可以缩短剪切力臂，稳定性优于髓外的偏心固定[8]。此外，髓外固定在治疗不稳定股骨转子间骨折、转子下骨折及反转子间骨折时存在髋内翻、退钉、头内切割等风险[9～12]。保护外侧壁及内侧支撑，降低髋内翻、头切割的发生是骨折治疗的关键。

由于颈干角和前倾角的存在，股骨近端的受力是压应力、张应力和剪力应力的复合应力。松质骨骨小梁根据应力分布的不同呈各向异性排列。根据骨骼的Wolf定律，骨小梁处于以压力为主的有利力学状态。因此，股骨颈应力主要分布在股骨颈后方，此处有一个压应力集中区，与股骨颈区的压力骨小梁和股骨距的解剖位置吻合。股骨头颈上方由于颈干角的存在，骨小梁呈横向分布，主要承载张应力。压应力和张应力具有相辅相成的作用，共同维持股骨近端的稳定性[13]。股骨转子间骨折使股骨近端的主要应力结构破坏，稳定性丧失。PFNA的主体结构为γ形，有利于重建近端稳定。但PFNA的螺旋刀需要同时传导股骨近端压应力及张应力载荷，切应力区域为点或线结构，而非面或立体结构，且由于钉与骨的弹性模量不同，容易在螺旋刀尖端出现应力集中，发生头切割。螺旋刀置入时在正位片上需位于中下1/3，影响抗张力骨小梁的重建。螺旋刀置入与重建主要抗压力骨小梁在力学上互补，因此在垂直载荷的作用下，容易出现髋内翻。若头颈钉偏上，股骨距部位支撑不足，亦可导致髋内翻，且易出现头切割。

股骨近端的抗压力骨小梁包括主要抗张力骨小梁及次要抗压力骨小梁。Ward三角为次要抗压力骨小梁中间的力学薄弱区，生理性的载荷传导呈三角形，而三角形结构具有天然的稳定性。本课题组前期根据股骨近端骨小梁的走向和分布，采用近端呈三角形的内固定器械传递相应的载荷，并模拟生理传导，稳定固定股骨转子间骨折[13,14]。本研究采用的TPFNA是在PFNA 基础上进行改进，螺旋刀与主钉角度仍为130°，上部空心钉与主钉角度为110°，分别与主要抗压力骨小梁和主要抗张力骨小梁方向一致，以重建受到骨折破坏的两组骨小梁的力学稳定性。且上部的空心钉直径较螺旋刀细，体现了抗压力骨小梁在股骨近端稳定中的主要地位。空心钉置入后需与螺旋刀体组合成闭合三角形，从而保证空间结构的稳定性。本课题组前期的有限元研究表明，TPFNA的应力集中效应小于PFNA，其稳定性优于PFNA[15]。

A2.2型不稳定骨折的特点为经转子的粉碎骨折，内侧及后侧多个平面骨折，外侧壁完整，内后侧骨折块数量>1。该型转子间骨折为老年人常见的骨折类型[16]。本骨折模型的制作首先进行顺转子的切割，然后经行小转子、内侧及后侧切割形成三个平面，内侧及后侧形成两个骨折块，与临床A2.2型不稳定骨折相似。在骨折模型中置入三角髓内钉时，螺旋刀尽量靠近股骨颈下方皮质，使上部的空心钉有足够的置入空间，因此不存在钉体穿出头颈外的问题，保证所有钉体的包容度。结合临床实际，即患者术后需在助行器辅助下行部分或全负重功能锻炼，我们设计压缩实验以评价骨折固定的稳定性。结果显示，在600 N以内的垂直压力载荷下，两种内固定均未出现固定失效及再次骨折的现象，三角固定的稳定性更好，产生位移的程度小于PFNA。在初始压缩(100 N)与扭转(1°)载荷下，两组的位移及扭矩比较差异无统计学意义，这与内固定和骨骼的初始稳定相关。既往文献在进行压缩实验时多采用1 200 N作为压缩载荷[6,17]。股骨转子间骨折术后患者一般是扶助行器双足进行部分直至全部负重。1 200 N为单足站立时的压缩载荷，与临床实际不相符。本研究选择600 N为最大压缩载荷(单倍体质量下负荷)是合理的。扭转实验结果亦表明，TPFNA的抗压缩能力较好，优于PFNA。

综上所述，A2.2型股骨转子间骨折行TPFNA固定的稳定性及抗压缩能力均较好，且均优于PFNA。但本实验为体外研究，骨折是理想化的模拟，未考虑局部肌肉的影响，该结果及TPFNA的临床价值还有待进一步探讨。

[1] Wilk R, Skrzypek M, Kowalska M, et al. Standardized incidence and trend of osteoporotic hip fracture in Polish women and men: a nine year obervation[J]. Maturitas, 2014,77(1):59-63.

[2] Niu E, Yang A, Harris AH, et al. Which fixation device is preferred for surgical treatment of intertrochanteric hip fractures in the United States? A survey of orthopaedic surgeons[J]. Clin Orthop Relat Res, 2015,473(11):3647-3655.

[3] Ricci WM. New implants for the intertrochanterie femur fracture[J]. Feeh Orthop, 2004,19(3):143.

[4] 蒋梁华,李晓林.股骨粗隆间骨折内固定治疗的研究进展[J].实用骨科杂志,2012,18(2):143-147

[5] 庞再力.老年股骨转子间骨折的临床分型及治疗进展[J].黑龙江医学,2013,37(8):781-784.

[6] 杨灵,江伟,刘跃洪,等.股骨近端锁定钢板治疗股骨转子间骨折的生物力学研究[J].创伤外科杂志,2015,17(2):135-137.

[7] Helwig P, Faust G, Hindenlang U, et al. Finite element analysis of four different implants inserted in different positions to stabilize an idealized trochanteric femoral fracture[J]. Injury, 2009,40(3):288-295.

[8] 王丽珍,赵峰,樊瑜波.新型带锁髓内钉在股骨粗隆间骨折愈合过程中的生物力学研究[J].医用生物力学,2011,26(4):305-309.

[9] 马仲锋,王心宽,冯国英.PFNAⅡ内固定治疗股骨粗隆间骨折失败原因分析[J].中国骨与关节损伤杂志,2013,28(12):1175-1176.

[10] Streubel PN, Moustoukas MJ, Obremskey WT. Mechanical failure after locking plate fixation of unstable intertrochanteric femur fractures[J]. J Orthop Trauma, 2013,27(1):22-28.

[11] 茹江英,从宇,仓海斌.老年股骨粗隆间骨折PFNA内固定术后失效的翻修方法及效果分析[J].中国骨与关节损伤杂志,2014,29(2):129-131.

[12] 李仁斌,林焱斌,庄研,等.股骨近端螺旋刀片抗旋髓内钉治疗股骨转子间骨折的并发症原因分析[J].中国骨与关节外科,2012,5(6):466-470.

[13] 姜自伟,黄枫,庞智晖,等.股骨转子间骨折的“三角固定”理论[J].中国中医骨伤科杂志,2015,23(9):70-72.

[14] 苗旭漫,左浩,姚树智.股骨转子间骨折:三角支架式锁定钢板的设计及生物力学评价[J].中国组织工程研究，2005,19(39):6373-6377.

[15] 虎群盛,姜自伟,黄枫.三角固定股骨近端髓内钉治疗固定不稳定型股骨转子间骨折的有限元研究[J].中国组织工程研究,2016,20(48):7219-7224.

[16] 裴国献(译).洛克伍德-格林成人骨折[M].7版.北京:人民军医出版社,2014:1565-1508.

[17] 陈龙,水小龙,陈辉,等.两种方法治疗股骨转子间骨折的生物力学比较[J].浙江创伤外科,2010,15(6):705-707.

广东省自然科学基金资助项目(2014A030310379)；广州市科技计划一般项目(1563000664)。

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.48.020

R683.42

B

1002-266X(2017)48-0062-03

2017-07-04)