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[摘要] 目的:通过生物力学分析方法测试3种内固定器械治疗同侧股骨颈并粗隆间骨折的效果。方法:取12根成人新鲜股骨标本,依据Evans-Jensen分型Ⅲ型制作骨折模型,其中小粗隆部分的骨折向上波及到股骨颈中部。将骨折复位随机分成3组,每组4例,依据标准技术分别予以股骨近端锁定板、动力髋、PFN固定。将各组固定模型置试验机上测试骨断端的张开角、应力分布。结果:股骨近端锁定板骨断端的张开角明显小于动力髋组及PFN组。骨折端应力分布,股骨近端锁定板组包括张力侧各点均为压应力,动力髋及PFN固定组在外侧测试点为拉应力。结论:股骨近端锁定板的各项生物力学性能均优于动力髋、PFN固定。
[关键词] 同侧股骨颈并粗隆间骨折;生物力学;内固定
[中图分类号] R683.42 [文献标识码]A [文章编号]1674-4721(2010)03(c)-032-03
Biomechanical study of three different fixtors in fixture of ipsilateral femoral intertrochanteric and femoral neck fractures
DOU Qingyin,WANG Pengfei,HAN Yun,CAI Weidong
(Department of orthopaedics,Songgang People′s Hospital,Shenzhen 518105, China)
[Abstract] Objective: To study the biomechanical properties of three different internal fixtors. Methods: 12 fresh adult cadaver femoral bone specimens were used to made ipsilateral femoral intertrochanteric femoral neck fracture model, which were divided into three groups by random,and fixed by PFN,DHS and femoral proximal locking plates 3 differently.All the fixtors model were evaluated by biomechanical test.Experimental tests included the opened angle,the stress distribution in the edge of fracture. Results: The PFN,DHS groups′ open angle were significantly larger than femoral proximal locking plates group under every load.The stress distribution in the outer fracture sites of PFN,DHS groups were pulled stress,while the femoral proximal locking plates group were pressure stress. Conclusion: The biological mechanics property of femoral proximal locking plates are superior to the other fixed devices.
[Key words] Ipsilateral femoral intertrochanteric femoral neck fracture; Biomechanic study; Inter fixtor
股骨颈并粗隆间骨折是临床上较少发生的骨折,其广泛的骨折范围给治疗带来困难,笔者曾利用股骨近端锁定板治疗此型骨折2例,获得较好效果。为验证股骨近端锁定板的固定效果,笔者采用尸体骨制作股骨颈并同侧股骨粗隆间骨折模型,分别以股骨近端锁定板、动力髋、PFN固定,行生物力学测试。
1 材料与方法
1.1 骨折内固定模型的制作
取12根新鲜成人尸体股骨标本,依据Evans-Jensen分型Ⅲ型制作成股骨颈并同侧股骨粗隆间骨折模型,在此基础上,小粗隆部分的骨折向上波及股骨颈中部。
骨折内固定模型的制作:将骨折复位随机分成3组,每组4例,依据标准技术分别予以股骨近端锁定板、动力髋、PFN固定。
1.2 生物力学测试
将股骨远端包埋于牙托粉,使股骨长轴与垂线成20°角。包埋后股骨长度平均为43 cm。实验过程中标本保存在-400℃超低温冰箱保存。实验标本骨折线两侧沿复骨折线对应贴10片应变片,应变片与骨折端垂直距离3 mm,应变片之间距为15 mm,其中1、2号应变片位于股骨距处骨折端。实验均在万能试验机上进行,使用YJ-31型静态电阻应变仪记录数据。制作模拟髋臼形状的半球型加载卡具,使加载时受力分布均匀。为了使载荷接近正常人的体重范围,张开角度的测试、骨断端的应力分布、骨断端的接触面积的测试中载荷选择了以800 N为中心,左右共载6个载荷值。
张开角度的测量:在股骨大粗隆上端骨折线两边钻入2枚直径为1.0 mm克氏针,长约15 cm。将标本安装于SCC-44100电子万能试验机上垂直加载200、600、800、1 000、1 200 N,加载后用千分尺测量不同载荷下2枚克氏针的点位移,可求出不同载荷下骨折外侧的张开角度[1-2]。骨断端的应力分布情况:应变片连于YJ-31型静态电阻应变仪,将试验骨安装于万能试验机上进行加载试验,加载速度为1.3 mm/min。载荷由200 N逐渐增至1 200 N,读取应变值,每1个试件加载3次,读取数据,去掉无理数值取平均值,再将5个试件的试验结果取平均值,即可求出实验组与对照组各个载荷状态下的应变值。从骨折端的应变值计算出骨折端的应力分布。
1.3 统计学处理
张开角比较采用SPSS12.0进行组间比较。
2 结果
2.1 张开角度的测试
将试验数据处理后取平均值即可求出在不同载荷下骨折外侧端的张开角度(表1)。
实验证明:随着载荷的增大,各组外侧端张开角度有增大的倾向,但是股骨近端锁定板组张开角度增大的幅度明显小于动力髋组及PFN组,股骨近端锁定板组与后两组比较,均为P 同侧股骨颈并粗隆间骨折作为一种特别类型骨折,其骨折范围粉碎程度均较大,治疗难度更大,其病理损伤机制复杂。理想的内置物选择是目前亟待解决的问题。生物力学测试已广泛用于单纯粗隆间骨折或者股骨颈骨折内置物稳固性的验证[5-7],但同侧股骨颈并粗隆间骨折固定模型的力学测试未见报道。DHS由于其外侧钢板起到张力带作用,要求内侧具有支撑作用,在不稳定骨折,后内侧骨质结构完整性受到破坏,压应力不能通过股骨距传导,引发断钉、钢板断裂、切割股骨头颈等并发症。老年骨质疏松患者,螺钉对股骨头的切割作用大,易使螺钉穿出头外。
髓内固定系统:继发股骨骨折是手术主要并发症,多发生于钉尖处。因为钉体和骨质弹性模量不一,固定后如果髓内钉位置不在正中,很容易在顶尖部位形成应力集中,在加上老年人骨质疏松和一定暴力即可造成此部位骨折。
内固定移位:负重螺钉与抗旋螺钉松动后向外侧移位引起内固定失败。股骨近端锁定板手术适应证:广泛适应于各型粗隆间骨折、反斜行粗隆下骨折。对合并严重骨质疏松的EvansII型、Ⅲ型及粗隆间骨折合并股骨颈骨折尤为适宜。
3.1 股骨近端锁定板的优点
股骨近端锁定板近端较宽,形态依据股骨近端形状而设计,对粗隆部有较好的包容,有效阻挡粗隆骨折块的外移,3枚螺钉从不同层面打入股骨头,形成交叉立体结构,螺钉长度依据骨折碎裂程度而定,使骨折远近端、钢板连成一个整体,不因为内固定的植入引起骨折移位加大。试验中可以看出随着载荷的增大,张开角增大,但股骨近端锁定板组的张开角明显小于PFN及DHS组,显示其稳固性强。股骨近端锁定板组出现压应力产生相应的应变,而对照组在外侧端5、6、9、10点出现拉应变。骨折端的应力分布中试验组各个点均承载对骨折愈合有利的压应力,表示在各个载荷下PFN组及DHS组骨折端的应力明显大于股骨近端锁定板组,导致内固定失败。骨折端应变值(表2～4)中可以看到股骨近端锁定板组在200～800 N载荷下第4点的应变值大于第2点和第6点,聚集在锁定钉附近,提示内固定物有效吸收了应力。而PFN组及DHS组第2点的应变值最大,应力分散,提示内置物不能有效抵挡应力。股骨近端锁定板可以提供良好的角度稳定性[7],其抗扭转强度、抗疲劳断裂强度大于传统钢板。3枚螺钉承受均匀应力,避免股骨头、颈处应力过度集中引起的切割、松动现象。避免了螺钉松动、骨折移位、继发性髋内翻形成,对骨折固定的稳固性超过DHS及PFN。接骨板与骨皮质的接触与压力明显小于普通接骨板,减少了对局部血供的破坏。接骨板具有成角稳定性[8]、固定牢靠,允许早期关节活动,避免了螺丝钉滑移退出、髋内翻等并发症,与传统内固定物比较,对头颈处的骨质破坏明显减少,因此,股骨近端锁定板广泛适应于各型粗隆间骨折、反斜行粗隆下骨折。对合并严重骨质疏松的EvansII型、Ⅲ型及粗隆间骨折合并股骨颈骨折尤为适宜。
3.2 股骨近端锁定板的缺点
尽管股骨近端锁定板具有优越的稳固性,但其近端3枚螺钉正确打入股骨头颈部需要很丰富的经验技术,需要较多术中透视,手术时间较其他内固定术式长,这与其他作者报道的不同[7-8]。笔者认为近端3枚钉的间距及所形成的立体结构的大小在设计上应当因人而异,同一个规格是欠妥当的。
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(收稿日期:2010-02-02)
