DHS与加压空心钉治疗股骨颈骨折的生物力学研究

郝江峰，王 东，孙海钰(山西医科大学第二临床医学院骨科，太原 030001)

股骨颈骨折好发于老年人，随着老年人口占总人口的比重进一步加大，股骨颈骨折总发病率也呈上升趋势。股骨颈骨折并发症如骨折不愈合、股骨头坏死是目前治疗的难点。如何治疗股骨颈骨折，并预防并发症的发生是目前临床上关注的热点。目前治疗股骨颈骨折的方法中，以DHS(动力髋螺钉)和加压空心钉的应用最为广泛，而这两种方法的优劣在临床应用中存在争议，本文通过生物力学方面研究两种固定材料的稳定性，为临床治疗提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 股骨颈骨折模型的制备

将树脂制成平均颈干角为127°的20具股骨模型，按人体股骨颈骨折时常见的pauwels 70°角用电锯截断，模拟常见的内收型股骨颈基底骨折。将10具股骨颈骨折模型在C臂X光透视下分别穿入3枚导针，3枚导针呈倒三角形(上2枚，下1枚)，将打好导针的模型用空心钉钻头括钉道并按导针方向拧入加压空心钉(本实验用空心钉为加压不锈钢空心螺钉，规格为7.3 mm×75 mm，苏州市康力骨科器械有限公司生产)。将剩余10具骨折模型在C臂X光透视下分别穿入1枚导针，位置确定良好后，将DHS植入(本实验用动力髋螺钉，拉力螺规格7.0 mm×85 mm，接骨板为5孔不锈钢板，苏州市康力骨科器械有限公司生产)。

1.2 生物力学性能测试

将用DHS与加压空心钉按实验要求固定好的模型在外侧大粗隆下方5 cm处以及内侧小粗隆下5 cm处用细砂纸打磨，打磨光滑后用乙醇清洗打磨过光滑的表面，待乙醇完全挥发后用502胶水将应变片分别粘贴在模型外侧大粗隆下方5 cm处以及内侧小粗隆下5 cm处(DHS因为钢板原因外侧面稍稍偏离股骨外侧正中线)。将粘贴好应变片的模型按股骨纵轴与垂线方向成15°角固定在微机控制电子万能实验机上(见图1)。将连接应变片的内外侧连线分别连接到应变力综合测试仪上，并在补偿连接端连接和实验模型做过同样处理的模型，作为应变的温度补偿。将模型在微机控制电子万能实验机上安置好后，调试机器在加载负荷为0的状态下模型与机器完全接触，分别在水平和垂直方向上安装千分表，读出水平和垂直方向千分表的原始读数并记录。试验时以线性载荷0-500 N分级加载，加载速度为100 N/min。模拟站力时股骨负重力线加载，股骨纵轴与垂线成15°角，每加载100 N时机器暂停加载，并读出此时千分表上的水平位移读数、垂直位移读数并记录，一直到500 N时结束加载。将模型取下换新模型继续试验，依次将所有试验模型全部按此方法试验并记录数据。在暂停读千分表数据的同时，在应变力综合测试仪上读出内外侧的应变数据并记录。根据载荷下的垂直位移以及断面张开角(α)=arctan△y/L可间接计算出断面张开角。具体计算方法见图2。

图1 生物力学测试装置示意Figure 1 Diagram of biomechanics measurement instruments

图2 断面张开角的计算Figure 2 Diagram of calculating opening angle

1.3 统计学分析

采用SPSS19.0统计软件进行统计分析 ，计量资料的描述以±s表示，组间比较采用成组资料的t检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

在500 N载荷下，2种内固定材料在水平位移、垂直位移、内外侧应力、断面张开角的测量结果见表1。经统计学分析，两组的各指标之间的差异有统计学意义(P＜0.05)。2种材料中，上2枚、下1枚呈倒三角结构排列的加压空心钉固定方式在载荷下水平位移、垂直位移以及断面张开角都比DHS固定方式小，差异显著(P＜0.05)，内外侧的应变也比DHS固定方式小，说明三枚加压空心钉呈倒三角固定结构比DHS固定股骨颈骨折更牢固。

3 讨论

股骨颈由于其解剖的特殊性，骨折发生后股骨头的髓内血流灌注遭到损害，同时随着关节内压增高，关节囊血供也遭不同破坏，因此股骨颈骨折发生后骨折不愈合与股骨头坏死几率也明显升高，这为治疗方面提出了更高的要求。早期在治疗股骨颈骨折的方法中，常选用SPN(三翼钉)，但是在临床实践中，股骨颈骨折固定后发生再移位的失败率高达50%［1］，随着内固定材料的发展，目前治疗股骨颈骨折临床上最常用的是DHS与加压空心钉，加压空心钉更符合股骨颈的生物力学特点［2］，固定更稳定。目前临床上普遍认同使用三枚加压空心钉治疗股骨颈骨折。三枚加压空心钉在生物力学实验方面的稳定性以及临床实践上都有研究［3，4］。特别是近年来经皮空心钉治疗股骨颈骨折在临床上也广泛应用，采用经皮空心钉治疗股骨颈骨折，相对于切开内固定方法，本法有更多优点［5］。目前通常选用三枚空心螺钉治疗股骨颈骨折方面已成为骨科医师的共识，特别是三枚空心的空间布局也有相关研究，在这方面有学者已经做过相关的生物力学实验并得出结论，倒三角结构即上2枚下一枚比正三角上1枚下2 枚在稳定性上更好［6］。

表1 500 N载荷下各组的生物力学指标测试结果(±s)Table 1 Biomechanics measurements when exerting a load of 500 N in microcomputer control electronic universal testing machine(±s)

表1 500 N载荷下各组的生物力学指标测试结果(±s)Table 1 Biomechanics measurements when exerting a load of 500 N in microcomputer control electronic universal testing machine(±s)

与DHS比较，*P＜0.05

组别 外侧平均应变/με 内侧平均应变/με 水平位移X/mm 垂直位移Y/mm 断面张开角/(°)加压空心钉组 2 325±40* -3 545±58* 1.134±0.030* 1.914±0.051* 3.154±0.078*DHS组 2 665±42 -4 090±61 1.311±0.027 2.125±0.039 3.342±0.059

正常人体站立时，人体的上半身重力量通过髋臼作用于股骨头上。当股骨颈骨折时，作用于股骨头上的负重几乎全部靠内固定来承担，这样内固定材料的稳定性就决定了股骨颈骨折端的稳定，股骨颈横断面近似于一个倒三角形，或者更接近于倒立的梯形，这样三枚螺钉的倒三角结构固定股骨颈骨折比DHS单一的依靠拉力螺钉固定股骨颈骨折更稳定，一枚拉力螺钉的防旋转能力相比三枚加压空心钉的防旋转能力就有差距，这点通过实验得出的水平方向的位移和垂直方向的位移以及断面张开角等方面的生物力学数据就能看出来，三枚空心螺钉呈倒三角结构比起DHS固定股骨颈骨折更为稳定。

骨折发生时，如何能最大限度地避免破坏骨折端的血运，是治疗和预防骨折术后并发症的一个重要因素，三枚空心钉特别是经皮加压股骨颈骨折在这方面比起DHS优势很明显，经皮空心钉仅依靠影像仪器就可以准确地复位骨折并定位内固定材料位置，几乎达到了无创的水准，而DHS定位拉力钉可以采取空心钉植入的方式，但是接骨板的植入就必须清楚地暴露股骨，行这类手术的创伤也就不可避免了。股骨颈骨折好发于年老体弱患者，多合并有各种内科疾病。术中的创伤大大降低，可最大限度地避免患者术后发生严重心肺脑或其他器官并发症，从这点看，三枚加压空心钉治疗股骨颈骨折的优势也很明显。

本实验通过在股骨模型进行的生物力学测定，得出了通过3枚加压空心钉呈倒三角结构治疗股骨颈骨折相对于DHS治疗股骨颈骨折更稳定，为今后在临床选择合理的内固定材料治疗股骨颈骨折提供了生物力学理论依据，从而依靠稳定的内固定材料及方式减少并发症发生的几率。

［1］ 陆裕扑，胥少汀，葛宝丰，等.实用骨科学［M］.北京:人民军医出版社，1991:640.

［2］ 胡孔足，卜海富.空心螺纹钉治疗股骨颈骨折的滑动加压原理［J］.临床骨科杂志，2004，7(4):370-372.

［3］ 陈家禄，彭昊，刘莉，等.股骨颈骨折内固定生物力学对比及疗效分析［J］.骨与关节损伤杂志，1999，14(5):309-310.

［4］ 危杰，毛玉江，贾正中.中空加压螺丝钉治疗新鲜股骨颈骨折212 例［J］.中华创伤杂志，2000，16(3):142-144.

［5］ 苟凌云，冯穗，郑红波.经皮空心钉内固定治疗股骨颈骨折［J］.广西医学，2007，29(5):682-683.

［6］ 胡丹，范卫民.不同布局空心螺钉治疗股骨颈骨折的生物力学差异［J］.江苏医药，2005，31(9):646-648.