中空植骨式动力髋螺钉固定并促进股骨颈骨折愈合

沈佳祚，练克俭，林达生，李林，李强，张栋，齐鹏

（中国人民解放军第一七五医院全军骨科中心，厦门大学附属东南医院，福建 漳州 363000）

青壮年股骨颈骨折多为高能量损伤，如交通事故、高处坠落伤等［1］。临床上治疗方法从Smith－Petersen开始应用三翼钉作为内固定治疗股骨颈骨折以来，内固定材料超过100余种。目前的治疗方法倾向于闭合复位空心钉内固定［2－5］以及切开复位动力髋螺钉内固定［2，6，7］，但这些治疗方法易发生螺钉切出［8，9］及骨折延迟愈合、不愈合（约占15%）甚至股骨头坏死（占20%～30%）等［10］不良后果，这些年来其治疗方法未见明显突破，故至今被称之为骨科尚未解决的骨折。

本课题研究的主要目的在于设计一种新的内固定材料，在牢固固定股骨颈骨折端的同时，可以行髓内减压、自体植骨，较常规内固定材料能够减少骨延迟愈合、不愈合及骨坏死的发生，希望通过本动物实验研究能够为临床开展新的治疗方法起到一个良好的指导与借鉴作用。

1 资料与方法

1.1 中空钉的设计 作者设计中空钉，与厦门大博颖精医疗器械有限公司合作生产出实验成品，并为此我们获取了专利。本中空钉采用钛合金制作而成，分三部分：头端带螺纹、中间带扇叶窗口和尾端插入角钢板（见图1）。头部螺纹部分带孔隙，可在固定股骨头的同时进行髓内减压，中间扇叶窗口内部可植骨在骨折端，髓内减压并促进骨折愈合。

图1 左侧中空钉与右侧普通钉

1.2 动物模型与分组 所有实验动物均得到实验动物使用机构认可和动物保护法批准。8只8～10个月实验山羊雌雄各半，40～50kg／只，随机分成两组，进行为期1周的适应性饲养。行实验动物双髋SCT三维模型重建后，在动物实验室股骨颈骨折模型均得到成功制作，右侧为中空钉组，左侧为普通钉组。

1.3 手术方法及术后护理 所有实验动物均为第一作者在基础麻醉下进行，麻醉药物为速眠新0.1mL／kg和盐酸氯胺酮0.1mL／kg，肌肉注射。取髋关节 Watson－Jones手术切口，依次分离皮下结缔组织及肌肉，显露大转子及髋关节囊，切开关节囊暴露股骨颈。电动摆锯锯断股骨颈造成颈中型骨折，骨折间隙为0.5mm，取1枚直径2.5mm的Kischner针，固定两骨折端并进行术中透视，避免穿透股骨颈。使用相同方法行双侧股骨颈造模后，取一侧髂骨植骨于中空钉内部，右侧行中空钉固定，左侧行普通钉固定，术毕造模成功。术后所有山羊均行常规护理，独立饲养5d后混合放养。常规肌肉注射青霉素（80万单位），持续7d防止术后感染。

1.4 影像学评价 术后6、12周8只山羊分别行双侧髋关节正侧位X线片及CT扫描，对张力侧及压力侧骨密度、骨小梁容积百分比及骨折愈合评价，其中骨密度检测为股骨颈螺旋CT连续扫描，然后用专用程序自动分析计算骨密度；计算骨小梁容积百分比用螺旋CT容积测量软件进行，骨小梁容积百分比Vp＝Vt／（Vt＋Vm）×100%，Vt为所选择股骨颈容积范围内骨小梁容积值，Vm为所选择股骨颈容积范围内非骨小梁容积值。X线拍摄电压为150kV，时间为1s，电流为100 mA，管球距离均是80cm。CT使用德国Simens Somatom Sensation64CT2007螺旋CT机，拍摄电压为120kV，电流为180 mA，准直0.6mm×64，显示野368mm×4，层厚3mm，层间距3mm，螺距0.9，重建层厚0.75mm，间隔0.75mm。

1.5 髋关节活动度评价 术后6、12周8只山羊分别行双侧髋关节前屈、后伸、内收、外展、旋内、旋外最大活动角度检查，定义术前山羊双后肢自然站立位为中立位，每次测量3次取平均值。

1.6 统计学分析 数据采用SPSS 16.0统计学软件分析，两样本定量资料服从正态分布且方差齐性则采用t检验，以P＜0.05代表结果有统计学意义。

2 结 果

2.1 影像学评价 术后6周X线片及CT图像可见，中空钉组骨折端可见扇叶窗口内部少量自体骨与骨折线周围骨连接，双侧骨折线仍可见。骨小梁容积百分比中空钉组较普通钉组含量高，中空钉组为（0.891±0.014）%，普通钉组为（0.763±0.023）%，P＜0.001；骨密度中空钉组骨折线处较普通钉固定侧密度高，中空钉组的张力侧为（138.68±2.58）mg／mL，压力侧为（139.46±2.11）mg／mL，普通钉组张力侧为（135.16±2.27）mg／mL，压力侧为（136.22±2.16）mg／mL，P＜0.05，见表1。术后12周X线及CT图像可见，中空钉组骨折线模糊，可见扇叶窗口内部大量自体骨与周围骨连接，骨小梁容积百分比中空钉组较6周时明显增多且较同期普通钉组明显增高；中空钉组为（0.966±0.021）%，普通钉组为（0.835±0.037）%，P＜0.05。骨密度较6周明显偏高，普通钉组骨折线仍隐约可见，但骨密度较同期中空钉组偏低；骨密度中空钉组的张力侧（145.33±1.37）mg／mL，压力侧（148.25±2.14）mg／mL，普通钉组张力侧（141.73±2.26）mg／mL，压力侧（143.53±3.71）mg／mL，P＜0.05，见表1。影像学资料见图2～8。

表1 术后6周及12周股骨颈骨折线处骨小梁容积百分比及骨密度表（±s）

表1 术后6周及12周股骨颈骨折线处骨小梁容积百分比及骨密度表（±s）

时 间 组 别 骨小梁容积百分比（%）骨密度（mg／mL）0.891±0.014 138.68±2.58 139.46±2.11普通钉组 0.763±0.023 135.16±2.27 136.22±2.16 P值 ＜0.001 ＜0.05 ＜0.05术后12周组 中空钉组 0.966±0.021 145.33±1.37 148.25±2.14普通钉组 0.835±0.037 141.73±2.26 143.53±3.71 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05注：P＜0.05代表差异有统计学意义；P＜0.001代表差异有显著统计学意义。张力侧 压力侧术后6周组 中空钉组

图2 实验山羊股骨颈骨折术前X线片

图3 实验山羊股骨颈骨折术后6周正位X线片

图4 实验山羊股骨颈骨折术后6周侧位X线片

2.2 髋关节活动角度评价 术后6周所有山羊双侧髋关节活动度均较术前降低，而普通钉组降低程度比中空钉组降低明显，中空钉组恢复程度较普通钉组好（P1＜0.05）；术后12周髋关节各项活动度较术后6周有所增加，髋关节活动度逐渐恢复到术前水平，相比同期中空钉组较普通钉组恢复程度好（P2＜0.05，见表2）。

3 讨 论

图5 实验山羊股骨颈骨折术后6周CT

图6 实验山羊股骨颈骨折术后12周正位X线片

图7 实验山羊股骨颈骨折术后12周侧位X线片

图8 实验山羊股骨颈骨折术后12周CT

青壮年股骨颈骨折多为高能量损伤，如交通事故伤、高处坠落伤等［1］。众所周知，股骨颈因其特殊的解剖结构，骨折后容易发生延迟愈合、不愈合甚至股骨头坏死等不良后果，部分学者认为其主要因素与延迟入院、意识上的忽视、医院缺乏设备、对骨折的重视程度不够［11，12］以及骨折复位的质量及手术时间密切相关［1］，而据国内外学者统计骨折不愈合占15%左右，股骨头坏死占20%～30%［10］。其治疗原则是早期准确的复位，牢固的固定，早期离床活动，减少因长期卧床带来的各种并发症［13］。手术治疗方法主要分闭合复位、切开复位内固定及植骨术等［14－15］，常见内固定材料有单钉类、多钉类、滑动钢板及DHS、可吸收内固定类以及植骨术及截骨术等［16－23］，均存在优缺点，至今效果仍不理想。

表2 术后6周及12周双侧髋关节活动角度比较±s，°）

表2 术后6周及12周双侧髋关节活动角度比较±s，°）

时 间 组 别 前 屈 后 伸 内 收 外 展 旋 内 旋 外71±2 40±4 18±7 35±3 25±2 20±3术后6周组 中空钉组 67±5 35±3 15±2 27±3 19±5 16±3普通钉组 61±2 30±1 10±4 22±3 13±2 12±2 P1值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05术后12周组 中空钉组 70±3 41±5 18±4 34±4 23±3 19±2普通钉组 63±4 35±3 13±2 28±3 18±2 14±4 P2值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05注：P1值代表术后6周中空钉组与普通钉组统计结果；P2值代表术后12周中空钉组与普通钉组统计结果。术前

作者认为，青壮年骨折延迟愈合、不愈合、股骨头坏死，除与骨折的类型、受伤到手术的时间、骨折复位的程度、内固定的质量等因素密切相关外，还与骨折局部是否有良好的骨质爬行替代、髓内压是否能得到有效的减压、骨折局部血运是否能够得到有效的重建有关。鉴于此，课题组设计并与厦门大博颖精医疗器械有限公司合作生产出了本中空钉（为常规动力髋螺钉的改进）并进行了动物实验研究。通过动物实验研究发现，中空钉较普通钉在固定骨折端的同时，能够通过螺纹上的孔隙与螺钉中间扇叶窗口进行髓内减压并行自体植骨，一定程度上促进了骨折端骨质的爬行替代，促进了骨折局部骨小梁的形成，增加了骨密度，从而促进了骨折的愈合，减轻了髋部疼痛及肌肉痉挛，增加了髋关节活动度。

比较普通钉与中空钉后认为，普通钉固定骨折端后虽存在持续加压作用，但其并发症也较高，最常见的有髋内翻畸型、螺钉割裂股骨头颈、钢板螺钉松动、断裂等［8，9］，易引起股骨头、股骨颈内骨小梁的破坏而加重骨缺血，远期股骨头坏死率偏高。而中空钉同样带有螺纹、尾端锁定钉及角钢板可以起到持续加压作用，但螺纹上存在独特的孔隙可进行持续髓内减压，螺钉中间扇叶状窗口亦可减压及所植骨可以与骨折端相连接，使密闭的髓腔开放，降低骨内压及骨髓水肿，减轻供应股骨头的营养血管痉挛并增加静脉回流改善局部微循环，促进骨小梁形成，增加骨密度及骨质爬行替代，一定程度上缩短了骨折愈合的时间。目前存在的不足为一旦骨折愈合中空钉将无法取出，同时与其他内固定物同样存在电解反应、过敏反应等。

作者认为，中空钉内部不但可以自体植骨，还可以在窗口近骨折端进行药物、生长因子注射及骨髓间充质干细胞植入等［25－28］，进一步促进骨折的愈合，在中空钉材料方面可以采用可吸收材料及多孔钽等。为此，我们还需要更深入的研究。

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