股骨近端防旋髓内钉与股骨近端解剖型锁定钢板治疗股骨粗隆间骨折的生物力学研究*

郭 涛，张亚奎，张星火，岳 颖，曾纪州

(首都医科大学附属北京潞河医院，北京 通州区 101149)

股骨近端防旋髓内钉与股骨近端解剖型锁定钢板治疗股骨粗隆间骨折的生物力学研究*

郭 涛，张亚奎，张星火，岳 颖，曾纪州

(首都医科大学附属北京潞河医院，北京 通州区 101149)

摘 要:目的:分析股骨近端防旋髓内钉(PFNA)与股骨近端解剖型锁定钢板(ALP)内固定治疗股骨粗隆间骨折的生物力学作用。方法:选择2014年3月至2015年6月本院收治的股骨粗隆间骨折患者60例作为研究对象，根据手术方法不同将患者分为PFNA组和ALP组，分别行股骨近端防旋髓内钉固定术和股骨近端解剖型锁定钢板内固定术。观察并比较两组患者的术中出血量、手术时间、骨折愈合时间以及髋关节功能Harris的评分变化，并分析两种内固定方法的生物力学作用。结果:PFNA组手术时间、术中出血量、骨折愈合时间均少于ALP组，且PFNA组并发症的发生率低于ALP组，差异具有统计学意义(P＜0.05)。PFNA组轴向抗压刚度、破坏载荷均大于ALP组，而扭转刚度小于ALP组，差异具有统计学意义(P＜0.05)。结论:PFNA用于股骨粗隆间骨折具有更显著的临床效果，发挥更好的生物力学作用，具有重要的应用推广价值。

关键词:骨近端防旋髓内钉； 股骨近端解剖型锁定钢板； 股骨粗隆间骨折； 生物力学

Key words: PFNA； ALP； Intertrochanteric fracture of femur； Biomechanics

股骨粗隆间骨折(Intertrochanteric fracture of femur)是临床常见的髋部骨折，多数是由意外伤害、骨质疏松等引起的骨关节系统疾病[1]。目前，不稳定型股骨粗隆间骨折的治疗方案较多，其中非手术治疗要求患者长期卧床，增加了下肢肌肉废用性萎缩、褥疮、血栓形成、肺部感染等并发症的发生风险，而手术治疗能够提供内固定支撑，促进关节功能恢复，但由于股骨粗隆间的解剖结构复杂，力学特征显著，因此手术可能出现内固定不稳、移位等，最终导致内固定失败[2，3]。因此，选择安全性高、生物力学功能强的内固定方法对于提高手术效果具有重要意义。股骨近端解剖型锁定钢板(Anatomic proximal femoral locking plate，ALP)和股骨近端防旋髓内钉(Proximal femoral nail anti rotation，PFNA)是目前临床应用较广泛的内固定物[4，5]。但是目前关于这两种内固定物的生物力学研究较少，因此我们进行了相关试验，现将结果报告如下:

1 对象与方法

1.1研究对象:选择2014年3月至2015年6月本院收治的股骨粗隆间骨折患者60例作为研究对象，所有入选患者均行髋部X光检查，确诊为不稳定型股骨粗隆间骨折，排除合并其他部位骨折患者；排除合并关节炎、凝血功能障碍、严重心肝肾功能疾病等具有手术禁忌症患者。根据手术方法不同将患者分为两组，分别采用股骨近端防旋髓内钉固定术(PFNA组)与股骨近端解剖型锁定钢板内固定术(ALP组)治疗。其中，PFNA组30例患者，包括男13例，女17例；年龄59～69岁，平均年龄(61.38±4.19)岁；骨折原因:跌倒19例，车祸7例，坠落4例；Tronzo-Evans分型:Ⅱ型4例，Ⅲ型6例，Ⅳ型20例。ALP组30例患者包括男16例，女14例；年龄55～68岁，平均年龄(59.44±3. 87)岁；骨折原因:跌倒18例，车祸9例，坠落3例；Tronzo-Evans分型:Ⅱ型3例，Ⅲ型8例，Ⅳ型19例。两组患者的一般资料比较，差异无统计学意义(P＞0. 05)，具有可比性。

1.2手术方法

1.2.1股骨近端防旋髓内钉内固定术(PFNA组):患者取平卧位，全身麻醉，在C臂X光机透视下进行复位骨折。在大粗隆最高点外翻6度钻开骨皮质，置入定位导针，沿导针扩髓，在股骨颈纵轴中下1/3处为近端定位孔的位置，植入近端锁钉，锁定螺旋刀片。然后于远端定位孔打入远端锁钉。

1.2.2股骨近端解剖型锁定钢板内固定术(ALP组):患者取仰卧位，全身麻醉，在大腿近端外侧切口行骨折复位，用解剖钢板和克氏针固定股骨干外侧和股骨大粗隆，确定颈干角和前倾角，采用克氏针钻入，以3枚松质骨螺钉钻入股骨头颈内，取出克氏针，然后用皮质骨螺钉固定骨折远端。

1.2.3术后处理:两组患者术后24～48h拔除引流管。适当给予止痛、抗菌药物治疗，预防感染；给予抗生素治疗，预防静脉血栓形成。根据患者骨折类型、骨质疏松情况等决定下地负重时间，拍片复查，骨折愈合后完全行走。

1.3观察指标:观察并比较两组患者的术中出血量、手术时间、骨折愈合时间；采用Harris评分法评估髋关节功能:①Harris评分≥90分、髋关节屈曲正常、无跛行评为“优”；②80分≤Harris评分＜90分、髋关节屈曲略受限、无痛感评为“良”；③70分≤Harris评分＜80分、轻度跛行、少许疼痛评为“一般”；④Harris评分＜70分、跛行、疼痛明显评为“差”。优良率= (优+良) /总例数×100%。

1.4生物力学分析:利用计算机系统模拟单足站立体位，在额状面上使股骨体内收15度，在矢状面上使直径股骨体垂直，同时保持内旋度数为5度～10度。然后利用生物力学测试仪进行如下试验:①轴向压缩试验:调整加载的速度，使其保持在5mm/ min，直到1000N，或骨折端的轴向移位在10mm，试验重复3次；②扭转试验:通过自制夹将股骨近端固定，单足站立位固定于万能力学试验机上，同时沿着力线的轴向进行水平扭转，扭转的方向为股骨外旋，调整加载的速度使其保持在10度/ min，直至最大的扭矩达到2N.m，试验重复3次；③轴向压缩破坏试验:调整加载的速度为5mm/ min，并从0N开始，进行连续动态的加载。若股骨再次骨折、内固定变形、螺钉穿透股骨头或股骨颈，则认为内固定失败。

1.5统计学处理:采用SPSS19.0软件进行数据分析，计量资料用(±s)表示，组间比较采用两独立样本检验，计数资料用率描述，组间比较采用X2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1两组患者的手术情况比较:PFNA组手术时间、术中出血量、骨折愈合时间均优于ALP组，差异具有统计学意义(P＜0.05)。两组患者术后均出现髋内翻、下肢深静脉血栓、肺部感染以及内固定松动等并发症，但PFNA组患者并发症的发生率显著低于ALP组，差异具有统计学意义(P＜0.05)。两组患者的手术优良率差异亦有统计学意义(P＞0.05)。见表1。

表1　两组患者的手术效果比较

2.2两种内固定方法的生物力学测试结果比较:PFNA组的轴向抗压刚度、破坏载荷大于ALP组，而扭转刚度小于ALP组，差异具有统计学意义(P＜0.05)。见表2。

表2　两种内固定方法的生物力学性能比较(±s)

表2　两种内固定方法的生物力学性能比较(±s)

组别　例数　轴向压缩(N/ mm)扭转刚度(Nm/度)破坏载荷(N) ALP组　30　39.01±14.18　1.53±0.28 2188.56±212.32 PFNA组　30　126.48±12.05 1.06±0.07 3562.73±322.01 t或t'　20.872　16.891　16.735 P 0.001　0.003　＜0.001

3 讨 论

股骨粗隆间骨折是老年人群常见的骨折，保守治疗易发生肢体外旋、髋内翻、畸形、肌肉萎缩及骨质疏松等并发症[6]。由于老年人群骨质疏松、骨强度下降，常导致内固定不稳定，手术效果难以让人满意[7]。因此，选择合理的手术治疗方案对患者预后具有重要临床意义。

ALP允许钢板和骨皮质较少接触，较大限度的保护血运，术中不用塑型，可减少手术时间，通过螺钉与钢板的锁定，具有较好的支撑和防止旋转功能。但ALP为髓外固定装置，对骨质疏松患者以及不稳定型股骨粗隆骨折患者固定强度有限，内侧股骨距失去支撑，加大了螺钉与钢板锁定部位受力，降低支撑和防治旋转功能，容易导致股骨头塌陷、髋内翻、螺钉断裂等并发症，以致内固定失败。

PFNA是在PFN基础上开发的新型髓内固定系统，符合生物负重力线，可负担大部分股骨近端、内侧的负荷。PFNA作为股骨近端交锁髓内钉具有稳定支撑和抗旋转两重作用，能够使股骨头内的骨质保持较好的锚和力，减少断钉及钉尾处再骨折发生风险。有研究表明，PFNA能够缩短手术时间、减少术中出血量，尤其适用于不稳定骨折和骨质疏松患者。本研究结果显示，PFNA组和ALP组患者的手术优良率相当，说明两种方法治疗股骨粗隆间骨折均具有良好的临床效果。此外，PFNA组手术时间、术中出血量、骨折愈合时间以及并发症的发生率均显著低于ALP组(P＜0. 05)；同时两组患者的手术优良率无统计学差异(P＞0. 05)。结果说明，PFNA具有更高的手术安全性，这是因为PFNA避免了骨膜和软组织的剥离，降低了手术创伤，减少了术中出血量。PFNA使用单枚螺旋刀片，对松质骨起到压缩作用，骨量得以保留，因而增强了固定效果，具有较强的抗内翻畸形能力和抗旋转稳定性。PFNA属于轴心内固定，具有较好的抗内翻、抗旋转功能，接触面大、切割力小，骨量得到最大程度保留，且其微创理念的手术操作更有利于术后康复，而ALP属于偏心内固定，通过钉板系统加压、稳定、抗旋转，使骨折端紧密结合，但对骨折端破坏大、出血多，拉力螺钉把持力不高，不适于不稳定型股骨粗隆间骨折。

有研究表明，PFNA螺旋刀片其强度较其它交锁髓内钉大，能够承受的屈服应力更多，远端锁钉的固定减少了旋转应力，股骨颈螺旋形刀片的成角稳定性，和抗旋转能力对周围骨质的保持力较好，可以有效避免股骨头皮质切割，具有更好的旋转稳定性。本研究结果显示，PFNA组的轴向抗压刚度、破坏载荷大于ALP组，说明PFNA内固定的生物力学性能较好。我们分析原因是:粗隆下支撑作用下降，螺钉达到股骨头内能够与头内的压力骨小梁固定股骨颈头部，增强抗旋转能力，增大钉-骨道接触面积，当内侧皮质出现缺损时，应力主要通过髓内钉进行传导，因此髓内固定具有更好的生物力学优势。此外，本研究发现ALP组扭转刚度大于PFNA组，这可能与骨折的远近端距离有关，近端螺钉的成角具有稳定性，因而保持力强，能够防止骨折移位，而PFNA远端的螺钉距骨折平面的距离较远，因此降低了扭转刚度。

参考文献:

[1] Marcelo T E，Sandro P，Marcos P S. Functional recovery of elderly patients with surgically-treated intertrochanteric fractures: preliminary results of a randomised trial comparing the dynamic hip screw and proximal femoral nail techniques[J]. Injury，2014，14(5):S26～31.

[2] 王杰，马信龙，马剑雄，等.生物力学分析四种内固定治疗股骨转子下骨折的差异[J].中华骨科杂志，2013，33 (11):1126～1134.

[3] Sadic S，Custovic S，Jasarevic M，et al. Proximal femoral nail antirotation in treatment of fractures of proximal femur [J]. Medical Archives，2014，68(3):173～177.

[4] Chechik O，Amar E，Khashan M，et al. Favorable radiographic outcomes using the expandable proximal femoral nail in the treatment of hip fractures - A randomized controlled trial[J]. Orthop，2014，11(2):103～109.

[5] Pérez-Sáez MJ，Prieto-Alhambra D，Barrios C，et al. Increased hip fracture and mortality in chronic kidney disease individuals: The importance of competing risks[J]. Bone，2014，27(73C):154～159.

[6] Kim Y，Moon JK，Hwang KT，et al. Cementless bipolar hemiarthroplasty for unstable intertrochanteric fractures in octogenarians[J]. Acta Orthop Traumatol Turc，2014，48 (4):424～430.

[7] Kouzelis A，Kravvas A，Mylonas S，et al. Double axis cephalocondylic fixation of stable and unstable intertrochanteric fractures: early results in 60 cases with the veronail system [J]. Open Orthop，2014，24(8):60～68.

Biomechanical Study of PFNA and ALP on the Treatment of Intertrochanteric Femur Fracture

GUO Tao，ZHANG Yakui，ZHANG Xinghuo，et al
(Luhe Hospital Affiliated to Capital Medical University，Beijing Tongzhou District 101149，China)

Abstract:Objective: To investigate the clinical efficacy and biomechanical effects of the PFNA and ALP on the treatment of intertrochanteric femur fractures. Method:60 patients with intertrochanteric fractures in our hospital from March 2014 to June 2016 were selected as the research objects. According to the different operation，the patients were divided into the PFNA group and the ALP group，respectively. Then the operation time，blood loss，fracture healing time and Harris scores in the two groups were observed and compared，and the biomechanical effects of the two kinds of internal fixation methods were analyzed. Result: The operation time，blood loss and fracture healing time of PFNA group were less than those of the ALP group (P＜0. 05). The incidence of complications in the PFNA group was lower than that of the ALP group (P＜0.05). The axial compressive stiffness and failure load of the PFNA group were larger than those of the ALP group，and the torsional stiffness was smaller than that of the ALP group，There's statistically significant differences (P＜0.05). Conclusion: PFNA plays an important role in biomechanics of femoral intertrochanteric fractures with more remarkable clinical effects and application value.

文献标识码:B

doi:10.3969/ j.issn.1006-6233.2016.01.004

文章编号:1006-6233(2016)01-0010-04

*基金项目:北京市科学技术计划课题，(编号:Z141100004914008)