引用本文： 江偉, 劉躍洪, 楊靈, 徐巍, 劉樹平, 張德盛, 陳曦, 汪紅. 股骨近端鎖定鋼板與Gamma3治療穩定型股骨轉子間骨折的生物力學比較研究. 中國修復重建外科雜志, 2014, 28(9): 1096-1099. doi: 10.7507/1002-1892.20140239 復制
股骨轉子間骨折多見于老年患者，平均發病年齡為75歲，隨著社會老齡化發展，其發病率呈上升趨勢，積極手術治療已成為共識[1-2]。Gamma3與股骨近端鎖定鋼板均在臨床廣泛使用，本研究旨在通過比較二者固定穩定型股骨轉子間骨折的生物力學特性，以期為臨床選擇內固定方式提供理論依據。
1 材料與方法
1.1 實驗標本及分組
選取形態、大小近似的5對防腐股骨標本，由四川大學華西醫學中心解剖教研室提供。所有股骨標本經X線片檢查排除隱匿性骨折、腫瘤、畸形及各種骨缺損等病變，以避免個體差異及其他因素可能引起的誤差。標本隨機配對分為A、B組（n=5），A組為Gamma3固定組，B組為股骨近端鎖定鋼板固定組。
1.2 股骨轉子間骨折模型制備及骨折固定
股骨標本于0～40°冰箱儲存，使用前室溫自然解凍，實驗過程中注意保濕，避免脫水造成骨強度降低。根據國際內固定研究協會（AO/ASIF）股骨轉子間骨折分型標準，建立31A1.1型骨折模型，去除附著于股骨的軟組織，用電鋸沿股骨轉子間線斜行截斷，A組按Gamma釘標準操作步驟使用Gamma3（Stryker公司，美國）固定，B組使用股骨近端鎖定鋼板（蘇州蘇南捷邁得有限責任公司）固定。兩組標本均切除股骨遠端，長度保持為30 cm。
1.3 生物力學檢測
1.3.1 軸向壓縮試驗和破壞試驗
采用Instron 8874力學測試機（Instron公司，美國）進行測試。取兩組標本，模擬人單足站立的生理負重受力狀態，使用自制夾具固定，冠狀位保持內收25°，矢狀位保持中立位。首先以400 N加載標本2次，消除蠕變、松弛等時間效應影響，然后持續以0.5 mm/min速度加壓，至出現屈服現象為止，記錄載荷、位移數據并繪制載荷-位移曲線；根據載荷-位移曲線斜率計算軸向剛度，由于國人成人體重基本在1 200 N載荷范圍內（據《2010年國民體質監測公報》），故本實驗選擇在1 200 N載荷時計算兩組標本的軸向剛度。屈服現象根據力學測試機連接的計算機實時監控所描繪的載荷-位移曲線判斷，一旦出現曲線非線性改變并急劇轉折則為屈服現象，并以此轉折點為屈服點；記錄兩組最大屈服載荷值。見圖 1 a。
圖1
生物力學試驗?軸向壓縮試驗?扭轉試驗??圖 2兩組標本載荷-位移曲線
Figure1.
Biomechanical test ?Axial compression test ?Torsion test ??Fig. 2 Load-displacement curve of 2 groups
1.3.2 扭轉試驗
取兩組標本，股骨頭用牙托粉固定，并用夾具與力學測試機相連，保持股骨頸與力學測試機轉軸在同一直線，股骨遠端用自制夾具固定，以0.5 N·m/s速度加載扭轉，記錄扭轉角分別為0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5°時的扭矩，并按以下公式計算扭轉剛度，扭轉剛度=施加的扭矩/扭轉角；在彈性變范圍內取2.0°扭轉角時計算扭轉剛度。見圖 1b。
1.4 統計學方法
采用SPSS11.5統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，組間比較采用t檢驗；組內比較采用方差分析，兩兩比較采用SNK檢驗；檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 軸向壓縮試驗
兩組載荷-位移曲線基本呈一直線（圖 2）。A、B組軸向剛度分別為（621.00±36.48）N/mm和（542.55±46.94）N/mm，比較差異有統計學意義（t=3.648，P=0.036）。
2.2 破壞試驗
A、B組最大屈服載荷值分別為（4 394.82±450.37）N和（2 987.54±112.14）N，差異有統計學意義（t=5.433，P=0.032）。在負荷屈服載荷后，A組主要表現為股骨再骨折、內固定物及骨界面松動致固定失效，但Gamma3無明顯彎曲、斷裂等現象；其中發生在股骨頭、頸界面松動1例，轉子間區域界面松動3例，遠端鎖定釘處劈裂骨折1例。B組主要表現為近端鎖定螺釘彎曲、斷裂，其中出現近端鎖定螺釘彎曲3例；近端鎖定螺釘斷裂2例，斷裂主要發生于釘板結合處，其中1例1枚鎖定螺釘斷裂、2枚螺釘彎曲變形，1例2枚鎖定螺釘斷裂、1枚螺釘彎曲變形。B組內固定物和骨界面松動現象不如A組明顯。
2.3 扭轉試驗
兩組標本隨扭轉角增加，扭矩逐漸升高，組內各扭轉角間比較差異均有統計學意義（P < 0.05）。B組各扭轉角相應扭矩均大于A組，但差異無統計學意義（P > 0.05）。見表 1。A、B組扭轉剛度分別為（1.78±0.16）N·mm/deg和（2.01±0.08）N·mm/deg，差異無統計學意義（t=—3.833，P=0.162）。
表1
兩組各扭轉角相應扭矩比較（n=5，N·m，3 討論
據統計，股骨轉子間骨折發病率日益增加，約占髖關節骨折的45%，主要原因為外傷及骨質疏松[3-4]。由于患者多為高齡，保守治療易導致褥瘡、下肢深靜脈血栓形成、墜積性肺炎等并發癥，患者1年內死亡率較高。魯英等[5]報道股骨轉子間骨折保守治療組死亡率較手術治療組高4.5倍。因此，應將股骨轉子間骨折的堅強內固定和患者早期活動作為標準治療方法[6]。
目前治療股骨轉子間骨折的內固定系統主要分為髓內固定系統和髓外固定系統，Gamma3為髓內固定系統代表之一，因其具有微創、并發癥少、療效較好等優點而被廣泛應用[7-9]，但價格昂貴；髓外固定系統中，股骨近端鎖定鋼板由于結合了微創內固定系統（less invasive stabilization system，LISS）和點接觸鋼板的優點[10]，近年臨床應用日益增多，也取得了一定療效[11-12]。既往研究顯示，由于Gamma3為髓內固定，其力臂較短，具有顯著的生物力學優勢[13-14]。本研究結果也表明，Gamma3固定組的軸向剛度及最大屈服載荷值明顯高于股骨近端鎖定鋼板固定組，且差異有統計學意義。但本實驗選擇的31A1.1型骨折，后內側結構完整，可對骨折固定后股骨提供良好力學支撐，因而股骨近端鎖定鋼板固定組的軸向剛度及最大屈服載荷雖較Gamma3固定組低，但就人體生物力學及其力學環境而言，骨折所需內固定并不需要剛度最高的內固定[15]。Rydell[16]的研究提示，按平均體重70 kg計算，人體在獨立行走時股骨上端承受的載荷為2 450 N，在床上活動時為1 400 N，故而股骨近端鎖定鋼板固定組的最大屈服載荷足以滿足穩定型股骨轉子間骨折術后早期活動的要求。破壞試驗發現，Gamma3固定組主要出現股骨再骨折、內固定物及骨界面松動致固定失效，Gamma3系統無明顯彎曲、斷裂等現象，這可能與Gamma3系統剛度與股骨剛度差異較大有關。Norris等[17]臨床研究也發現，Gamma釘治療股骨轉子間骨折有相對較高的再骨折率。股骨近端鎖定鋼板固定組則主要出現內固定物內的鎖定螺釘彎曲甚至斷裂，但無再骨折，提示相較Gamma3而言，不銹鋼制作的股骨近端鎖定鋼板剛度與股骨剛度更接近，應力遮擋可能更小，但也不排除與本次實驗標本量較少有關。
正常生理載荷下，股骨頭存在偏心負荷，因而需承擔一定程度的扭轉應力[18]，而股骨近端鎖定鋼板結合了LISS和點接觸鋼板的優點，一方面鋼板和股骨接觸面減小，更好地保護了股骨血供；另一方面由于鋼板螺釘鎖定而形成成角穩定，使用3枚鎖定螺釘從不同角度固定股骨頭頸部，鎖定鋼板與鎖定螺釘之間形成一力學傳導整體，符合股骨近端既需要糾正旋轉力又需要承重的要求，三維固定后其抗拔出及抗旋轉力較強[19]。本實驗中，股骨近端鎖定鋼板的扭轉剛度和Gamma3比較差異雖無統計學意義，但相同扭轉角的扭矩、扭轉剛度均高于Gamma3。此外，Gamma釘在合并大轉子嚴重粉碎性骨折時植入主釘易造成分離移位[20]，而股骨近端鎖定鋼板近端為解剖型，與股骨大轉子有較好的貼合度，且為三維固定，因此對于固定合并大轉子骨折的穩定型股骨轉子間骨折具有一定優勢。
綜上述，股骨近端鎖定鋼板與Gamma3治療31A1.1型穩定型股骨轉子間骨折均具有良好的生物力學性能，能滿足微創、堅強內固定、早期活動的要求。但因本研究樣本量較少、防腐股骨標本與活體股骨存在差異等缺陷，結論有待進一步研究明確。
股骨轉子間骨折多見于老年患者，平均發病年齡為75歲，隨著社會老齡化發展，其發病率呈上升趨勢，積極手術治療已成為共識[1-2]。Gamma3與股骨近端鎖定鋼板均在臨床廣泛使用，本研究旨在通過比較二者固定穩定型股骨轉子間骨折的生物力學特性，以期為臨床選擇內固定方式提供理論依據。
1 材料與方法
1.1 實驗標本及分組
選取形態、大小近似的5對防腐股骨標本，由四川大學華西醫學中心解剖教研室提供。所有股骨標本經X線片檢查排除隱匿性骨折、腫瘤、畸形及各種骨缺損等病變，以避免個體差異及其他因素可能引起的誤差。標本隨機配對分為A、B組（n=5），A組為Gamma3固定組，B組為股骨近端鎖定鋼板固定組。
1.2 股骨轉子間骨折模型制備及骨折固定
股骨標本于0～40°冰箱儲存，使用前室溫自然解凍，實驗過程中注意保濕，避免脫水造成骨強度降低。根據國際內固定研究協會（AO/ASIF）股骨轉子間骨折分型標準，建立31A1.1型骨折模型，去除附著于股骨的軟組織，用電鋸沿股骨轉子間線斜行截斷，A組按Gamma釘標準操作步驟使用Gamma3（Stryker公司，美國）固定，B組使用股骨近端鎖定鋼板（蘇州蘇南捷邁得有限責任公司）固定。兩組標本均切除股骨遠端，長度保持為30 cm。
1.3 生物力學檢測
1.3.1 軸向壓縮試驗和破壞試驗
采用Instron 8874力學測試機（Instron公司，美國）進行測試。取兩組標本，模擬人單足站立的生理負重受力狀態，使用自制夾具固定，冠狀位保持內收25°，矢狀位保持中立位。首先以400 N加載標本2次，消除蠕變、松弛等時間效應影響，然后持續以0.5 mm/min速度加壓，至出現屈服現象為止，記錄載荷、位移數據并繪制載荷-位移曲線；根據載荷-位移曲線斜率計算軸向剛度，由于國人成人體重基本在1 200 N載荷范圍內（據《2010年國民體質監測公報》），故本實驗選擇在1 200 N載荷時計算兩組標本的軸向剛度。屈服現象根據力學測試機連接的計算機實時監控所描繪的載荷-位移曲線判斷，一旦出現曲線非線性改變并急劇轉折則為屈服現象，并以此轉折點為屈服點；記錄兩組最大屈服載荷值。見圖 1 a。
圖1
生物力學試驗?軸向壓縮試驗?扭轉試驗??圖 2兩組標本載荷-位移曲線
Figure1.
Biomechanical test ?Axial compression test ?Torsion test ??Fig. 2 Load-displacement curve of 2 groups
1.3.2 扭轉試驗
取兩組標本，股骨頭用牙托粉固定，并用夾具與力學測試機相連，保持股骨頸與力學測試機轉軸在同一直線，股骨遠端用自制夾具固定，以0.5 N·m/s速度加載扭轉，記錄扭轉角分別為0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5°時的扭矩，并按以下公式計算扭轉剛度，扭轉剛度=施加的扭矩/扭轉角；在彈性變范圍內取2.0°扭轉角時計算扭轉剛度。見圖 1b。
1.4 統計學方法
采用SPSS11.5統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，組間比較采用t檢驗；組內比較采用方差分析，兩兩比較采用SNK檢驗；檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 軸向壓縮試驗
兩組載荷-位移曲線基本呈一直線（圖 2）。A、B組軸向剛度分別為（621.00±36.48）N/mm和（542.55±46.94）N/mm，比較差異有統計學意義（t=3.648，P=0.036）。
2.2 破壞試驗
A、B組最大屈服載荷值分別為（4 394.82±450.37）N和（2 987.54±112.14）N，差異有統計學意義（t=5.433，P=0.032）。在負荷屈服載荷后，A組主要表現為股骨再骨折、內固定物及骨界面松動致固定失效，但Gamma3無明顯彎曲、斷裂等現象；其中發生在股骨頭、頸界面松動1例，轉子間區域界面松動3例，遠端鎖定釘處劈裂骨折1例。B組主要表現為近端鎖定螺釘彎曲、斷裂，其中出現近端鎖定螺釘彎曲3例；近端鎖定螺釘斷裂2例，斷裂主要發生于釘板結合處，其中1例1枚鎖定螺釘斷裂、2枚螺釘彎曲變形，1例2枚鎖定螺釘斷裂、1枚螺釘彎曲變形。B組內固定物和骨界面松動現象不如A組明顯。
2.3 扭轉試驗
兩組標本隨扭轉角增加，扭矩逐漸升高，組內各扭轉角間比較差異均有統計學意義（P < 0.05）。B組各扭轉角相應扭矩均大于A組，但差異無統計學意義（P > 0.05）。見表 1。A、B組扭轉剛度分別為（1.78±0.16）N·mm/deg和（2.01±0.08）N·mm/deg，差異無統計學意義（t=—3.833，P=0.162）。
表1
兩組各扭轉角相應扭矩比較（n=5，N·m，3 討論
據統計，股骨轉子間骨折發病率日益增加，約占髖關節骨折的45%，主要原因為外傷及骨質疏松[3-4]。由于患者多為高齡，保守治療易導致褥瘡、下肢深靜脈血栓形成、墜積性肺炎等并發癥，患者1年內死亡率較高。魯英等[5]報道股骨轉子間骨折保守治療組死亡率較手術治療組高4.5倍。因此，應將股骨轉子間骨折的堅強內固定和患者早期活動作為標準治療方法[6]。
目前治療股骨轉子間骨折的內固定系統主要分為髓內固定系統和髓外固定系統，Gamma3為髓內固定系統代表之一，因其具有微創、并發癥少、療效較好等優點而被廣泛應用[7-9]，但價格昂貴；髓外固定系統中，股骨近端鎖定鋼板由于結合了微創內固定系統（less invasive stabilization system，LISS）和點接觸鋼板的優點[10]，近年臨床應用日益增多，也取得了一定療效[11-12]。既往研究顯示，由于Gamma3為髓內固定，其力臂較短，具有顯著的生物力學優勢[13-14]。本研究結果也表明，Gamma3固定組的軸向剛度及最大屈服載荷值明顯高于股骨近端鎖定鋼板固定組，且差異有統計學意義。但本實驗選擇的31A1.1型骨折，后內側結構完整，可對骨折固定后股骨提供良好力學支撐，因而股骨近端鎖定鋼板固定組的軸向剛度及最大屈服載荷雖較Gamma3固定組低，但就人體生物力學及其力學環境而言，骨折所需內固定并不需要剛度最高的內固定[15]。Rydell[16]的研究提示，按平均體重70 kg計算，人體在獨立行走時股骨上端承受的載荷為2 450 N，在床上活動時為1 400 N，故而股骨近端鎖定鋼板固定組的最大屈服載荷足以滿足穩定型股骨轉子間骨折術后早期活動的要求。破壞試驗發現，Gamma3固定組主要出現股骨再骨折、內固定物及骨界面松動致固定失效，Gamma3系統無明顯彎曲、斷裂等現象，這可能與Gamma3系統剛度與股骨剛度差異較大有關。Norris等[17]臨床研究也發現，Gamma釘治療股骨轉子間骨折有相對較高的再骨折率。股骨近端鎖定鋼板固定組則主要出現內固定物內的鎖定螺釘彎曲甚至斷裂，但無再骨折，提示相較Gamma3而言，不銹鋼制作的股骨近端鎖定鋼板剛度與股骨剛度更接近，應力遮擋可能更小，但也不排除與本次實驗標本量較少有關。
正常生理載荷下，股骨頭存在偏心負荷，因而需承擔一定程度的扭轉應力[18]，而股骨近端鎖定鋼板結合了LISS和點接觸鋼板的優點，一方面鋼板和股骨接觸面減小，更好地保護了股骨血供；另一方面由于鋼板螺釘鎖定而形成成角穩定，使用3枚鎖定螺釘從不同角度固定股骨頭頸部，鎖定鋼板與鎖定螺釘之間形成一力學傳導整體，符合股骨近端既需要糾正旋轉力又需要承重的要求，三維固定后其抗拔出及抗旋轉力較強[19]。本實驗中，股骨近端鎖定鋼板的扭轉剛度和Gamma3比較差異雖無統計學意義，但相同扭轉角的扭矩、扭轉剛度均高于Gamma3。此外，Gamma釘在合并大轉子嚴重粉碎性骨折時植入主釘易造成分離移位[20]，而股骨近端鎖定鋼板近端為解剖型，與股骨大轉子有較好的貼合度，且為三維固定，因此對于固定合并大轉子骨折的穩定型股骨轉子間骨折具有一定優勢。
綜上述，股骨近端鎖定鋼板與Gamma3治療31A1.1型穩定型股骨轉子間骨折均具有良好的生物力學性能，能滿足微創、堅強內固定、早期活動的要求。但因本研究樣本量較少、防腐股骨標本與活體股骨存在差異等缺陷，結論有待進一步研究明確。
