朱履刚，常 祺，任洪峰，陈国立，黄昌林

(中国人民解放军第150中心医院创伤骨科，河南 洛阳 471031)

动力髋部螺钉与股骨近端髓内钉固定治疗不稳定股骨转子间骨折的生物力学指标比较

朱履刚，常 祺，任洪峰，陈国立，黄昌林

(中国人民解放军第150中心医院创伤骨科，河南 洛阳 471031)

目的 分析动力髋部螺钉(DHS)与股骨近端髓内钉(PFN)固定用于不稳定股骨转子间骨折治疗的生物力学差异。方法选取16根新鲜冷冻成人尸体股骨标本，制备成不稳定股骨转子间骨折模型。随机分为采用PFN固定的观察组(n=8)和采用DHS固定的对照组(n=8)，比较两组骨折间压缩位移及压缩刚度、内固定失效时的最大载荷、抗扭转刚度等差异。结果观察组模型采用PFN固定后的轴向压缩位移小于对照组，压缩刚度值大于对照组，差异有统计学意义(P＜0.05)；观察组内固定失效时的平均载荷为(4.28±0.39)kN，对照组内固定失效时的平均载荷为(3.76±0.41)kN，差异有统计学意义(P＜0.05)；随着扭矩增大，两组骨折模型的股骨头颈部的扭角增加，但是观察组模型的抗扭转性能明显优于对照组，差异有统计学意义(P＜0.05)。结论股骨近端髓内钉用于不稳定性股骨转子间骨折的内固定，其具有良好的生物力学性能，在抗压及抗逆转方面均具有优势。

股骨转子间骨折；动力髋部螺钉；股骨近端髓内钉；生物力学

不稳定股骨转子间骨折为临床常见且严重的骨折类型，目前对于稳定性股骨转子间骨折多使用动力髋部螺钉(DHS)固定，效果良好，但是其对于不稳定性股骨转子间骨折是否同样具有良好的固定作用目前仍不得知[1]。股骨近端髓内钉(PFN)是髓外固定系统的代表，目前有学者认为PFN有可能成为治疗不稳定股骨转子间骨折的更佳方式。本研究主要比较DHS与PFN固定用于不稳定股骨转子间骨折的生物力学差异，现将结果报道如下：

1 材料与方法

1.1 实验材料 内固定材料选择DHS(135°4孔钛制)与PFN(钛制标准型)，均由Synthes公司提供。ELF33520生物力学试验系统由美国BOSE公司提供。

1.2 实验方法

1.2.1 标本制备方法 选取来自我省骨库中心骨密度＞0.3 g/cm2的新鲜冷冻成人股骨标本16根，死亡时间均在实验时间半年至一年内，16跟股骨来自12例男性，年龄25～56岁，平均(37.83±7.11)岁，所有标本经X线片、三维CT检查均未发现骨质缺损及病理损伤。将标本以生理盐水纱布包裹、塑料袋封装后置入-20℃冰箱中冻存备用。

1.2.2 不稳定股骨转子间骨折模型制作方法 根据国际内固定研究协会(AO/ASIF)股骨转子间骨折分型标准，去除附着于股骨的软组织，用电锯沿着股骨转子间线斜行截断，建立EvansⅢ型股骨转子间模型。

1.2.3 骨折固定方法 将以上16根股骨模型标本随机配对分为两组，观察组(n=8)采用DHS固定，对照组(n=8)采用PFN固定。将不稳定股骨转子间骨折模型解剖复位后，观察组置入DHS，对照组置入PFN，固定完成后均切除股骨远端，两组垂直高度保持一致，模拟单足站立时股骨负重力线方向，远端采用牙托粉包埋，确保力学测试时股骨的固定稳定。

1.3 观察指标

1.3.1 轴向压缩试验 将压力传动杆垂直压于股骨头上，设定最初载荷为200 N，最终载荷为1.4 kN，每个标本都被首先加载到200 N保持10 s以消除骨折块间未紧密接触带来的弹性蠕变效应。设定每个标本重复进行压缩试验测试5次，统计位移变化值及刚度值。

1.3.2 破坏试验 设定最初载荷为1.2 kN，加载速度10 N/s，每次增加载荷600 N，压力增加至最高值时停止，维持10 s后压力降低至0 N，记录内固定失败时加载的最大压力值，以此作为内植物的最大强度值。

1.3.3 扭转试验 通过股骨头冠状面中心自头下向上垂直插入一枚直径5 mm的螺纹针作为加载臂，加载方向与加载臂垂直，加载速度1°/min。固定模型转子间水平，粗隆下等长截骨，等长利弊连续加载负荷方式，比较骨折断端的载荷及骨皮质位移情况。

1.4 统计学方法 采用SPSS18.0软件对上述数据进行统计学分析，计量资料以均数±标准差(±s)表示，组间比较采用t检验，以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 轴向压缩试验 观察组模型采用股骨近端髓内钉固定后的轴向压缩位移小于对照组，压缩刚度值大于对照组(P＜0.05)，见表1。

表1 两组模型的骨折间压缩位移及压缩刚度比较(±s)

表1 两组模型的骨折间压缩位移及压缩刚度比较(±s)

组别 压缩位移(mm)压缩刚度(N/mm)观察组对照组t值P值0.4 kN 0.87±0.11 1.04±0.15 5.284＜0.05 0.8 kN 2.68±0.37 3.12±0.39 5.772＜0.05 1.0 kN 3.27±0.51 3.86±0.69 6.092＜0.05 1.4 kN 5.12±0.76 5.91±0.93 6.382＜0.05 0.4 kN 284.18±57.52 227.38±32.84 7.132＜0.05 0.8 kN 311.66±62.48 256.19±52.18 6.284＜0.05 1.0 kN 328.74±66.05 284.28±62.16 6.928＜0.05 1.4 kN 342.38±69.72 293.17±57.24 7.163＜0.05

2.2 破坏试验 对照组模型内固定失效时的平均载荷为(4.28±0.39)kN，而观察组为(3.76±0.41)kN，两组比较差异具有统计学意义(t=6.283，P＜0.05)。对照组主要表现为钉尾端出现新骨折，观察组主要表现为钢板远端皮质螺钉处骨折。

2.3 扭转试验 随着扭矩增大，两组模型的股骨头颈部的扭角增加，但是观察组模型的抗扭转性能明显优于对照组(P＜0.05)，见表2。

表2 两组模型的扭矩-扭转强度（×10-3，±s）

表2 两组模型的扭矩-扭转强度（×10-3，±s）

组别观察组对照组t值P值1.0 Nm 1438.26±6.83 1592.37±8.27 6.284＜0.05 2.0 Nm 3382.16±8.33 5217.03±5.43 8.241＜0.05 3.0 Nm 5582.16±7.36 8231.83±8.32 7.983＜0.05 4.0 Nm 6793.42±6.13 8968.37±5.32 8.736＜0.05 5.0 Nm 7863.84±4.36 10932.74±9.33 11.627＜0.05

3 讨 论

股骨转子间骨折为临床多见的严重骨折类型，以往多采用卧床休息及牵引等保守治疗方式，但是死亡率较高，目前手术已经成为该类骨折的首选治疗方式。骨折内固定的强度在很大程度上决定了患者的术后活动时间、活动便利性及持久性等。决定骨折内固定强度的因素较多，包括骨的质量、复位、内植物及其位置等，但是对于很多特定的骨折，内植物的选择是唯一真正的独立变量[2-3]。

髓内固定及髓外固定是治疗股骨转子间骨折的两类主要固定方式，DHS是髓外固定的代表，已经成为此类骨折治疗的成功方式，但是DHS对于伴明显骨质疏松、高龄、贫血的患者，往往切出骨质导致复位丢失，螺钉可穿透髋关节导致骨折塌陷，最终导致患者骨折部位剧烈疼痛难以行走[4]。PFN为最新的髓内固定技术，其结合了闭合复位及骨膜有限剥离技术，有助于保持骨折断端血运，且其钉体轻度外翻设计有利于股骨大粗隆插入髓腔。目前在临床中DHS及PFN均有应用，两者间具体临床效益差异研究较少[5]。

压缩刚度=载荷/位移，可以反映钢板抵抗压缩变形的能力，由于实际应用时存在蠕变效应，本次研究中把载荷为200 N时的位移排除在外以消除蠕变效应。以上结果显示：观察组模型采用股骨近端髓内钉固定后的轴向压缩位移小于对照组，压缩刚度值大于对照组患者。有研究报道步行时股骨头承重为体质量的2.5倍，爬楼梯是承重为体质量的7倍，DHS不通过股骨距传递压应力，导致压应力集中在内固定上，常可出现螺钉弯曲现象，故对于采用DHS进行固定的患者术后功能锻炼时需采取一定保护措施，避免过早下地负重[6-7]。PFN在这方面的表现明显更好，其可负荷患者术后早期下地活动锻炼的强度，且不会给内固定的稳定带来困扰，负荷骨折术后早期恢复训练的原则。

临床上DHS与PFN存在颈骨折、髋螺钉切割头等失效并发症，其发生与固定物承受轴向压缩及弯曲应力能力不足有关，骨折并发症的出现可以导致骨折固定失败，患者二次治疗难度大大增加。上述研究比较了两组固定物至固定失败时可以承受的最大载荷，结果显示：PFN组内固定失效时的平均最大载荷为(4.28±0.39)kN，DHS组固定失效时的平均最大载荷为(3.76±0.41)kN。可见PFN可以承受更大的载荷以避免骨折在压缩应力作用下出现移位、内翻等固定失败现象。PFN结合了髓内轴向稳定与活动髋螺钉可以滑动加压的特征，有利于降低弯曲应力，其在受到应力时沿髓腔中心移动，故可以降低内植物力臂，可以有效承受内侧骨皮质压缩应力[8-9]。

正常生理载荷情况下股骨头存在偏心负荷，故需承载一定的扭转应力。扭转应力将使骨折后的股骨头颈部持续存在不稳定和头颈部下沉，故保持骨折断端的抗旋转稳定性是应用于骨折部位固定装置的最基本要求[10]。上述对骨折断端扭转试验结果显示：随着扭矩增大，两组患者的股骨头颈部的扭角增加，但是观察组模型的抗扭转性能明显优于对照组。PFN一方面钢板跟股骨接触面减少可以更好的保护股骨血供，另一方面髓内钉从不同角度固定股骨头颈部，形成一力学传导整体，通过减少旋转扭矩而增加抗轴向应力及抗扭转力，提供额外的骨折端稳定性，符合股骨近端纠正旋转力及承重的需求[11-12]。

综上所述，股骨近端髓内钉用于不稳定性股骨转子间骨折的内固定，其具有良好的生物力学性能，在抗压及抗逆转方面均具有优势，值得在临床实践中推广应用。

[1]Emami M,Manafi A,Hashemi B,et al.Comparison of intertrochanteric fracture fixation with dynamic hip screw and bipolar hemiarthroplasty techniques[J].Arch Bone Jt Surg,2013,1(1):14-17.

[2]Magu NK,Singla R,Rohilla R,et al.Modified Pauwels'intertrochanteric osteotomy in the management of nonunion of a femoral neckfracture following failed osteosynthesis[J].Bone Joint J,2014, 96-B(9):1198-1201.

[3]易先宏,陈红卫.动力髋部螺钉与股骨近端髓内钉固定不稳定股骨转子间骨折的生物力学比较[J].医用生物力学,2013,28(2): 235-237.

[4]Upadhyay S,Raza HK.Letter to the editor:Proximal femoral locking plate versus dynamic hip screw for unstableintertrochanteric femoral fractures[J].J Orthop Surg(Hong Kong),2014,22(1): 130-131.

[5]Gupta S,Kukreja S,Singh V.Valgus osteotomy and repositioning and fixation with a dynamic hip screw and a 135ºsingle-angled barrel plate for un-united and neglected femoral neck fractures[J].J Orthop Surg(Hong Kong),2014,22(1):13-17.

[6]Barwar N,Meena S,Aggarwal SK,et al.Dynamic hip screw with locking side plate:a viable treatment option for intertrochanteric fracture[J].Chin J Traumatol,2014,17(2):88-92.

[7]钱忠来,徐耀增,王现彬,等.动力髋螺钉、股骨近端防旋髓内钉和第3代Gamma钉置入内固定后生物力学性能与临床效果的比较[J].中国组织工程研究与临床康复,2010,14(48):8974-8976.

[8]Gaddi D,Piarulli G,Angeloni A,et al.Gotfried percutaneous compression plating(PCCP)versus dynamic hip screw(DHS)in hip fractures:blood loss and 1-year mortality[J].Aging Clin Exp Res, 2014,26(5):497-503.

[9]Han FS,Guo FX,Zeng XT,et al.Comments on"Anti-rotation proximal femoral nail versus dynamic hip screw for intertrochantericfractures:a meta-analysis of randomized controlled studies[J].Orthop Traumatol Surg Res,2014,100(2):259-260.

[10]江 伟,刘跃洪,杨 灵,等.股骨近端锁定钢板与Gamma3治疗稳定型股骨转子间骨折的生物力学比较研究[J].中国修复重建外科杂志,2014,28(9):1095-1097.

[11]Giesinger K,Ebneter L,Day RE,et al.Can plate osteosynthesis of periprosthethic femoral fractures cause cement mantle failure around a stable hip stem?Abiomechanical analysis[J].JArthroplasty,2014,29(6):1308-1312.

[12]Dhamangaonkar AC,Joshi D,Goregaonkar AB,et al.Proximal femoral locking plate versus dynamic hip screw for unstable intertrochanteric femoralfractures[J].J Orthop Surg(Hong Kong),2013,21 (3):317-322.

Comparison on biomechanical indexes of dynamic hip screw and proximal femoral nail for treating unstable intertrochanteric fracture.

ZHU Lv-gang,CHANG Qi,REN Hong-feng,CHEN Guo-li,HUANG Chang-lin. Department of Orthopaedics,the 150thCentral Hospital of Chinese PLA,Luoyang 471031,Henan,CHINA

Objective To compare biomechanical indexes of dynamic hip screw(DHS)and proximal femoral nail(PFN)in the treatment of unstable intertrochanteric fracture.MethodsSixteen femur specimens of root fresh frozen adult corpses were collected,and then prepared into unstable intertrochanteric fracture models,which were randomly divided into observation group(n=8,treated by PFN)and control group(n=8,treated by DHS).Compression displacement and compression stiffness,maximum load in case of internal fixation failure,torsional stiffness of the fractures were compared.ResultsThe axial compression displacement in the observation group was significantly less than that in the control group,while compression stiffness value in the observation group was significantly greater (P＜0.05).The average load in case of internal fixation failure was(4.28±0.39)kN in the observation group and(3.76± 0.41)kN in the control group,with statistically significant difference between the two groups(P＜0.05).With torque increases,femoral neck torsion angle increased in both groups,but the torsion performance in the observation group was significantly better than that of control group(P＜0.05).ConclusionPFN for unstable intertrochanteric fracture has good biomechanical properties,which is advantageous in both compressive strength and anti-reversal.

Intertrochanteric fracture;Dynamic hip screw;Proximal femoral nail;Biomechanical

R683.42

A

1003—6350（2015）08—1135—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.08.0406

2014-11-03)

广东省中医药管理局项目（编号：20131136）

朱履刚。E-mail：zhuming19683@126.com