股骨颈骨折内固定物的力学对比及疗效分析
作者：陈家禄 彭 昊 刘 莉 刘世清 魏 伟 王炳勋
单位：陈家禄 彭 昊 刘世清 王炳勋 湖北医科大学附一医院骨科 武汉市 430060；刘 莉 手术室；魏 伟 进修生
关键词：股骨颈骨折；内固定；生物力学
骨与关节990508
摘要 为临床上选择合理的内固定器材提供理论依据。16具成年新鲜股骨标本随机分成四组，制成股骨颈骨折，分别植入四种内固定物并进行生物力学测试。测试数据经统计学处理分析表明，三枚加压螺纹钉的刚度和强度最大且具有较强的抗剪力、弯应力及抗扭力。单一空心加压螺钉次之，三刃钉较差。临床随访资料表明，三枚加压螺纹钉的疗效仍居首位。认为三枚加压螺纹钉呈三角形立体植入股骨颈内，具有动性和静力性的加压作用，最大限度地减少应力遮挡效应，其固定作用更加牢固。
, http://www.100md.com
Comparative Biomechanical Study and Curative Effect Analysis of I nternal Fixation in the Treatment of Femoral Neck Fracture
Chen Jialu，Peng Hao，Liu Shiqing，Wang Bingxun.
Department of Ort hro paedic Surgery，The First Affiliated Hospital，Hubei Medical University，Wuhan， 430060
Abstract To provide theoretic basis for rational choosi ng of internal fixation in clinical use through biomechanical experiment and com parative analysis of femoral samples after internal fixation，sixteen cases of femoral neck fracture，which were produced on adult fresh femoral samples，were divided into four groups at random.After different internal fixations were use d separately for the fracture，biomechanical measurements were respectively made in the samples.The measurement data，showed that three-compression-screws were t he best in rigidity and strength，single-hollow-compression-screw was the second and trifin nail was poor(P<0.01)，and that three-compression- screws had better anti-shearing stress，bending strength and anti-torsion force.According to clinical data curative effect of three-copmression-screws was the first in these four internal fixations.Three-compression-screws，which fix fem oral neck in the shape of triangle and three dimensions，accord with biomechanic s，have dynamic and static compression effect，it reduce the stress shelding eff ect as possible and make the fracture fragments contact closer.
, 百拇医药
Key words Femoral neck fracture；Internal fixation；bio mechanics
股骨颈骨折的治疗是一个迄今尚未圆满解决的难题。继三刃钉问世以来，许多学者设计了各种内固定器材，但各有利弊，为了选择较理想的内固定器材，我们对常用的四种内固定物进行力学对比和疗效分析。
1 材料与方法
1.1 制作标本模型与生物力学测试 取16具成年( 男女各半)新鲜股骨标本，随机分成四组，制成股骨颈骨折，分别植入三枚加压螺纹钉、单一空心加压螺钉、三刃钉及三根骨圆针等四种内固定物。
正常情况下，股骨干与人体的纵轴有一约15°的夹角[1]。测试时将股骨干与垂线呈15°夹角嵌入试验机夹具中，并复制股骨头的生理负荷(55°截骨角度)，随机分组进行测试。每一标本均为承受一单向递增的垂直载荷，速度为2mm/min，观察受试标本压力侧、张力侧和轴向压力侧位移的载荷数据。扭转试验，观察内固定物受扭转时与角位移的关系。
, 百拇医药
1.2 统计学处理 对测试结果进行单、双及多因素方差分析程序处理，各项数据均以X±S表示。
2 结 果
2.1 垂直载荷时，三枚加压螺纹钉和单一空心加压螺钉固定标本的压力侧位移较小。三根骨圆针和三刃钉侧位移较大。统计学处理有显著差异(P<0.01)，说明位移越小，抗压强度及稳定性越好。
2.2 三枚加压螺钉和单一空心加压钉标本在承受连续动量载荷时，位移较小且恒定，而三根骨圆针和三刃钉位移较大，其抗压强度有显著差异(P<0.01)。
2.3 三刃钉和三根骨圆针的抗张强度及稳定性不如三枚加压螺钉和单一空心加压钉，后2种内固定物不仅有拉力作用，而且也可防止股骨头下沉或滑移。
2.4 三枚加压螺纹钉和三根骨圆针抗扭转强度较好。
, 百拇医药
3 临床资料
1988年3月～1995年3月，共收治新鲜股骨颈骨折520例，分别采用不同的内固定治疗350例。按每组各随机抽出20例，总计80例。其中男41例，女39例。年龄16～75岁，平均57岁。加压螺丝钉钉长分别为80～130mm，每种型号间隔5mm，螺纹长度20～40mm，螺纹直径6mm，螺杆直径4mm，螺帽直径8mm。关于手术方法及操作要点见[2]。约90%的病人得到随访，时间2年以上。术后骨折愈合时间4.5～ 8个月，平均5.5个月，其它资料见表1、2、3。
表1 内固定方式与骨折愈合的关系(75例) 骨折愈
合情况
手 术 方 法
三枚加压
, http://www.100md.com 螺纹钉
单一空心
加压螺钉
三刃钉
三根
骨圆针
头下
经颈
头下
经颈
头下
经颈
头下
经颈
, 百拇医药
愈合
11
8
10
7
8
9
9
8
不愈合……
1…
2
1
1…
, 百拇医药
合计
11
8
11
7
10
10
10
8
表2 随访73例股骨头缺血性坏死发生情况 缺血性坏死
手 术 方 法
三枚加压
螺纹钉
, 百拇医药
单一空心
加压螺钉
三刃钉
三根
骨圆针
合计
严重……
1…
1
中度…
1
1
1
3
, http://www.100md.com
轻度
1……
1
2
合计
1
1
2
2
6
表3 随访71例髋关节功能恢复情况 疗效
手 术 方 法
三枚加压
, http://www.100md.com
螺纹钉
单一空心
加压螺钉
三刃钉
三根
骨圆针
合计
优
15
15
9
12
51
良
, 百拇医药
1
3
5
6
15
差
0
0
3
2
5
合计
16
18
, 百拇医药
17
20
71
4 讨 论
Gozna [3]认为股骨颈骨折内固定必须满足三方面要求：①抵抗加于骨折线上之剪力；②抵抗其弯应力；③容许加于轴心上之应力。另外，临床上内固定物的选择，还必须考虑固定的要求、病人的年龄、体质等多种情况。三枚加压螺纹钉基本符合上述条件。众所周知，三刃钉固定是治疗股骨颈骨折的一种传统方法。然而不少报道证实其抗压、抗张强度均较差，实验研究发现单一三刃钉固定仅是多根Knowles 针固定强度的50%。而且在内固定过程中需要进行锤击和大粗隆冲击，有可能损伤股骨头的血供和关节软骨面。另外，三刃钉无螺纹，载荷时很容易使骨折断端分离，故不能有效地起加压稳定作用。
本组采用三根骨圆针固定股骨颈骨折，经力学测试，表明其抗张强度稍优于三刃钉，抗扭转强度接近三枚加压螺纹钉。因其直径较细，又无螺纹抓持，不能承受较大的载荷，故其抗压强度稳定性仍不如加压螺纹钉。而且容易发生退针，使其固定失效或针头穿过关节进入盆腔，而引起严重合并症。
, 百拇医药
单一空心加压螺钉，直径粗，螺纹深，抓持力强，有助于早期负重。本实验也证实其抗压、抗张强度均较好，由于该钉为单一固定，不能有效地控制旋转，故其抗扭强度不如三枚加压螺丝钉，加之该钉在股骨颈内所占的体积较大且较粗的螺纹可能破坏髓内血管，影响股骨头的血运和骨折愈合。
本实验证实三枚加压螺纹钉的抗压、抗张强度和抗扭能力均优于其它三种固定物。螺纹钉系钻孔拧入，并非捶入，避免了骨折端间的分离；其螺纹深、螺距宽、抓持力强，能使骨折端紧密靠扰。而且螺纹钉直径较小，对骨质及髓内血管损伤小，三枚加压螺纹钉呈三角形立体固定，稳定性好，能有效地防止股骨头的旋转和下沉。其手术适应证较广，几乎适合所有年龄的股骨颈骨折的治疗，且操作简单，是一种较理想的内固定方法。 参考文献
1 Springer ER.Internal fixation of femoral neck fractures.C lin Orthop，1991，67：85.
2 梁雨田，卢世璧，张伯勋.经皮加压螺纹钉治疗股骨颈骨折.中华骨科杂志，1991，11：252～254.
3 Gozna ER.Biomechanics of musculaskeletal injury.London will iams and wilkins.1982，102.
(收稿：1998-09-15), 百拇医药
单位：陈家禄 彭 昊 刘世清 王炳勋 湖北医科大学附一医院骨科 武汉市 430060；刘 莉 手术室；魏 伟 进修生
关键词：股骨颈骨折；内固定；生物力学
骨与关节990508
摘要 为临床上选择合理的内固定器材提供理论依据。16具成年新鲜股骨标本随机分成四组，制成股骨颈骨折，分别植入四种内固定物并进行生物力学测试。测试数据经统计学处理分析表明，三枚加压螺纹钉的刚度和强度最大且具有较强的抗剪力、弯应力及抗扭力。单一空心加压螺钉次之，三刃钉较差。临床随访资料表明，三枚加压螺纹钉的疗效仍居首位。认为三枚加压螺纹钉呈三角形立体植入股骨颈内，具有动性和静力性的加压作用，最大限度地减少应力遮挡效应，其固定作用更加牢固。
, http://www.100md.com
Comparative Biomechanical Study and Curative Effect Analysis of I nternal Fixation in the Treatment of Femoral Neck Fracture
Chen Jialu，Peng Hao，Liu Shiqing，Wang Bingxun.
Department of Ort hro paedic Surgery，The First Affiliated Hospital，Hubei Medical University，Wuhan， 430060
Abstract To provide theoretic basis for rational choosi ng of internal fixation in clinical use through biomechanical experiment and com parative analysis of femoral samples after internal fixation，sixteen cases of femoral neck fracture，which were produced on adult fresh femoral samples，were divided into four groups at random.After different internal fixations were use d separately for the fracture，biomechanical measurements were respectively made in the samples.The measurement data，showed that three-compression-screws were t he best in rigidity and strength，single-hollow-compression-screw was the second and trifin nail was poor(P<0.01)，and that three-compression- screws had better anti-shearing stress，bending strength and anti-torsion force.According to clinical data curative effect of three-copmression-screws was the first in these four internal fixations.Three-compression-screws，which fix fem oral neck in the shape of triangle and three dimensions，accord with biomechanic s，have dynamic and static compression effect，it reduce the stress shelding eff ect as possible and make the fracture fragments contact closer.
, 百拇医药
Key words Femoral neck fracture；Internal fixation；bio mechanics
股骨颈骨折的治疗是一个迄今尚未圆满解决的难题。继三刃钉问世以来，许多学者设计了各种内固定器材，但各有利弊，为了选择较理想的内固定器材，我们对常用的四种内固定物进行力学对比和疗效分析。
1 材料与方法
1.1 制作标本模型与生物力学测试 取16具成年( 男女各半)新鲜股骨标本，随机分成四组，制成股骨颈骨折，分别植入三枚加压螺纹钉、单一空心加压螺钉、三刃钉及三根骨圆针等四种内固定物。
正常情况下，股骨干与人体的纵轴有一约15°的夹角[1]。测试时将股骨干与垂线呈15°夹角嵌入试验机夹具中，并复制股骨头的生理负荷(55°截骨角度)，随机分组进行测试。每一标本均为承受一单向递增的垂直载荷，速度为2mm/min，观察受试标本压力侧、张力侧和轴向压力侧位移的载荷数据。扭转试验，观察内固定物受扭转时与角位移的关系。
, 百拇医药
1.2 统计学处理 对测试结果进行单、双及多因素方差分析程序处理，各项数据均以X±S表示。
2 结 果
2.1 垂直载荷时，三枚加压螺纹钉和单一空心加压螺钉固定标本的压力侧位移较小。三根骨圆针和三刃钉侧位移较大。统计学处理有显著差异(P<0.01)，说明位移越小，抗压强度及稳定性越好。
2.2 三枚加压螺钉和单一空心加压钉标本在承受连续动量载荷时，位移较小且恒定，而三根骨圆针和三刃钉位移较大，其抗压强度有显著差异(P<0.01)。
2.3 三刃钉和三根骨圆针的抗张强度及稳定性不如三枚加压螺钉和单一空心加压钉，后2种内固定物不仅有拉力作用，而且也可防止股骨头下沉或滑移。
2.4 三枚加压螺纹钉和三根骨圆针抗扭转强度较好。
, 百拇医药
3 临床资料
1988年3月～1995年3月，共收治新鲜股骨颈骨折520例，分别采用不同的内固定治疗350例。按每组各随机抽出20例，总计80例。其中男41例，女39例。年龄16～75岁，平均57岁。加压螺丝钉钉长分别为80～130mm，每种型号间隔5mm，螺纹长度20～40mm，螺纹直径6mm，螺杆直径4mm，螺帽直径8mm。关于手术方法及操作要点见[2]。约90%的病人得到随访，时间2年以上。术后骨折愈合时间4.5～ 8个月，平均5.5个月，其它资料见表1、2、3。
表1 内固定方式与骨折愈合的关系(75例) 骨折愈
合情况
手 术 方 法
三枚加压
, http://www.100md.com 螺纹钉
单一空心
加压螺钉
三刃钉
三根
骨圆针
头下
经颈
头下
经颈
头下
经颈
头下
经颈
, 百拇医药
愈合
11
8
10
7
8
9
9
8
不愈合……
1…
2
1
1…
, 百拇医药
合计
11
8
11
7
10
10
10
8
表2 随访73例股骨头缺血性坏死发生情况 缺血性坏死
手 术 方 法
三枚加压
螺纹钉
, 百拇医药
单一空心
加压螺钉
三刃钉
三根
骨圆针
合计
严重……
1…
1
中度…
1
1
1
3
, http://www.100md.com
轻度
1……
1
2
合计
1
1
2
2
6
表3 随访71例髋关节功能恢复情况 疗效
手 术 方 法
三枚加压
, http://www.100md.com
螺纹钉
单一空心
加压螺钉
三刃钉
三根
骨圆针
合计
优
15
15
9
12
51
良
, 百拇医药
1
3
5
6
15
差
0
0
3
2
5
合计
16
18
, 百拇医药
17
20
71
4 讨 论
Gozna [3]认为股骨颈骨折内固定必须满足三方面要求：①抵抗加于骨折线上之剪力；②抵抗其弯应力；③容许加于轴心上之应力。另外，临床上内固定物的选择，还必须考虑固定的要求、病人的年龄、体质等多种情况。三枚加压螺纹钉基本符合上述条件。众所周知，三刃钉固定是治疗股骨颈骨折的一种传统方法。然而不少报道证实其抗压、抗张强度均较差，实验研究发现单一三刃钉固定仅是多根Knowles 针固定强度的50%。而且在内固定过程中需要进行锤击和大粗隆冲击，有可能损伤股骨头的血供和关节软骨面。另外，三刃钉无螺纹，载荷时很容易使骨折断端分离，故不能有效地起加压稳定作用。
本组采用三根骨圆针固定股骨颈骨折，经力学测试，表明其抗张强度稍优于三刃钉，抗扭转强度接近三枚加压螺纹钉。因其直径较细，又无螺纹抓持，不能承受较大的载荷，故其抗压强度稳定性仍不如加压螺纹钉。而且容易发生退针，使其固定失效或针头穿过关节进入盆腔，而引起严重合并症。
, 百拇医药
单一空心加压螺钉，直径粗，螺纹深，抓持力强，有助于早期负重。本实验也证实其抗压、抗张强度均较好，由于该钉为单一固定，不能有效地控制旋转，故其抗扭强度不如三枚加压螺丝钉，加之该钉在股骨颈内所占的体积较大且较粗的螺纹可能破坏髓内血管，影响股骨头的血运和骨折愈合。
本实验证实三枚加压螺纹钉的抗压、抗张强度和抗扭能力均优于其它三种固定物。螺纹钉系钻孔拧入，并非捶入，避免了骨折端间的分离；其螺纹深、螺距宽、抓持力强，能使骨折端紧密靠扰。而且螺纹钉直径较小，对骨质及髓内血管损伤小，三枚加压螺纹钉呈三角形立体固定，稳定性好，能有效地防止股骨头的旋转和下沉。其手术适应证较广，几乎适合所有年龄的股骨颈骨折的治疗，且操作简单，是一种较理想的内固定方法。 参考文献
1 Springer ER.Internal fixation of femoral neck fractures.C lin Orthop，1991，67：85.
2 梁雨田，卢世璧，张伯勋.经皮加压螺纹钉治疗股骨颈骨折.中华骨科杂志，1991，11：252～254.
3 Gozna ER.Biomechanics of musculaskeletal injury.London will iams and wilkins.1982，102.
(收稿：1998-09-15), 百拇医药