两种骨水泥翻修动力髋螺钉固定失败生物力学比较探究

两种骨水泥翻修动力髋螺钉固定失败生物力学比较探究[摘要]目的：比较用磷酸钙骨水泥(CPC)与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥强化修复股骨粗隆间骨折动力髋螺钉(DHS)内固定失败的生物力学性能。方法：15例老年人骨质疏松股骨标本，制成EvansⅢ型骨折模型，随机分成3组，每组5例，一组为对照组(正常DHS固定)，另两组再制成DHS内固定失败模型，分别应用CPC强化和PMMA强化DHS固定修复，然后对标本进行生物力学测试。结果：PMMA组的轴向刚度、剪切刚度、抗扭转强度均比对照组大，其中轴向刚度与对照组相比差异无统计学意义(P>0.05)，剪切刚度、抗扭转强度与对照组比较差异均有统计学意义(p0.05)。结论：从两种骨水泥的生物力学特性角度看，采用PMMA比CPC强化修复DHS松动失败更有一定的优势。[关键词]骨水泥；动力髋螺钉；股骨粗隆间骨折；生物力学[中图分类号]R318.01；R683.42　[文献标识码]A　[文章编号]1671-7562(2010)06-0621-04股骨粗隆间骨折是老年人常见的骨折，动力髋螺钉(dynamichip7 screw，DHS)固定被认为是治疗股骨粗隆间骨折的有效方法。但老年人骨质疏松，内固定失败是较为常见的并发症。一些临床与基础研究支持骨水泥强化DHS固定能减少DHS的内固定失败，但DHS松动后(如手术中可能不当操作)是否可以采用骨水泥强化DHS重新固定，目前研究相对较少。临床上可供选择的骨水泥有多种，本实验对目前临床上常用的磷酸钙骨水泥(calciumphosphatecement，CPC)与聚甲基丙烯酸甲酯(polymethy-methacrylate，PMMA)骨水泥强化修复DHS固定股骨粗隆间骨折内固定失败作用进行比较，为临床应用提供理论依据。1.　材料与方法1.1　材料准备选用15例人股骨标本，小转子下15cm截断，标本均为4％福尔马林固定1年以内的防腐老年女性，来源于南京医科大学人体解剖学教研室。股骨标本经骨密度测量证实骨质疏松，经肉眼检查及普通x线检查排除有骨折、肿瘤、炎症、结核等，剔除干净其上附着的肌肉、韧带、关节囊等软组织，喷洒4％福尔马林保持标本湿润，以塑料袋密闭封装，室温下保存。CPC购于上海瑞邦生物材料有限公司，PMMA骨水泥由天津合成材料工业研究所生产，DHS由常州康辉医疗器械公司提供，美国NORLAND公司生产的XR-36型双能x线吸收骨密度仪，WE-5生物力学实验机(天水红山试验机厂生产)。1.2　实验方法7 1.2.1　DHS内固定模型制作　所有标本均采用4孔135°DHS固定，为了安放时尽可能保证DHS固定在股骨颈的中央，先对标本进行DHS所需孔进行预钻孔。然后制作骨折模型。自大转子顶与股外侧肌嵴交界处至小转子用骨锯锯开骨皮质，锯除小转子，骨折线与股骨干轴线成角45°，制成粗隆间骨折EvansⅢ型骨折模型。然后进行DHS安装，拧入DHS，装入侧方钢板。远端与骨皮质靠拢贴实后拧入尾钉适当加压，钻孔、测深、攻丝后逐个拧入固定螺钉。其中随机选取5例进行生物力学测试。1.2.2　DHS的拔出　将其余10例标本以45度角固定于生物力学实验机上，近端以牵拉夹夹于股骨头下方，远端于股骨大粗隆骨折两端进行分离加载直至DHS的拔出，制成内固定失败模型。1.2.3　骨水泥强化修复　取出DHS，随机选取5例采用CPC强化，另5例采用PMMA骨水泥强化。CPC强化组，把标本固定在台钳上，用生理盐水冲洗股骨头的髋螺钉孔道，用电吹风吹干后，调配好CPC(按1g固相：1ml液相的比例配置)呈糊状，5ml注射器注入，于工作时间5min内均匀灌注入DHS孔道，拧入DHS，用量以不溢出为适宜，装入侧方钢板，远端与骨皮质靠拢贴实后拧入尾钉适当加压，钻孔、测深、攻丝后逐个拧入固定螺钉。PMMA骨水泥固定组，采用调配好的低稠度的骨水泥注入，其余操作与CPC组相同。将制作好的骨水泥强化动力髋标本安装在生物力学实验机上。7 1.2.4　测试方法实验前剥离股骨头上软组织并进行几何测量，在股骨外侧面置应变片A、B、c，内侧置应变片D、E、F共6枚，在股骨远端用骨水泥固定，模拟单足独立负重，考虑外展肌参与工作。为提高测量精度，全部标本在结构、尺寸、载荷、力学性质上均符合实验力学模型要求。将制作好标本安装在生物力学实验机上，加载载荷，加载速度为1.5mm・min-1，对DHS内固定标本以万能力学实验机逐级加载，出现下列情况时认为内固定失败：(1)大转子顶骨折断端皮质固定两点移位5mm；(2)变形逐渐增加而负载不增加甚至下降；(3)拉力螺钉后退超过10mm；(4)钉尖穿出股骨头。测定股骨转子间骨折固定后的相关数据。见图1～3。1.3　统计学处理采用Stata7.0统计软件对数据使用单因素方差分析法(anova)分析，对各组相关数据进行比较(Scheff法)，JP0.05)。3.　讨论7 股骨粗隆间骨折手术的目的在于获得坚强的内固定，以利于病人早期活动，减少并发症。DHS是治疗股骨粗隆间骨折常用的有效固定方法，但是在骨质疏松的老年人，股骨头、颈强度下降，抗拔出能力下降，易出现DHS退出或切割，导致内固定失败。通过强化固定DHS固定可预防内固定的失败，目前文献报道有多种强化DHS的方法，常用的有PMMA，黎宁等研究认为PMMA强化DHS能有效提高DHS固定强度，整体提高骨折稳定性，减少内固定失败的可能性。但PMMA有一些不足之处，它不能被吸收，能聚合发热，产生的热量可能影响局部的骨细胞活性，同时聚合时释放单体对心脏产生一定的毒性。而CPC具有良好的生物活性，它具有可降解性、骨传导性、大于松质骨的抗压强度、可随意塑性及固化时不发热等优点。管国平等实验证实，CPC能提高DHS的极限载荷，韩小平等研究结果表明，联合CPC强化DHS治疗老年人股骨转子间骨折平均卧床时间比单纯应用DHS固定的时间明显要短。对于DHS内固定失败，后期修复有人工关节置换等方法。DHS松动后(如手术中可能不当操作)作为补救措施，采用骨水泥强化修复是一个可行的方法。对于骨水泥，本实验结果表明采用PMMA强化能提高其轴向刚度、剪切刚度、抗扭转强度。而CPC强化修复后，在轴向刚度、剪切刚度、抗扭转强度方面均比对照组要差，这可能是DHS松动拔出时使骨螺钉孔的形态发生变化，影响了骨水泥与骨界面的镶嵌固定，从而使之强化能力下降。因此术中如出现DHS松动，采用PMMA比CPC强化从力学角度看更有一定的优势。7 本实验的不足之处为体外实验，无法模拟内固定在体内强度的变化，特别是骨折在愈合过程中，局部的微环境变化如新骨的形成对骨螺钉界面的影响无法得知，因此仍需进一步研究。[参考文献][1]管国平，杨业林，王华，等，股骨粗隆间骨折DHS内固定失败的Logistic回归分析[J]，中国矫形外科杂志，2008，16(2)：98-100.[2]郑德志，于建华，杨有庚，等，股骨转子间骨折动力髋螺钉内固定失败的危险因素[J]，中华创伤杂志，2006，22(2)：129-132.[3]VanHELDENs，vanGEELAC，GEUSENSPP，etal，Boneandfall-relatedfracturerisksinwomenandmenwitharecentclinicaIfracture[J]，JBoneJointSurg(Am)，2008，90：241-248.[4]黎宁，彭阿钦，张国山，等，骨水泥强化动力髋固定效果的生物力学研究[J]，中国临床解剖学杂志，2006，24(2)：204-206.[5]管国平，杨业林，张海龙，等，磷酸钙骨水泥强化动力髋螺钉的极限载荷性能测试[J]，生物骨科材料与临床研究，2010，7(3)：5-6.7 [6]韩小平，曹力，张克远，等，动力髋螺钉结合磷酸钙骨水泥治疗老年股骨转子间骨折[J]，中华创伤骨科杂志，2009，11(12)：1114-1117.7