·研究快报·
陈 伟，李 升，魏 宁，常文利，侯志勇，张英泽*
(河北医科大学第三医院创伤急救中心，河北省骨科研究所，河北省骨科生物力学重点实验室，河北 石家庄 050051)
[关键词] 股骨骨折；内固定器；骨小梁重建；山羊
doi:10.3969/j.issn.1007-3205.2016.04.024
股骨近端存在压力骨小梁、张力骨小梁和股骨距等组成的衍架结构。由于股骨近端特殊解剖结构及颈干角(110～140 °)和前倾角(12～15 °)的存在，身体载荷经股骨头向下传递产生巨大的弯矩，股骨近端髓内骨小梁系统可以将弯矩转化，经股骨头传向股骨上段并均匀分布到骨皮质上。股骨近端骨小梁衍架结构对维持其正常解剖形态和力学传导具有重要作用。股骨粗隆间骨折是临床常见损伤[1-2]，会破坏张力骨小梁、次要压力骨小梁等结构。临床常用Gamma钉、动力髋螺钉(dynamic hipscrew,DHS)或股骨近端防旋髓内钉(proximal femoral nail antirotation，PFNA)等治疗。股骨近端植入内固定物后，会进一步破坏主要压力骨小梁和张力骨小梁，导致骨小梁衍架系统破坏。在骨折愈合过程中，由于钉体和拉力螺钉较为粗大，阻碍骨小梁的愈合，不能恢复其连续性，即使皮质愈合也不能正常传导股骨头处承担的载荷，内固定物负荷的应力较大。此外，内固定物挤压松质骨，血运破坏大，也影响骨折愈合，增加了内固定失败风险。既往报道粗隆间骨折应用DHS、Gamma钉或PFNA固定失败率为8%～56%[3-4]。即使应用改进的PFNA固定，失败率仍达2.5%～7%[5-6]。针对粗隆间骨折常用内固定物的缺陷以及股骨近端解剖结构(尤其是骨小梁衍架结构)和生物力学特点，本研究提出了骨折仿生内固定理论。据此研制了股骨近端仿生髓内钉，进行了动物实验，简要报告如下。
1.1 多孔仿生Gamma钉的结构特点 股骨近端多孔仿生Gamma钉(图1)主要由主钉、拉力螺钉和远端锁钉组成。主钉上有允许通过主要张力带骨小梁的孔，这些孔呈由外下向内上弧形走向(黄线)；拉力螺钉近端有允许主要压力骨小梁通过的自内上斜向外下的孔(蓝线)，远端有允许次要压力骨小梁通过的自外上斜向内下的孔(绿线)，钉体有自外下弧形向内上再弧形向内下的允许主要张力骨小梁通过的孔(红线)。这些孔的直径为0.1～3.0 mm。本课题组通过3D打印生产了用于羊股骨近端粗隆间骨折的多孔仿生Gamma钉(图2)。
1.2 动物实验 饲养健康成年山羊2只。山羊麻醉后右侧卧位，常规备皮、消毒、铺单。逐层分离，显露股骨近端，制作股骨粗隆间骨折(AO-31A1.3型)。复位骨折并临时固定，使用开口器于大转子尖开口，扩髓后应用多孔仿生Gamma钉固定，远端通过瞄准器植入锁钉。冲洗缝合切口，术后肌肉注射庆大霉素预防感染。术后4周和8周行X线检查。
图1 多孔仿生Gamma钉模式图
图2 3D打印生产的多孔仿生Gamma钉的拉力螺钉
A.俯视观，可见容纳主压力骨小梁空隙的开口；B.仰视观，可见容纳主张力骨小梁空隙的开口
术后8周X线检查显示股骨粗隆间骨折愈合良好，骨折线消失，内固定物无松动移位或断裂迹象。对山羊实施安乐死，取出股骨近端，纵向剖开显示股骨近端压力和张力骨小梁经拉力螺钉上相应孔隙生长，重建了股骨近端髓内骨小梁衍架结构，实现了骨折皮质骨和松质骨双重愈合；骨小梁结构通过钉孔生长重建可加强对内固定物的把持，内固定牢固。
四肢长骨两端、脊柱椎体、跟骨等骨骼松质骨内有重要的骨小梁结构，对维持骨骼正常形态和力学传导起关键作用。骨折会破坏局部骨骼松质骨内的正常骨小梁结构，骨折后植入内固定物进一步破坏骨小梁结构。内固定物的存在会阻碍骨小梁在骨折愈合过程中重建，不能有效恢复骨松质骨内正常结构、强度和力学传导性能，可能导致局部应力集中，从而造成内固定物松动、退出、断裂等发生；此外，骨小梁结构不能重建，影响松质骨内血运系统的重建，并影响骨折愈合。因此，骨折延迟愈合、不愈合、再次骨折等并发症时有发生。针对上述问题，在解剖学、生物力学、影像学和临床研究基础上，本课题组提出了骨折仿生内固定理论。针对肩锁关节、下胫腓联合等微动关节解剖和生物力学特点，本课题组研制了仿生弹性内固定物(专利号：ZL201220269629.2)，治疗下肢胫腓骨分离，取得了良好效果[7]。针对长骨两端、椎体和跟骨等部位骨骼解剖特点，尤其是骨小梁的结构、走形，设计了固定骨折的系列多孔仿生内固定物，获批国家授权专利2项(ZL201520166778.X、ZL201520089628.3)；该设计同时申报了PCT国际专利，检索报告(编号：PCT/CN 2015/079605)证实本发明14项权利要求全部具有创造性、新颖性和工业实用性。仿生内固定物的特征为钉体和辅助螺钉上有沿骨小梁走行分布的孔隙，在骨折愈合时允许骨小梁同步重建，恢复骨小梁的连续性，促进局部血运系统重建，实现骨折皮质和松质双重愈合，从而有效恢复其结构、强度和力学传导特征。应用仿生内固定物固定骨折，既能避免内固定物应力集中，也能加强其把持力，降低发生内固定物松动、移位甚至断裂等并发症的风险。本研究使用多孔仿生Gamma钉固定山羊股骨粗隆间骨折证实了仿生内固定物的上述特性。
目前骨折治疗提倡生物学固定(biological osteosynthesis，BO)理念[8], 即骨折固定时需注意保护周围软组织和血运，而非仅仅强调坚强内固定。我们提出的骨折仿生内固定是对骨折治疗BO理念的发展和完善，该理念的实施将显著提高骨折治疗效果，降低内固定相关并发症发生率。
[参考文献]
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(本文编辑：赵丽洁)
[收稿日期]2016-03-15；[修回日期]2016-03-23
[基金项目]国家自然科学基金青年科学基金项目(81401789)；河北省青年拔尖人才支持计划；河北省高等学校自然科学青年拔尖人才项目(BJ2016035)；河北省“三三三人才工程”资助项目(A201400156)
[作者简介]陈伟(1981-)，男，河北河间人，河北医科大学第三医院主任医师，教授，医学博士，从事骨折流行病学调查及微创内固定相关基础和临床研究。
[中图分类号] R683.42
[文献标志码] B
[文章编号] 1007-3205(2016)04-0462-02
*通讯作者。E-mail：dryzzhang@126.com