双针固定治疗股骨颈骨折的生物力学分析
作者：张蒲 顾志华 孟和 吕喜增
单位：张蒲 顾志华(河北省科学院，河北 石家庄 050081)；孟和(中国中医研究院骨伤科研究所)；吕喜增(山东临清新开骨伤治疗中心)
关键词：
中国骨伤990629 双针固定治疗股骨颈骨折具有结构简单、固定稳定、损伤小、便于应用和患者乐于接受等特点。经200余例临床统计，术后平均一周可下床活动，愈合率高于95%，头坏死率5%，骨折愈合时间平均三个月左右。证明疗效是满意的，随访结果再次证明了这一结论。本文从生物力学观点做一初步分析。
固定稳定分析
双针固定股骨颈骨折疗法属外固定方式，两枚骨针的远端由螺杆约束并给予支撑，螺杆下端固定方式大体分两种：一种是用一枚骨针固定在股骨上；另一种是固定在夹板或环状套上，再捆在大腿上(如图1、2)由结构特征得知，A与A’处，因有锁针器，可把针1、2紧紧锁在螺杆上，认为是固定端；C、D简化为铰结点，B与B’也可看做固定端；三枚骨针基本在同一平面内，因此又可简化为平面问题。根据几何构造分析得知，骨折远、近端和器械构成有多余联系的几何不变体系，即只要正确使用该器械，便可实现稳定固定。
, 百拇医药
图1 螺杆用骨针固定在股骨上
图2 螺杆固定在夹板或环状套上
以上结果成立的前提是骨与骨针间要有足够的摩擦力。因而，了解摩擦力的大小是重要的。摩擦力值满足如下关系式：Fmax＝f.σ.S(a)
其中，f为骨与骨针的摩擦系数，骨针与密质骨的摩擦系数为：f密＝0.264；骨针与松质骨的摩擦系数为：f松＝0.3142。σ为挤压应力，密质骨对骨针的挤压应力为：σ密＝1.0385kg/mm2；松质骨对骨针的挤压应力为：σ松＝0.232kg/mm2。S为针与骨的接触面积，骨针直径φ为4mm，穿入近端的深度设为30mm，又知穿过的范围基本是松质骨区，将已知值代入式(a)得 Fmax＝27.5kg。该值与实验结果基本相符合。
, 百拇医药
由以上计算可知，治疗期间一般情况下克服纵向拨针的摩擦力是足够的。
综上所述得知，用双针固定治疗股骨颈骨折是可靠的。
断端生理应力
临床和实验均已证明，骨断端获得应力刺激对愈合是有益的。双针固定治疗股骨颈骨折，根据生理和器械结构特点，它虽然不能给予断端恒定生理应力，但可使断端获得对愈合颇为有益的间断性生理应力。
当固定器械安装后5天左右，患者即可下床进行功能活动。两根骨针的剪切强度是足够的。又知两骨针中，下边一根受压，由于骨折远、近端相互挤压，故一般骨针不会松动。而上边一根受拉，当力大于骨针与骨折近端间的摩擦力时，便出现松动现象。只要骨针在弹性限内，当弯矩增大时，骨针变形增加；当弯距减小或等于零时，变形随之减小或等于零，这样，骨折端面法向压力分布时大、时小、时有、时无随着功能活动而变化，这正是临床初期断端得到间断性生理应力。
, 百拇医药
受拉一侧骨针与近端间未出现相对滑动前，由于功能活动时骨针的微小变形，断面间也存在有间断性生理应力。所以，凡术后能扶双拐下地行走者，均明显提高了愈合速度。
骨折端的间断性生理应力对陈旧性骨折尤为重要。陈旧性骨折，采用本法治疗，骨针造成两新鲜创面，间断性生理应力的反复刺激，可清除掉断端纤维包膜，形成新的骨折断面，为骨折再愈合创造了条件。
应指出的是，生理应力是有一定范围的。生理应力是加速愈合的重要条件。过大的应力值又是头坏死的原因之一。即在骨折治疗和修复过程中，生理应力值应在某一确定区间内。
较少功能替代
双针固定治疗股骨颈骨折，很少功能替代是它的另一特点。
股骨颈的正常功能主要是承受剪力和弯矩。一般认为断面剪应力在治疗初期对愈合是不利的。所以对股骨颈骨折的治疗，既要尽量减少骨折端剪应力，又要克服由于弯矩使断端出现的再移位，还要防止出现明显的功能替代。
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设钢针的许用剪应力为19kg/mm2，临床要求股骨头承受载荷由10kg逐渐增大到50kg，所以，骨折端决不会由于功能活动而出现剪切移位，可有效防止不利于愈合的剪应力发生。
临床初期，当股骨颈承受弯矩时，前已指出，一般情况下不会出现明显位移，即固定是可靠的。当随着断面愈合程度的增强，股骨头所受载荷，将部分的被新生骨组织承受。在这种情况下，两枚钢针和股骨颈将形成组合截面梁结构。由于新生骨组织和钢针具有不同的弹性模量，而钢针的弹性模量远大于新生骨的弹性模量，因而断面愈合初期主要承受载荷的仍然是钢针，这对保持骨折端的稳定是必要的。随着新生骨组织的加强，骨针承载将逐渐减少。载荷将越来越多的被新生骨组织承受。当重建的骨组织接近正常骨组织强度时，载荷将主要由修复后的骨组织承担。这时，骨针的固定作用已不再是必要的。由此可知，双针固定治疗股骨颈骨折过程中，不存在明显的功能替代。
综上所述可知，用双针固定治疗股骨颈骨折，在给定的受载范围内，固定是可靠的，能使断端得到间断性生理应力，且没有明显的功能替代，满足弹性固定准则，属于弹性固定装置系统，因而取得较为理想的疗效。
(收稿：1996-09-10), 百拇医药
单位：张蒲 顾志华(河北省科学院，河北 石家庄 050081)；孟和(中国中医研究院骨伤科研究所)；吕喜增(山东临清新开骨伤治疗中心)
关键词：
中国骨伤990629 双针固定治疗股骨颈骨折具有结构简单、固定稳定、损伤小、便于应用和患者乐于接受等特点。经200余例临床统计，术后平均一周可下床活动，愈合率高于95%，头坏死率5%，骨折愈合时间平均三个月左右。证明疗效是满意的，随访结果再次证明了这一结论。本文从生物力学观点做一初步分析。
固定稳定分析
双针固定股骨颈骨折疗法属外固定方式，两枚骨针的远端由螺杆约束并给予支撑，螺杆下端固定方式大体分两种：一种是用一枚骨针固定在股骨上；另一种是固定在夹板或环状套上，再捆在大腿上(如图1、2)由结构特征得知，A与A’处，因有锁针器，可把针1、2紧紧锁在螺杆上，认为是固定端；C、D简化为铰结点，B与B’也可看做固定端；三枚骨针基本在同一平面内，因此又可简化为平面问题。根据几何构造分析得知，骨折远、近端和器械构成有多余联系的几何不变体系，即只要正确使用该器械，便可实现稳定固定。
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图1 螺杆用骨针固定在股骨上
图2 螺杆固定在夹板或环状套上
以上结果成立的前提是骨与骨针间要有足够的摩擦力。因而，了解摩擦力的大小是重要的。摩擦力值满足如下关系式：Fmax＝f.σ.S(a)
其中，f为骨与骨针的摩擦系数，骨针与密质骨的摩擦系数为：f密＝0.264；骨针与松质骨的摩擦系数为：f松＝0.3142。σ为挤压应力，密质骨对骨针的挤压应力为：σ密＝1.0385kg/mm2；松质骨对骨针的挤压应力为：σ松＝0.232kg/mm2。S为针与骨的接触面积，骨针直径φ为4mm，穿入近端的深度设为30mm，又知穿过的范围基本是松质骨区，将已知值代入式(a)得 Fmax＝27.5kg。该值与实验结果基本相符合。
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由以上计算可知，治疗期间一般情况下克服纵向拨针的摩擦力是足够的。
综上所述得知，用双针固定治疗股骨颈骨折是可靠的。
断端生理应力
临床和实验均已证明，骨断端获得应力刺激对愈合是有益的。双针固定治疗股骨颈骨折，根据生理和器械结构特点，它虽然不能给予断端恒定生理应力，但可使断端获得对愈合颇为有益的间断性生理应力。
当固定器械安装后5天左右，患者即可下床进行功能活动。两根骨针的剪切强度是足够的。又知两骨针中，下边一根受压，由于骨折远、近端相互挤压，故一般骨针不会松动。而上边一根受拉，当力大于骨针与骨折近端间的摩擦力时，便出现松动现象。只要骨针在弹性限内，当弯矩增大时，骨针变形增加；当弯距减小或等于零时，变形随之减小或等于零，这样，骨折端面法向压力分布时大、时小、时有、时无随着功能活动而变化，这正是临床初期断端得到间断性生理应力。
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受拉一侧骨针与近端间未出现相对滑动前，由于功能活动时骨针的微小变形，断面间也存在有间断性生理应力。所以，凡术后能扶双拐下地行走者，均明显提高了愈合速度。
骨折端的间断性生理应力对陈旧性骨折尤为重要。陈旧性骨折，采用本法治疗，骨针造成两新鲜创面，间断性生理应力的反复刺激，可清除掉断端纤维包膜，形成新的骨折断面，为骨折再愈合创造了条件。
应指出的是，生理应力是有一定范围的。生理应力是加速愈合的重要条件。过大的应力值又是头坏死的原因之一。即在骨折治疗和修复过程中，生理应力值应在某一确定区间内。
较少功能替代
双针固定治疗股骨颈骨折，很少功能替代是它的另一特点。
股骨颈的正常功能主要是承受剪力和弯矩。一般认为断面剪应力在治疗初期对愈合是不利的。所以对股骨颈骨折的治疗，既要尽量减少骨折端剪应力，又要克服由于弯矩使断端出现的再移位，还要防止出现明显的功能替代。
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设钢针的许用剪应力为19kg/mm2，临床要求股骨头承受载荷由10kg逐渐增大到50kg，所以，骨折端决不会由于功能活动而出现剪切移位，可有效防止不利于愈合的剪应力发生。
临床初期，当股骨颈承受弯矩时，前已指出，一般情况下不会出现明显位移，即固定是可靠的。当随着断面愈合程度的增强，股骨头所受载荷，将部分的被新生骨组织承受。在这种情况下，两枚钢针和股骨颈将形成组合截面梁结构。由于新生骨组织和钢针具有不同的弹性模量，而钢针的弹性模量远大于新生骨的弹性模量，因而断面愈合初期主要承受载荷的仍然是钢针，这对保持骨折端的稳定是必要的。随着新生骨组织的加强，骨针承载将逐渐减少。载荷将越来越多的被新生骨组织承受。当重建的骨组织接近正常骨组织强度时，载荷将主要由修复后的骨组织承担。这时，骨针的固定作用已不再是必要的。由此可知，双针固定治疗股骨颈骨折过程中，不存在明显的功能替代。
综上所述可知，用双针固定治疗股骨颈骨折，在给定的受载范围内，固定是可靠的，能使断端得到间断性生理应力，且没有明显的功能替代，满足弹性固定准则，属于弹性固定装置系统，因而取得较为理想的疗效。
(收稿：1996-09-10), 百拇医药