犬下頜骨骨折小型鈦板堅(jiān)固內(nèi)固定的生物力學(xué)分析

[摘要]目的：評(píng)價(jià)一種新型堅(jiān)固內(nèi)固定器械用于治療犬下頜骨線性骨折的生物力學(xué)穩(wěn)定性。方法：選取10只健康雜種犬做為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，于犬雙側(cè)下頜骨人工造成線性骨折，使用膨脹蕊體型堅(jiān)固內(nèi)固定器械(實(shí)驗(yàn)組)及普通堅(jiān)固內(nèi)固定器械(對(duì)照組)固定頜骨。2周后處死動(dòng)物取出下頜骨，在材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行兩個(gè)方向的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)及固位釘拔出試驗(yàn)，測(cè)定其最大破壞力，標(biāo)出載荷位移曲線。結(jié)果：實(shí)驗(yàn)組側(cè)向、垂直向最大載荷及固位釘拔出力分別為(103±11)N、(275±33)N、(351±14)N。對(duì)照組側(cè)向、垂直向及螺釘拔出力分別為(80±7)N，(185±23)N，(262±10)N。實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組間具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)。結(jié)論：膨脹蕊體型堅(jiān)固內(nèi)固定器械具有良好的生物力學(xué)穩(wěn)定性，可以對(duì)下頜骨骨折提供穩(wěn)固的固定。膨脹蕊體型堅(jiān)固內(nèi)固定器械優(yōu)于對(duì)照組。

[關(guān)鍵詞]堅(jiān)固內(nèi)固定；小型鈦板；生物力學(xué)

[中圖分類號(hào)]R782.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008—6455(2007)04—0488—04

下頜骨呈馬蹄形，占據(jù)面部下1/3，是顱面部唯一可以活動(dòng)的骨骼，參與組成牙、頜、及顳下頜關(guān)節(jié)系統(tǒng)，承擔(dān)著咀嚼和語(yǔ)言功能。由于其形態(tài)特殊且突出于面部，無(wú)論在平時(shí)或戰(zhàn)時(shí)，下頜骨的損傷都居于面部骨折的首位。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，平時(shí)傷下頜骨骨折占頜骨骨折總發(fā)生率的50％～70％，約是上頜骨骨折的兩倍。下頜骨骨折的發(fā)生部位常與其解剖的薄弱結(jié)構(gòu)有關(guān)，其中頦部、頦孔區(qū)、下頜角和髁狀突是骨折的好發(fā)部位。隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，交通事故傷已成為下頜骨骨折最主要的原因。平時(shí)傷下頜骨骨折多為線形骨折，而火器傷多為粉碎性骨折。堅(jiān)固內(nèi)固定(rigid internal fixation，RIF)是近20年來(lái)發(fā)展起來(lái)的頜骨骨折內(nèi)固定新技術(shù)。應(yīng)用的基礎(chǔ)是骨折在愈合中需要穩(wěn)定的環(huán)境，固定物要能抵消影響愈合的各種不良應(yīng)力并能維持骨折在正確的位置上直至愈合。本研究旨在通過(guò)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)新型膨脹蕊體型堅(jiān)固內(nèi)固定器械對(duì)犬下頜骨骨折的固定效果并與臨床常用器械進(jìn)行對(duì)比，為其投入臨床應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料和方法

1．1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物：10～12個(gè)月健康雜種犬10只，體重10～12 kg，雌雄不限，由第四軍醫(yī)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。

1．2 實(shí)驗(yàn)器材：頜面骨電動(dòng)手術(shù)器械DSQ-3型微型電鋸(廣東冠鷹醫(yī)療器械制造有限公司提供)，INSTRON MODEL5848材料試驗(yàn)機(jī)(ENGLAND)，長(zhǎng)四孔小型鈦板及金屬接骨螺釘(型號(hào)：ZEZ02，HCQ04規(guī)格：螺釘￠2.0mm×7mm，西安中邦鈦生物材料有限公司)，膨脹芯體型堅(jiān)固內(nèi)固定器械(規(guī)格：固位釘￠2.0mm×7mm由原第一軍醫(yī)大學(xué)退休教授梁雄醫(yī)生設(shè)計(jì)并提供)

1．3 實(shí)驗(yàn)方法

1．3．1 下頜骨骨折動(dòng)物模型的建立：10只健康雜種犬，檢查排除各種頜骨疾病，同體對(duì)照，隨機(jī)分為2組。術(shù)前用9％硫化鈉溶液脫去雙側(cè)下頜骨毛發(fā)，肌注速眠新Ⅱ注射液進(jìn)行麻醉(0.08～0.10ml/kg)，動(dòng)物固定體位采取仰臥位。無(wú)菌條件下沿犬下頜骨下緣切開(kāi)暴露雙側(cè)下頜骨，于第一臼齒前用微型電鋸在噴水冷卻條件下切割頰舌側(cè)骨質(zhì)，充分保護(hù)下頜管中的血管神經(jīng)，沿切線用骨折鉗造成雙側(cè)下頜骨線形骨折。充分復(fù)位噴水冷卻條件下鉆孔并行堅(jiān)固內(nèi)固定術(shù)固定雙側(cè)下頜骨，每側(cè)使用一塊長(zhǎng)四孔小型鈦板及四顆單皮質(zhì)金屬固位釘或螺釘，手術(shù)同時(shí)注意保護(hù)下頜管中的血管神經(jīng)。左側(cè)用實(shí)驗(yàn)組固定(膨脹芯體型堅(jiān)固內(nèi)固定器械)，右側(cè)用對(duì)照組固定(中邦牌長(zhǎng)四孔小型鈦板及金屬接骨螺釘)。青霉素鈉生理鹽水沖洗傷口后分層嚴(yán)密縫合傷口，術(shù)后肌注青霉素3天，動(dòng)物單獨(dú)飼養(yǎng)，正常飲食。2周后采用麻藥處死動(dòng)物，解剖取得完整下頜骨并觀察骨折線愈合情況。將下頜骨于正中聯(lián)合處鋸開(kāi)制備成雙側(cè)下頜骨骨折動(dòng)物模型。

1．3．2 生物力學(xué)測(cè)試

1．3．2．1 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)：將犬下頜骨用夾具固定，并調(diào)整夾具角度使加載壓頭分別加載于頜骨側(cè)面及水平面，兩側(cè)支點(diǎn)跨距30mm。平衡載荷后于骨折線處垂直加壓，加載速度5mm/min。使用材料試驗(yàn)機(jī)配套計(jì)算機(jī)記錄載荷一位移數(shù)值，以骨折線兩側(cè)載荷一位移曲線出現(xiàn)第一個(gè)中斷臺(tái)階做為骨折線斷裂標(biāo)志并記錄數(shù)值。

1．3．2．2 金屬固位釘及螺釘撥出力測(cè)試：于新鮮犬雙側(cè)下頜骨鉆孔，使用工具測(cè)量定點(diǎn)使鉆孔位置一致。分別固定實(shí)驗(yàn)組固位釘及對(duì)照組金屬接骨螺釘各8顆，將下頜骨標(biāo)本固定于夾具上，調(diào)整夾具角度，使釘?shù)拈L(zhǎng)軸與實(shí)驗(yàn)機(jī)加載方向一致。以2mm/min的加載速率進(jìn)行拔出試驗(yàn)，直至出現(xiàn)固位釘、螺釘拔出破壞。記錄固位釘、螺釘破壞形態(tài)，以載荷一位移曲線出現(xiàn)最高點(diǎn)為固位釘、螺釘拔出破壞的標(biāo)準(zhǔn)，即釘?shù)妮S向拔出力出現(xiàn)下降。實(shí)驗(yàn)機(jī)的載荷信號(hào)由計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄，并由相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)軟件給出固位釘、螺釘?shù)淖畲蟀纬隽Α?/p>

1．3．3 統(tǒng)計(jì)分析：采用SPSS 11.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)各組試驗(yàn)載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用配對(duì)t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異顯著的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(a=0.05)。

2 結(jié)果

2．1 大體觀察：術(shù)中及術(shù)后動(dòng)物無(wú)死亡，傷口無(wú)紅腫、滲液等炎性反應(yīng)現(xiàn)象，傷口Ⅰ期愈合。動(dòng)物處死后切開(kāi)觀察，所有小型鈦板無(wú)松動(dòng)，金屬固位釘及接骨螺釘無(wú)脫落。對(duì)照組骨折處骨質(zhì)隆起形成連續(xù)的表面骨痂，骨折線清晰可見(jiàn)，無(wú)炎性增生。實(shí)驗(yàn)組大體觀察情況與對(duì)照組類似但骨痂形成較對(duì)照組少，骨折線較對(duì)照組模糊。X線觀察實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組骨折線清晰可見(jiàn)表1。

2．2 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)及固位釘拔出試驗(yàn)結(jié)果：三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組及對(duì)照組均在加載荷后出現(xiàn)穩(wěn)定上升的載荷一位移曲線，表明被堅(jiān)固內(nèi)固定器械固定的犬下頜骨確實(shí)接受了試驗(yàn)機(jī)壓頭的加載。隨著加載的進(jìn)行在上升的載荷一位移曲線中出現(xiàn)了中斷臺(tái)階，此時(shí)下頜骨骨折線處出現(xiàn)了斷裂，堅(jiān)固內(nèi)固定被破壞。固位釘拔出試驗(yàn)中，隨載荷的增加出現(xiàn)載荷—位移曲線，當(dāng)固位釘被拔出時(shí)曲線呈現(xiàn)最高點(diǎn)隨后下降，試驗(yàn)數(shù)據(jù)。金屬接骨螺釘及固位釘拔出后實(shí)驗(yàn)組鉆孔處邊緣半徑2mm皮質(zhì)骨表面出現(xiàn)骨折現(xiàn)象，但鉆孔內(nèi)壁較為光滑。對(duì)照組拔出后鉆孔處邊緣半徑4mm皮質(zhì)骨表面出現(xiàn)骨折現(xiàn)象且皮質(zhì)骨破壞較實(shí)驗(yàn)組深。各組數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)驗(yàn)組側(cè)向、垂直向最大載荷及固位釘拔出力分別為對(duì)照組的128.75％、148.65％、133.96％。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)。實(shí)驗(yàn)組各項(xiàng)數(shù)據(jù)優(yōu)于對(duì)照組。

3 討論

骨折時(shí)由于骨的主應(yīng)力軌跡線中斷，骨的抵抗和承載功能被破壞。采用堅(jiān)固內(nèi)固定技術(shù)的目的就是以固定結(jié)構(gòu)代替中斷了的骨抗力結(jié)構(gòu)。它通過(guò)在骨折部位加接骨板并用螺釘固定在骨折線兩端，通過(guò)骨塊間壓力誘導(dǎo)骨生長(zhǎng)且使骨斷端得到穩(wěn)定促使骨折愈合。原有骨折愈合概念是在骨折端未能準(zhǔn)確解剖復(fù)位及有效維持穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，以II期愈合的模式，從X線片及組織學(xué)形態(tài)變化進(jìn)行描述的。愈合分為血腫機(jī)化、骨痂形成、塑形等三個(gè)階段。通過(guò)膜內(nèi)化骨，軟骨內(nèi)成骨，哈弗氏系統(tǒng)骨內(nèi)膜造等形式完成。

劉彥普等進(jìn)行了加壓內(nèi)固定狀態(tài)下的骨愈合研究后發(fā)現(xiàn)。骨折解剖復(fù)位后，適當(dāng)?shù)丶訅汗菙喽瞬粌H可增加斷面的接觸面積，輔之以接骨板的強(qiáng)度，能有效地維持骨折端穩(wěn)定且及早地發(fā)揮頜骨功能。還可使骨折間隙縮小密合并產(chǎn)生相當(dāng)?shù)纳韷簯?yīng)力，促進(jìn)骨折的Ⅰ期愈合。這種愈合是以哈弗氏系統(tǒng)骨內(nèi)膜造的方法進(jìn)行：即破骨細(xì)胞開(kāi)路，血管長(zhǎng)入，吸收壞死組織的同時(shí)，成骨細(xì)胞長(zhǎng)入，以新板層骨直接取代壞死組織。達(dá)到皮質(zhì)對(duì)皮質(zhì)、髓質(zhì)對(duì)髓質(zhì)骨問(wèn)的直接骨愈合。這種Ⅰ期愈合方式，正如軟組織的Ⅰ期愈合一樣，具有愈合周期短、并發(fā)癥少、形成外骨痂較少等特點(diǎn)。雖然加壓堅(jiān)固內(nèi)固定術(shù)可以使骨折更快的愈合，但是其技術(shù)操作復(fù)雜且適應(yīng)證不如小型鈦板廣泛。

champy基于下頜骨外層皮質(zhì)的解剖厚度(約3～5mm)和生物力學(xué)原則及固定器的機(jī)械性能，詳細(xì)闡述了頜骨骨折接骨板放置的理想部位，并發(fā)展了小型接骨板系統(tǒng)。Champy同時(shí)認(rèn)為，用小型接骨板固定骨折并不要求絕對(duì)穩(wěn)定，允許有肉眼不能分辨的微動(dòng)，固定只是為了中和張力，而允許功能性壓應(yīng)力傳導(dǎo)。從生物力學(xué)角度講，它是一種穩(wěn)定并具有彈性的動(dòng)力性固定。因其相對(duì)堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定有肉眼不能分辨的微動(dòng)，從生理上可以刺激骨折區(qū)域成骨細(xì)胞生長(zhǎng)，避免張力屏障作用，促進(jìn)骨折的愈合。該接骨板能放置在頜骨張力區(qū)附近，并且易于彎曲，適合下頜骨的不同曲度。能在有效抵抗張力區(qū)扭力的同時(shí)，在下頜緣產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力。所以堅(jiān)固內(nèi)固定的理論并不是絕對(duì)的固定。其固定效果的判斷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以骨折的愈合速度及強(qiáng)度來(lái)衡量。

堅(jiān)固內(nèi)固定器械固位原理：對(duì)照組所用堅(jiān)固內(nèi)固定器械為臨床治療下頜骨骨折常用器械，主要通過(guò)螺釘上螺紋與骨之問(wèn)的剪切摩擦力固位。并通過(guò)這種固位對(duì)小型接骨板施加壓力使其緊密貼合于骨面，從而達(dá)到固定骨折兩端并促進(jìn)骨折愈合的目的。影響骨一釘界面強(qiáng)度的因素包括：骨密度、螺釘幾何形狀(粗細(xì)及螺紋外型)、螺釘固定長(zhǎng)度、螺釘固定技術(shù)。針對(duì)這些方面的改進(jìn)由于受到各種各樣的條件限制，因而對(duì)提高傳統(tǒng)螺釘固定強(qiáng)度作用有限。實(shí)驗(yàn)組為一種全新設(shè)計(jì)的堅(jiān)固內(nèi)固定器械，因?yàn)樵卺旈L(zhǎng)度等影響固位力的因素上已不可能無(wú)限的提高，所以該器械在規(guī)格與對(duì)照組相同情況下采用全新的固位方法及原理。主要體現(xiàn)在金屬固位釘?shù)墓潭夹g(shù)上。實(shí)驗(yàn)組基本固定原理是固位釘?shù)哪┒伺虼蠹夹g(shù)，即固位釘末端在皮質(zhì)骨內(nèi)側(cè)或骨質(zhì)的深面膨脹以達(dá)到堅(jiān)固內(nèi)固定的目的。為下頜骨骨折區(qū)域創(chuàng)造一個(gè)三維穩(wěn)定性的愈合環(huán)境，促進(jìn)骨折愈合。其操作時(shí)，首先將芯體置于鉆孔內(nèi)，然后以特殊設(shè)計(jì)的裝置(拉釘鉗)將芯體中的芯向外拉出，借助固位釘?shù)哪┒伺蛎涍_(dá)到堅(jiān)固內(nèi)固定的目的。其固位力不是依靠螺紋所產(chǎn)生的剪切摩擦力，而是依靠機(jī)械鉚合力將小型鈦板固定于骨面。該堅(jiān)固內(nèi)固定器械的優(yōu)點(diǎn)是操作方便簡(jiǎn)單，完全不同于以往的螺紋釘式設(shè)計(jì)，在手術(shù)中可以大大縮短時(shí)間。而且應(yīng)用于同樣條件的下頜骨骨折，可以避免固定釘旋入后對(duì)釘?shù)赖臄U(kuò)大再損傷，固定效果可靠，適應(yīng)范圍較廣。

在對(duì)犬下頜骨骨折的堅(jiān)固內(nèi)固定治療中，大體觀察發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組較對(duì)照組骨折線處所形成的骨痂為少，骨折線更模糊。因?yàn)檠\(yùn)和穩(wěn)定性對(duì)早期骨愈合影響較大，血運(yùn)差和二維不穩(wěn)定將使骨愈合延遲、缺血和三維不穩(wěn)定將導(dǎo)致骨不愈合。微動(dòng)刺激所產(chǎn)生的外骨痂實(shí)際上是對(duì)堅(jiān)固內(nèi)固定穩(wěn)定性不足的一種生物補(bǔ)償。提示實(shí)驗(yàn)組較對(duì)照組在堅(jiān)固內(nèi)固定術(shù)后可以提供給下頜骨更好的三維穩(wěn)定性，這種穩(wěn)定性更有利于骨折的愈合。通過(guò)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)組下頜骨骨折線處較對(duì)照組能夠承受更大的載荷，提示膨脹蕊體型堅(jiān)固內(nèi)固定器械使用于犬下頜骨后使其骨折愈合更為牢固。

堅(jiān)固內(nèi)固定的穩(wěn)定性及有效性則取決于接骨螺釘?shù)墓涛恍阅?。在固位釘、螺釘?shù)陌纬鲈囼?yàn)中，采用機(jī)械鉚合固位原理的實(shí)驗(yàn)組固位釘在最大拔出力上明顯高于對(duì)照組螺釘，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)組固位方式比對(duì)照組更為有效且更加牢固，當(dāng)固位釘被拔出后對(duì)釘?shù)涝斐傻膿p傷也較對(duì)照組輕。這種情況也與實(shí)驗(yàn)組所選用的固位方式有關(guān)，避免了在固定術(shù)受外力破壞造成固位釘脫落時(shí)對(duì)下頜骨造成更大的二次損傷。人體骨骼屬于粘彈性材料，研究其生物力學(xué)特性必須考慮應(yīng)變率(加載速度)的影響。在不同的加載速度下骨的極限強(qiáng)度是不一樣的，加載速度越大，強(qiáng)度越小。實(shí)驗(yàn)中以2mm/min恒定速率加載拔出力，以消除加載速度對(duì)結(jié)果的影響。當(dāng)壓力小于某個(gè)極限時(shí)則安全，大于這個(gè)極限就可能產(chǎn)生很大的變形以至破壞，這就是所謂材料的極限強(qiáng)度。

因犬是頜骨骨折的理想模型動(dòng)物，所以生物力學(xué)的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)膨脹蕊體型堅(jiān)固內(nèi)固定器械的臨床應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。通過(guò)試驗(yàn)可以得出結(jié)論，堅(jiān)固內(nèi)固定術(shù)是治療下頜骨骨折的一種有效方法，膨脹蕊體型堅(jiān)固內(nèi)固定器械較臨床常用器械具有更好的固定效果。