可吸收螺釘張力帶固定橫行髕骨骨折的生物力學(xué)研究

張繼業(yè)，王新，楊琳，舒永輝，朱權(quán)，黃志平，李雯

(1.深圳市龍崗區(qū)第三人民醫(yī)院骨科，廣東 深圳 518115；2.南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院脊柱骨科，廣東 廣州 510515)

髕骨骨折是臨床比較常見的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，發(fā)生率約占全身骨折損傷的1%[1]。髕骨骨折的治療要求盡可能解剖復(fù)位，固定牢固，以利術(shù)后早期活動。術(shù)后越早功能鍛煉，發(fā)生關(guān)節(jié)黏連、僵硬的可能性就越小，早期功能鍛煉必須在堅強內(nèi)固定條件下進行。目前被廣泛使用的克氏針張力帶鋼絲固定需要二次手術(shù)取出內(nèi)固定，同時存在針尾、鋼絲觸痛、刺破皮膚的缺點，隨著生物材料工程的發(fā)展，可吸收材料的使用克服了這種缺點。盡管有很多研究報道可吸收螺釘張力帶固定橫行髕骨骨折，但其強度小于金屬固定物。為此，本研究通過生物力學(xué)試驗，為可吸收螺釘張力帶固定橫行髕骨骨折提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

取新鮮成年膝關(guān)節(jié)標本12具，包括膝上18 cm股骨及膝下18 cm脛骨，保留股四頭肌肌腱、髕骨、髕腱及關(guān)節(jié)囊，剔除其余軟組織。雙層塑料袋密封，-20℃冰柜保存?zhèn)溆茫瑴y試前常溫下解凍。每例標本經(jīng)X線攝片排除骨質(zhì)疏松及退行性骨關(guān)節(jié)炎。

將股骨和脛骨包埋于自凝牙托粉中，用鋼鋸從膝關(guān)節(jié)側(cè)方進入關(guān)節(jié)中，在髕骨中點橫形鋸斷髕骨制作成橫行骨折模型，不損傷髕腱。骨折塊直視下復(fù)位，然后隨機將標本分為2組，每組6具標本，分別采用以下兩種方法固定：(A組)可吸收螺釘聯(lián)合PDS線張力帶固定，(B組)AO張力帶固定。

A組：兩根直徑3.5 mm可吸收螺釘平行固定，用雙股1-0 PDS線環(huán)扎；B組：用2枚直徑為2.0 mm的克氏針平行固定，18號鋼絲(直徑0.8 mm)環(huán)扎固定。可吸收螺釘購自成都迪康中科生物醫(yī)學(xué)材料有限公司，材料為聚-DL-乳酸(Poly-DL-Lacticacid，PDLLA)。鉆頭、絲錐為專用的配套器械。

將股骨端用固定器固定在工作臺上，同時用定制夾具將股四頭肌肌腱在髕上約2 cm處固定，并通過滑輪連接于Instron E 100材料試驗機上(美國Instron公司)，能牽拉膝關(guān)節(jié)伸曲自如。為了模擬小腿和足的重力，按照Carpenter JE[1]方法在脛骨下端裝一鐵棒，再在鐵棒上安裝一鐵餅，總重約4.5 kg，鐵餅距離膝關(guān)節(jié)16.5 cm，以前的研究顯示這種裝置相當于一個體重約70 kg的人的膝關(guān)節(jié)所承載的負荷[2]。在上下骨折端各安放一枚紅外線發(fā)光標志(Smart Marker)，用于檢測膝關(guān)節(jié)的三維運動，三維運動測量系統(tǒng)(Optotrack Certus，加拿大NDI公司)以50Hz的采樣頻率采集運動數(shù)據(jù)。開始以50N/s速度勻速對股四頭肌腱加載，使膝關(guān)節(jié)由屈曲90°伸直為0°，然后再以50N/s速度勻速卸載，使膝關(guān)節(jié)由伸直位0°變?yōu)榍?0°，即時測量并記錄屈曲和伸直位骨折端的位移(三維運動測量系統(tǒng)的測量精度為0.1 mm)。當骨折端移位大于3 mm，表明內(nèi)固定失效，同時記錄加載次數(shù)。

2 結(jié) 果

重復(fù)測量資料的方差分析結(jié)果顯示，無論膝關(guān)節(jié)是處于屈曲位，還是伸直位，除第1次加載，可吸收螺釘PDS張力帶組骨折端位移較AO張力帶組大(P<0.05)；兩組隨著循環(huán)加載次數(shù)的增加，骨折端位移逐漸增加(P<0.05)，且可吸收螺釘PDS張力帶組更加顯著(見圖1～2)，可吸收螺釘PDS張力帶組均在加載超過1 200次左右固定失敗(即位移大于3 mm)，而AO張力帶組加載超過2 000次均無固定失敗。t檢驗顯示，在可吸收螺釘PDS張力帶組，當加載500次和1 000次時，伸直位時骨折端位移較屈曲位時大(P=0.024和P=0.000)，而在第1次和100次無顯著性差異(P=0.846和P=0.867)；在AO張力帶組，屈曲位與伸直位骨折端位移均無顯著差異(P>0.05)。

3 討 論

Watkins等[3]研究證實髕骨有延長股四頭肌力臂，幫助伸膝的作用，切除髕骨后，伸膝活動中股四頭肌要多付出30%左右的力量，且髕骨有保護膝關(guān)節(jié)、增強股四頭肌肌力、在膝關(guān)節(jié)伸直到最后10°～15°起滑車作用。由于髕骨在膝關(guān)節(jié)活動中的功能，對髕骨骨折應(yīng)盡量保留髕骨及使關(guān)節(jié)面恢復(fù)平整，減少髕股關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生，且治療骨折時，對股四頭肌腱擴張部有連續(xù)性中斷的，應(yīng)加以修復(fù)。由于髕骨位于膝前皮下，易受到直接損傷，這些損傷常導(dǎo)致粉碎性或移位性骨折。間接損傷常由膝關(guān)節(jié)屈曲位股四頭肌強烈收縮所致。大部分髕骨骨折是由直接和間接暴力聯(lián)合作用所致。髕骨骨折造成的最重要影響為伸膝裝置的連續(xù)性喪失及潛在的髕股關(guān)節(jié)不協(xié)調(diào)。

圖1 可吸收螺釘PDS張力帶組與AO張力帶組伸直位時骨折端位移

圖2 可吸收螺釘PDS張力帶組與AO張力帶組屈曲位時骨折端位移

目前髕骨骨折手術(shù)治療的目的是：最大限度地恢復(fù)關(guān)節(jié)面的形態(tài)，力爭骨折解剖復(fù)位、關(guān)節(jié)面平滑，在恢復(fù)伸膝裝置連續(xù)性的基礎(chǔ)上，使膝關(guān)節(jié)盡早活動，發(fā)揮髕骨的生物力學(xué)功能，恢復(fù)關(guān)節(jié)功能，減少或避免繼發(fā)性創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。

生物力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)橫行髕骨骨折最牢固的固定方式是AO張力帶固定，包括一些改良的克氏針鋼絲張力帶固定，這也是目前臨床中應(yīng)用最多且行之有效的固定方式。它具有固定強度大、價格低廉、操作簡便等優(yōu)點，但是其亦有諸多不足之處。用克氏針鋼絲張力帶固定，由于針尾或鋼絲反復(fù)刺激軟組織形成滑囊炎、皮下觸痛，克氏針滑脫、鋼絲松動斷裂，甚至穿破皮膚引起感染、潰爛。由于克氏針、鋼絲強度大，應(yīng)力遮擋作用明顯，影響骨折愈合，發(fā)生髕骨骨質(zhì)疏松；骨折愈合后需二次手術(shù)取出內(nèi)固定是此方法最大的不足之處，使患者遭受相當于第一次大小的手術(shù)創(chuàng)傷，影響膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)，有病例報道甚至發(fā)生內(nèi)固定取出后再骨折，增加患者的經(jīng)濟和精神負擔。這些并發(fā)癥的發(fā)生率大概是47%，而且15%與二次手術(shù)取出內(nèi)固定有關(guān)[4]。Patel等[5]采用克氏針Ethibond不可吸收縫線張力帶固定橫行髕骨骨折能獲得牢固的固定，但還是無法避免再次手術(shù)取出內(nèi)固定，可能手術(shù)創(chuàng)傷較前次手術(shù)有所減小。

理想的固定方式既要獲得固定的牢固性和穩(wěn)定性，又能避免內(nèi)固定造成的并發(fā)癥和二次手術(shù)所產(chǎn)生的創(chuàng)傷?？晌章葆斪鳛橐环N新型的內(nèi)固定材料，已有不少文獻報道，由于無需二次手術(shù)取出，近10余年來已得到廣泛應(yīng)用。其具有良好的組織相容性及可降解性，無毒、無抗原性和致癌性，其成分為超高分子量PDLLA，在體內(nèi)最終水解為H2O和CO2，應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)移至骨組織，利于骨的重建，故能防止應(yīng)力遮擋，其完全降解時間報道不一，通常12～18個月可完全降解吸收?？晌章葆敶嬖谝恍┢渌麅?nèi)固定不具備的優(yōu)點，可吸收材料在植入人體2 h后開始發(fā)生徑向膨脹，縱向收縮，產(chǎn)生自動加壓作用，可以使固定更加牢固；其拉伸強度大于等于40 MPa，彎曲強度大于等于80 MPa，與松質(zhì)骨相當，其初始固定強度維持時間可達3個月，完全能滿足髕骨骨折固定時間的需要。允許骨折端產(chǎn)生微動，有利于骨折愈合。隨著其逐漸降解，應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)移到愈合的骨折面上，利于骨密度的增加，減少骨質(zhì)疏松的發(fā)生。PDS線可以維持強度56 d，3個月后開始降解吸收，6個月左右完全吸收，單股1-0 PDS線的最大拉力為97.48 N[6]，足以支撐骨折愈合獲得遠期效果，同時避免了二次手術(shù)所帶來的創(chuàng)傷，減輕了患者的經(jīng)濟和精神負擔。

采用可吸收材料的張力帶可以解決金屬張力帶存在的部分缺陷，避免了二次手術(shù)，減少了患者的痛苦[7]。目前有很多臨床研究報道可吸收螺釘聯(lián)合PDS張力帶固定橫行髕骨骨折取得良好效果[8，9]，甚至認為可吸收螺釘聯(lián)合PDS張力帶可以取代AO張力帶固定橫行髕骨骨折，但多數(shù)術(shù)后采用石膏托外固定2～3周才開始膝關(guān)節(jié)功能鍛煉。雖然有研究[10]認為可吸收釘?shù)纳飶姸纫呀?jīng)能達到松質(zhì)骨強度的20倍，能滿足髕骨骨折固定的強度要求，本研究亦發(fā)現(xiàn)可吸收螺釘聯(lián)合PDS張力帶固定橫行髕骨骨折不及AO張力帶固定牢固，輔助石膏或支具等外固定一段時間是必不可少的。謝楊等[11，12]用“微喬”1-0可吸收線與0.8 mm鋼絲張力帶行拉力試驗和疲勞試驗，認為可吸收線張力帶治療髕骨骨折的生物力學(xué)性能比鋼絲張力帶好，完全可替代鋼絲，由于可吸收線具有一定的彈性，單純使用可吸收線固定強度可能不夠，本研究結(jié)果顯示可吸收螺釘聯(lián)合PDS張力帶固定組骨折端位移在加載時(伸直位)與卸載時(屈曲位)有顯著性差異，這種彈性可能會導(dǎo)致退釘現(xiàn)象。

本研究表明：可吸收螺釘和PDS可吸收線雖然具有免除二次手術(shù)的優(yōu)點，具有一定的彈性，但是其剛度不足，在試驗中螺釘對釘?shù)赖陌殉至Σ蛔?，所以其固定的穩(wěn)定性不佳，術(shù)后早期(2～3周內(nèi))應(yīng)行外固定支具固定制動，待骨折端形成骨痂后去除外固定，在醫(yī)生指導(dǎo)下逐步進行關(guān)節(jié)鍛煉，與傳統(tǒng)的克氏針鋼絲張力帶法比較，其術(shù)后康復(fù)指導(dǎo)更為重要。由于長時間膝關(guān)節(jié)固定，勢必會產(chǎn)生關(guān)節(jié)僵硬，影響術(shù)后功能恢復(fù)，所以術(shù)者要充分衡量其利弊，即使目前很多文獻報道可吸收螺釘固定髕骨骨折取得良好的效果。

總之，可吸收螺釘彈性模量與松質(zhì)骨相當，目前主要應(yīng)用于松質(zhì)骨骨折，髕骨骨折是松質(zhì)骨骨折，也是關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，是很好的手術(shù)適應(yīng)證?？晌章葆斏锵嗳菪院?，又能避免二次手術(shù)取出內(nèi)固定物，可避免金屬內(nèi)植物的不良反應(yīng)，但是其強度不及克氏針、鋼絲，抗扭轉(zhuǎn)能力差，擰入前必須先攻絲，螺釘對釘?shù)赖陌殉至Σ睿由螾DS可吸收線具有一定彈性，固定牢固性不及AO張力帶，對于膝關(guān)節(jié)這類負重關(guān)節(jié)，內(nèi)固定術(shù)后輔助外固定支具保護是必要的，并盡早進行膝關(guān)節(jié)的非負重功能鍛煉，避免術(shù)后發(fā)生關(guān)節(jié)僵硬。

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