Acutrak無頭加壓螺釘與AO空心拉力螺釘應(yīng)用于LetenneurⅠ型Hoffa骨折的生物力學(xué)比較

朱履剛，常 祺，任洪峰，陳國立，黃昌林

（中國人民解放軍第150中心醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，河南 洛陽 471031）

Acutrak無頭加壓螺釘與AO空心拉力螺釘應(yīng)用于LetenneurⅠ型Hoffa骨折的生物力學(xué)比較

朱履剛，常 祺，任洪峰，陳國立，黃昌林

（中國人民解放軍第150中心醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，河南 洛陽 471031）

目的 分析Acutrak無頭加壓螺釘與AO空心拉力螺釘應(yīng)用于LetenneurⅠ型Hoffa骨折的生物力學(xué)差異。方法選取16根新鮮冷凍成人尸體股骨標(biāo)本，制備成LetenneurⅠ型Hoffa骨折模型。隨機(jī)分為Acutrak無頭加壓螺釘固定的觀察組(n=8)、AO空心拉力螺釘固定的對照組(n=8)，比較兩組骨折間壓力及軸向壓縮位移、循環(huán)負(fù)荷位移及極限負(fù)荷值。結(jié)果(1)觀察組模型采用Acutrak無頭加壓螺釘固定后的骨折塊間固定壓力大于對照組、骨折塊間軸向移動(dòng)距離小于對照組(P＜0.05)；(2)觀察組模型采用Acutrak無頭加壓螺釘固定后的各個(gè)循環(huán)負(fù)荷周期位移均明顯小于對照組(P＜0.05)；(3)觀察組模型極限負(fù)荷值明顯大于對照組模型(P＜0.05)。結(jié)論Acutrak無頭加壓螺釘固定LetenneurⅠ型Hoffa骨折的強(qiáng)度與穩(wěn)定性優(yōu)于AO空心拉力螺釘，更有利于骨折的早期愈合及肢體功能恢復(fù)。

Hoffa骨折；Acutrak無頭加壓螺釘；AO空心拉力螺釘

Hoffa骨折在臨床中較為常見，屬于關(guān)節(jié)面骨折，多發(fā)生于青壯年，其中LetenneurⅠ型骨折最為常見。Hoffa骨折受傷機(jī)制為屈膝位的高能量損傷，易造成伸膝裝置包括半月板、關(guān)節(jié)軟骨、前交叉韌帶等損傷。LetenneurⅠ型Hoffa骨折需要堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定，以利于解剖復(fù)位的維持同時(shí)避免內(nèi)固定物松動(dòng)斷裂導(dǎo)致的骨折端再次移位。以往采用骨折端可吸收釘固定較多，但是其強(qiáng)度較弱，無法適應(yīng)膝關(guān)節(jié)較大的活動(dòng)剪切力，存在螺釘斷裂風(fēng)險(xiǎn)[1]。Acutrak無頭加壓螺釘與AO空心拉力螺釘均為近年來出現(xiàn)的全新內(nèi)固定螺釘，具有較高的內(nèi)固定強(qiáng)度，但是兩者的具體LetenneurⅠ型Hoffa骨折應(yīng)用后生物力學(xué)比較研究寥寥[2]。本次研究主要分析Acutrak無頭加壓螺釘與AO空心拉力螺釘應(yīng)用于LetenneurⅠ型Hoffa骨折的生物力學(xué)差異，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下：

1 資料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料 內(nèi)固定材料選擇Acutrak無頭加壓螺釘(釘尖6 mm，釘尾7 mm)與AO空心拉力螺釘(直徑7.3 mm)。X線骨密度儀由美國HOLOGIC公司提供，力學(xué)測試儀由美國MTS公司提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)本制備方法 取來自我省骨庫中心骨密度＞0.3 g/cm2的新鮮冷凍成人股骨標(biāo)本14根，死亡時(shí)間在實(shí)驗(yàn)時(shí)間半年內(nèi)，16根股骨來自14人，男性，年齡27～52歲，平均(36.17±7.28)歲，所有標(biāo)本經(jīng)正側(cè)位X線片、三維CT檢查后均未發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)缺損及病理損傷。其后將標(biāo)本以生理鹽水紗布包裹、塑料袋封裝后置入-20℃冰箱中凍存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 LetenneurⅠ型Hoffa骨折制作方法 實(shí)驗(yàn)前24 h將標(biāo)本在常溫下解凍，用線鋸截取股骨遠(yuǎn)端25 cm，用厚約1 mm醫(yī)用電動(dòng)擺在股骨后皮質(zhì)沿線冠狀面截?cái)嗤鈧?cè)踝制成LetenneurⅠ型Hoffa骨折模型。

1.2.3 骨折固定方法 將以上16根股骨模型標(biāo)本隨機(jī)配對分為兩組，分別為觀察組：Acutrak無頭加壓螺釘固定(n=8)；對照組：AO空心拉力螺釘固定(n=8)。骨折截面矢狀面中線中上1/3、中下1/3處作進(jìn)釘位置，螺釘固定后在矢狀面排列并與骨折面垂直。股骨近端采用牙托粉包埋，將2枚直徑3.0 mm的克氏針穿過遠(yuǎn)端股骨干，確保力學(xué)測試時(shí)股骨的固定穩(wěn)定、牢靠[3]。

1.3 觀察指標(biāo)

1.3.1 骨折間壓力及軸向壓縮測試 將膜片壓力傳感器置入骨折塊之間，記錄兩組模型的螺釘固定壓力；將模型置于生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上，對模型遠(yuǎn)端骨折塊施加260 N壓力，采用merlin軟件自動(dòng)測量骨折塊間軸向移動(dòng)距離。

1.3.2 循環(huán)負(fù)荷測試 沿著股骨軸線，向模型遠(yuǎn)端骨折塊垂直施加200～600 N周期循環(huán)力。頻率1.5周期/s，循環(huán)不間斷施壓10 000周期，采用MaxV6.7軟件自動(dòng)測量骨折塊間軸向位移，記錄間隔為100周期/次，選取第100、1 000、2 000、5 000、10 000周期時(shí)軸向位移數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

1.3.3 極限負(fù)荷測試 以1.5 mm/min的速率沿股骨軸對模型遠(yuǎn)端骨折塊垂直下壓至內(nèi)固定失效，采用merlin軟件記錄得出的極限負(fù)荷值，比較兩組差異。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS18.0軟件錄入數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，組間比較采用t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 骨折間壓力及軸向壓縮測試 觀察組模型采用Acutrak無頭加壓螺釘固定后的骨折塊間固定壓力大于對照組、骨折塊間軸向移動(dòng)距離小于對照組(P＜0.05)，見表1。

表1 兩組模型的骨折間壓力及軸向壓縮測試結(jié)果比較(±s)

表1 兩組模型的骨折間壓力及軸向壓縮測試結(jié)果比較(±s)

t值P值6.935＜0.05 8.273＜0.05

2.2 循環(huán)負(fù)荷測試 觀察組模型采用Acutrak無頭加壓螺釘固定后的各個(gè)循環(huán)負(fù)荷周期位移均明顯小于對照組(P＜0.05)，見表2。

表2 兩組模型的循環(huán)負(fù)荷測試結(jié)果比較(±s，mm)

表2 兩組模型的循環(huán)負(fù)荷測試結(jié)果比較(±s，mm)

觀察組對照組t值P值0.328±0.075 0.597±0.115 5.938＜0.05 0.482±0.083 0.831±0.103 6.394＜0.05 0.498±0.085 0.912±0.173 6.883＜0.05 0.573±0.093 1.021±0.218 7.048＜0.05 0.672±0.105 1.218±0.298 8.724＜0.05

2.3 極限負(fù)荷值 觀察組模型極限負(fù)荷值為(2 391.73±398.66)N，對照組極限負(fù)荷值為(1 205.82± 167.95)N，兩組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

3 討論

Hoffa骨折為股骨踝冠狀面骨折，外側(cè)單發(fā)骨折較多見，具體可以分為三型，其中LetenneurⅠ型骨折累及整個(gè)股骨踝后部且骨折部位與股骨后側(cè)皮質(zhì)平行，為臨床最常見類型[4]。治療LetenneurⅠ型Hoffa骨折的傳統(tǒng)方式為拉力螺釘固定外加支撐鋼板，但隨著近年來高能量創(chuàng)傷因素引發(fā)骨折患者增多，傳統(tǒng)螺釘內(nèi)固定后骨折不愈合、內(nèi)固定失敗患者亦大幅增多。目前有學(xué)者推薦使用Acutrak無頭加壓螺釘，此種螺釘從釘尖到釘尾直徑逐步變大，而螺距逐步變小，釘尖進(jìn)入骨質(zhì)速度快于釘尾，在螺釘推進(jìn)同時(shí)對骨折面進(jìn)行加壓[2]。

Acutrak無頭加壓螺釘在進(jìn)釘時(shí)對軟骨面的破壞較普通拉力螺釘小，且能完全埋入軟骨面下，以此減小對骨折端關(guān)節(jié)軟骨及周圍組織的不良刺激，對骨折最終愈合也有積極影響。但是目前臨床對于Acutrak無頭加壓螺釘能否給骨折患者帶來更高的早期穩(wěn)定性仍存疑，其相關(guān)固定Hoffa骨折的生物力學(xué)研究開展較少。對生物力學(xué)的研究載體可以選擇尸體骨及符合材料骨，復(fù)合材料骨來源廣、機(jī)械強(qiáng)度及骨折變異小，但是其硬度無法真實(shí)模仿人體骨的生物學(xué)特性，其皮質(zhì)較尸體骨厚、易獲得更好的假性實(shí)驗(yàn)結(jié)果[5-6]。故本次研究選擇尸體骨作為模型制作材料，尸體骨可以真實(shí)反映骨骼的生物學(xué)特性，且松質(zhì)骨生物學(xué)特性不受深低溫儲(chǔ)藏時(shí)間影響。本次實(shí)驗(yàn)的模型材料為在-80℃環(huán)境中保存半年以上的新鮮尸體骨，其生物力學(xué)特性與活體相當(dāng)，是十分理想的模型原料，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性[7]。

在骨折間壓力測試中，觀察組模型骨折間壓力為(98.32±16.93)N，對照組模型骨折間壓力為(63.82± 12.05)N，可見Acutrak無頭加壓螺釘進(jìn)入骨質(zhì)進(jìn)行內(nèi)固定后可以為骨折兩端帶來更大的固定壓力，增強(qiáng)了骨折斷端的強(qiáng)度。骨折間軸向測試的加載力是根據(jù)膝關(guān)節(jié)生理受力確定，本次研究中將體質(zhì)量60 kg作為力學(xué)加載標(biāo)準(zhǔn)，因此在壓力測試中選擇260 N作為加載力[8]。在軸向壓縮測試中，對照組模型的軸向位移(1.265±0.338)mm，明顯大于觀察組模型的(0.472± 0.069)mm，可見應(yīng)用Acutrak無頭加壓螺釘固定的LetenneurⅠ型Hoffa骨折模型初始穩(wěn)定性較好。

LetenneurⅠ型Hoffa骨折患者術(shù)后膝關(guān)節(jié)鍛煉時(shí)，膝關(guān)節(jié)伸直至0°時(shí)受股四頭肌牽拉產(chǎn)生的壓力約為600 N，下床鍛煉時(shí)患者首先部分負(fù)重200 N，故選擇負(fù)荷200～600 N作為循環(huán)負(fù)荷測試的壓力[9]。在循環(huán)負(fù)荷測試中，觀察組模型在各個(gè)特定選擇周期的軸向位移均小于對照組模型，可見Acutrak無頭加壓螺釘在經(jīng)歷了較長時(shí)間的循環(huán)負(fù)荷中，較AO空心拉力螺釘更能保持最初的固定強(qiáng)度及穩(wěn)定性，這可能與Acutrak無頭加壓螺釘?shù)娜菁y設(shè)計(jì)增加固定面接觸面積、螺紋螺距的錐形設(shè)計(jì)獲得更大的螺釘把持力、抗拔除力等形態(tài)設(shè)計(jì)相關(guān)[10-11]。

在極限負(fù)荷測試中，觀察組模型極限負(fù)荷值為(2 391.73±398.66)N，對照組極限負(fù)荷值為(1 205.82± 167.95)N?？梢夾cutrak無頭加壓螺釘?shù)淖畲笫ж?fù)荷較大，具有更為強(qiáng)大的固定強(qiáng)度，其應(yīng)用于LetenneurⅠ型Hoffa骨折內(nèi)固定后可以獲得更好的穩(wěn)定性。

綜上所述，Acutrak無頭加壓螺釘固定LetenneurⅠ型Hoffa骨折的強(qiáng)度與穩(wěn)定性優(yōu)于AO空心拉力螺釘，更有利于骨折的早期愈合及肢體功能恢復(fù)，值得臨床實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

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Biomechanical comparison of Acutrak headless compression screw and AO cannulated lag screw for Letenneur typeⅠHoffa fracture.

ZHU Lv-gang,CHANG Qi,REN Hong-feng,CHEN Guo-li,HUANG Chang-lin.Department of Orthopaedics,the 150thCentral Hospital of Chinese PLA,Luoyang 471031,Henan,CHINA

ObjectiveTo analyze biomechanical comparison of Acutrak headless compression screw and AO cannulated lag screw for Letenneur typeⅠHoffa fracture.MethodsSixteen root fresh frozen adult corpses femurs were selected and prepared into LetenneurⅠHoffa fracture model,which were then randomly divided into observation group with Acutrak headless compression screw(n=8)and control group with AO cannulated lag screw (n=8).Fracture pressure and axial compressive displacement,cyclic load limit load and displacement value were compared between the two groups.Results(1)The fixed pressure in the observation group was greater than that in the control group,and axial moving distance between blocks was less than that in the control group(P＜0.05).(2)The load cycle displacement of every cycle in the observation group was significantly less than that in the control group (P＜0.05).(3)The limit load value in the observation group was significantly greater than that in the control group (P＜0.05).ConclusionAcutrak headless compression screw for fixing LetenneurⅠ Hoffa fracture type is better than AO cannulated lag screw in strength and stability,which is more conducive to early healing of fracture and recovery of limb function.

Hoffa fracture;Acutrak headless compression screw;AO cannulated lag screw

R683

A

1003—6350（2015）07—0973—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.07.0348

2014-10-24)

廣東省中醫(yī)藥管理局項(xiàng)目（編號:20131136）

朱履剛。E-mail：zhuming19683@126.com