髕骨骨折多種張力帶固定方式的生物力學(xué)比較

熊中偉，趙文，申慶民

(1.遵義醫(yī)學(xué)院，貴州 遵義 653000；2.北京航天總醫(yī)院骨科，北京 100076)

髕骨骨折多種張力帶固定方式的生物力學(xué)比較

熊中偉1，2，趙文2*，申慶民2

(1.遵義醫(yī)學(xué)院，貴州 遵義 653000；2.北京航天總醫(yī)院骨科，北京 100076)

目的 探討改良AO張力帶固定髕骨骨折，鋼絲直徑、固定方式對生物力學(xué)的影響。方法 截取無病變新鮮冰凍膝關(guān)節(jié)標本8個，將髕骨橫行截斷，建立髕骨橫行骨折標準創(chuàng)傷模型，以三種直徑鋼絲、四種不同張力帶固定方式固定，通過測試比較固定后骨折間的最大壓力及屈伸活動前、后骨折間的位移。結(jié)果進行統(tǒng)計學(xué)分析，比較髕骨骨折多種張力帶固定方式的生物力學(xué)特點。結(jié)果 直徑1.2 mm的鋼絲固定后骨折間最大初始壓力更大，直徑1.0 mm的鋼絲固定疲勞試驗后骨折間位移更小。雙組平行鋼絲張力帶固定比單組鋼絲張力帶固定骨折間最大壓力更大，位移更小，而單組單節(jié)張力帶鋼絲固定最大壓力最小，位移最大。結(jié)論 AO改良克氏針鋼絲張力帶是固定髕骨橫行骨折的有效方法，能滿足骨折術(shù)后的早期功能鍛煉。此外，通過調(diào)整克氏針張力帶固定形狀方式及固定鋼絲的直徑能增強其固定髕骨骨折的生物力學(xué)優(yōu)點。

髕骨；骨折；張力帶；生物力學(xué)

切開復(fù)位內(nèi)固定是目前治療移位型髕骨骨折的主要治療方法，而AO改良克氏針鋼絲張力帶則是其內(nèi)固定的經(jīng)典方法，在臨床上取得了較為肯定的治療效果[1]。不過，目前大量文獻質(zhì)疑其固定的初期穩(wěn)定性，另外，臨床治療中選擇直徑多粗的鋼絲以何種形狀的張力帶固定方式固定髕骨骨折更加穩(wěn)定，缺乏系統(tǒng)準確的試驗數(shù)據(jù)依據(jù)。因此，我們對臨床常用的不同直徑的鋼絲和不同張力帶固定方式固定髕骨骨折的生物力學(xué)特點進行比較，以求為臨床工作提供一定依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 標本材料及制備 取4具新鮮冰凍尸體標本的8個膝關(guān)節(jié)，標本資料無膝關(guān)節(jié)病史，行X線片檢查，排除骨質(zhì)病變，并測量髕骨骨密度，排除骨質(zhì)疏松。截取包括股骨下段20 cm和脛骨上段15 cm在內(nèi)的膝關(guān)節(jié)，保留股四頭肌肌腱，膝關(guān)節(jié)囊及髕韌帶，徹底剔除其余軟組織，雙層塑料袋密封，-20°冰柜保存?zhèn)溆?。常溫下解凍，用擺鋸于冠狀面中點將髕骨鋸斷，制成橫行骨折標準創(chuàng)傷模型。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗步驟設(shè)計 采用自身對照，將每個髕骨骨折先后以三種直徑(直徑0.8 mm、1.0 mm、1.2 mm)鋼絲按四種張力帶固定方式固定(見圖1)。試驗分兩步：先測量膝關(guān)節(jié)屈伸循環(huán)活動后骨折間位移，再測量各種固定骨折間最大壓力。選擇骨折固定鋼絲直徑和張力帶固定方式的先后順序按均衡原則。

a 縱向單結(jié)“8”字張力帶固定 b 縱向雙結(jié)“8”字張力帶固定 c 橫向雙結(jié)“8”字張力帶固定 d 雙組平行鋼絲張力帶固定

圖1 四種張力帶固定方式固定髕骨骨折

1.2.2 外科技術(shù) 在髕骨被制成橫行骨折前，用直徑2.0 mm的克氏針在髕骨內(nèi)外側(cè)1/3處距髕骨關(guān)節(jié)面5 mm處鉆孔備用。以擺鋸在髕骨縱軸中點將其橫斷，制成橫行骨折標準創(chuàng)傷模型。在骨折后將骨折復(fù)位，穿入2.0 mm的克氏針，結(jié)合鋼絲行張力帶內(nèi)固定。

1.2.3 生物力學(xué)測試 第一步：完成髕骨骨折的張力帶固定后，將膝關(guān)節(jié)股骨端固定于夾具，連于Instron試驗機，股四頭肌肌腱固定后經(jīng)鋼纜連于牽引裝置，脛骨端于髕下25 cm處連一重3.2 kg砝碼模擬小腿遠端重量。于貼近骨折線的髕骨前方和側(cè)方貼關(guān)節(jié)面處骨折遠、近端分別各鉆入1 枚1.0 mm短克氏針標記，要求前方標記克氏針平行鉆入，位于同一冠狀面內(nèi)；側(cè)方2 枚克氏針亦要求平行鉆入，位于同一矢狀面內(nèi)，且同一平面內(nèi)2 枚克氏針離骨折端距離相等，測量標記針初始距離，以25 mm/s的速度牽引股四頭肌肌腱，使膝關(guān)節(jié)做90°～0°的屈伸200次循環(huán)。再次測量髕骨前方和關(guān)節(jié)面?zhèn)裙钦坶g距離，記算疲勞試驗導(dǎo)致髕骨骨折間的位移(見圖2)。如試驗中出現(xiàn)內(nèi)固定失效，記錄失效時的循環(huán)數(shù)，內(nèi)固定失效定義為骨折間分離移位大于2 mm或關(guān)節(jié)面階梯樣移位大于2 mm。第二步：取除內(nèi)固定，于髕骨關(guān)節(jié)面骨脊處骨折間前沿和關(guān)節(jié)沿各放置一枚微型Entran壓力傳感器，再次內(nèi)固定，均勻擰緊各鋼絲直至鋼絲斷裂或出現(xiàn)明顯骨質(zhì)切割，記錄骨折間最大壓力。

圖2 Instron試驗機行髕骨骨折內(nèi)固定后生物力學(xué)測試

2 結(jié) 果

2.1 鋼絲直徑和張力帶固定方式與骨折間位移的關(guān)系 在股四頭肌肌腱負載牽引膝關(guān)節(jié)屈伸200次循環(huán)試驗中，無髕骨內(nèi)固定失效，鋼絲直徑和張力帶固定方式與骨折間位移的關(guān)系表現(xiàn)如表1。膝關(guān)節(jié)90°～0°屈伸200個循環(huán)后，均未出現(xiàn)內(nèi)固定失效。其中使用直徑1.0 mm的鋼絲固定髕骨骨折分離移位更小；使用雙組張力帶鋼絲固定產(chǎn)生的位移小于單組張力帶鋼絲固定；而單組張力帶固定中，橫向雙結(jié)“8”字張力帶固定比縱向雙結(jié)“8”字張力帶固定產(chǎn)生移位小，雙結(jié)比單結(jié)固定位移小(P<0.05)。

表1 各組在膝關(guān)節(jié)屈伸活動疲勞試驗后膝關(guān)節(jié)伸直位髕骨骨折間位移

2.2 鋼絲直徑和張力帶固定方式與骨折間壓力的關(guān)系 各種固定方式中，未出現(xiàn)明顯的骨質(zhì)切割現(xiàn)象，測得骨折間最大初始壓力。使用直徑1.2 mm的鋼絲固定髕骨骨折骨折間初始壓應(yīng)力更大；使用雙組張力帶鋼絲固定產(chǎn)生的初始壓力大于單組張力帶鋼絲固定；而單組張力帶固定中，橫向雙結(jié)“8”字張力帶固定比縱向雙結(jié)“8”字張力帶固定初始壓應(yīng)力更大；雙結(jié)“8”字鋼絲張力帶固定強于單結(jié)“8”字張力帶(P<0.05)。詳細資料見表2。

表2 各種固定后膝關(guān)節(jié)伸直位髕骨骨折間最大壓力

3 討 論

目前臨床髕骨移位性骨折仍以切開復(fù)位內(nèi)固定為主要治療手段，但內(nèi)固定方法繁多，包括AO改良張力帶，各種螺釘，空心釘及鋼絲固定，鎳鈦聚髕器，各種髕骨鋼板以及各種縫合線固定。不同文獻報道了各種固定的優(yōu)勢及缺點[2-3]，其中AO改良克氏針鋼絲張力帶使用歷史最長，且目前仍廣泛使用。首先，其力學(xué)特點符合髕骨的受力原理，張力帶滑動加壓能將前方的牽張折彎受力轉(zhuǎn)化為骨折端的壓應(yīng)力；其次，AO改良張力帶對髕前軟組織條件要求更低，結(jié)合環(huán)扎鋼絲對粉碎嚴重的髕骨骨折仍能有效固定；此外其費用低廉，操作簡單，容易被廣泛接受。然而有些學(xué)者質(zhì)疑AO改良張力帶固定的穩(wěn)定性[4]，任玉猛等[5]通過對改良髕骨骨折克氏針鋼絲張力帶固定技術(shù)增加了其臨床固定效果。所以筆者通過本研究了解其固定穩(wěn)定性能否滿足髕骨早期活動，此外通過改變張力帶鋼絲直徑及構(gòu)成方式提高固定穩(wěn)定性。

本研究發(fā)現(xiàn)在骨質(zhì)量正常的標本上，AO改良克氏針鋼絲張力帶固定髕骨橫行骨折在200個循環(huán)的疲勞試驗未出現(xiàn)內(nèi)固定失效，表明AO改良克氏針鋼絲張力帶能滿足髕骨橫行骨折的固定要求，術(shù)后能早期功能鍛煉。而從髕骨骨折間產(chǎn)生的壓力和位移上，雙組張力帶優(yōu)于單組張力帶，橫向“8”字張力帶優(yōu)于縱向“8”字張力帶；雙結(jié)比單結(jié)固定力量更強。在術(shù)中合理選用雙組平行鋼絲張力帶能提高克氏針鋼絲張力帶固定髕骨骨折的穩(wěn)定性。但是雙組平行鋼絲更適合固定橫行骨折，對于髕骨中間部分有粉碎者，筆者仍推薦采用“8”字張力帶結(jié)合克氏針固定。本研究同樣表明選擇直徑合適的鋼絲在AO改良張力帶固定髕骨骨折中也同樣重要。本研究發(fā)現(xiàn)使用直徑1.2 mm的鋼絲配合直徑2.0 mm克氏針行雙組張力帶固定穩(wěn)定性更好，但由于直徑越大，其剛度越大，固定時與髕骨面之間的貼服性更差，所以在疲勞試驗后，更容易出現(xiàn)鋼絲松動，表現(xiàn)出更大的骨折間隙，所以推薦使用直徑1.0 mm的鋼絲固定，既有較高的初期穩(wěn)定性，后期發(fā)生松動的可能也更小，具有生物力學(xué)優(yōu)勢。綜上所述，在臨床上根據(jù)患者的骨質(zhì)量，骨折粉碎情況及術(shù)者經(jīng)驗等選擇合適的鋼絲直徑和張力帶固定方式能提高克氏針鋼絲張力帶固定髕骨骨折的穩(wěn)定性，從而更好發(fā)揮其生物力學(xué)優(yōu)點。

AO改良克氏針鋼絲張力帶是固定髕骨橫行骨折的有效方法，能滿足骨折術(shù)后的早期功能鍛煉。此外，通過調(diào)整克氏針張力帶固定形狀方式及固定鋼絲的直徑能增強其固定髕骨骨折的生物力學(xué)優(yōu)點，從而達到對髕骨骨折更加有效的固定，為骨折的良好愈合提供基礎(chǔ)。

[1]Wu CC，Tai CL，Chen WJ.Patellar tension band wiring：a revised technique[J].Arch Orthop Trauma Surg，2001，121(1/2)：12-16.

[2]Jeffrey Petrie，Adam Sassoon，Joshua Langford.Complications of patellar fracture repair：Treatment and Results[J].The Journal of Knee surgery，2013，26(5)：309-312.

[3]Hoshino CM，Tran W，Tiberi JV，etal.Complications following tension-band fixation of patellar fractures with cannulated screws compared with Kirschner wires[J].J Bone Joint Surg(Am)，2013，95(7)：653-659.

[4]Wild M，Eichler C，Thelen S，etal.Fixed-angle plate osteosynthesis of the patella-An alternative to tension wiring[J].Clinical Biomechanics，2010，25(4)：341-347.

[5]任玉猛，王紅玉，韓廣普.髕骨骨折克氏針鋼絲張力帶固定技術(shù)的改進及療效觀察[J].實用骨科雜志，2009，24(6)：542.

Tension-band Wiring of Patellar Fractures：A Biomechanical Investigation

Xiong Zhongwei1，2，Zhao Wen2*，Shen Qingmin2

(1.Zunyi Medical College，Zunyi 653000，China；2.Department of Orthopedics，Beijing Aerospace General Hospital，Beijing 100076，China)

Objective To compare the biomechanical properties of 4 constructs of tension band wiring made of 3 different sizes stainless steel-wires.Methods Transverse fractures were simulated in 8 adult cadaver knees and fixed with Kirschner wires in combination with figure-of-8 and parallel wire configurations of 3 different sizes stainless steel-wires.Biomechanical stability were tested by interfragmentary compression and fracture gaps after the knees，1000 cycles of flexion-extension motions.Results Fractures were more stable fixed with Kirschner wires in combination with parallel than figure-of-8 wire configurations.The interfragmentary compressions were bigger when the fractures fixed with 1.2 mm diameter wires，but fracture gaps were narrower when the fractures fixed with 1.0 mm diameter wires.Conclusion Patella fractures can been fixed more stable with tension-band wiring by adjusting size and constucts of stainless steel-wire.

patellar；fracture；tension-band；biomechanics

1008-5572(2015)05-0425-03

R683.42

B

2014-08-08

熊中偉(1981- )，男，主治醫(yī)師，遵義醫(yī)學(xué)院，653000。

*本文通訊作者：趙文