前置與上置鋼板內(nèi)固定治療鎖骨中段骨折的生物力學對比分析

湯　凌

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·論著·

前置與上置鋼板內(nèi)固定治療鎖骨中段骨折的生物力學對比分析

湯凌

目的對比分析于不同位置重建鋼板內(nèi)固定治療鎖骨中段骨折的生物力學特性，為選擇手術方案建立理論依據(jù)。方法選取上海交通大學醫(yī)學院解剖教研室提供的新鮮成人尸體鎖骨標本15具(共30根)，隨機選取10具(20根)用鋸條切割制備鎖骨中段粉碎性骨折標本。將骨折標本隨機等分為鋼板上置組和鋼板前置組各5具(10根)。前組將重建鋼板塑形后固定于鎖骨上方，后組固定于鎖骨前方，保證兩組標本的骨折線兩側(cè)均固定有3枚螺釘;余下5具鎖骨標本(10根)作為對照組，無任何干預措施。觀察并比較三組標本的強度、彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度等生物力學性質(zhì)。結(jié)果在不同載荷下，三組模型的平均應變及位移差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；三組標本的最大強度與彎曲剛度差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；三組標本的平均最大拉伸載荷由高到低依次為對照組[(1260±57)N]、鋼板前置組[(1078±65)N]和鋼板上置組[(989±62)N]，鋼板前置組的抗拉伸作用明顯強于鋼板上置組，差異有統(tǒng)計學意義(F=3.133，P=0.047)；鋼板前置組內(nèi)固定的平均應力遮擋率[(18.73±2.98)%]明顯低于鋼板上置組[(27.52±3.24)%]，差異有統(tǒng)計學意義(F=6.314，P=0.031)。結(jié)論對于鎖骨中段粉碎性骨折，重建鋼板內(nèi)固定治療效果明確。在鋼板位置的選擇上，前置的生物力學性質(zhì)更加穩(wěn)定，應作為臨床首選方案。

鎖骨骨折； 鋼板； 前置； 上置； 標本； 生物力學

隨著內(nèi)固定材料的不斷更新以及手術操作進一步規(guī)范，大部分鎖骨中段骨折首選手術治療[1]。在材料的選擇上，目前主張重建鋼板內(nèi)固定，但在鋼板位置的選擇上仍存在爭議且缺乏相關生物力學特性的研究[2]。本實驗選取新鮮成人尸體鎖骨標本15具(共30根)，旨在比較鎖骨前和鎖骨上兩種重建鋼板內(nèi)固定位置治療鎖骨中段骨折的生物力學性質(zhì)，現(xiàn)報道結(jié)果如下。

資料與方法

1實驗標本

本實驗經(jīng)泰興市人民醫(yī)院及上海交通大學醫(yī)學院相關倫理委員會同意，于2014年11月選取上海交通大學醫(yī)學院解剖教研室提供的新鮮成人尸體標本15具，取雙側(cè)鎖骨共30根。其中男性10具，女性5具；年齡55～70歲，平均(63.49±3.76)歲；平均體質(zhì)量(64.87±14.32)kg，平均身高(1.71±0.09)m。實驗前拍攝標本正位X線證實無創(chuàng)傷、畸形以及嚴重退行性變等缺陷。

2實驗材料及儀器

(1)WDW-50萬能材料力學試驗機(濟南川佰儀器設備有限公司)；(2)位移傳感器、應變電測引線及其傳感器、高精度微型位移計(東莞市南天數(shù)字測控設備有限公司)；鈦合金重建鋼板及配套螺釘(捷邁得生物材料科技有限公司)。

3方法

3.1模型制備[3]仔細剔除30根鎖骨標本上附著的肌肉及其余軟組織并保證鎖骨的解剖完整性，用游標卡尺及螺旋測微器等工具對標本的解剖結(jié)構進行測量。隨機選取其中10具(20根)標本，用鋸條切割制備鎖骨中段粉碎性骨折模型，從中間橫斷并使骨質(zhì)碎裂成3塊。其余5具(10根)無干預措施。所有標本于自然位狀態(tài)下放置在雙層塑料袋中密封保存。

3.2標本分組及固定將制備好的10具(20根)鎖骨中段骨折模型隨機等分為重建鋼板上置組和鋼板前置組各5具(10根)，均給予6孔鋼板固定，前者將塑形后的重建鋼板置于骨折標本上方(圖1)，后者將鋼板置于骨折標本前方(圖2)，保證固定螺釘位于骨折線兩側(cè)各3枚。無干預措施的5具(10根)標本作為對照組。

3.3實驗力學模型所有標本在鎖骨生物力學材料性質(zhì)、鎖骨骨折模型制備、加載方法等方面均統(tǒng)一標準。力學測試的載荷設定為正常人鎖骨所承受的載荷，300～1 280N逐級加載，速率為1.45mm/min，于三點彎曲進行(圖3、4)。扭轉(zhuǎn)實驗時，于鎖骨兩端施以扭矩(圖5、6)。

3.4生物力學測試實驗力學模型制備成功后，將其置入特制的夾具中，處于自然中立位。再將模型與應變電測引線及傳感器連接，通過高精度微型位移計計算其位移。于實驗前進行150N×4次的預加載，速率為1.50mm/min。正式實驗時重復多次取平均值以提高精度。若實驗期間標本干燥，用浸潤生理鹽水的紗布包裹一層以保持新鮮。

4觀察指標

(1)三組模型的載荷-應變及載荷-位移關系；(2)三組模型的強度及彎曲剛度；(3)三組模型在不同扭角下的轉(zhuǎn)矩以及扭轉(zhuǎn)剛度；(4)兩組內(nèi)固定模型的應力遮擋率。

圖3　鋼板上置模型三點彎曲實驗　　　圖4　鋼板前置模型三點彎曲實驗

圖5　鋼板上置扭轉(zhuǎn)實驗　 圖6　鋼板前置扭轉(zhuǎn)實驗

5統(tǒng)計學處理

結(jié)　果

1三點彎曲實驗結(jié)果比較

對照組、鋼板上置組和鋼板前置組三點彎曲的最大載荷分別為1 280N、1 183N和1 176N。三組模型的載荷-應變及載荷-位移均呈線性關系，在不同載荷下，三組模型的平均應變及位移差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表1、2。三組模型的最大強度與彎曲剛度值差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表3。

2扭轉(zhuǎn)實驗結(jié)果比較

鋼板上置組和鋼板前置組于不同扭轉(zhuǎn)角下的扭矩以及扭轉(zhuǎn)剛度均小于對照組，但差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，且兩內(nèi)固定組間比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表4、5。

3拉伸實驗結(jié)果比較

對照組平均最大拉伸載荷為(1260±57)N，且斷裂部位位于鎖骨中外1/3處，與臨床實際情況相符合。鋼板上置組與鋼板前置組的最大拉伸載荷分別為(989±62)N和(1078±65)N，三組行單因素方差分析，差異有統(tǒng)計學意義(F=4.175，P=0.039)。兩固定組間比較差異有統(tǒng)計學意義(F=3.133，P=0.047)，說明鋼板前置抗拉伸作用較上置明顯。

4應力遮擋率比較

根據(jù)應力遮擋效應的定義[4]，應力遮擋率η=(1-δ無)/δ有×100%。公式中δ無為鋼板固定時的應力，δ有為鋼板固定后的應力。鋼板上置組平均應力遮擋率為(27.52±3.24)%，鋼板前置組為(18.73±2.98)%，差異有統(tǒng)計學意義(F=6.314，P=0.031)，說明鋼板前置對鎖骨骨折的愈合效果更佳。

表1　三組模型載荷與應變的關系±s,με)

表2　三組模型載荷與位移的關系±s,mm)

表3　三組模型最大強度及彎曲剛度對比±s)

表4　三組模型扭轉(zhuǎn)角與扭矩的關系±s,N·cm)

表5　三組模型扭轉(zhuǎn)剛度值對比±s)

討　論

鎖骨骨折是最常見的上肢骨折類型之一，約占全身骨折的6.2%，多因高處墜落或外力擠壓所致[5]。鎖骨遭受創(chuàng)傷后在周圍肌群的綜合作用力下，其中段承受最大的剪切力與彎矩，此外該部位周徑較小，骨密度相對較低，因此在鎖骨骨折中，中段骨折占80%以上[6-7]。以往對于鎖骨中段骨折的治療方案，一部分醫(yī)生傾向于手法復位聯(lián)合“8”字繃帶外固定，此方法雖然可使骨折斷端暫時固定，但“8”字繃帶常因彈性下降而失去固定作用，臨床上需多次更換重新固定，步驟繁瑣且易造成骨折塊的移位，對于復雜型的鎖骨中段骨折效果較差[8]。隨著內(nèi)固定材料的不斷更新以及手術操作的進一步規(guī)范，臨床上目前青睞于手術方法治療復雜型鎖骨中段骨折，手術方案主要為克氏針鋼絲內(nèi)固定和重建鋼板內(nèi)固定兩種[9]?？耸厢樹摻z內(nèi)固定手術過程較為簡單，但研究發(fā)現(xiàn)其發(fā)生松動、滑脫以及損傷臂叢神經(jīng)的概率較高，繼而患者無法進行早期功能訓練，一旦發(fā)生上述并發(fā)癥嚴重影響患者的生活質(zhì)量[10]。而重建鋼板具有良好的可塑性及預彎性，且所配套的螺釘固定牢靠，彌補了克氏針鋼絲的不足。對于重建鋼板的固定位置，目前為前置和上置兩種，多數(shù)學者認為前置鋼板的抗拔力高于上置鋼板，且前置鋼板出現(xiàn)肩關節(jié)功能障礙以及術后骨不連的概率低于上置鋼板[11]。

從本次研究的結(jié)果來看，三組模型的載荷-應變及載荷-位移均呈線性關系，在不同載荷下，三組模型的平均應變及位移差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，說明兩種固定方法在抗彎曲和形變的能力方面效果相當。三組模型在最大強度、彎曲剛度值、不同扭轉(zhuǎn)角下的扭矩以及扭轉(zhuǎn)剛度方面差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，說明兩種固定方法在軸向加壓和抗旋轉(zhuǎn)的能力方面同樣效果相當。鋼板上置組與鋼板前置組的平均最大拉伸載荷分別為(989±62)N和(1078±65)N，明顯低于對照組(1260±57)N，且兩固定組間比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，說明鋼板前置抗拉伸作用較上置明顯。鋼板上置組的平均應力遮擋率明顯高于鋼板前置組(P<0.05)，因此鋼板前置出現(xiàn)骨不連的概率較低。結(jié)合臨床與本次生物力學研究的數(shù)據(jù)，筆者分析重建鋼板前置的臨床效果優(yōu)于鋼板上置的原因主要為以下3點：(1)由于鎖骨的解剖形態(tài)，重建鋼板前置的螺釘進入鎖骨的深度明顯大于上置鋼板的螺釘，因此在內(nèi)固定的拔出力以及整體穩(wěn)定性方面，鋼板前置效果更佳；(2)前置鋼板的螺釘隱藏在鎖骨的前下方，與上置鋼板突出的螺釘相比，對皮膚的刺激較小，大大降低了皮膚感染的概率；(3)前置鋼板降低了應力遮擋率，此外對骨膜剝離程度較小，降低了骨不連發(fā)生的概率，有助于患者早期進行功能鍛煉。本結(jié)果與阮國模等[12]的結(jié)論基本符合，但實驗仍存在不足之處，主要未考慮不同骨折類型及鋼板類型等因素的影響，僅從鋼板固定位置分析模型的生物力學特性在臨床應用上具有一定的局限性，在穩(wěn)定性的結(jié)論上可能與其他學者存在一定偏差[13]，在今后的研究中應加以完善，提高結(jié)果的準確性。

綜上所述，與重建鋼板上置治療鎖骨中段骨折相比，鋼板前置的生物力學性質(zhì)更加穩(wěn)定，有利于患者早期進行功能鍛煉，應作為首選方案。

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(本文編輯： 郭衛(wèi))

Biomechanical comparison of reconstruction plate internal fixation in different positions for treatment of clavicle fractures

TANGLing

(Department of Orthopedics,People’s Hospital of Taixing，Taixing225400,China)

ObjectiveTo compare the biomechanical properties of reconstruction plate internal fixation in different positions for treatment of clavicle fractures. MethodsThirty fresh clavicle specimen were selected. Twenty of them were made for clavicle fracture models and the others were regarded as control group. The clavicle fracture models were randomly divided into the upper plate group(n=10) and the anterior plate group (n=10). Then the biomechanical properties of the three groups were compared. ResultsThere were no obvious differences among the three groups in load-straining,load-migration,maximum strength,bending rigidity and trosional stiffness. The order(from high to low) of the maximum tensile loads among the three groups was the control group[(1260±57)N],anterior plate group[(1078±65)N] and upper plate group[(989±62)N]respectively. The tensile effect of the anterior plate group was better than that of the upper plate group(F=3.133，P=0.047);the stress shielding rate of the anterior plate group[(18.73±2.98)%]was lower than that of the upper plate group[(27.52±3.24)%)](F=6.314，P=0.031). ConclusionFor middle clavicle fracture,the biomechanical properties of anterior plate internal fixation are better than those of upper plate. So it should be used as the first choice for clinical surgery.

clavicle fracture; plate; anterior; upper; specimen; biomechanics

1009-4237(2016)06-0334-04

225400 江蘇,泰興市人民醫(yī)院骨科

R 683.41

A

10.3969/j.issn.1009-4237.2016.06.005

2015-12-09；

2015-12-31)