下脛腓鎖定鈦纜與螺釘的生物力學比較

姚樹智，劉松春，左 浩，劉 磊，白 洋，苗旭漫

(解放軍208醫(yī)院骨科中心，吉林 長春130062)

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下脛腓鎖定鈦纜與螺釘的生物力學比較

姚樹智，劉松春，左 浩，劉 磊，白 洋，苗旭漫*

(解放軍208醫(yī)院骨科中心，吉林 長春130062)

在臨床上，較嚴重的踝關節(jié)骨折經常合并下脛腓聯(lián)合的損傷。為達到早期功能鍛煉的目的，手術治療仍是這類病人的有效治療手段。固定下脛腓聯(lián)合目前最常用的是全螺紋螺釘固定，屬于堅強固定，無法保證下脛腓聯(lián)合在各方向的微動，在負重前還需要手術取出固定下脛腓聯(lián)合的螺釘，增加一次手術的風險，又加重患者經濟負擔。在充分分析各種固定方法的優(yōu)缺點的基礎上，筆者設計出下脛腓鎖定鈦纜固定裝置(專利號ZL201220440579.X)，更符合下脛腓聯(lián)合的生理狀態(tài)，可以作為治療下脛腓聯(lián)合損傷的有效手段。本實驗擬觀察下脛腓鎖定鈦纜固定裝置的生物力學性能，從分離位移及抗分離載荷兩方面評價其抗失效性能，并與拉力螺釘內固定進行比較。

1 材料與方法

1.1 下脛腓鎖定鈦纜固定裝置的結構 下脛腓鎖定鈦纜固定裝置的核心是靠鈦纜固定下脛腓聯(lián)合，借助外側卡塊及內側鎖塊將鈦纜固定，可配合腓骨接骨板使用，也可單獨應用于下脛腓聯(lián)合損傷。該裝置符合下脛腓關節(jié)的生理特性，既有足夠的橫向強度，又有旋轉及前后、上下方向的微動，符合踝部生物力學特點，跨四皮質固定可以保證固定強度，能夠克服拉力螺釘各方向堅強固定帶來的斷釘等并發(fā)癥(見圖1)。經前期生物力學測試，該裝置可避免堅強固定的應力遮擋，固定后即可提供足夠堅強的橫向抗分離作用。待損傷愈合后與接骨板一同取出，免除提前取釘的手術，即使固定幾個月后鈦纜斷裂，下脛腓韌帶已經牢固愈合，并且由于內外側跨四皮質固定，取出內固定也非常簡單。

圖1 下脛腓鎖定鈦纜固定裝置

1.2 標本制作和分組 取12個成人尸體小腿標本，左側6個，右側6個，經大體觀察及X線透視均證實無骨質破壞和結構異常。標本均從脛骨結節(jié)處水平截斷，脛腓骨近側斷端包覆牙托粉使其平整并與小腿長軸垂直，剝離踝部軟組織，保留踝關節(jié)周圍韌帶，切斷內踝三角韌帶深層，在距外踝尖8 cm處截斷腓骨，并向遠端切開骨間膜及下脛腓聯(lián)合韌帶，制做旋前-外展型Ⅲ度踝關節(jié)骨折模型，腓骨骨折處用接骨板固定，在距脛關節(jié)面上方3 cm處由腓骨向脛骨水平鉆孔，且與冠狀面成30度夾角。鈦纜組用自行研制的下脛腓鎖定鈦纜固定，螺釘組擰全螺紋螺釘固定。每組標本再隨機分為A、B組，各3個，B組分別進行10 000次充分屈伸活動模擬疲勞失效。所有標本制作均由同一臨床骨科醫(yī)生完成。生物力學測試均在吉林大學機械科學與工程學院力學實驗中心SCC-44100電子萬能試驗機上完成。踝關節(jié)取背伸10°體位，制作專門足墊，對所有標本進行壓力-分離試驗，每個標本加載3次，結果取均值。最后對所有標本行抗分離載荷試驗。分析比較2種方案的抗失效生物力學性能。所有標本制作后保存在零下20℃低溫冰箱，實驗開始前5小時取出室溫下緩慢復溫。

1.3 壓力-分離實驗 本實驗主要檢測固定裝置的橫向穩(wěn)定性(見圖2)。在下脛腓聯(lián)合處的脛骨及腓骨上安裝豎直金屬卡塊，以百分表頂住卡塊，上下滑動標本并調整卡塊使其互相平行，將標本安裝于SCC-44100電子萬能試驗機上，足底墊足墊保持背伸10°體位，在實驗開始前，每具標本預先加載5次以消除韌帶蠕變?；A加載壓力100N，保證標本固定，安裝百分表，記錄基礎讀數，然后垂直加載200N、400N、600N、800N。各組均采取同樣的實驗方法實驗條件和加載負荷，加載后用百分表測量不同載荷下的分離位移值，每個標本加載三次，記錄每次分離值并與基礎讀數求差值，做為該次測量的值，三次測量的平均值做為該標本的實驗值。每組標本測量后將資料計入統(tǒng)計數據，得出均值及標準差，并做方差齊性分析。

1.4 最大分離載荷實驗 在各標本下脛腓聯(lián)合處安裝分離鉤，在SCC-44100電子萬能試驗機上逐漸加載分離拉力，直至固定失效下脛腓聯(lián)合處完全分離(見圖3)，記錄最大分離載荷值。每個標本測量后，進行統(tǒng)計學分析。

圖2 壓力-分離實驗

圖3 最大分離載荷試驗

2 結果

2.1 各組壓力-分離實驗的結果 各組標本在背伸10°體位下進行壓力-分離加載，測得分離值，經方差齊性分析，各組間方差的差別無統(tǒng)計意義，說明總體方差相等，可以進一步應用。

表1 各組壓力-分離變化值(與基礎壓力100N時比)

注：與鈦纜A組相比，鈦纜B組數值無統(tǒng)計意義差異；與螺釘A組相比，螺釘B組(1)P<0.05.

通過比較表1中數值，可以發(fā)現(xiàn)，不同壓力下鈦纜A組及鈦纜B組的壓力-分離值無統(tǒng)計意義的差異；而螺釘組除200N壓力外，螺釘B組的壓力-分離值均比螺釘A組增大且有統(tǒng)計學差異(P<0.05)，也就是說經模擬疲勞失效試驗后，下脛腓鎖定鈦纜的壓力-分離值并沒有明顯變化，而螺釘組則明顯增大，說明在抗疲勞分離特性方面，下脛腓鎖定鈦纜要優(yōu)于傳統(tǒng)下脛腓拉力螺釘。

2.2 最大分離載荷實驗的結果 見表2。將記錄的分離載荷值首先經方差齊性分析，各組方差的差別無統(tǒng)計意義，說明總體之差相等，可以進一步應用。

表2 最大分離載荷值

注：縱向，與鈦纜A組相比，螺釘A組(1)P<0.05，與鈦纜B組相比，螺釘B組(2)P<0.01；橫向，鈦纜A組與鈦纜B組相比無統(tǒng)計意義差異(P>0.05)，與螺釘A組相比，螺釘B組(3)P<0.05

經模擬疲勞失效試驗后，鈦纜B組與鈦纜A組相比，最大分離載荷值無統(tǒng)計意義差異，而螺釘B組則較螺釘A組明顯下降(P<0.05)，說明鈦纜固定下脛腓聯(lián)合比拉力螺釘固定具有更好的抗疲勞性能。實驗中鈦纜結合接骨板固定后，給予最大拉應力時是鈦纜最終斷裂導致固定失效的，而拉力螺釘固定是螺釘與脛骨之間的松脫導致失效，這也是鈦纜組的最大分離載荷均大于螺釘組的原因?？梢钥闯?，下脛腓鈦纜固定比傳統(tǒng)螺釘固定具有更大的橫向抗分離性能，且抗疲勞性能也優(yōu)于螺釘固定。

3 討論

踝關節(jié)損傷約占全身骨關節(jié)損傷的四分之一，其中下脛腓聯(lián)合損傷發(fā)生率最高可達10%以上，多與骨折脫位合并損傷，也可單獨發(fā)生。脛骨、腓骨下端的內外踝及距骨是構成踝關節(jié)的骨性結構，下脛腓聯(lián)合韌帶則是維持踝關節(jié)穩(wěn)定的重要結構之一。如果下脛腓聯(lián)合有分離，踝穴的寬度增加，使距骨在踝穴內活動度增加，即可造成踝關節(jié)不穩(wěn)定。臨床上常見的下脛腓聯(lián)合分離伴腓骨下端骨折會導致踝關節(jié)嚴重失穩(wěn)，這時必須將腓骨下端骨折及下脛腓關節(jié)正確復位、牢固固定，以充分滿足踝關節(jié)的穩(wěn)定性與負重要求；另一方面，正常下脛腓聯(lián)合是一個微動關節(jié)，在踝關節(jié)從跖屈到背伸，踝穴寬度可增加1.5 mm，并可有5°-6°的旋轉[1]，而在踝關節(jié)正?；顒訒r，腓骨還有相對脛骨向遠端的位移，這種解剖特點決定了其固定方式的特殊性。陳大偉等研究也證實，下脛腓聯(lián)合為微動關節(jié)，遠端腓骨相對運動與踝關節(jié)體位及受力方式有關，臨床治療下脛腓聯(lián)合損傷需考慮其生理微動性[2]。

臨床上應用最廣泛的下脛腓拉力螺釘，屬于堅強固定，在固定早期可提供足夠的抗分離拉力；但其缺點也是堅強固定，固定后無法保證脛腓骨間各方向的微動，隨著康復過程中踝關節(jié)的活動，其釘-骨界面會逐漸出現(xiàn)松動，其抗分離性能也隨之降低，數月后出現(xiàn)斷釘的情況亦不少見，因此要求臨床醫(yī)生在下脛腓韌帶愈合后、病人完全負重前要手術取出下脛腓拉力螺釘，這就增加了一次手術痛苦及手術風險。在臨床上，下脛腓聯(lián)合損傷的治療方法還有可吸收螺釘、拉環(huán)、絆鈕扣鋼板等，但在一定程度上存在早期折斷、拉力不足、安裝不便及應用局限等不足。臨床上治療下脛腓聯(lián)合損傷時應重視下脛腓聯(lián)合解剖特點，兼顧牢固固定和局部微動的方法將是更合理、更有利于功能恢復的治療手段。我們創(chuàng)造性地將醫(yī)用鈦纜應用于下脛腓聯(lián)合的固定中，設計了下脛腓鎖定鈦纜固定裝置，充分發(fā)揮鈦纜柔韌、堅固的特性，既能保證橫向的固定強度，又允許下脛腓間有縱向及旋轉微動。有文獻表明，鈦纜與傳統(tǒng)鋼絲相比，其拉力強度、抗疲勞能力及抗磨損程度均明顯增強，分別是同直徑鋼絲的3-6倍和9-48倍[3]。

本實驗采用鈦纜固定下脛腓聯(lián)合損傷，并與傳統(tǒng)螺釘固定進行對比測試，觀察模擬疲勞失效試驗對不同固定方法的影響。分析實驗數據可以發(fā)現(xiàn)，下脛腓鈦纜固定比傳統(tǒng)螺釘固定具有更大的橫向抗分離性能，同時局部微動的非剛性固定特點使其抗疲勞失效性能亦優(yōu)于傳統(tǒng)下脛腓拉力螺釘，具有良好的應用前景。

[1]毛賓堯．踝足外科學[M]．第2版．北京：科學出版社，2007：399．

[2]陳大偉，李春光，李 兵，等．下脛腓聯(lián)合相對運動生物力學研究[J]．國際骨科學雜志，2015，36 (1)：57．

[3]葉添文，李 陽，歐陽躍平，等．醫(yī)用鈦纜在髕骨粉碎性骨折治療中的應用[J]．中國矯形外科雜志，2009，17(4)：268．

吉林省衛(wèi)生計生委課題(2014ZC048)

1007-4287(2016)11-1920-03

姚樹智，醫(yī)學博士，副主任醫(yī)師，主要從事創(chuàng)傷骨科的基礎與臨床研究。

2016-02-14)

*通訊作者