縫線網(wǎng)狀套扎固定治療脛骨髁間嵴骨折的力學(xué)實驗

王江濤，步建立，滕立佳，常 晗，錢宇航，周 勇，車建偉，羅 濤，孫 成，劉玉杰

1解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心 骨科，北京 100853；2白求恩國際和平醫(yī)院 骨二科，河北石家莊 050000；3解放軍第984醫(yī)院 骨科，北京 100094；4解放軍92196部隊，山東青島 266000

脛骨髁間嵴撕脫骨折常發(fā)生于兒童及青少年，膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶附著處脛骨撕脫骨折造成膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)，可使半月板前角附著處損傷，導(dǎo)致關(guān)節(jié)功能障礙[1-3]。Ⅰ、Ⅱ型脛骨髁間嵴撕脫骨折可保守治療，Ⅲ、Ⅳ型骨折則需手術(shù)復(fù)位固定，治療不當可造成膝關(guān)節(jié)殘疾[4-5]。髁間嵴大塊骨折多采用空心螺釘固定，小塊骨折或粉碎性骨折則難以處理。本研究設(shè)計了縫線網(wǎng)狀套扎固定法，旨在通過生物力學(xué)試驗，探討其生物力學(xué)性能，為臨床應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

材料與方法

1 實驗材料及分組 選取平均月齡7個月的新鮮豬膝關(guān)節(jié)16個，-20℃冷凍保存，實驗前室溫下復(fù)溫24 h。去除膝關(guān)節(jié)周圍軟組織，保留前交叉韌帶，制備脛骨髁間嵴撕脫骨折Ⅲ型模型，骨塊大小為1.5 cm×1.5 cm×1.0 cm。根據(jù)固定方法將骨折模型分為縫線網(wǎng)狀套扎組(A組)和空心螺釘組(B組)，每組8個關(guān)節(jié)。本研究實驗操作均由同一術(shù)者完成。

2 縫線網(wǎng)狀套扎骨折固定法(A組) 方法概要：將骨折塊解剖復(fù)位，采用肩關(guān)節(jié)縫合過線器引導(dǎo)6股2號Ultrabraid縫線(Smith & Nephew公司，美國)環(huán)繞前交叉韌帶脛骨基底部穿出，每2股縫線以領(lǐng)帶結(jié)樣環(huán)形套扎于ACL基底部與骨塊交界處。自脛骨結(jié)節(jié)前內(nèi)側(cè)向骨折塊兩側(cè)鉆取兩個直徑1.2 mm骨道，將縫線自兩脛骨骨道牽出，每側(cè)骨道2股縫線，縫線引出后在脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)骨橋上打結(jié)固定。其余縫線由骨塊前方經(jīng)脛骨前方皮下引出，于脛骨結(jié)節(jié)處鉆取橫向骨道，將縫線穿過骨道后在骨橋上打結(jié)固定(圖1)。技術(shù)要點：1)縫線環(huán)抱前交叉韌帶基底部而非穿過韌帶實質(zhì)部，避免損傷韌帶組織和骨塊；2)雙股縫線環(huán)繞前交叉韌帶后，線尾穿過頂部線環(huán)形成活袢樣結(jié)構(gòu)，避免因捆扎過緊導(dǎo)致前交叉韌帶血運障礙；3)關(guān)節(jié)內(nèi)兩脛骨骨道分別自骨塊前內(nèi)、前外穿出，即4：30和7：30兩個方位，并盡量避免損傷脛骨平臺軟骨；4)制作脛前皮下潛行隧道時可使用鈍頭硬膜外穿刺針沿脛骨上行直至關(guān)節(jié)腔，導(dǎo)引線將縫合線牽出，避免皮下隧道過大造成不必要的組織損傷或關(guān)節(jié)液外滲致切口感染、愈合不良；5)尾線打結(jié)時不易過多，以3 ～ 5個方結(jié)為宜，在保證線結(jié)牢靠的前提下最大程度降低線結(jié)對局部組織刺激。

3 空心螺釘骨折固定法(B組) 將骨折塊解剖復(fù)位后使用電鉆于骨塊中心自前上向后下鉆入導(dǎo)針(直徑2.7 mm)，沿導(dǎo)針擰入空心螺釘(直徑3.5 mm，Johnson & Johnson公司，美國)固定骨折塊(圖1)。

4 生物力學(xué)測試指標 實驗于室溫下進行。標本制備完成后，使用特制夾具將標本固定于力學(xué)測試儀(ElectroForce 3520；BOSE公司，美國)，使股骨干與脛骨干呈60°夾角，以便載荷更好地沿ACL方向傳導(dǎo)，力學(xué)測試機最大位移限定為17 mm。首先進行疲勞實驗，給予1 Hz、5～20 N、20次循環(huán)預(yù)載荷消除組織黏滯性；隨后加載5 ～ 150 N力并以100 mm/min速率循環(huán)200次；每20 Hz采樣1次，記錄載荷和位移變化數(shù)據(jù)。而后進行抗拔出測試，以0.5 mm/s的速率施加單次拔出載荷直至失敗，記錄最大失敗載荷、失效載荷、拔出剛度及循環(huán)位移數(shù)據(jù)。最大失敗載荷定義為固定失敗時所施加的負荷，即載荷位移曲線最高點的載荷數(shù)值；失效載荷定義為載荷不再直線上升時的載荷數(shù)值；拔出剛度定義為載荷位移曲線中直線區(qū)域的斜率；循環(huán)位移是指施加200次循環(huán)載荷后骨塊的位移程度。

5 統(tǒng)計學(xué)方法 統(tǒng)計分析采用SPSS23.0軟件進行。計量數(shù)據(jù)以表示，均為正態(tài)分布或輕微偏態(tài)，采用參數(shù)檢驗，組間比較采用兩獨立樣本t檢驗。檢驗水準α=0.05。

圖1 脛骨髁間嵴撕脫骨折固定模型A：縫線網(wǎng)狀套扎組； B：空心螺釘Fig. 1 Fixation modes for tibial eminence avulsion fractureA： Reticular loop ligature fixation;B： Cannulated screw fi xation

結(jié) 果

1 失敗模式 所有標本均完成測試，無前交叉韌帶斷裂、骨折等實驗失敗情況發(fā)生?？p線網(wǎng)狀套扎組(A組)失敗模式為位移超限8例，未發(fā)生縫線斷裂、骨塊碎裂等情況，表明縫線網(wǎng)狀套扎法固定效果良好?？招穆葆敼潭ńM(B組)失敗模式為螺釘拔出6例、骨塊碎裂2例，螺釘拔出概率75%，骨塊碎裂概率25%，表明螺釘固定最常見的失效原因是螺釘拔出。見圖2。

2 生物力學(xué)結(jié)果 縫線網(wǎng)狀套扎組(A組)的最大失敗載荷平均為517.798 N，空心螺釘組(B組)平均為247.841 N，A組是B組的2.089倍(P=0.000)?？p線網(wǎng)狀套扎組(A組)的失效載荷平均為278.769 N，空心螺釘組(B組)平均為149.063 N，A組是B組的1.870倍(P=0.001)?？p線網(wǎng)狀套扎組(A組)的循環(huán)位移平均為2.316 mm，空心螺釘組(B組)平均為4.522 mm，A組明顯小于B組(P=0.000)。縫線網(wǎng)狀套扎組(A組)的拔出剛度平均為40.062 N，空心螺釘組(B組)平均為38.253 N，A組略大于B組，但兩組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.780)。生物力學(xué)結(jié)果表明，縫線網(wǎng)狀套扎固定組的固定強度和固定穩(wěn)定性明顯優(yōu)于空心螺釘固定組，能夠滿足術(shù)后膝關(guān)節(jié)早期功能鍛煉的力學(xué)要求；空心螺釘固定組固定強度較低，術(shù)后膝關(guān)節(jié)需制動，以免螺釘受力造成內(nèi)固定失效導(dǎo)致骨折塊再次移位。見表1。

表1 兩組生物力學(xué)測試指標比較Tab. 1 Comparison of biomechanical indexes between the two groups

討 論

關(guān)節(jié)內(nèi)骨折治療關(guān)鍵是解剖復(fù)位，堅強固定[6]。關(guān)節(jié)鏡技術(shù)的應(yīng)用解決了微創(chuàng)條件下脛骨髁間嵴撕脫骨折解剖復(fù)位的問題[7]。目前，臨床上固定方式多樣，哪種固定方式最佳尚無定論[8-12]。空心螺釘固定的優(yōu)勢在于固定直徑大于螺釘直徑3倍以上且骨塊完整的大骨塊，可以起到直接復(fù)位、加壓固定的作用[11-12]，但需再次手術(shù)取出內(nèi)固定，有發(fā)生醫(yī)源性骨塊碎裂、內(nèi)撞擊及骺板損傷的危險，特別是骨質(zhì)疏松的患者容易發(fā)生螺釘拔出失效[13-16]?？p合錨釘?shù)膬?yōu)點是可用于骨折塊小或粉碎性骨折的病例，但是其價格昂貴，抗拔出力弱和固定強度較低，術(shù)后易發(fā)生錨釘拔出導(dǎo)致固定失效，影響早期康復(fù)鍛煉[17]。傳統(tǒng)縫線固定為柔性固定，取材方便、價格低廉，但其骨道穿過骨塊可致再骨折[16]。因其固定強度低且單點固定易導(dǎo)致骨塊翹起或骨塊旋轉(zhuǎn)，術(shù)后早期需膝關(guān)節(jié)制動，影響膝關(guān)節(jié)早期功能康復(fù)鍛煉[18]。筆者設(shè)計了縫線網(wǎng)狀套扎固定法，通過生物力學(xué)研究證實該方法的固定性能可靠。

圖2 兩組力學(xué)測試的失敗模式A：位移超限； B：螺釘拔出； C：骨塊碎裂Fig. 2 Failure modes of biomechanical testA: Displacement is beyond limit; B: Pullout of cannulated screw; C: Bone fragment refracture

研究結(jié)果顯示，縫線網(wǎng)狀套扎組失效載荷及最大失敗載荷均大于空心螺釘組，循環(huán)位移小于空心螺釘組，提示縫線網(wǎng)狀套扎固定的生物力學(xué)性能優(yōu)于空心螺釘固定。主要是由于縫線網(wǎng)狀套扎術(shù)在不同方向的縫線均勻分散了載荷，有效地保證了骨折塊的穩(wěn)定性?？p線尾端通過脛骨前方骨橋固定，此處為皮質(zhì)骨，強度高，抗負載能力強，而螺釘固定處為松質(zhì)骨，骨質(zhì)抗拉強度低，抗拔出能力弱。生物力學(xué)表明網(wǎng)狀縫線套扎固定法可滿足術(shù)后早期康復(fù)鍛煉要求。

文獻報告，人體正常行走及日常活動時，前交叉韌帶受力約為150 N，上樓梯或慢跑等較劇烈的活動時受力約450 N[19]。本研究顯示縫線網(wǎng)狀套扎固定法的最大失敗載荷平均為517 N，理論上能夠滿足術(shù)后膝關(guān)節(jié)早期功能鍛煉的力學(xué)要求。在模擬早期功能鍛煉及日?；顒又邢リP(guān)節(jié)受力環(huán)境下，縫線網(wǎng)狀套扎固定組的平均循環(huán)位移為2.32 mm，表明早期康復(fù)鍛煉時能夠維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性。因此，縫線網(wǎng)狀套扎固定術(shù)后可無需過度制動，便于早期康復(fù)鍛煉?？招穆葆敼潭ńM循環(huán)位移接近5 mm，提示術(shù)后需早期制動，以避免受力后導(dǎo)致內(nèi)固定松動或移位。以上結(jié)論與相關(guān)臨床研究相符[20-21]。

文獻報道，空心螺釘固定主要失敗模式是螺釘拔出及繼發(fā)骨塊碎裂[22]。本研究螺釘拔出6例，骨塊碎裂2例?？招穆葆斨萌脒^程中發(fā)生骨塊碎裂1例，究其原因主要是空心螺釘擰入骨塊，局部壓力大而發(fā)生骨折。研究結(jié)果與既往報道相似?？p線網(wǎng)狀套扎固定組的失敗模式皆為位移超限，未發(fā)生因固定強度問題導(dǎo)致的失效現(xiàn)象，表明其固定性能優(yōu)于螺釘固定。

縫線網(wǎng)狀套扎固定主要適用于Ⅲ型以上的脛骨髁間嵴撕脫骨折，特別適合骨折塊小、粉碎性骨折或骨質(zhì)疏松嚴重者。該方法對于關(guān)節(jié)鏡技術(shù)要求較高，有一定學(xué)習(xí)曲線。術(shù)中注意事項包括：1)縫線環(huán)抱前交叉韌帶基底部而非穿過韌帶實質(zhì)部；2)脛骨骨道關(guān)節(jié)內(nèi)口分別自骨塊前內(nèi)、前外穿出，避免損傷脛骨平臺軟骨；3)制作脛前皮下潛行隧道時可使用鈍頭硬膜外穿刺針沿脛骨上行直至關(guān)節(jié)腔，導(dǎo)引線將縫合線牽出，避免皮下隧道過大造成不必要組織損傷或關(guān)節(jié)液外滲致切口感染、愈合不良；4)尾線打結(jié)時不易過多，以3 ～5個方結(jié)為宜，在保證線結(jié)牢靠的前提下最大程度降低線結(jié)對局部組織刺激。

綜上所述，縫線網(wǎng)狀套扎固定法生物力學(xué)性能較空心螺釘固定法更好，有利于術(shù)后早期功能康復(fù)。尤其對于髁間嵴骨折塊小、粉碎性骨折或骨質(zhì)疏松病例，縫線網(wǎng)狀套扎固定法具有明顯優(yōu)勢。