管絲張力帶固定髕骨骨折的生物力學(xué)分析

徐衍斌

四平市第四人民醫(yī)院,吉林 四平 136000

髕骨是人體最大的一塊籽骨，它提高了股四頭肌的有效性，并使膝蓋能夠彎曲，這在諸如蹲下或跪下的承重情況下需要大量的力[1-3]。髕骨骨折發(fā)生率約占全身骨骼損傷的0.5%-1.5%[4]。因?yàn)轶x骨在下肢伸膝關(guān)節(jié)中的重要作用，骨折后需要解剖復(fù)位和堅(jiān)強(qiáng)固定。只有無(wú)移位的骨折可以采取制動(dòng)固定等保守治療方式。骨折塊分離大于2mm、粉碎性骨折需要手術(shù)干預(yù)[3、5]。

經(jīng)典的克氏針張力帶一度是治療移位性髕骨骨折的金標(biāo)準(zhǔn)。張力帶能夠把拉力轉(zhuǎn)換成對(duì)骨折塊間的壓力。但是，在循環(huán)載荷下，特別是在膝關(guān)節(jié)伸展時(shí)，碎片壓縮被中和，骨折可能會(huì)裂開(kāi)[6]。另外，克氏針是光滑而有彈性的，在屈伸關(guān)節(jié)過(guò)程中可能導(dǎo)致金屬絲滑脫，骨折固定失效。導(dǎo)致關(guān)節(jié)僵硬、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等并發(fā)癥[4、7、8]。近些年來(lái)，很多采用空心螺釘固定髕骨骨折，或復(fù)合金屬線困扎固定。盡管提供了相對(duì)更好的穩(wěn)定性，但面對(duì)復(fù)雜的骨折還存在一定的不足。因此膝關(guān)節(jié)僵硬、骨性關(guān)節(jié)炎等并發(fā)癥仍然沒(méi)有被很好的解決[3、7]。

翻閱文獻(xiàn)以及對(duì)此類(lèi)手術(shù)的觀察，經(jīng)典的張力帶失敗，多是因?yàn)榭耸厢樆疲饘俳z脫落導(dǎo)致內(nèi)固定的失敗，而不是克氏針斷裂或是金屬絲斷裂。當(dāng)然不可否認(rèn)有出現(xiàn)金屬絲斷裂的病例。經(jīng)分析筆者認(rèn)為，經(jīng)典張力帶失敗的原因不是因?yàn)榭耸厢樅徒饘俳z的強(qiáng)度，而是這個(gè)固定的設(shè)計(jì)。所以筆者改良設(shè)計(jì)了管絲張力帶裝置來(lái)固定髕骨骨折。

材料和方法選取12只塑料材質(zhì)人工髕骨標(biāo)本，1mm厚擺鋸橫行中分截?cái)鄻?biāo)本，做橫行骨折標(biāo)本模型。12只骨折模型分成兩組。管絲組采用?=3.5mm金屬管，?=1.5金屬絲內(nèi)穿平行置入模型中份垂直骨折線的金屬管，閉合擰緊(300N)。克氏針組采用?=2.5mm克氏針平行植入模型中份垂直骨折線，?=1.5mm金屬絲“8”環(huán)繞克氏針，閉合擰緊(300N)。

生物力學(xué)測(cè)試裝置結(jié)合了拉力和屈曲張力來(lái)模擬髕骨的生理負(fù)荷。伸直下肢髕骨受股四頭肌拉力，屈曲膝關(guān)節(jié)時(shí)髕骨還受到股骨髁部的擠壓。生物力學(xué)裝置模擬人體下肢屈伸度以及屈伸軌跡。屈曲最大角度設(shè)定為60°。設(shè)定為這個(gè)角度是因?yàn)槲墨I(xiàn)[9]提到，屈曲45°時(shí)髕骨會(huì)受到分離的最大載荷。標(biāo)本固定于模擬膝關(guān)節(jié)屈伸電動(dòng)測(cè)試儀，骨折塊的運(yùn)動(dòng)由光電同步追蹤系統(tǒng)記錄，骨折移位間隙在髕骨前測(cè)量。

結(jié)果經(jīng)典張力帶固定組內(nèi)固定失效產(chǎn)生在平均受力650N(SD:243N),管絲張力帶組內(nèi)固定失效產(chǎn)生在平均受力1100N(35N)(P = 0.002)。因?yàn)樵?60N負(fù)荷時(shí)經(jīng)典張力帶組產(chǎn)生同時(shí)松動(dòng)變形，比較了兩組在此負(fù)荷下骨折快間的分離距離，經(jīng)典張力帶組分離距離5倍于管絲組(P=0.002)。

討論研究表明，管絲張力帶內(nèi)固定能夠?yàn)轶x骨骨折提供更可靠的機(jī)械穩(wěn)定性，能夠防止術(shù)后功能鍛煉載荷后骨折塊分離。經(jīng)典組固定在明顯低于管絲組受力載荷下產(chǎn)生明顯的固定失效。Carpenter[7]在一相空心釘張力帶固定髕骨骨折的生物力學(xué)研究中也報(bào)道過(guò)，屈膝45°，載荷395N時(shí)產(chǎn)生失敗。單純空心釘固定髕骨失敗載荷在554N，然而復(fù)合金屬絲固定后失敗載荷增高至732N。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，管絲內(nèi)固定失敗的載荷明顯大于上述提到的固定方式。

雖然選用的人工標(biāo)本物理特性接近髕骨，但畢竟不能完全反映出真實(shí)髕骨的生物力學(xué)特性。研究的結(jié)果可能受到人工標(biāo)本的影響。骨折固定在載荷下能保持機(jī)械穩(wěn)定性，是治療成功的首要因素。金屬管的機(jī)械強(qiáng)度同等體量的前提下要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于克氏針。克氏針表面光滑，容易彈性變，這是導(dǎo)致經(jīng)典克氏針張力帶失敗的主要因素?，F(xiàn)在很多手術(shù)采用空心螺釘復(fù)合金屬絲張力帶固定髕骨?？招尼?shù)拇_可以對(duì)髕骨產(chǎn)生加壓作用，但髕骨碎裂后的機(jī)械強(qiáng)度大大降低，實(shí)際置入螺釘產(chǎn)生的骨折塊壓力并不是理想的狀態(tài)。再則，空心釘?shù)穆菁y在骨折面吸收后壓力會(huì)部分失效，這時(shí)螺紋反而成了金屬絲動(dòng)態(tài)加壓的障礙。而絲管系統(tǒng)則不然。絲管系統(tǒng)完美的保留了經(jīng)典克氏針的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，管絲系統(tǒng)應(yīng)該是較為理想的髕骨骨折固定方式。值得進(jìn)一步的研究總結(jié)。同時(shí)也為張力帶的方式，提供了更多的可能。