下脛腓聯合損傷不同固定方法生物力學研究

陸晴友 汪宗保 劉 林 潘玉濤 劉立峰 郝迎新

下脛腓聯合損傷不同固定方法生物力學研究

陸晴友 汪宗保 劉 林 潘玉濤 劉立峰 郝迎新

目的 比較下脛腓聯合損傷不同固定方式的生物力學穩定性。方法 新鮮冷凍人小腿標本8具，因部分標本可重復使用，分為5組，下脛腓韌帶完整組（8只）、下脛腓韌帶切除組（8只）、下脛腓單骨道Suture-Button固定組（4只）、下脛腓雙骨道Suture-Button固定組（4只）、下脛腓3.5mm常規皮質骨螺釘組（4只），循環加載750N負荷后，使用光學非接觸應變測量系統和應力測試比較踝關節背屈10°、中立位、跖屈10°、跖屈20°下的脛腓骨相對位移，脛距關節最大接觸面積和峰值壓力以確定各自穩定性。結果 單枚常規螺釘固定下脛腓聯合損傷時脛腓骨相對位移較正常下脛腓的相對位移小，脛距關節最大接觸面積大，關節內峰值壓力小；單骨道suture-button固定下脛腓相對移位大，脛距關節最大接觸面積小，關節內峰值壓力大；雙骨道Suture-Button固定后脛腓骨相對移位、脛距關節最大接觸面積、峰值壓力與正常下脛腓接近。結論 下脛腓聯合損傷時應用雙骨道Suture-Button固定更符合下脛腓聯合的生物力學特征，臨床應用可望獲得較為滿意的療效。

下脛腓聯合損傷 皮質骨螺釘 Suture-Button 生物力學

下脛腓聯合（DTS）損傷除單純下脛腓聯合韌帶和骨間膜的損傷，常伴有踝關節骨折。占所有踝關節損傷的1%～18%，在足球、滑雪和曲棍球運動員的踝關節損傷中發生率可高達70%左右［1-2］。治療過程中如有復位丟失，易導致早期骨性關節炎［3-4］。目前臨床對下脛腓聯合損傷常用的固定方法多以常規皮質骨螺釘內固定，但下脛腓屬微動結構，彈性固定更符合其生理特性，單骨道Suture-Button固定首先開始在臨床上得到使用，但有報道后期復位丟失達0%～11%［5］，近年來有臨床嘗試雙骨道Suture-Button固定下脛腓聯合，但相應的生物力學定量比較研究無確定的依據。2014 年1 月至2016 年6月作者通過高精度光學非接觸應變系統ARAMIS測量單、雙骨道Suture-Button、常規螺釘固定下脛腓聯合損傷的穩定性并作對比研究。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與設備 新鮮冷凍成年男性尸體下肢標本8具（南方醫科大學解剖教研室提供）。德國光學非接觸應變測量系統ARAMIS儀器：應力采集器、應力傳感器、連接電腦及其配套軟件，聚甲基丙烯酸甲脂（上海齒科材料廠生產），AO 3.5mm皮質骨螺釘（辛迪仕提供），Suture-Button（stryker公司提供）。BOSE Eletroc Force ?3510 高精度生物材料實驗系統（中國上海力值：±7.5KN；動態應變：±25mm；頻率：100HZ）。

1.2 實驗方法與過程 （1）標本準備：新鮮冷凍成年男性尸體4具（年齡30～61歲），雙側小腿、足部無畸形及創傷改變。取小腿連同足部標本，左右各4只，共8只，置于-20°冷凍保存，平均保存時間7d～8個月。清除脛骨平臺及以下3.5cm區域軟組織，切除踝穴至小腿近端6cm，至足背6cm區域的皮膚及皮下組織及部分韌帶，但保留三角韌帶、距腓前韌帶、距腓后韌帶、跟腓韌帶、下脛腓前韌帶、后韌帶、骨間韌帶。（2）分組：①韌帶完整組（LI）8例：保留完整下脛腓韌帶。②韌帶切除組（LR）8例：切除下脛腓韌帶未行固定。③常規螺釘組（CS）4例：踝關節背屈10°以一枚直徑3.5mm全螺紋皮質骨螺釘在踝穴上方2cm由腓骨斜向脛骨30°固定下脛腓，螺釘通過4層皮質。④單骨道Suture-Button組（SBT）4例：待常規螺釘組測試完畢，卸除螺釘后以4mm鉆頭重新沿原通道擴孔，以Suture-Button固定下脛腓。⑤雙骨道Suture-Button組（DBT）4例：骨道位置分別確定在脛距關節上方1.5cm和2.5cm，以直徑4mm鉆頭鉆孔。二骨道呈15°～20°夾角，Suture-Button在踝跖屈30°時在脛骨側給予系緊。（3）生物力學測試：調制聚甲基丙烯酸甲脂倒入模具，待其自然冷卻包埋小腿近端3cm，將每只踝關節標本通過BOSE Eletroc Force ?3510生物材料實驗系統上的角度控制器分別固定于中立位、背伸（10°）、跖屈（10°、20°）4種工況體位上，軸向加載負荷至750N，加載速率1.5mm/min，并進行50次的循環加載負荷以減少蠕變的影響，測量脛腓骨冠狀面和矢狀面上的相對位移，脛距關節的應力變化（接觸面積，峰值壓力）。

1.3 統計學分析 采用SPSS16.0統計軟件。多組間比較采用重復測量方差分析，組間兩兩比較采用最小顯著性差異t檢驗（LSD-t檢驗）。前后比較用配對t檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 不同模式下腓骨相對脛骨在前后、左右方向上的位移變化 在750N生理負荷下，韌帶切除組，各方向的位移較其韌帶完整組明顯增大（P＜0.01），單骨道Suture-button固定組次之，單枚常規螺釘固定組位移最小，而雙骨道Suture-button組與韌帶完整組較為接近，見表1、2。

表1 不同模式下腓骨相對脛骨在冠狀位方向上的移位變化［mm，（x±s）］

表2 不同模式下腓骨相對脛骨在矢狀位方向上的移位變化［mm，（x±s）］

2.2 脛距關節不同模式矢狀面上不同屈伸角度下的接觸面積和峰值壓力變化 韌帶切除組較正常組在各體位下脛距關節最大接觸面積明顯減小，峰值壓力顯著增大（P＜0.01）；常規螺釘組最大接觸面積最大，峰值壓力最小；正常韌帶組、單骨道固定組、雙骨道固定組最大接觸面積與峰值壓力均介于前二者之間，而雙骨道組與正常韌帶組更為接近。見表3、4。

表3 踝關節矢狀面上不同屈伸角度下脛距關節接觸面積［mm2，（x±s）］

表4 踝關節矢狀面上不同屈伸角度下脛距關節峰值壓力（Mpa）

3 討論

下脛腓聯合損傷伴隨著三角韌帶撕裂的優化固定方法有較多爭論［6-8］。下脛腓損傷的重建在韌帶愈合過程中對下脛腓關節提供支持提出了挑戰。爭論的焦點主要集中在螺釘的數量、堅強內固定所需要穿過皮質骨數量。以往或現在臨床中多數仍以堅強的內固定，最常見的是皮質骨螺釘。但此類內固定限制了下脛腓關節的正常生理性運動，且堅強內固定有斷裂的危險［9］，目前通常是術后6～8周取出下脛腓螺釘，而取出前需叮囑患者禁負重行走。而Suture-Button固定裝置屬彈性固定，在保持下脛腓關節穩定的同時，允許下脛腓關節的微動，可以加速韌帶愈合［10］。由于其柔韌性的特點，可防止植入物內固定的失敗。但有生物力學試驗顯示單骨道Suture-Button固定下脛腓聯合出現比一枚脛腓螺釘固定有更多的分離［11］，復位丟失的現象也有報道。為克服單骨道固定后的復位丟失，臨床上開始嘗試應用雙骨道Suture-Button固定下脛腓聯合分離，取得較為滿意的療效，但就生物力學特性的研究報道不多。

本資料結果顯示，下脛腓韌帶完全切除后，踝關節明顯不穩，因此下脛腓固定非常必要。常規皮質骨螺釘固定后脛腓骨之間的相對位移在冠狀面和矢狀面上較正常下脛腓較小，接觸面積大，峰值壓力小；而單骨道Suture-button固定后脛腓骨之間的相對位移在冠狀面和矢狀面上較大，接觸面積較小，峰值壓力較大，但單骨道Suture-button固定測量未超過冠狀面上不能接受的1.5mm的分離［12］，表明單骨道固定下脛腓損傷早期的可靠性。雙骨道Suture-Button固定后的下脛腓其相對位移及脛距關節接觸面積與峰值壓力與正常下脛腓的變化更為接近，表明雙骨道固定下脛腓聯合損傷其生物力學特性更接近正常下脛腓聯合，即允許較多的接近踝關節生理性運動。

本資料中使用了光學非接觸應變測量系統來測量骨的移位，更為精確和方便。不足之處：研究中僅采用循環加載50次的方法，以消除內固定的蠕變和松弛效應，未實施更多次的循環加載，因此，對后期是否有復位的丟失無從判斷。腓骨的旋轉角度未測量，這主要是測量儀器受到了一定程度限制。另外樣本數量有限，更多的實驗標本可能會得出更為可靠的結論，750N的加載負荷，對每個個體不一定均具有適配性。

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Objective To compare the biomechanical stability performances of different fi xation modes for tibiof i bular syndesmosis injuries. Methods 8 normal fresh-frozen cadaver legs were divided into 5 groups owing to partial repetitive use-intact ligament，ligament intact group（8），ligament resection group（8），conventional screw group（4），single bone tunnel suture button group（4）and duble bone tunnel suture button group（4）. After cyclic loading 750N，used Optical Non-contact Strain Measurement System and stress test to compare the relative displacement of tibiof i bula，tibiotalar joint maximal contact area and peak pressure in the position of ankle dorsif l exion 10 degree，neutral position，plantar fl exion 10 degree，plantar fl exion 20 degree respectively to determine their stability. Results With the single conventional screw fi xation，the tibiof i bula relative displacement and tibiotalar join peak pressure were smaller，the maximal tibiotalar joint contact area was larger compared to the normal tibiof i bular syndesmosis ，and fi xation with the single bone tunnel suture button，the relative displacement and peak pressure were larger，the maximal contact area was smaller，but with duble bone tunnel suture button fi xation，the relative displacement，maximal tibiotalar joint contact area and peak pressure were close to the normal tibiof i bular syndesmosis. Conclusions Fixation the damage tibiof i bular syndesmosis with double bone tunnel suture botton，the biomechanics characteristics are close to the normal，the more satisfactory curative effect is expected to obtain.

Distal tibiof i bular syndesmosis injury Cortical screw Suture-button Biomechanics

上海市衛生局科研基金項目（20134267）

200120 同濟大學附屬東方醫院創傷骨科（陸晴友 劉林 潘玉濤 劉立峰 郝迎新）230081 安徽中醫藥大學（汪宗保）