新型微創(chuàng)髓內(nèi)系統(tǒng)與解剖鋼板固定尺骨鷹嘴骨折的生物力學(xué)比較研究

費(fèi)林聰,梁 成,覃小帥,葉俊武

西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院骨與關(guān)節(jié)外科,四川 瀘州 646000

尺骨鷹嘴骨折是上肢常見骨折,多見于成年人,約占肘關(guān)節(jié)周圍骨折的10%[1],全身骨折的1%[2]。尺骨鷹嘴骨折多波及關(guān)節(jié)面,治療上對于重建關(guān)節(jié)的完整性和穩(wěn)定性要求極高,需要手術(shù)干預(yù)達(dá)到絕對穩(wěn)定及解剖復(fù)位,恢復(fù)早期關(guān)節(jié)活動協(xié)調(diào)性、活動范圍及力量[3]。目前臨床對于尺骨鷹嘴骨折固定存在多種手術(shù)方式,其中以克氏針張力帶內(nèi)固定方式最為常見,但經(jīng)常出現(xiàn)與內(nèi)固定有關(guān)的并發(fā)癥,如皮膚高突、觸及痛、克氏針?biāo)蓜油顺黾搬樜膊炕已?甚至刺破皮膚造成局部感染等[4-5]。髓內(nèi)釘及解剖鋼板固定近年來也逐漸流行,生物力學(xué)研究表明髓內(nèi)螺釘及解剖鋼板與張力帶鋼絲治療尺骨鷹嘴骨折相比,使用髓內(nèi)釘及解剖鋼板的內(nèi)植物失敗風(fēng)險(xiǎn)更低[6]。目前髓內(nèi)釘已成為長骨骨折的標(biāo)準(zhǔn)治療方法,具有感染率低、瘢痕小、骨折穩(wěn)定性好、患者可立即活動等優(yōu)點(diǎn),但目前國內(nèi)市場尚缺乏廣泛應(yīng)用的針對尺骨鷹嘴骨折的髓內(nèi)釘系統(tǒng)[7]。本課題組設(shè)計(jì)了新型微創(chuàng)髓內(nèi)固定系統(tǒng)(專利號:202120868191.9),與尺骨鷹嘴解剖鋼板在循環(huán)連續(xù)負(fù)荷下進(jìn)行生物力學(xué)穩(wěn)定性比較,探討新型微創(chuàng)髓內(nèi)系統(tǒng)治療尺骨鷹嘴骨折的內(nèi)固定穩(wěn)定性。

材料與方法

1 實(shí)驗(yàn)材料

選取成年人新鮮尸體標(biāo)本10具(尺骨共20側(cè),由西南醫(yī)科大學(xué)解剖學(xué)教研室提供,其中男性7人,女性3人;死亡年齡45～72歲,平均62.0歲。取得上肢標(biāo)本后,使用解剖工具去除周圍肌肉、肌腱、韌帶等軟組織,取出尺骨標(biāo)本,制備骨折模型。新型微創(chuàng)髓內(nèi)系統(tǒng)(圖1、2)采用鈦合金制成,具有良好組織兼容性、耐磨損及抗腐蝕作用,是目前常用的生物醫(yī)用材料之一;該髓內(nèi)釘整體呈圓柱形(直徑5.5mm,長度70mm),主釘上有3個(gè)鎖定孔(2個(gè)橫形、1個(gè)斜形);鎖定釘選用外徑3.5mm錐形螺釘;植入工具由螺釘導(dǎo)向器、定位把手、主釘鎖緊器組成。本研究獲西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)(KY2021213)。

圖1 新型微創(chuàng)髓內(nèi)系統(tǒng)正面觀

圖2 新型微創(chuàng)髓內(nèi)系統(tǒng)側(cè)面觀

2 分組及骨折模型建立

將20側(cè)尺骨鷹嘴標(biāo)本隨機(jī)分為兩組,A組行新型微創(chuàng)髓內(nèi)系統(tǒng)固定(A1、A2、A3 ……A10);B組行解剖鋼板固定(B1、B2、B3……B10)。對所取尺骨尸體標(biāo)本均測試骨密度:A組平均骨密度(0.86±0.06)g/cm3,B組平均骨密度(0.85±0.07)g/cm3,兩組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。每組尺骨鷹嘴標(biāo)準(zhǔn)化截骨:尺骨鷹嘴與冠狀突中點(diǎn)處橫型截骨,擺鋸厚度1mm,制作尺骨鷹嘴橫型骨折模型(圖3)。

圖3 尺骨鷹嘴橫型截骨標(biāo)本示意圖

3 骨折固定方法

A組固定(圖4、5):直視下解剖復(fù)位,巾鉗臨時(shí)固定。鷹嘴頂端下1.0cm正中作為進(jìn)針點(diǎn),用5.5mm鉆頭縱行尺骨骨體方向平行鉆入髓腔,近端需用6.5mm鉆頭擴(kuò)大。插入髓內(nèi)釘,先行遠(yuǎn)端鎖定(橫行3.5mm錐形螺釘1枚),再近端鎖定(橫行及斜行3.5mm錐形螺釘各1枚)。

圖4 新型微創(chuàng)髓內(nèi)系統(tǒng)固定實(shí)物圖

圖5 新型微創(chuàng)髓內(nèi)系統(tǒng)固定鷹嘴側(cè)位X線片

B組固定:直視下解剖復(fù)位,巾鉗臨時(shí)固定。將鋼板置于尺骨近端的后背側(cè),予以2枚克氏針臨時(shí)固定,2枚皮質(zhì)骨螺釘自鷹嘴平行于尺骨縱軸擰入,固定骨折近端,再用6枚鎖釘垂直尺骨干置入完成固定。

4 測試方法

四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn):將骨折模型置于Instron E10000力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上,設(shè)置上方兩個(gè)負(fù)荷加載點(diǎn)位于尺骨鷹嘴骨折線對稱兩側(cè)表面,上方兩點(diǎn)力臂值10mm,下方兩個(gè)負(fù)荷支撐點(diǎn)間距為130mm,垂直向下加載,加載速度為2.0mm/min,從0.01KN加載到0.10KN。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前先預(yù)實(shí)驗(yàn),消除標(biāo)本蠕變,然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn),通過位移傳感器記錄標(biāo)本位移值并記錄。

扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn):從四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)機(jī)取出模型,將牙托粉固定好的兩端固定在扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)的夾具中,先進(jìn)行扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)預(yù)實(shí)驗(yàn)后,設(shè)定好扭轉(zhuǎn)角度2.0°/min,進(jìn)行扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn),通過傳感器記錄標(biāo)本扭轉(zhuǎn)值并記錄。

5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。檢驗(yàn)完畢滿足條件后,對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行配對樣本t檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1 四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)

加載壓力0.01～0.10KN,加載壓力隨著加載負(fù)荷的增加,骨折斷端移位逐漸增大。兩者線性相關(guān),當(dāng)加載力為0.10KN時(shí)各組位移值見表1:A組(新型微創(chuàng)髓內(nèi)系統(tǒng))平均位移值(1.114±0.040)mm,B組(解剖鋼板)平均位移值(1.140±0.031)mm。新型微創(chuàng)髓內(nèi)系統(tǒng)抗彎曲能力與解剖鋼板比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.057)。

表1 各組標(biāo)本加載壓力為0.10KN時(shí)骨折斷端位移(mm)

2 扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

扭轉(zhuǎn)角度0°～10°,隨著扭轉(zhuǎn)角度增加,扭矩也增大。兩者線性相關(guān),得出最大扭轉(zhuǎn)角度10°下各組數(shù)據(jù)(表2):A組(新型微創(chuàng)髓內(nèi)系統(tǒng)組)平均扭矩值(0.851±0.035)KN,B組(解剖鋼板組)平均扭矩值(0.894±0.040)KN,新型微創(chuàng)髓內(nèi)系統(tǒng)抗扭轉(zhuǎn)能力優(yōu)于解剖鋼板(P=0.004)。

表2 各組標(biāo)本扭轉(zhuǎn)度為10°時(shí)的扭矩值(N)

討 論

尺骨鷹嘴骨折的手術(shù)治療主要包括外固定器固定、髓內(nèi)固定、髓外固定及尺骨鷹嘴切除術(shù)等[4],其中以解剖鋼板及張力帶鋼絲為主。針對不同類型骨折,推薦的固定方式有所不同,對于移位非粉碎性和輕度粉碎的尺骨鷹嘴骨折,常以張力帶鋼絲為首選固定方式[8],且研究中均報(bào)道取得了優(yōu)良的效果[9],也有報(bào)道其用于粉碎性骨折的治療[10-11]。而對于粉碎性骨折,目前常使用鋼板內(nèi)固定為首選固定方式[12-16], Wilson等[17]進(jìn)行了一項(xiàng)生物力學(xué)研究,鋼板內(nèi)固定治療各種類型的尺骨鷹嘴粉碎性骨折較張力帶鋼絲對骨折斷端有更強(qiáng)的壓力,并可能降低術(shù)后創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生率。

盡管解剖鋼板及張力帶鋼絲為尺骨鷹嘴骨折提供了足夠愈合的固定強(qiáng)度,但由于尺骨鷹嘴位置表淺,局部軟組織薄弱,內(nèi)植物容易刺激周圍的軟組織,常引起滑囊炎及肘后隆起致關(guān)節(jié)活動時(shí)出現(xiàn)刺痛感[18-19],嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致皮膚破潰而非計(jì)劃手術(shù)取出內(nèi)植物[20-21]。這類并發(fā)癥在張力帶鋼絲內(nèi)固定中更加常見[11]。而髓內(nèi)固定裝置理論上可以大幅減少這種并發(fā)癥,同時(shí)提供尺骨鷹嘴骨折愈合所需的固定強(qiáng)度,且有相關(guān)臨床研究中證實(shí)了這一點(diǎn)[22]。

髓內(nèi)釘演變至今已成為大多數(shù)長骨骨折的標(biāo)準(zhǔn)治療方法,是一種有效、微創(chuàng)且可重復(fù)的手術(shù)[7]。本研究首次報(bào)道了新研制的新型微創(chuàng)髓內(nèi)固定系統(tǒng)的安全性和有效性。研究結(jié)果也證實(shí)了筆者關(guān)于新型微創(chuàng)髓內(nèi)固定系統(tǒng)生物力學(xué)穩(wěn)定性的假設(shè)。與解剖鋼板相比,使用新型微創(chuàng)髓內(nèi)固定系統(tǒng)的骨折模型在生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)中有更優(yōu)的表現(xiàn)。這可能是由于髓內(nèi)固定方式與解剖鋼板的髓外背側(cè)位置相比,髓內(nèi)力載體在斷裂間隙上的分布更均勻。既往也有生物力學(xué)研究對尺骨鷹嘴髓內(nèi)固定方式與解剖鎖定加壓鋼板固定方式進(jìn)行了比較,在治療簡單鷹嘴骨折時(shí),髓內(nèi)固定的微動明顯小于解剖鎖定加壓鋼板,這兩種植入物類型都可能是固定鷹嘴骨折和截骨術(shù)的合適手術(shù)技術(shù)[23]。這與本次研究結(jié)果呈現(xiàn)同一趨勢。

尺骨鷹嘴微創(chuàng)髓內(nèi)固定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、手術(shù)損傷小、骨折血供干擾小,對關(guān)節(jié)活動無影響,符合生物力學(xué)內(nèi)固定的原則,有利于術(shù)后早期功能鍛煉和肘關(guān)節(jié)功能恢復(fù)。本研究所涉及的尺骨鷹嘴微創(chuàng)髓內(nèi)固定系統(tǒng),采用微創(chuàng)理念設(shè)計(jì),突破傳統(tǒng)治療方案,符合國人尺骨鷹嘴解剖結(jié)構(gòu),為尺骨鷹嘴骨折治療提供一種全新的方法。

但本研究也存在一定局限性,尺骨鷹嘴骨折尸體模型中,肘關(guān)節(jié)附近可能有助于穩(wěn)定的軟組織被切除,且對骨折愈合至關(guān)重要的因素包括骨折周圍血供和骨膜留存情況在筆者的研究中沒有涉及。本研究重點(diǎn)是模擬早期運(yùn)動的循環(huán)荷載,為進(jìn)一步臨床運(yùn)用奠定基礎(chǔ),并未完成尺骨鷹嘴骨折生物力學(xué)失效測試。除此之外,尺骨鷹嘴骨折類型較多,本實(shí)驗(yàn)中僅完成了尺骨鷹嘴橫型截骨模型的研究,對于其他類型有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

作者貢獻(xiàn)聲明：費(fèi)林聰:標(biāo)本制作、生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)施及論文撰寫;梁成、覃小帥:新型微創(chuàng)髓內(nèi)系統(tǒng)研發(fā)、生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、數(shù)據(jù)收集及數(shù)據(jù)處理;葉俊武:實(shí)驗(yàn)方案制定及論文修改