鄭貴雄，鐘宏

(北海市人民醫(yī)院胸心外科，廣西北海536000)

環(huán)抱式肋骨接骨器內(nèi)固定處理醫(yī)源性斷肋的生物力學(xué)研究

鄭貴雄，鐘宏

(北海市人民醫(yī)院胸心外科，廣西北海536000)

目的對(duì)環(huán)抱式肋骨接骨器內(nèi)固定處理醫(yī)源性斷肋的生物力學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)。方法將新鮮冷凍的15對(duì)豬平行肋骨建立斷肋模型后，一半采用多孔鋼板加螺絲固定，設(shè)為多孔鋼板加螺絲固定組，另一半采用環(huán)抱式肋骨接骨器固定，設(shè)為環(huán)抱式肋骨接骨器固定組，分別進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)與疲勞試驗(yàn)，觀察兩組試驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中位移2 mm、4 mm、6 mm三個(gè)時(shí)間點(diǎn)多孔鋼板組的施力大小顯著大于環(huán)抱式肋骨接骨器組，組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)；扭轉(zhuǎn)10°時(shí)多孔鋼板組扭轉(zhuǎn)力大于環(huán)抱式肋骨接骨器組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)；扭轉(zhuǎn)20°、30°、40°時(shí)兩組扭轉(zhuǎn)力大小比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。多孔鋼板組剛度降低幅度明顯大于環(huán)抱式肋骨接骨器組，組間比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。結(jié)論環(huán)抱式肋骨接骨器內(nèi)固定處理醫(yī)源性斷肋的生物力學(xué)指標(biāo)整體上較多孔鋼板更優(yōu)，建議在臨床進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

環(huán)抱式肋骨接骨器；醫(yī)源性斷肋；生物力學(xué)

在開(kāi)胸手術(shù)中開(kāi)胸器的應(yīng)用可以幫助術(shù)者獲得良好的手術(shù)顯露，但若操作手速過(guò)快或用力過(guò)猛，肋骨則可因驟然過(guò)度撐開(kāi)而發(fā)生折斷；另一種情況也是基于手術(shù)顯露的需要，術(shù)者可能對(duì)肋骨進(jìn)行主動(dòng)切斷或切除處理。我們將以上情況所造成的肋骨骨折定義為醫(yī)源性斷肋。就臨床對(duì)醫(yī)源性斷肋的處理方法來(lái)看，既往通常采用鋼絲或鋼板給予固定，或是視情況給予保守治療，但均存在不足之處[1]。近年來(lái)，我院對(duì)臨床發(fā)生的醫(yī)源性斷肋患者采用環(huán)抱式肋骨接骨器進(jìn)行內(nèi)固定處理，取得了頗令人滿(mǎn)意的效果[2-3]。而本研究則主要對(duì)此種處理方法的生物力學(xué)情況進(jìn)行了進(jìn)一步考察，并與多孔鋼板固定的效果進(jìn)行了對(duì)照，以期為環(huán)抱式肋骨接骨器內(nèi)固定處理醫(yī)源性斷肋提供更為豐富的理論支持，現(xiàn)報(bào)道如下：

1 材料與方法

1.1 材料標(biāo)本選取30根(15對(duì))新鮮冷凍的豬肋骨作為本研究材料標(biāo)本，所有標(biāo)本均取自體重與形態(tài)均盡量接近的成年公豬，并在寬度與厚度等形態(tài)學(xué)指標(biāo)方面最大程度保持與人體5～8肋接近。排除標(biāo)準(zhǔn)：合并外傷、畸形、腫瘤以及已發(fā)生明顯退變者。將肋骨上的肌肉干凈剃除后冷凍備用。

1.2 儀器與工具①環(huán)抱式肋骨接骨器(蘭州西脈記憶合金股份有限公司)；②Electroforce 3520-AT型生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)(美國(guó)Bose公司)；③3.5 mm重建多孔鋼板與螺絲(天津希翼恒遠(yuǎn))；④自制肋骨夾具；⑤Ⅱ型義齒基牙托粉與自凝牙托水(昆山市大進(jìn)齒科材料有限公司)；⑥電鉆與擺鋸。

1.3 方法將15對(duì)平行肋骨隨機(jī)分為3份，每份含5對(duì)平行肋骨。試驗(yàn)前6 h將冷凍肋骨標(biāo)本取出并于室溫下消融，接著對(duì)每份肋骨建立斷肋模型，于骨折易發(fā)部位的肋體處采用擺鋸進(jìn)行人為橫斷，斷肋模型建立后對(duì)每份中的平行肋骨分別采用多孔鋼板加螺絲固定(多孔鋼板組)與環(huán)抱式肋骨接骨器固定(環(huán)抱式肋骨接骨器組)，最后兩組分別開(kāi)展三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)與疲勞試驗(yàn)，具體方法如下：

1.3.1 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)設(shè)置肋骨標(biāo)本跨度為100 mm，位移速率4 mm/min，將壓力裝置連接到生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，將傳感器連接到計(jì)算機(jī)，將受力點(diǎn)定位于骨折線(xiàn)中心位置，一切準(zhǔn)備就緒后開(kāi)始試驗(yàn)，在位移過(guò)程中電腦全程記錄各位移點(diǎn)的施力大小，本研究共選取位移2 mm、4 mm、6 mm三個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估兩種固定方法的抗彎曲力水平，見(jiàn)圖1a、1b。

1.3.2 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)截取肋骨兩端并采用Ⅱ型義齒基牙托粉將其分別固定于自制模具當(dāng)中，接著將模具與生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)連接，保持固定兩端與肋骨保持同一垂線(xiàn)位置，調(diào)節(jié)好計(jì)算機(jī)參數(shù)后及進(jìn)行試驗(yàn)，在上端施以扭轉(zhuǎn)荷載以扭轉(zhuǎn)肋骨，扭轉(zhuǎn)速率為10°/min，在扭轉(zhuǎn)過(guò)程中電腦全程記錄各扭轉(zhuǎn)角度的施力大小，本研究共選取扭轉(zhuǎn)10°、20°、30°、40°四個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估兩種固定方法的抗扭轉(zhuǎn)力水平。見(jiàn)圖1c、1d。

1.3.3 疲勞試驗(yàn)將Ⅱ型義齒基自凝牙托粉倒入兩端肋骨夾具中以制得固定物，待其凝固后將約2 cm的克氏針插入夾具中心，外留長(zhǎng)度約1 cm并將其插入肋骨一端以達(dá)到固定肋骨的效果。接著將肋骨夾具與生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)壓力裝置相連接。向肋骨施以2N/Hz的負(fù)載力直至肋骨剛度趨于穩(wěn)定(通常發(fā)生于循環(huán)施力1 000次以后)，此時(shí)設(shè)置計(jì)算機(jī)參數(shù)計(jì)算出的剛度值為初始剛度，之后再將施力循環(huán)次數(shù)增加到5 0000次以完成疲勞試驗(yàn)(該過(guò)程等效于人以18次/min的頻率連續(xù)進(jìn)行48 h的深呼吸)，此時(shí)計(jì)算出的剛度值為最終剛度，同時(shí)計(jì)算前后的剛度變化值，見(jiàn)圖1e、1f。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包對(duì)本次結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，所測(cè)得的數(shù)據(jù)均采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，其中三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)與扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，疲勞試驗(yàn)采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 醫(yī)源性斷肋模型的生物力學(xué)水平測(cè)試圖示

2 結(jié)果

2.1 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)結(jié)果位移植2 mm、4 mm、6 mm三個(gè)時(shí)間點(diǎn)多孔鋼板組的施力大小顯著大于環(huán)抱式肋骨接骨器組，組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，見(jiàn)表1。

2.2 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中扭轉(zhuǎn)10°時(shí)多孔鋼板組扭轉(zhuǎn)力大于環(huán)抱式肋骨接骨器組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)；扭轉(zhuǎn)20°、30°、40°時(shí)兩組扭轉(zhuǎn)力大小比較差異統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，見(jiàn)表2。

2.3 疲勞試驗(yàn)結(jié)果環(huán)抱式肋骨接骨器組與多孔鋼板組的初始剛度比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，疲勞試驗(yàn)后各組剛度均降低(P＜0.05)，多孔鋼板組剛度降低幅度明顯大于環(huán)抱式肋骨接骨器組，組間比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，見(jiàn)表3。

表1 醫(yī)源性斷肋模型的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)結(jié)果（N，±s）

表1 醫(yī)源性斷肋模型的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)結(jié)果（N，±s）

組別平行肋骨位移值試驗(yàn)數(shù)2 mm4 mm 6 mm環(huán)抱式肋骨接骨器組513.12±8.0741.74±38.16122.08±65.49多孔鋼板組582.95±56.23163.94±78.52236.25±106.64 t值2.8743.2862.974 P值0.0330.0090.024

表2 醫(yī)源性斷肋模型的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果(N，±s)

表2 醫(yī)源性斷肋模型的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果(N，±s)

組別平行肋骨試驗(yàn)數(shù)扭轉(zhuǎn)角度環(huán)抱式肋骨接骨器組多孔鋼板組t值P值5 5 10° 5.38±0.65 9.06±0.52 5.284 0.036 20° 10.31±4.54 10.98±13.33 0.065 0.957 30° 15.76±12.28 17.63±11.37 0.182 0.872 40° 13.12±6.03 14.34±5.86 0.205 0.901

表3 醫(yī)源性斷肋模型的疲勞試驗(yàn)結(jié)果(N/m，±s)

表3 醫(yī)源性斷肋模型的疲勞試驗(yàn)結(jié)果(N/m，±s)

組別環(huán)抱式肋骨接骨器組多孔鋼板組t值P值平行肋骨試驗(yàn)數(shù)5 5初始剛度13.32±1.71 13.65±0.35 0.194 0.802最終剛度10.56±1.81 9.73±0.53 0.154 0.897剛度變化值2.76±0.11 3.92±0.20 3.862 0.036 t值7.367 6.038 P值0.015 0.023

3 討論

早期臨床對(duì)斷肋的處理多采用鋼絲或克氏針等，但常有肋骨固定不穩(wěn)固及術(shù)后斷肋位移需要二次手術(shù)的報(bào)道[4-5]。而且術(shù)后隨訪(fǎng)顯示，患者胸痛持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，并影響到患者主動(dòng)咳嗽排痰的深度與力度。隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，新型手術(shù)材料不斷應(yīng)用于臨床，各類(lèi)鋼板代替鋼絲或克氏針作為斷肋的內(nèi)固定材料，在一定程度上解決了斷肋不穩(wěn)固的問(wèn)題，但采用鋼板固定術(shù)中需進(jìn)行更為廣泛的骨膜剝離，不僅加大了創(chuàng)傷，手術(shù)和麻醉時(shí)間均會(huì)延長(zhǎng)，增加了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，而且延長(zhǎng)了斷肋的愈合時(shí)間[6]。鑒于此，探索并確立一種更為可靠的醫(yī)源性斷肋固定方法是骨科臨床亟待攻克的研究課題之一。

在人體進(jìn)行正常的吸氣與呼氣運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，肋間肌將拉動(dòng)肋骨做上升或下降運(yùn)動(dòng)，同時(shí)胸廓的上下徑、前后徑及左右徑同時(shí)將發(fā)生增大或縮小的變化。此外，在呼氣運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，肋骨頭與肋骨結(jié)節(jié)還將圍繞肋椎關(guān)節(jié)做上下擺動(dòng)，故會(huì)發(fā)生一定程度的彎曲與扭轉(zhuǎn)。而呼吸是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，即以上變化及相關(guān)力學(xué)因素的改變也是一直存在的，故斷肋經(jīng)固定處理后其固定器材必須要經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)。基于上述分析，本研究將醫(yī)源性斷肋在固定處理后的抗彎曲能力、抗扭轉(zhuǎn)能力以及疲勞試驗(yàn)后的剛度變化作為了重點(diǎn)考察的生物力學(xué)指標(biāo)。本研究結(jié)果顯示，多孔鋼板處理后的斷肋在抗彎曲能力方面顯著優(yōu)于環(huán)抱式肋骨接骨器，但Charpail等[7]的研究結(jié)果提示，肋骨骨折的平均負(fù)荷為87 N，而多孔鋼板與環(huán)抱式肋骨接骨器的屈服強(qiáng)度均大于該數(shù)值，同時(shí)肋骨所承受的負(fù)荷通常也不會(huì)達(dá)到該數(shù)值，故筆者認(rèn)為正常情況下采用該兩種固定器材固定處理醫(yī)源性斷肋在抗彎曲性能方面均有足夠的安全保障。在抗扭轉(zhuǎn)能力方面，多孔鋼板僅在扭轉(zhuǎn)10°及以?xún)?nèi)時(shí)明顯優(yōu)于環(huán)抱式肋骨接骨器，當(dāng)扭轉(zhuǎn)較大增大后抗扭轉(zhuǎn)能力差異已不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；同時(shí)我們還在該試驗(yàn)中觀察到多孔鋼板的螺絲很容易在扭轉(zhuǎn)增大到一定程度后發(fā)生從螺絲孔處縱型劈裂的情況，而環(huán)抱式肋骨接骨器則僅僅是固定器材的變形或脫落，并不會(huì)對(duì)肋骨本身造成明顯損傷。盡管在顯示中不會(huì)出現(xiàn)這樣大扭轉(zhuǎn)力，但給予肋骨其骨皮質(zhì)非常薄的幾何形態(tài)學(xué)特征，故也預(yù)示多孔鋼板或許難以絕對(duì)避免不出現(xiàn)骨質(zhì)劈裂螺釘松脫的現(xiàn)象。在抗疲勞性能方面，兩種固定方法的初始剛度比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但多孔鋼板組剛度降低幅度明顯大于環(huán)抱式肋骨接骨器組，該結(jié)果提示環(huán)抱式肋骨接骨器具有較多孔鋼板更好的抗疲勞性能，可發(fā)揮更好的持續(xù)固定效果。

綜上所述，環(huán)抱式肋骨接骨器內(nèi)固定處理醫(yī)源性斷肋的生物力學(xué)指標(biāo)整體上優(yōu)于多孔鋼板，尤其體現(xiàn)在抗疲勞性能方面，再加上環(huán)抱式肋骨接骨器內(nèi)固定處理醫(yī)源性斷肋在控制手術(shù)時(shí)間、材料理化性質(zhì)、組織相容性以及對(duì)骨膜與骨髓腔血供的干擾情況等多方面均具不容忽視的優(yōu)勢(shì)，故筆者建議在臨床進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

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Biomechanical study of rib embracing connector for internal fixation of iatrogenic rib fracture.

ZHENG Gui-xiong,ZHONG Hong.Department of Thoracic Surgery,Beihai People's Hospital,Beihai 536000,Guangxi,CHINA

ObjectiveTo evaluate the biomechanical features of rib embracing connector for internal fixation of iatrogenic fracture of rib.MethodsModels of broken rib were established by 15 pairs of fresh frozen parallel ribs of pig,half of which were treated by porous plate and screw fixation(group A)and the other half were fixed by rib embracing connector(group B).Three-point bending test,torsion test and fatigue test were carried out respectively,and the results of the two groups were observed.ResultsIn three-point bending test,the applied force at displacement of 2 mm, 4 mm,6 mm in group A was significantly larger than that of group B(P＜0.05).In torsion test,the twisting force for torsion of 10°was significantly greater in group A than group B(P＜0.05),but the twisting force showed no statistically significant difference between the two groups for torsion of 20°,30°,40°(P＞0.05).The decrease in stiffness of group A was more significant than that of group B,and the difference between the two groups was statistically significant(P＜0.05).ConclusionRib embracing connector,compared with porous plate,results in better biomechanical indexes in the treatment of iatrogenic rib fracture on the whole,which should be recommended in clinic.

Rib embracing connector;Iatrogenic rib fracture;Biomechanics

R683.1

A

1003—6350（2016）02—0219—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.02.016

2015-07-07)

鄭貴雄。E-mail：53793279@qq.com