劉建軍，張春慕，李元貞，董萬濤，張乾軍，劉保健

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·基礎醫(yī)學·

跨生長板鈦板固定Salter-Harris Ⅳ型骨骺損傷的生物力學研究

劉建軍，張春慕，李元貞，董萬濤，張乾軍，劉保健

目的：通過動物實驗探討跨生長板鈦板能否有效固定Salter-Harris Ⅳ型骨骺損傷。方法：選取健康6～7周齡山羊24只，隨機分為對照組、克氏針組和跨生長板鈦板組，各8只。對照組不予處理；克氏針組和跨生長板鈦板組采用山羊左右肱骨遠端骨骺經克氏針鉆孔骨鑿鑿開法造模，造模成功后分別用跨生長板鈦板、交叉克氏針固定。3組于術后8周、12周每組隨機抽取4只取材，對標本進行生物力學測試和比較。結果：對照組與跨生長板鈦板組術后8周和12周的屈服強度、最大載荷、最大彈性模量及斷裂點差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，2組各項指標均明顯優(yōu)于克氏針組(P<0.01)。結論：跨生長板鈦板固定Salter-HarrisⅣ型骨骺損傷能夠達到有效的生物力學固定強度，為骨骺損傷愈合提供一個相對穩(wěn)定的環(huán)境，有利于骨骺損傷的修復。

骨骺損傷；鈦板；克氏針；生物力學

人體在胚胎第5周形成軟骨雛形，在第7周后血管侵入形成初級骨化中心，由初級骨化中心形成骨干、干骺端和骺軟骨，出生后長骨兩端軟骨血管組織間接骨化形成次級骨化中心，即骺。骺與干骺端交界處在一定時期內保留有一層未骨化的軟骨組織稱為生長板，具有橫向和縱向生長能力[1]。兒童時期生長板較周圍韌帶和關節(jié)囊脆弱[2]，骨骺損傷多見于生長板，故又稱生長板損傷。流行病學研究[3]顯示，18%的孩子9歲前會經歷骨折，年齡5～14歲的兒童骨折發(fā)生率最高，且常合并骨骺損傷，可引起患肢發(fā)育障礙、成角畸形等。本研究通過動物實驗探討跨生長板鈦板能否有效固定Salter-Harris Ⅳ型骨骺損傷及其對骨骺損傷愈合的影響，以期為骨骺損傷治療提供參考?，F(xiàn)作報道。

1　資料與方法

1.1一般資料選取6～7周齡健康山羊24只，雌雄各半，體質量10～15 kg。隨機分為對照組、克氏針組和跨生長板鈦板組，各8只?？缟L板鈦板為普通兒童指掌骨鈦板(4～6孔)(見圖1)；皮質骨螺釘直徑2.5 mm，長度10～20 mm；克氏針直徑2.0 mm。日本產萬能材料生物力學試驗機(AG-IS SHIMADZU)。

1.2方法對照組不予任何處理?？耸厢樈M和跨生長板鈦板組肌內注射鹽酸賽拉嗪注射液0.1 mL/kg(吉林省敦化市圣達動物藥品有限公司，2 mL×10支)，麻醉成功后取側臥位，肱骨遠端骨骺處內側脫毛，常規(guī)消毒，鋪無菌單，肱骨遠端內側取縱切口，長約3.0 cm，切開皮膚和皮下組織，于內側關節(jié)囊后顯露肱骨遠端，縱形切開骨膜及軟骨膜，骨膜下剝離顯露肱骨遠端內側生長板全貌，此時肱骨遠端髓板線清晰可見，在肱骨內側用克氏針在生長板線上并排鉆孔至干骺端，深度約4 mm，然后用薄骨鑿沿鉆孔部位將骨骺向側方鑿開，造成骨骺損傷模型，并在C型臂透視下確認Salter-Harris Ⅳ型骨骺損傷造模成功?？耸厢樈M用雙枚克氏針交叉經生長板固定，逐層縫合。跨生長板鈦板組用跨生長板鈦板，跨過生長板，避開Ranvier骨化溝，經干骺端和骨骺平行固定，穿孔時電鉆調為慢鉆并在鉆孔部位用0.9%氯化鈉注射液冷卻，用皮質骨螺釘固定后縫合。2組術后均不予外固定，給予鹽酸苯噁唑注射液0.1 mL/kg(吉林省方正動物藥業(yè)科技有限責任公司，2 mL×10支)肌內注射催醒，術后第1天進少量鮮草、自由飲水，第2天正常進食，術后1周內動物切口紅腫，給予清潔換藥、抗炎等治療。

1.3生物力學指標測定3組于術后8周、12周分別隨機處死4只山羊，取材后剔除周圍組織，用浸泡有0.9%氯化鈉注射液的紗布包裹，-20 ℃冷凍備用。測定時標本經自然解凍，貼名標號，測量并記錄標本的幾何參數(shù)，實驗的測試過程在萬能材料生物力學試驗機上進行。壓縮實驗：每次測試前進行加載，調整所有儀器、儀表，消除蠕變等時效的影響。每次測定隨機抽取標本，測量并記錄標本的幾何參數(shù)，置于萬能材料生物力學機兩端固定，調整標本位置使加壓點位于標本中央，以模擬正常時的受力狀態(tài)，加載速率為10 N/m，最大加載至900 N，相關數(shù)據(jù)由計算機自動采集、處理(見圖2A)。三點彎曲實驗：隨機抽取1個標本固定，測量并記錄標本的幾何參數(shù)，置于萬能材料生物力學機上，調整標本位置使加壓點位于鋼板中央，以10 N/m的恒定速率加載，直到出現(xiàn)斷裂點加載自然停止，相關數(shù)據(jù)由計算機自動采集、處理(見圖2B)。

1.4統(tǒng)計學方法采用方差分析和q檢驗。

2　結果

2.13組動物一般情況術后第1天跨生長板鈦板組有1只山羊死亡，分析為山羊幼小不能耐受麻醉和手術創(chuàng)傷。其他山羊除克氏針組1例發(fā)生感染外其他動物1周后紅腫均消退，切口Ⅰ/甲愈合。此外，克氏針組有1例發(fā)生退針現(xiàn)象，經原位送入后未再發(fā)生。術后第1～5天實驗動物站立行走，跨生長板鈦板組發(fā)生1例跛行，1周后正常行走?？缟L板鈦板組術后8、12周X線片見圖3。

2.23組動物術后8周和12周生物力學結果比較生物力學實驗顯示，對照組和跨生長板鈦板組術后8周、12周垂直壓縮和三點彎曲實驗在屈服強度、最大載荷、最大彈性模量和斷裂點差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，且2組均優(yōu)于克氏針組(P<0.01)(見表1～2)。

3　討論

Salter-Harris Ⅳ型骨骺損傷屬關節(jié)內損傷，治療需達到解剖復位及可靠固定，一般建議手術治療，以防關節(jié)面不平整造成創(chuàng)傷性關節(jié)炎[4-6]。對骨骺損傷愈合的病理生理研究[7]表明，早期解剖復位能減少纖維組織充填，最大程度恢復生長板血供，減少骨橋發(fā)生。而無螺紋針等通過生長板內固定，骨橋的發(fā)生率高，并極易出現(xiàn)生長板早閉，因此，在治療骨骺損傷時應盡可能避免通過生長板固定[8]。且隨著骨骺的生長，內固定材料產生與骨骺縱向生長相反的力，壓力持續(xù)存在會使骨骺生長障礙，受壓側的生長板生長抑制。按Hueter-Volkmann骨骺壓力定律法則，骨骺的生長與壓力呈負相關性，壓力增高會抑制骨骺生長[9]。由于上述原因，紀玉清等[10]將兒童骨骺損傷內固定的原則總結如下：(1)解剖復位，可靠固定；(2)避免內固定材料穿過生長板固定；(3)內固定的材料不應限制骨骺的縱向生長；(4)手術過程中注意防止醫(yī)源性損傷，注意保護Ranvier骨化溝。

表1　3組動物術后8周垂直壓縮和三點彎曲實驗指標比較±s)

q檢驗：與對照組比較**P<0.01；與跨生長板鈦板組比較▲▲P<0.01

q檢驗：與對照組比較**P<0.01；與跨生長板鈦板組比較▲▲P<0.01

目前國內外常用的內固定材料包括鋼板、滑動鋼板、克氏針、可吸收螺釘和可吸收棒等，均存在不同程度的弊端。鋼板內固定對組織剝離過多，損傷較大，可造成Ranvier骨化溝和骨骺血管的損傷，同時固定螺釘不可避免地穿過生長板，鋼板內固定產生的壓力可造成生長板縱向生長抑制?？耸厢槍趋繐p傷較小，但固定時不能起到加壓作用，易出現(xiàn)旋轉脫針，且韌性較大，折彎時會出現(xiàn)骨折片的移位，固定效果相對較差。聚乳酸內固定材料是以微生物發(fā)酵產物L-乳酸為單體通過化學合成方法聚合而成的一種高分子降解材料，是骨內固定材料新的發(fā)展方向之一，目前骨骺損傷常用的有可吸收螺釘、可吸收棒，但可吸收材料生物降解時間與骨骺損傷愈合時間不一致，力學強度不如金屬材料，固定的穩(wěn)定性差，只能用于非負重關節(jié)和松質骨骨折的固定，固定時除造成生長板貫穿傷外，還可產生生長板的熱損傷和骨橋形成等并發(fā)癥。

跨生長板鈦板則具有創(chuàng)傷小、固定牢靠、對斷端血運干擾小，可早期行功能訓練等優(yōu)點，被越來越多地用于臨床[11]。首先，其能通過有效的生物力學固定Salter-Harris Ⅳ型骨骺損傷，對軟組織剝離少，結構細小，可經干骺端和骨骺固定，而不造成生長板的貫穿性損傷。其次，依據(jù)Hueter-Volkman骨骺壓力法則，壓力對骨骺損傷愈合的影響與其壓力的大小和壓力持續(xù)時間有關[9]，跨生長板鈦板對生長板的壓力受壓面積小，并可通過早期拆除，最大程度減少鈦板對骨骺的縱向生長抑制；第三，無骨橋形成[12]。本研究結果顯示，對照組與跨生長板鈦板組術后8周和12周的屈服強度、最大載荷、最大彈性模量及斷裂點差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，2組各項指標均明顯優(yōu)于克氏針組(P<0.01)。提示跨生長板鈦板固定Salter-HarrisⅣ型骨骺損傷能夠達到有效的生物力學固定強度，為骨骺損傷愈合提供相對穩(wěn)定的環(huán)境，有利于骨骺損傷修復。

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(本文編輯盧玉清)

The biomechanical study of type Ⅳ Salter-Harries epiphyses injury fixed with the cross-growth titanium plate

LIU Jian-jun,ZHANG Chun-mu,LI Yuan-zhen,DONG Wan-tao,ZHANG Qian-jun,LIU Bao-jian

(DepartmentofOrthopedicJoint，TheAffiliatedHospitalofGansuTraditionalChineseMedicineUniversity,LanzhouGansu730020,China)

Objective:To investigate the effects of the cross-growth titanium plate on fixing the type IV Salter-Harries epiphyses injury in animal experiment.Methods:Twenty-four healthy goats with the age of 6 to 7 weeks were randomly divided into the blank group,kirschner group and across-growth titanium plate group(8 goats each group).The animal models of the kirschner group and across-growth titanium plate group were established by kirschner drilling the distal epiphyses in two sides of humerus,which was fixed using across-growth titanium plate and kirschner,respectively.The biomechanical testing of 4 goats from each group after 8 or 12 weeks of operation were implemented and compared.Results:After 8 and 12 weeks of operation,the differences of the yield strength,maximum load,maximum elastic modulus and breaking point between blank group and across-growth titanium plate group were not statistically significant(P>0.05),and each indicator in the two groups were better than those in kirschner group(P<0.01).Conclusions:The treatment of type Ⅳ Salter-Harries epiphyses injury with cross-growth titanium plate can effectively meet the fixation strength of the bio-mechanics,which can provide a relatively stable setting to accelerate the repair process of the epiphyses injury.

epiphyses injury;titanium plate;kirschner;biomechanics

2015-04-20

甘肅省自然科學研究項目(1010RJZA161)

單位] 甘肅中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院 關節(jié)外科，甘肅 蘭州 730020

[作者簡介] 劉建軍(1976-)，男，碩士，副主任醫(yī)師.

劉保健，碩士研究生導師，主任醫(yī)師.E-mail：zcm444146@163.com

1000-2200(2016)05-0567-04

R 681.4

A

10.13898/j.cnki.issn.1000-2200.2016.05.003