湯　凌

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·論著·

前置與上置鋼板內(nèi)固定治療鎖骨中段骨折的生物力學(xué)對比分析

湯凌

目的對比分析于不同位置重建鋼板內(nèi)固定治療鎖骨中段骨折的生物力學(xué)特性，為選擇手術(shù)方案建立理論依據(jù)。方法選取上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院解剖教研室提供的新鮮成人尸體鎖骨標(biāo)本15具(共30根)，隨機(jī)選取10具(20根)用鋸條切割制備鎖骨中段粉碎性骨折標(biāo)本。將骨折標(biāo)本隨機(jī)等分為鋼板上置組和鋼板前置組各5具(10根)。前組將重建鋼板塑形后固定于鎖骨上方，后組固定于鎖骨前方，保證兩組標(biāo)本的骨折線兩側(cè)均固定有3枚螺釘;余下5具鎖骨標(biāo)本(10根)作為對照組，無任何干預(yù)措施。觀察并比較三組標(biāo)本的強(qiáng)度、彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度等生物力學(xué)性質(zhì)。結(jié)果在不同載荷下，三組模型的平均應(yīng)變及位移差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；三組標(biāo)本的最大強(qiáng)度與彎曲剛度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；三組標(biāo)本的平均最大拉伸載荷由高到低依次為對照組[(1260±57)N]、鋼板前置組[(1078±65)N]和鋼板上置組[(989±62)N]，鋼板前置組的抗拉伸作用明顯強(qiáng)于鋼板上置組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=3.133，P=0.047)；鋼板前置組內(nèi)固定的平均應(yīng)力遮擋率[(18.73±2.98)%]明顯低于鋼板上置組[(27.52±3.24)%]，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=6.314，P=0.031)。結(jié)論對于鎖骨中段粉碎性骨折，重建鋼板內(nèi)固定治療效果明確。在鋼板位置的選擇上，前置的生物力學(xué)性質(zhì)更加穩(wěn)定，應(yīng)作為臨床首選方案。

鎖骨骨折； 鋼板； 前置； 上置； 標(biāo)本； 生物力學(xué)

隨著內(nèi)固定材料的不斷更新以及手術(shù)操作進(jìn)一步規(guī)范，大部分鎖骨中段骨折首選手術(shù)治療[1]。在材料的選擇上，目前主張重建鋼板內(nèi)固定，但在鋼板位置的選擇上仍存在爭議且缺乏相關(guān)生物力學(xué)特性的研究[2]。本實(shí)驗(yàn)選取新鮮成人尸體鎖骨標(biāo)本15具(共30根)，旨在比較鎖骨前和鎖骨上兩種重建鋼板內(nèi)固定位置治療鎖骨中段骨折的生物力學(xué)性質(zhì)，現(xiàn)報(bào)道結(jié)果如下。

資料與方法

1實(shí)驗(yàn)標(biāo)本

本實(shí)驗(yàn)經(jīng)泰興市人民醫(yī)院及上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院相關(guān)倫理委員會同意，于2014年11月選取上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院解剖教研室提供的新鮮成人尸體標(biāo)本15具，取雙側(cè)鎖骨共30根。其中男性10具，女性5具；年齡55～70歲，平均(63.49±3.76)歲；平均體質(zhì)量(64.87±14.32)kg，平均身高(1.71±0.09)m。實(shí)驗(yàn)前拍攝標(biāo)本正位X線證實(shí)無創(chuàng)傷、畸形以及嚴(yán)重退行性變等缺陷。

2實(shí)驗(yàn)材料及儀器

(1)WDW-50萬能材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)(濟(jì)南川佰儀器設(shè)備有限公司)；(2)位移傳感器、應(yīng)變電測引線及其傳感器、高精度微型位移計(jì)(東莞市南天數(shù)字測控設(shè)備有限公司)；鈦合金重建鋼板及配套螺釘(捷邁得生物材料科技有限公司)。

3方法

3.1模型制備[3]仔細(xì)剔除30根鎖骨標(biāo)本上附著的肌肉及其余軟組織并保證鎖骨的解剖完整性，用游標(biāo)卡尺及螺旋測微器等工具對標(biāo)本的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量。隨機(jī)選取其中10具(20根)標(biāo)本，用鋸條切割制備鎖骨中段粉碎性骨折模型，從中間橫斷并使骨質(zhì)碎裂成3塊。其余5具(10根)無干預(yù)措施。所有標(biāo)本于自然位狀態(tài)下放置在雙層塑料袋中密封保存。

3.2標(biāo)本分組及固定將制備好的10具(20根)鎖骨中段骨折模型隨機(jī)等分為重建鋼板上置組和鋼板前置組各5具(10根)，均給予6孔鋼板固定，前者將塑形后的重建鋼板置于骨折標(biāo)本上方(圖1)，后者將鋼板置于骨折標(biāo)本前方(圖2)，保證固定螺釘位于骨折線兩側(cè)各3枚。無干預(yù)措施的5具(10根)標(biāo)本作為對照組。

3.3實(shí)驗(yàn)力學(xué)模型所有標(biāo)本在鎖骨生物力學(xué)材料性質(zhì)、鎖骨骨折模型制備、加載方法等方面均統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。力學(xué)測試的載荷設(shè)定為正常人鎖骨所承受的載荷，300～1 280N逐級加載，速率為1.45mm/min，于三點(diǎn)彎曲進(jìn)行(圖3、4)。扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，于鎖骨兩端施以扭矩(圖5、6)。

3.4生物力學(xué)測試實(shí)驗(yàn)力學(xué)模型制備成功后，將其置入特制的夾具中，處于自然中立位。再將模型與應(yīng)變電測引線及傳感器連接，通過高精度微型位移計(jì)計(jì)算其位移。于實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行150N×4次的預(yù)加載，速率為1.50mm/min。正式實(shí)驗(yàn)時(shí)重復(fù)多次取平均值以提高精度。若實(shí)驗(yàn)期間標(biāo)本干燥，用浸潤生理鹽水的紗布包裹一層以保持新鮮。

4觀察指標(biāo)

(1)三組模型的載荷-應(yīng)變及載荷-位移關(guān)系；(2)三組模型的強(qiáng)度及彎曲剛度；(3)三組模型在不同扭角下的轉(zhuǎn)矩以及扭轉(zhuǎn)剛度；(4)兩組內(nèi)固定模型的應(yīng)力遮擋率。

圖3　鋼板上置模型三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)　　　圖4　鋼板前置模型三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)

圖5　鋼板上置扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)　 圖6　鋼板前置扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

5統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

結(jié)　果

1三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

對照組、鋼板上置組和鋼板前置組三點(diǎn)彎曲的最大載荷分別為1 280N、1 183N和1 176N。三組模型的載荷-應(yīng)變及載荷-位移均呈線性關(guān)系，在不同載荷下，三組模型的平均應(yīng)變及位移差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表1、2。三組模型的最大強(qiáng)度與彎曲剛度值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表3。

2扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

鋼板上置組和鋼板前置組于不同扭轉(zhuǎn)角下的扭矩以及扭轉(zhuǎn)剛度均小于對照組，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，且兩內(nèi)固定組間比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表4、5。

3拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

對照組平均最大拉伸載荷為(1260±57)N，且斷裂部位位于鎖骨中外1/3處，與臨床實(shí)際情況相符合。鋼板上置組與鋼板前置組的最大拉伸載荷分別為(989±62)N和(1078±65)N，三組行單因素方差分析，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=4.175，P=0.039)。兩固定組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=3.133，P=0.047)，說明鋼板前置抗拉伸作用較上置明顯。

4應(yīng)力遮擋率比較

根據(jù)應(yīng)力遮擋效應(yīng)的定義[4]，應(yīng)力遮擋率η=(1-δ無)/δ有×100%。公式中δ無為鋼板固定時(shí)的應(yīng)力，δ有為鋼板固定后的應(yīng)力。鋼板上置組平均應(yīng)力遮擋率為(27.52±3.24)%，鋼板前置組為(18.73±2.98)%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=6.314，P=0.031)，說明鋼板前置對鎖骨骨折的愈合效果更佳。

表1　三組模型載荷與應(yīng)變的關(guān)系±s,με)

表2　三組模型載荷與位移的關(guān)系±s,mm)

表3　三組模型最大強(qiáng)度及彎曲剛度對比±s)

表4　三組模型扭轉(zhuǎn)角與扭矩的關(guān)系±s,N·cm)

表5　三組模型扭轉(zhuǎn)剛度值對比±s)

討　論

鎖骨骨折是最常見的上肢骨折類型之一，約占全身骨折的6.2%，多因高處墜落或外力擠壓所致[5]。鎖骨遭受創(chuàng)傷后在周圍肌群的綜合作用力下，其中段承受最大的剪切力與彎矩，此外該部位周徑較小，骨密度相對較低，因此在鎖骨骨折中，中段骨折占80%以上[6-7]。以往對于鎖骨中段骨折的治療方案，一部分醫(yī)生傾向于手法復(fù)位聯(lián)合“8”字繃帶外固定，此方法雖然可使骨折斷端暫時(shí)固定，但“8”字繃帶常因彈性下降而失去固定作用，臨床上需多次更換重新固定，步驟繁瑣且易造成骨折塊的移位，對于復(fù)雜型的鎖骨中段骨折效果較差[8]。隨著內(nèi)固定材料的不斷更新以及手術(shù)操作的進(jìn)一步規(guī)范，臨床上目前青睞于手術(shù)方法治療復(fù)雜型鎖骨中段骨折，手術(shù)方案主要為克氏針鋼絲內(nèi)固定和重建鋼板內(nèi)固定兩種[9]?？耸厢樹摻z內(nèi)固定手術(shù)過程較為簡單，但研究發(fā)現(xiàn)其發(fā)生松動、滑脫以及損傷臂叢神經(jīng)的概率較高，繼而患者無法進(jìn)行早期功能訓(xùn)練，一旦發(fā)生上述并發(fā)癥嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[10]。而重建鋼板具有良好的可塑性及預(yù)彎性，且所配套的螺釘固定牢靠，彌補(bǔ)了克氏針鋼絲的不足。對于重建鋼板的固定位置，目前為前置和上置兩種，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為前置鋼板的抗拔力高于上置鋼板，且前置鋼板出現(xiàn)肩關(guān)節(jié)功能障礙以及術(shù)后骨不連的概率低于上置鋼板[11]。

從本次研究的結(jié)果來看，三組模型的載荷-應(yīng)變及載荷-位移均呈線性關(guān)系，在不同載荷下，三組模型的平均應(yīng)變及位移差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，說明兩種固定方法在抗彎曲和形變的能力方面效果相當(dāng)。三組模型在最大強(qiáng)度、彎曲剛度值、不同扭轉(zhuǎn)角下的扭矩以及扭轉(zhuǎn)剛度方面差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，說明兩種固定方法在軸向加壓和抗旋轉(zhuǎn)的能力方面同樣效果相當(dāng)。鋼板上置組與鋼板前置組的平均最大拉伸載荷分別為(989±62)N和(1078±65)N，明顯低于對照組(1260±57)N，且兩固定組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，說明鋼板前置抗拉伸作用較上置明顯。鋼板上置組的平均應(yīng)力遮擋率明顯高于鋼板前置組(P<0.05)，因此鋼板前置出現(xiàn)骨不連的概率較低。結(jié)合臨床與本次生物力學(xué)研究的數(shù)據(jù)，筆者分析重建鋼板前置的臨床效果優(yōu)于鋼板上置的原因主要為以下3點(diǎn)：(1)由于鎖骨的解剖形態(tài)，重建鋼板前置的螺釘進(jìn)入鎖骨的深度明顯大于上置鋼板的螺釘，因此在內(nèi)固定的拔出力以及整體穩(wěn)定性方面，鋼板前置效果更佳；(2)前置鋼板的螺釘隱藏在鎖骨的前下方，與上置鋼板突出的螺釘相比，對皮膚的刺激較小，大大降低了皮膚感染的概率；(3)前置鋼板降低了應(yīng)力遮擋率，此外對骨膜剝離程度較小，降低了骨不連發(fā)生的概率，有助于患者早期進(jìn)行功能鍛煉。本結(jié)果與阮國模等[12]的結(jié)論基本符合，但實(shí)驗(yàn)仍存在不足之處，主要未考慮不同骨折類型及鋼板類型等因素的影響，僅從鋼板固定位置分析模型的生物力學(xué)特性在臨床應(yīng)用上具有一定的局限性，在穩(wěn)定性的結(jié)論上可能與其他學(xué)者存在一定偏差[13]，在今后的研究中應(yīng)加以完善，提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

綜上所述，與重建鋼板上置治療鎖骨中段骨折相比，鋼板前置的生物力學(xué)性質(zhì)更加穩(wěn)定，有利于患者早期進(jìn)行功能鍛煉，應(yīng)作為首選方案。

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(本文編輯： 郭衛(wèi))

Biomechanical comparison of reconstruction plate internal fixation in different positions for treatment of clavicle fractures

TANGLing

(Department of Orthopedics,People’s Hospital of Taixing，Taixing225400,China)

ObjectiveTo compare the biomechanical properties of reconstruction plate internal fixation in different positions for treatment of clavicle fractures. MethodsThirty fresh clavicle specimen were selected. Twenty of them were made for clavicle fracture models and the others were regarded as control group. The clavicle fracture models were randomly divided into the upper plate group(n=10) and the anterior plate group (n=10). Then the biomechanical properties of the three groups were compared. ResultsThere were no obvious differences among the three groups in load-straining,load-migration,maximum strength,bending rigidity and trosional stiffness. The order(from high to low) of the maximum tensile loads among the three groups was the control group[(1260±57)N],anterior plate group[(1078±65)N] and upper plate group[(989±62)N]respectively. The tensile effect of the anterior plate group was better than that of the upper plate group(F=3.133，P=0.047);the stress shielding rate of the anterior plate group[(18.73±2.98)%]was lower than that of the upper plate group[(27.52±3.24)%)](F=6.314，P=0.031). ConclusionFor middle clavicle fracture,the biomechanical properties of anterior plate internal fixation are better than those of upper plate. So it should be used as the first choice for clinical surgery.

clavicle fracture; plate; anterior; upper; specimen; biomechanics

1009-4237(2016)06-0334-04

225400 江蘇,泰興市人民醫(yī)院骨科

R 683.41

A

10.3969/j.issn.1009-4237.2016.06.005

2015-12-09；

2015-12-31)