朱昱，陳云豐，張聞

(上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院，上海200233)

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干骺端支撐螺釘在治療肱骨遠(yuǎn)端復(fù)雜骨折中的生物力學(xué)優(yōu)勢(shì)

朱昱，陳云豐，張聞

(上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院，上海200233)

目的 探討干骺端支撐螺釘在治療肱骨遠(yuǎn)端復(fù)雜骨折中的生物力學(xué)優(yōu)勢(shì)。方法 30個(gè)人工合成肱骨標(biāo)本隨機(jī)分成3組，每組10個(gè)，建立肱骨遠(yuǎn)端低位“T”型關(guān)節(jié)內(nèi)骨折模型。A組：干骺端有皮質(zhì)骨支撐，無(wú)干骺端支撐螺釘；B組：干骺端無(wú)皮質(zhì)骨支撐，有干骺端支撐螺釘。C組：干骺端無(wú)皮質(zhì)骨支撐，無(wú)干骺端支撐螺釘。分別對(duì)3組標(biāo)本進(jìn)行前后位負(fù)載測(cè)試、軸向負(fù)載測(cè)試及模型強(qiáng)度測(cè)試。結(jié)果 前后位負(fù)載測(cè)試剛度：A組>B組>C組；軸向負(fù)載測(cè)試剛度：A、B組>C組,P均<0.05；模型強(qiáng)度：A組>B組>C組,P均<0.05。結(jié)論 相比于干骺端無(wú)皮質(zhì)支撐，干骺端支撐螺釘能顯著增強(qiáng)肱骨遠(yuǎn)端復(fù)雜骨折內(nèi)固定的穩(wěn)定性。

肱骨遠(yuǎn)端骨折；螺釘；干骺端；生物學(xué)優(yōu)勢(shì)

肱骨遠(yuǎn)端骨折是臨床上較常見(jiàn)的骨折類(lèi)型，肘關(guān)節(jié)骨折占全部成人骨折的7%，其中肱骨遠(yuǎn)端骨折占30%[1]。肱骨遠(yuǎn)端的解剖結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，移位的肱骨遠(yuǎn)端骨折常采用手術(shù)治療。然而，對(duì)于粉碎的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，由于肱骨遠(yuǎn)端的外形特殊、關(guān)節(jié)面易碎、軟骨下骨量較少、肘關(guān)節(jié)不能耐受長(zhǎng)時(shí)間的固定，如何對(duì)其進(jìn)行有效的復(fù)位和固定一直是一個(gè)難題。曾有文獻(xiàn)報(bào)道，老年人肱骨遠(yuǎn)端骨折內(nèi)固定失敗率高達(dá)20%[2]。近年，文獻(xiàn)集中報(bào)道了鋼板位置對(duì)骨折內(nèi)固定生物力學(xué)的影響。研究證明平行雙鋼板在垂直、前后方向的生物力學(xué)穩(wěn)定性?xún)?yōu)于“垂直”雙鋼板，推薦使用平行雙鋼板固定肱骨遠(yuǎn)端C型骨折[3,4]。Shin等[5]發(fā)現(xiàn)，即使采用平行雙鋼板固定，復(fù)雜肱骨遠(yuǎn)端內(nèi)固定術(shù)后失敗率仍高達(dá)38%。內(nèi)固定強(qiáng)度不足會(huì)導(dǎo)致術(shù)后制動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，引起肘關(guān)節(jié)僵硬、術(shù)后活動(dòng)度差，甚至內(nèi)固定松動(dòng)、鋼板斷裂及骨折再次移位。目前，如何重建肱骨遠(yuǎn)端干骺端支撐的方法尚無(wú)金標(biāo)準(zhǔn)[6]。國(guó)、內(nèi)外缺乏系統(tǒng)的生物力學(xué)或臨床實(shí)驗(yàn)研究螺釘分布及螺釘置入方式對(duì)肱骨遠(yuǎn)端骨折內(nèi)固定穩(wěn)定性的影響。2015年11月～2016年3月，我們利用平行雙鎖定鋼板固定，同時(shí)通過(guò)增加干骺端支撐螺釘來(lái)重建肱骨遠(yuǎn)端干骺端區(qū)域支撐，以提高骨折內(nèi)固定的生物力學(xué)穩(wěn)定性，分擔(dān)軸向應(yīng)力，減小遠(yuǎn)端螺釘和骨質(zhì)接觸面的應(yīng)力，從而有效避免術(shù)后肱骨遠(yuǎn)端內(nèi)、外翻及內(nèi)固定失敗。

1 材料與方法

1.1 材料 人工合成左側(cè)肱骨30個(gè)，由杭州奧斯本科技有限公司提供。肱骨遠(yuǎn)端鎖定鋼板及配套螺釘30套，由捷邁(上海)醫(yī)療國(guó)際貿(mào)易有限公司提供。肱骨遠(yuǎn)端鎖定鋼板手術(shù)工具一套。義齒基托樹(shù)脂(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院張江生物材料有限公司)。

1.2 分組及其處理 將30個(gè)肱骨標(biāo)本隨機(jī)分成3組，每組10個(gè)。骨折模型為肱骨遠(yuǎn)端低位“T”型關(guān)節(jié)內(nèi)骨折模型。均采用捷邁肱骨遠(yuǎn)端內(nèi)、外側(cè)平行雙鎖定鋼板固定。骨折端解剖復(fù)位，內(nèi)側(cè)鋼板置入5枚螺釘，遠(yuǎn)端3枚，近端3枚。外側(cè)鋼板置入5枚螺釘，遠(yuǎn)端2枚，近端3枚。每組骨折模型及固定方式如下：A組：干骺端有皮質(zhì)骨支撐(模擬簡(jiǎn)單骨折)，無(wú)干骺端支撐螺釘。在鷹嘴窩最近端處行橫行截骨，截骨線(xiàn)垂直肱骨干中軸線(xiàn)，通過(guò)滑車(chē)切跡做關(guān)節(jié)內(nèi)矢狀面截骨[7]。內(nèi)側(cè)鋼板最遠(yuǎn)端螺釘孔的螺釘不跨骨折線(xiàn)。B組：干骺端無(wú)皮質(zhì)骨支撐(模擬干骺端粉碎骨折)，有干骺端支撐螺釘。在鷹嘴窩最近端處做第一次橫行截骨，截骨線(xiàn)垂直肱骨干中軸線(xiàn)，在第一次截骨線(xiàn)以遠(yuǎn)10 mm行第2次橫行截骨，取出10 mm截骨骨塊。通過(guò)滑車(chē)切跡行關(guān)節(jié)內(nèi)矢狀面截骨。內(nèi)側(cè)鋼板最遠(yuǎn)端螺釘孔的螺釘跨骨折線(xiàn)。C組：干骺端無(wú)皮質(zhì)骨支撐(模擬干骺端粉碎骨折)，無(wú)干骺端支撐螺釘。在鷹嘴窩最近端處行第一次橫行截骨，截骨線(xiàn)垂直肱骨干中軸線(xiàn)，在第一次截骨線(xiàn)以遠(yuǎn)10 mm行第2次橫行截骨，取出10 mm截骨骨塊。通過(guò)滑車(chē)切跡行關(guān)節(jié)內(nèi)矢狀面截骨。內(nèi)側(cè)鋼板最遠(yuǎn)端螺釘孔的螺釘不跨骨折線(xiàn)。所有標(biāo)本在肱骨干中段截?cái)?，?biāo)本遠(yuǎn)、近端圓柱形夾具固定，義齒基托樹(shù)脂包埋，包埋深度10 cm。

1.3 生物力學(xué)測(cè)試 各組采用英斯特朗生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行生物力學(xué)測(cè)試。前后位負(fù)載測(cè)試：采用Hungerer等[8]描述的方法，標(biāo)本屈曲75°，肱骨遠(yuǎn)端施加垂直向下的壓力。速率0.1 mm/s，最大載荷50 N，重復(fù)測(cè)試4次，第1次測(cè)試作為模型預(yù)處理不納入統(tǒng)計(jì)。剛度通過(guò)20～40 N范圍內(nèi)的線(xiàn)性回歸分析計(jì)算[9]。力學(xué)和移位距離探測(cè)器通過(guò)Instron Bluehill 2.0軟件錄入。軸向負(fù)載測(cè)試：標(biāo)本屈曲5°，肱骨遠(yuǎn)端施加垂直向下的壓力。速率0.1 mm/s，最大載荷50 N，重復(fù)測(cè)試4次，第1次測(cè)試作為模型預(yù)處理不納入統(tǒng)計(jì)。剛度通過(guò)20～40 N范圍內(nèi)的線(xiàn)性回歸分析計(jì)算。力學(xué)和移位距離探測(cè)器通過(guò)Instron Bluehill 2.0軟件錄入。模型強(qiáng)度測(cè)試：模型位置同軸向負(fù)載測(cè)試步驟，預(yù)載荷50 N，速率0.1 mm/s。當(dāng)標(biāo)本出現(xiàn)骨折、鋼板或螺釘斷裂及載荷出現(xiàn)峰值時(shí)停止測(cè)試，此時(shí)最大載荷即為模型強(qiáng)度。

2 結(jié)果

2.1 3組模型前后位剛度、軸向剛度及模型強(qiáng)度比較 見(jiàn)表1。

表1 各組前后位剛度、軸向剛度及模型強(qiáng)度

注：與A組比較，*P<0.05;與B組比較，#P<0.05。

2.2 各組模型的失效類(lèi)型 A組骨折、鋼板斷裂或彎曲、螺釘斷裂、螺釘退出、載荷出現(xiàn)峰值分別為6、2、1、1、0個(gè),B組分別為1、6、2、1、0個(gè)，C組分別為2、6、2、0、0個(gè)。

3 討論

大多數(shù)肱骨遠(yuǎn)端骨折累及了肱骨遠(yuǎn)端雙柱，并常為粉碎性[9]。根據(jù)雙柱模型理論，雙鋼板固定可以同時(shí)處理內(nèi)外側(cè)柱骨折，已經(jīng)成為肱骨遠(yuǎn)端骨折的標(biāo)準(zhǔn)治療方法[10]。大量生物力學(xué)研究證明，平行雙鋼板的生物力學(xué)性能優(yōu)于垂直雙鋼板[3,4]。Caravaggi等[3]則比較了目前肱骨遠(yuǎn)端骨折雙鋼板內(nèi)固定技術(shù)中使用最多的4種鋼板排布的生物力學(xué)性能：內(nèi)側(cè)和后外側(cè)雙鎖定鋼板、平行雙鎖定鋼板、垂直雙鎖定鋼板、內(nèi)側(cè)和后外側(cè)雙重建鋼板，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明了平行雙鎖定鋼板具有最高的軸向抗壓剛度和最大的抗壓強(qiáng)度。最主要原因是平行鋼板使螺釘在關(guān)節(jié)骨塊內(nèi)部相互交錯(cuò)，形成一個(gè)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，從而減少了關(guān)節(jié)碎片。因此我們選擇使用平行雙鋼板測(cè)試干骺端支撐螺釘?shù)纳锪W(xué)性能。干骺端截骨形成的10 mm缺損用來(lái)避免測(cè)試壓力通過(guò)骨皮質(zhì)傳導(dǎo)，從而模擬了粉碎性骨折造成的干骺端不連續(xù)。

在以往比較平行和垂直雙鋼板的生物力學(xué)文獻(xiàn)中，研究者大多在肱骨遠(yuǎn)端A型骨折模型中進(jìn)行測(cè)試。Arnander等[11]通過(guò)在鷹嘴窩最上端橫行截取4 mm骨片建立肱骨遠(yuǎn)端A型骨折模型，在矢狀位屈曲測(cè)試中，平行雙鋼板的剛度和強(qiáng)度顯著大于垂直雙鋼板。Kollias等[4]通過(guò)在滑車(chē)最遠(yuǎn)端近側(cè)4 cm截骨，建立肱骨遠(yuǎn)端髁上骨折模型，平行和垂直鋼板在矢狀面、冠狀面和抗扭轉(zhuǎn)的剛度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Caravaggi等[3]在肱骨遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)面近側(cè)4 cm截骨，建立肱骨遠(yuǎn)端髁上橫行骨折模型，結(jié)果表明平行雙鋼板的強(qiáng)度和軸向剛度大于垂直雙鋼板。與以往的研究不同，本試驗(yàn)著力于研究肱骨遠(yuǎn)端C2型骨折模型，與骨折線(xiàn)位置相對(duì)高位的A型骨折相比，這類(lèi)骨折的骨折塊體積小，普通3.5 mm系統(tǒng)對(duì)骨折塊沒(méi)有很好的抓持力。對(duì)于2.7 mm系統(tǒng)，垂直雙鋼板中的后側(cè)鋼板只能有很短(16～24 mm)的螺釘對(duì)遠(yuǎn)端的骨折塊進(jìn)行固定，而平行雙鋼板提供更好的穩(wěn)定性是因?yàn)檫h(yuǎn)端螺釘固定骨折塊的有效區(qū)域長(zhǎng)，水平方向的螺釘可以有50 mm，并且可以貫穿肱骨遠(yuǎn)端內(nèi)外側(cè)骨塊固定，使遠(yuǎn)端的螺釘在關(guān)節(jié)骨塊內(nèi)部相互交錯(cuò)，因此能夠在髁上水平獲得良好穩(wěn)定性，牢固地連接內(nèi)外側(cè)柱，形成一個(gè)穩(wěn)定的“拱門(mén)”結(jié)構(gòu)，允許患者術(shù)后進(jìn)行有效的功能鍛煉，減少肘關(guān)節(jié)僵硬的發(fā)生[6]。

Hungerer等[8]曾研究過(guò)肱骨遠(yuǎn)端干骺端支撐螺釘?shù)纳锪W(xué)性能，指出用平行雙鋼板固定AO C2.3型肱骨遠(yuǎn)端骨折，干骺端支撐螺釘能夠顯著增加結(jié)構(gòu)的軸向抗壓剛度和疲勞強(qiáng)度，本研究結(jié)果與其相似；但其并未比較干骺端螺釘支撐和皮質(zhì)支撐的生物力學(xué)性能。肱骨遠(yuǎn)端骨皮質(zhì)的相互接觸能夠增加骨折塊之間的摩擦力，增加其抗壓剛度。本試驗(yàn)通過(guò)生物力學(xué)測(cè)試得出，干骺端支撐螺釘雖能增加肱骨遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)內(nèi)骨折的穩(wěn)定性，但其生物力學(xué)性能并未優(yōu)于干骺端皮質(zhì)支撐，因此，對(duì)于肱骨遠(yuǎn)端C2型骨折應(yīng)優(yōu)先考慮皮質(zhì)支撐，當(dāng)不能獲得皮質(zhì)支撐時(shí)可以通過(guò)使用干骺端支撐螺釘來(lái)增加固定的穩(wěn)定性。

Paryavi等[12]對(duì)于肱骨遠(yuǎn)端髁間骨折的固定提出了“柱螺釘”的概念：對(duì)于老年人肱骨遠(yuǎn)端A型骨折，通過(guò)兩枚從內(nèi)外上髁下方向?qū)?cè)骨皮質(zhì)穿入、跨越干骺端骨折線(xiàn)的空心螺釘，實(shí)現(xiàn)對(duì)肱骨遠(yuǎn)端骨折塊的牢固固定，從而允許早期肘關(guān)節(jié)功能鍛煉。本試驗(yàn)中的干骺端支撐螺釘原理與其相似。對(duì)于干骺端粉碎的C2.2型骨折，內(nèi)側(cè)鋼板置入的一枚跨越干骺端碎片的2.7 mm干骺端支撐螺釘可以固定干骺端碎片，同時(shí)將遠(yuǎn)端骨折塊牢固地固定在近端肱骨干上，顯著增加了模型的抗壓剛度和失效強(qiáng)度。

本研究結(jié)果表明，通過(guò)平行雙鋼板治療肱骨遠(yuǎn)端骨折，干骺端骨皮質(zhì)支撐具有最佳的生物力學(xué)穩(wěn)定性，其前后位剛度、軸向剛度、模型強(qiáng)度均高于其他兩組；未獲得肱骨遠(yuǎn)端骨皮質(zhì)支撐時(shí)，通過(guò)1枚跨越干骺端骨折線(xiàn)的支撐螺釘重建肱骨遠(yuǎn)端的干骺端支撐，其穩(wěn)定性高于未重建肱骨遠(yuǎn)端干骺端支撐。3組模型失效類(lèi)型有差別，A組模型失效時(shí)，由于肱骨遠(yuǎn)端皮質(zhì)穩(wěn)定的支撐，鋼板沒(méi)有發(fā)生明顯的彎曲，主要表現(xiàn)為模型的骨折；B、C組由于缺少皮質(zhì)支撐，模型失效時(shí)鋼板往往被嚴(yán)重折彎，發(fā)生斷裂，主要表現(xiàn)為鋼板彎曲或斷裂。Hungerer等[8]通過(guò)尸體骨測(cè)試平行鎖定雙鋼板治療肱骨遠(yuǎn)端C2型骨折的生物力學(xué)性能，結(jié)果表明在模型強(qiáng)度測(cè)試中88%的標(biāo)本出現(xiàn)螺釘斷裂，37%的標(biāo)本出現(xiàn)螺釘穿出。Kollias等[4]研究了老年人中肱骨遠(yuǎn)端骨折的并發(fā)癥類(lèi)型，結(jié)果表明術(shù)后最常見(jiàn)的并發(fā)癥是螺釘松動(dòng)。本試驗(yàn)的研究結(jié)果與其有差別，主要因?yàn)楸驹囼?yàn)采用了人工骨建立骨折模型，不能模擬骨質(zhì)疏松患者的骨折類(lèi)型，因此臨床上常見(jiàn)的內(nèi)固定失敗類(lèi)型如螺釘退出等在本試驗(yàn)中較少出現(xiàn)。

本試驗(yàn)采用了人工模型骨進(jìn)行生物力學(xué)測(cè)試，可以減少因?yàn)楣敲芏取⒔馄式Y(jié)構(gòu)等差異造成的測(cè)量誤差。相對(duì)于尸體標(biāo)本，人工骨可以建立高度相似的骨折和內(nèi)固定模型，同時(shí)由于模型材料的相似性，測(cè)試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差較小。本研究尚存在一些不足之處：應(yīng)用人工骨標(biāo)本進(jìn)行生物力學(xué)測(cè)試，沒(méi)有考慮內(nèi)外側(cè)副韌帶、肌肉等軟組織因素以及老年人骨質(zhì)疏松的情況，因此不能完全模擬人體內(nèi)骨折類(lèi)型；沒(méi)有進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)負(fù)載測(cè)試，而骨折愈合是一個(gè)長(zhǎng)期的、動(dòng)態(tài)的過(guò)程，因此不能模擬骨折愈合過(guò)程模型結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化。

綜上所述，通過(guò)平行雙鋼板治療肱骨遠(yuǎn)端骨折，干骺端骨皮質(zhì)支撐具有最佳的生物力學(xué)穩(wěn)定性，應(yīng)盡量爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)肱骨遠(yuǎn)端骨皮質(zhì)的解剖復(fù)位；相比于干骺端無(wú)皮質(zhì)支撐，干骺端支撐螺釘能顯著增強(qiáng)內(nèi)固定的穩(wěn)定性。當(dāng)干骺端粉碎、缺損嚴(yán)重、骨皮質(zhì)復(fù)位不良時(shí)，可通過(guò)置入干骺端支撐螺釘增加內(nèi)固定的穩(wěn)定性。

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上海市第六人民醫(yī)院醫(yī)療集團(tuán)科研基金。

張聞(E-mail：06-zhuyu@sjtu.edu.cn)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.45.016

R318.01

A

1002-266X(2016)45-0051-03

2016-06-22)