管丝张力带固定髌骨骨折的生物力学分析

徐衍斌

四平市第四人民医院,吉林 四平 136000

髌骨是人体最大的一块籽骨，它提高了股四头肌的有效性，并使膝盖能够弯曲，这在诸如蹲下或跪下的承重情况下需要大量的力[1-3]。髌骨骨折发生率约占全身骨骼损伤的0.5%-1.5%[4]。因为髌骨在下肢伸膝关节中的重要作用，骨折后需要解剖复位和坚强固定。只有无移位的骨折可以采取制动固定等保守治疗方式。骨折块分离大于2mm、粉碎性骨折需要手术干预[3、5]。

经典的克氏针张力带一度是治疗移位性髌骨骨折的金标准。张力带能够把拉力转换成对骨折块间的压力。但是，在循环载荷下，特别是在膝关节伸展时，碎片压缩被中和，骨折可能会裂开[6]。另外，克氏针是光滑而有弹性的，在屈伸关节过程中可能导致金属丝滑脱，骨折固定失效。导致关节僵硬、创伤性关节炎等并发症[4、7、8]。近些年来，很多采用空心螺钉固定髌骨骨折，或复合金属线困扎固定。尽管提供了相对更好的稳定性，但面对复杂的骨折还存在一定的不足。因此膝关节僵硬、骨性关节炎等并发症仍然没有被很好的解决[3、7]。

翻阅文献以及对此类手术的观察，经典的张力带失败，多是因为克氏针滑移，金属丝脱落导致内固定的失败，而不是克氏针断裂或是金属丝断裂。当然不可否认有出现金属丝断裂的病例。经分析笔者认为，经典张力带失败的原因不是因为克氏针和金属丝的强度，而是这个固定的设计。所以笔者改良设计了管丝张力带装置来固定髌骨骨折。

材料和方法选取12只塑料材质人工髌骨标本，1mm厚摆锯横行中分截断标本，做横行骨折标本模型。12只骨折模型分成两组。管丝组采用Ø=3.5mm金属管，Ø=1.5金属丝内穿平行置入模型中份垂直骨折线的金属管，闭合拧紧(300N)。克氏针组采用Ø=2.5mm克氏针平行植入模型中份垂直骨折线，Ø=1.5mm金属丝“8”环绕克氏针，闭合拧紧(300N)。

生物力学测试装置结合了拉力和屈曲张力来模拟髌骨的生理负荷。伸直下肢髌骨受股四头肌拉力，屈曲膝关节时髌骨还受到股骨髁部的挤压。生物力学装置模拟人体下肢屈伸度以及屈伸轨迹。屈曲最大角度设定为60°。设定为这个角度是因为文献[9]提到，屈曲45°时髌骨会受到分离的最大载荷。标本固定于模拟膝关节屈伸电动测试仪，骨折块的运动由光电同步追踪系统记录，骨折移位间隙在髌骨前测量。

结果经典张力带固定组内固定失效产生在平均受力650N(SD:243N),管丝张力带组内固定失效产生在平均受力1100N(35N)(P = 0.002)。因为在360N负荷时经典张力带组产生同时松动变形，比较了两组在此负荷下骨折快间的分离距离，经典张力带组分离距离5倍于管丝组(P=0.002)。

讨论研究表明，管丝张力带内固定能够为髌骨骨折提供更可靠的机械稳定性，能够防止术后功能锻炼载荷后骨折块分离。经典组固定在明显低于管丝组受力载荷下产生明显的固定失效。Carpenter[7]在一相空心钉张力带固定髌骨骨折的生物力学研究中也报道过，屈膝45°，载荷395N时产生失败。单纯空心钉固定髌骨失败载荷在554N，然而复合金属丝固定后失败载荷增高至732N。通过研究发现，管丝内固定失败的载荷明显大于上述提到的固定方式。

虽然选用的人工标本物理特性接近髌骨，但毕竟不能完全反映出真实髌骨的生物力学特性。研究的结果可能受到人工标本的影响。骨折固定在载荷下能保持机械稳定性，是治疗成功的首要因素。金属管的机械强度同等体量的前提下要远远大于克氏针。克氏针表面光滑，容易弹性变，这是导致经典克氏针张力带失败的主要因素。现在很多手术采用空心螺钉复合金属丝张力带固定髌骨。空心钉的确可以对髌骨产生加压作用，但髌骨碎裂后的机械强度大大降低，实际置入螺钉产生的骨折块压力并不是理想的状态。再则，空心钉的螺纹在骨折面吸收后压力会部分失效，这时螺纹反而成了金属丝动态加压的障碍。而丝管系统则不然。丝管系统完美的保留了经典克氏针的优势。通过研究发现，管丝系统应该是较为理想的髌骨骨折固定方式。值得进一步的研究总结。同时也为张力带的方式，提供了更多的可能。