编织钢丝绳在髌骨骨折术中的运用及其力学强度分析*

杨兴尧，赵 文，曾智谋，林炎水

成都医学院第一附属医院 骨科 (成都 610500)

髌骨是人体骨骼中最大的籽骨[1]，在膝关节活动中能增大股四头肌的作用力矩、传导，并增强股四头肌的作用力。Kakazu等[2]研究表明,髌骨能够加强膝关节的力臂多达30%,从蹲下到起立的过程中，髌骨最大承受了7倍身体重量的压力，在伸直膝关节约150°时又承受大约2倍的扭矩。同时,髌骨也能维护膝关节稳定，保护股骨髁使其免于直接遭受外伤性打击[3]。其中，横断形骨折最为多见，约占所有类型的2/3，多为间接暴力所致[4]。目前，手术有张力带钢丝、改良克氏针张力带钢丝、空心钉加张力带钢丝、Cable-Pin系统、钢板固定和部分髌骨切除[5]。改良克氏针张力带钢丝能够固定绝大部分髌骨骨折，且固定效果良好，是目前运用最广泛的固定方式[6-7]。克氏针的固定位置及方式都有统一认识，但钢丝绳运用的捆绑方式、形态却有所不同，医生手术时会根据自己习惯而做出选择。本研究通过对成都医学院第一附属医院骨科髌骨骨折患者进行回顾性研究，观察不同形态的钢丝绳是否对骨折治愈有影响，同时探究其力学特征，分析各种编织钢丝绳的优劣势。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2017年1月至2019年9月本院骨科收治的髌骨骨折患者81例，根据钢丝形态的差异分成两组。试验组48例，采用克氏针双股编织钢丝绳固定骨折断端；对照组33例，采用克氏针双股平行钢丝绳固定骨折断端。疾病类型：横行髌骨骨折。术前向患者告知手术方案，均签署相应的手术同意书及病情告知书，完善术前相关检查后安排行手术治疗。纳入标准：1)骨折分离移位>3 mm或关节面错位>2 mm；2)开放髌骨骨折；3)带有髌骨关节软骨的骨折；4)伸膝无力或功能丧失；5)能够用克氏针张力带完成手术。排除标准：1)严重粉碎性骨折、骨折块过小、无法用克氏针张力带完成手术；2)术前长期卧床或术后因合并其他重大疾病长期卧床无法下地活动者。本研究采用回顾性对比队列研究，其实施符合《赫尔辛基宣言》和成都医学院第一附属医院相关伦理要求。

1.2 植入物材料

骨科植入物-扎丝、金属骨棒均由上海科优骨科器材有限公司提供。

1.3 手术方式

1.3.1 试验组 取髌骨前方正中纵行切口，将皮肤及皮下组织向两侧剖开，显露髌骨前面全貌、股四头肌和髌肌，仔细探查其伸肌扩张部的内外两侧，去除所有小的游离骨折块，仔细检查髌股关节面，彻底冲洗，去除血凝块和小的骨碎片；点状复位钳或者巾钳临时复位骨折断端，再次确认关节面是否平整后，将2枚克氏针分别从髌骨下极髌骨中外、中内1/3处植入及前后径的后1/3处植入，两针相互平行，自髌骨上极穿出；将准备好的钢丝编织成钢丝绳，并缠绕克氏针，采用双“8”张力带，加压固定，使2枚克氏针尾部突出于膑腱和股四头肌肌腱在上、下骨折块附着处。被动屈伸膝关节，检查固定是否牢固，冲洗创口，间断缝合修补髌前及髌旁腱膜，逐层闭合切口(图1～3)。

图1 髌骨正侧位克氏针进针点

图2 术中编织钢丝绳的制作

图3 髌骨术后患者复查DR资料

1.3.2 对照组 步骤均同前，唯一不同在于使用双股平行钢丝绳缠绕2枚克氏针。手术均为同一医疗组完成。

1.3.3 术后康复锻炼 根据患者骨折严重情况，制定个性化康复计划。若仅为简单横行骨折，则嘱患者早期行直腿抬高锻炼，在术后2周内行30°屈曲锻炼，随后根据复查情况制定锻炼目标；若骨折严重，骨块分离较多，则适当延长康复锻炼计划。

1.4 观察指标

记录两组患者年龄、性别、体重指数(body mass index,BMI)，患者出院后长期随访，评估并记录术后半年患者膝关节屈伸活动度、术后半年膝关节美国特种外科医院(hospital for special surgery， HSS)评分，观察测量患者术后半年膝关节X线片；本研究共纳入81例患者进行观察，无失访病人。

1.5 不同捻距的编织钢丝绳强度测试

1.5.1 分组 检测机器、数据由上海英格尔检测技术服务有限公司提供。将直径为0.6 mm钢丝编织成双股钢丝绳(上海科优骨科器材有限公司提供的骨科植入物-扎丝)，分成5组，捻距0.33 cm为1组(n=5)，0.25 cm为2组(n=5)，0.20 cm为3组(n=5)，0.17 cm为4组(n=5)，0.14 cm为5组(n=5)；双股平行钢丝绳为6组(n=5)。各组样本长度均为30 cm，不同捻距分组可理解为每1 cm钢丝铰链式缠绕分别为3、4、5、6、7周(图4)。

图4 编织钢丝绳的捻角α和捻距T

1.5.2 抗拉力实验 检测设备为万能材料试验机，校准日期为2019年3月8日。抗拉力参考GB/T 228.1-2010检测，将钢丝两端夹持在万能材料试验机夹头上,钢丝绳长度为30 cm，以 10 mm/min 的加载速率拉伸样品，直至样品断裂，记录最大力值。

1.5.3 30°抗折弯实验 参考GB/T238-2013检测，钢丝绳长度为30 cm，将钢丝一端固定，另一端用弯折装置固定，设置角度为30°，反复弯折直至断裂，记录断裂时弯折次数(图5)。

图5 钢丝绳力学测定的机械和结果

1.6 统计学方法

2 结果

2.1 两组患者一般资料比较

两组患者性别、年龄、BMI、术后半年膝关节屈伸度、膝关节HSS评分比较，差异无统计学意义(P>0.05)(表1)。

表1 两组患者一般资料比较

2.2 不同捻距编织钢丝绳抗拉强度及30°抗折弯次数

6组钢丝绳抗拉力实验和30°抗折弯实验结果经LSD组间分析，差异无统计学意义(P>0.05)(表2)。

表2 不同捻距的编织钢丝绳抗拉强度及30°抗折弯次数

2.3 随访结果

81例患者术后随访均愈合良好，无失访病例，全部纳入数据分析。两组患者常规术后第1天复查患侧膝关节正侧位DR，均见骨折断端对位良好，内固定装置固定在位，未见松动、断裂、移位；术后6个月两组患者骨折断端对位良好，骨折线消失，内固定装置固定牢靠，均骨折愈合，未出现内固定装置断裂、伤口感染。

3 讨论

AO张力带固定是AO学派首创并推行的方法，当膝关节伸屈运动时，其髌骨前侧有分离趋势，张力带能够使张力转变为环形内向的压力[8]。经过若干改良后，目前应用较广泛的是双克氏针钢丝环绕固定，其为手术固定骨折断端提供了更多选择[9]，术后也允许早期功能锻炼。但钢丝滑脱是这种术式内固定失效和骨折再次移位的主要问题[10]，有学者[11]提出，双股钢丝的使用能够加强固定强度。在行手术治疗时候，经典的钢丝环绕捆绑方式是单“8”字[12]，但我科则较多使用双“8”字张力带捆绑[13]，主要是考虑到术后存在钢丝滑脱情况[14]。双“8”的捆绑方式在一侧内固定失效的情况下，能够起到一定代偿作用，帮助固定骨折断端，不至于内固定装置完全失效。Roe[15]在相关力学实验中发现，旋转式环扎比环式环扎产生的张力小。同时，Ali等[16]在研究中发现，拥有双袢的张力带比只有1个袢张力带更具有稳定性,猜测双“8”字的固定方式也比单“8”字固定更具有稳定性，这也为下一步研究提供了思路[17]。

本研究所有患者术后均能达到髌骨骨折愈合的条件。同时，根据患者个体情况，均在术后半年至1年内行内固定装置取除术。两组患者性别、年龄、BMI、术后半年膝关节屈伸度和HSS评分差异无统计学意义(P>0.05)，说明双股平行张力带钢丝和双股编织张力带钢丝治疗髌骨骨折的效果相近，均能有效帮助髌骨骨折愈合，恢复关节活动度。

叶林根等[18]力学实验发现，AO张力带和Weber改良张力带承载大于Mag-nusson钢丝和钢丝环扎，均能满足1 000 N股四头肌收缩力。本研究对6组不同的钢丝绳进行了纯抗拉力试验和30°抗折试验，结果6组张力带钢丝差异无统计学意义(P>0.05)。在相关研究中也得出同样的结果，Steinberg等[19]将1.0 mm和1.5 mm的钢丝分成单股、双股平行、双股编织钢丝，其结果显示，双股平行和双股编织的钢丝峰值载荷、伸长载荷差异无统计学意义(P>0.05)，但均优于单股钢丝。这也就证明了编织钢丝和双股平行钢丝在抗拉力的峰值载荷上，差异无统计学意义(P>0.05)。

张力带钢丝在固定过程中的可变形性能够提供更好的固定，但反复弯曲会影响其本身结构[20]。同时，编织的双股钢丝绳在形成铰链的过程中，随着捻角增加、捻距减小，会造成钢丝强度损失的增大，也增加了钢丝上的断裂点[21]。所以，本研究同时也进行了30°抗折实验，探究6组钢丝绳的承受弯曲塑性变形能力。抗折实验模拟动态固定的情况，结果显示，6组张力带钢丝的抗折次数差异无统计学意义(P>0.05)。故思考本实验的力学结果，是否各组钢丝绳的抗拉、抗折能力相差无几，或者是样本量过少还不足以体现各组差异。但临床结果和本次力学实验的数据证明，双股平行和双股编织的钢丝绳均能有效固定髌骨骨折，且抗拉、抗折能力相似。Newton等[22]进行了相关研究，指出钢丝的环扎与内固定的失败有关系，导致很多医生在担心钢丝影响骨膜血供的情况的下避免使用钢丝固定。Wilson 等[23]动物实验证明，编织钢丝能够减少血管破坏。在Steinberg等[19]实验中，编织张力带钢丝相比双股平行张力带钢丝具有更少的骨接触面积，减少骨膜血管的损伤和骨膜表面压力。

本研究也存在一些不足，在试验组患者行双股编织钢丝绳加压骨折断端时，并没有确定固定捻距，而是根据术者习惯，将捻距控制在0.13～0.25 cm。所以，随后进行了不同捻角钢丝绳的力学测试。同时，样本量的缺少，可能导致数据偏倚。但从力学强度分析了各组不同钢丝绳的性质，从另一个角度为临床工作提供依据，具有一定的参考价值。

综上所述，本研究表明双股编织张力带钢丝在一定的捻距情况下，其临床使用效果和力学特征与双股平行张力带钢丝相似，均能有效固定髌骨横行骨折断端，促进愈合。