新型微创髓内系统与解剖钢板固定尺骨鹰嘴骨折的生物力学比较研究

费林聪,梁 成,覃小帅,叶俊武

西南医科大学附属医院骨与关节外科,四川 泸州 646000

尺骨鹰嘴骨折是上肢常见骨折,多见于成年人,约占肘关节周围骨折的10%[1],全身骨折的1%[2]。尺骨鹰嘴骨折多波及关节面,治疗上对于重建关节的完整性和稳定性要求极高,需要手术干预达到绝对稳定及解剖复位,恢复早期关节活动协调性、活动范围及力量[3]。目前临床对于尺骨鹰嘴骨折固定存在多种手术方式,其中以克氏针张力带内固定方式最为常见,但经常出现与内固定有关的并发症,如皮肤高突、触及痛、克氏针松动退出及针尾部滑囊炎,甚至刺破皮肤造成局部感染等[4-5]。髓内钉及解剖钢板固定近年来也逐渐流行,生物力学研究表明髓内螺钉及解剖钢板与张力带钢丝治疗尺骨鹰嘴骨折相比,使用髓内钉及解剖钢板的内植物失败风险更低[6]。目前髓内钉已成为长骨骨折的标准治疗方法,具有感染率低、瘢痕小、骨折稳定性好、患者可立即活动等优点,但目前国内市场尚缺乏广泛应用的针对尺骨鹰嘴骨折的髓内钉系统[7]。本课题组设计了新型微创髓内固定系统(专利号:202120868191.9),与尺骨鹰嘴解剖钢板在循环连续负荷下进行生物力学稳定性比较,探讨新型微创髓内系统治疗尺骨鹰嘴骨折的内固定稳定性。

材料与方法

1 实验材料

选取成年人新鲜尸体标本10具(尺骨共20侧,由西南医科大学解剖学教研室提供,其中男性7人,女性3人;死亡年龄45～72岁,平均62.0岁。取得上肢标本后,使用解剖工具去除周围肌肉、肌腱、韧带等软组织,取出尺骨标本,制备骨折模型。新型微创髓内系统(图1、2)采用钛合金制成,具有良好组织兼容性、耐磨损及抗腐蚀作用,是目前常用的生物医用材料之一;该髓内钉整体呈圆柱形(直径5.5mm,长度70mm),主钉上有3个锁定孔(2个横形、1个斜形);锁定钉选用外径3.5mm锥形螺钉;植入工具由螺钉导向器、定位把手、主钉锁紧器组成。本研究获西南医科大学附属医院医学伦理委员会批准(KY2021213)。

图1 新型微创髓内系统正面观

图2 新型微创髓内系统侧面观

2 分组及骨折模型建立

将20侧尺骨鹰嘴标本随机分为两组,A组行新型微创髓内系统固定(A1、A2、A3 ……A10);B组行解剖钢板固定(B1、B2、B3……B10)。对所取尺骨尸体标本均测试骨密度:A组平均骨密度(0.86±0.06)g/cm3,B组平均骨密度(0.85±0.07)g/cm3,两组比较差异无统计学意义(P>0.05)。每组尺骨鹰嘴标准化截骨:尺骨鹰嘴与冠状突中点处横型截骨,摆锯厚度1mm,制作尺骨鹰嘴横型骨折模型(图3)。

图3 尺骨鹰嘴横型截骨标本示意图

3 骨折固定方法

A组固定(图4、5):直视下解剖复位,巾钳临时固定。鹰嘴顶端下1.0cm正中作为进针点,用5.5mm钻头纵行尺骨骨体方向平行钻入髓腔,近端需用6.5mm钻头扩大。插入髓内钉,先行远端锁定(横行3.5mm锥形螺钉1枚),再近端锁定(横行及斜行3.5mm锥形螺钉各1枚)。

图4 新型微创髓内系统固定实物图

图5 新型微创髓内系统固定鹰嘴侧位X线片

B组固定:直视下解剖复位,巾钳临时固定。将钢板置于尺骨近端的后背侧,予以2枚克氏针临时固定,2枚皮质骨螺钉自鹰嘴平行于尺骨纵轴拧入,固定骨折近端,再用6枚锁钉垂直尺骨干置入完成固定。

4 测试方法

四点弯曲实验:将骨折模型置于Instron E10000力学试验机上,设置上方两个负荷加载点位于尺骨鹰嘴骨折线对称两侧表面,上方两点力臂值10mm,下方两个负荷支撑点间距为130mm,垂直向下加载,加载速度为2.0mm/min,从0.01KN加载到0.10KN。实验进行前先预实验,消除标本蠕变,然后进行实验,通过位移传感器记录标本位移值并记录。

扭转实验:从四点弯曲实验机取出模型,将牙托粉固定好的两端固定在扭转实验机的夹具中,先进行扭转实验预实验后,设定好扭转角度2.0°/min,进行扭转实验,通过传感器记录标本扭转值并记录。

5 统计学分析

应用SPSS 23.0统计软件进行分析。检验完毕满足条件后,对所得数据进行配对样本t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1 四点弯曲试验

加载压力0.01～0.10KN,加载压力随着加载负荷的增加,骨折断端移位逐渐增大。两者线性相关,当加载力为0.10KN时各组位移值见表1:A组(新型微创髓内系统)平均位移值(1.114±0.040)mm,B组(解剖钢板)平均位移值(1.140±0.031)mm。新型微创髓内系统抗弯曲能力与解剖钢板比较差异无统计学意义(P=0.057)。

表1 各组标本加载压力为0.10KN时骨折断端位移(mm)

2 扭转实验

扭转角度0°～10°,随着扭转角度增加,扭矩也增大。两者线性相关,得出最大扭转角度10°下各组数据(表2):A组(新型微创髓内系统组)平均扭矩值(0.851±0.035)KN,B组(解剖钢板组)平均扭矩值(0.894±0.040)KN,新型微创髓内系统抗扭转能力优于解剖钢板(P=0.004)。

表2 各组标本扭转度为10°时的扭矩值(N)

讨 论

尺骨鹰嘴骨折的手术治疗主要包括外固定器固定、髓内固定、髓外固定及尺骨鹰嘴切除术等[4],其中以解剖钢板及张力带钢丝为主。针对不同类型骨折,推荐的固定方式有所不同,对于移位非粉碎性和轻度粉碎的尺骨鹰嘴骨折,常以张力带钢丝为首选固定方式[8],且研究中均报道取得了优良的效果[9],也有报道其用于粉碎性骨折的治疗[10-11]。而对于粉碎性骨折,目前常使用钢板内固定为首选固定方式[12-16], Wilson等[17]进行了一项生物力学研究,钢板内固定治疗各种类型的尺骨鹰嘴粉碎性骨折较张力带钢丝对骨折断端有更强的压力,并可能降低术后创伤性关节炎的发生率。

尽管解剖钢板及张力带钢丝为尺骨鹰嘴骨折提供了足够愈合的固定强度,但由于尺骨鹰嘴位置表浅,局部软组织薄弱,内植物容易刺激周围的软组织,常引起滑囊炎及肘后隆起致关节活动时出现刺痛感[18-19],严重时甚至导致皮肤破溃而非计划手术取出内植物[20-21]。这类并发症在张力带钢丝内固定中更加常见[11]。而髓内固定装置理论上可以大幅减少这种并发症,同时提供尺骨鹰嘴骨折愈合所需的固定强度,且有相关临床研究中证实了这一点[22]。

髓内钉演变至今已成为大多数长骨骨折的标准治疗方法,是一种有效、微创且可重复的手术[7]。本研究首次报道了新研制的新型微创髓内固定系统的安全性和有效性。研究结果也证实了笔者关于新型微创髓内固定系统生物力学稳定性的假设。与解剖钢板相比,使用新型微创髓内固定系统的骨折模型在生物力学实验中有更优的表现。这可能是由于髓内固定方式与解剖钢板的髓外背侧位置相比,髓内力载体在断裂间隙上的分布更均匀。既往也有生物力学研究对尺骨鹰嘴髓内固定方式与解剖锁定加压钢板固定方式进行了比较,在治疗简单鹰嘴骨折时,髓内固定的微动明显小于解剖锁定加压钢板,这两种植入物类型都可能是固定鹰嘴骨折和截骨术的合适手术技术[23]。这与本次研究结果呈现同一趋势。

尺骨鹰嘴微创髓内固定系统结构简单、操作方便、手术损伤小、骨折血供干扰小,对关节活动无影响,符合生物力学内固定的原则,有利于术后早期功能锻炼和肘关节功能恢复。本研究所涉及的尺骨鹰嘴微创髓内固定系统,采用微创理念设计,突破传统治疗方案,符合国人尺骨鹰嘴解剖结构,为尺骨鹰嘴骨折治疗提供一种全新的方法。

但本研究也存在一定局限性,尺骨鹰嘴骨折尸体模型中,肘关节附近可能有助于稳定的软组织被切除,且对骨折愈合至关重要的因素包括骨折周围血供和骨膜留存情况在笔者的研究中没有涉及。本研究重点是模拟早期运动的循环荷载,为进一步临床运用奠定基础,并未完成尺骨鹰嘴骨折生物力学失效测试。除此之外,尺骨鹰嘴骨折类型较多,本实验中仅完成了尺骨鹰嘴横型截骨模型的研究,对于其他类型有待进一步验证。

作者贡献声明：费林聪:标本制作、生物力学实验实施及论文撰写;梁成、覃小帅:新型微创髓内系统研发、生物力学实验指导、数据收集及数据处理;叶俊武:实验方案制定及论文修改