跨生长板钛板固定Salter-Harris Ⅳ型骨骺损伤的生物力学研究

刘建军，张春慕，李元贞，董万涛，张乾军，刘保健



·基础医学·

跨生长板钛板固定Salter-Harris Ⅳ型骨骺损伤的生物力学研究

刘建军，张春慕，李元贞，董万涛，张乾军，刘保健

目的：通过动物实验探讨跨生长板钛板能否有效固定Salter-Harris Ⅳ型骨骺损伤。方法：选取健康6～7周龄山羊24只，随机分为对照组、克氏针组和跨生长板钛板组，各8只。对照组不予处理；克氏针组和跨生长板钛板组采用山羊左右肱骨远端骨骺经克氏针钻孔骨凿凿开法造模，造模成功后分别用跨生长板钛板、交叉克氏针固定。3组于术后8周、12周每组随机抽取4只取材，对标本进行生物力学测试和比较。结果：对照组与跨生长板钛板组术后8周和12周的屈服强度、最大载荷、最大弹性模量及断裂点差异均无统计学意义(P>0.05)，2组各项指标均明显优于克氏针组(P<0.01)。结论：跨生长板钛板固定Salter-HarrisⅣ型骨骺损伤能够达到有效的生物力学固定强度，为骨骺损伤愈合提供一个相对稳定的环境，有利于骨骺损伤的修复。

骨骺损伤；钛板；克氏针；生物力学

人体在胚胎第5周形成软骨雏形，在第7周后血管侵入形成初级骨化中心，由初级骨化中心形成骨干、干骺端和骺软骨，出生后长骨两端软骨血管组织间接骨化形成次级骨化中心，即骺。骺与干骺端交界处在一定时期内保留有一层未骨化的软骨组织称为生长板，具有横向和纵向生长能力[1]。儿童时期生长板较周围韧带和关节囊脆弱[2]，骨骺损伤多见于生长板，故又称生长板损伤。流行病学研究[3]显示，18%的孩子9岁前会经历骨折，年龄5～14岁的儿童骨折发生率最高，且常合并骨骺损伤，可引起患肢发育障碍、成角畸形等。本研究通过动物实验探讨跨生长板钛板能否有效固定Salter-Harris Ⅳ型骨骺损伤及其对骨骺损伤愈合的影响，以期为骨骺损伤治疗提供参考。现作报道。

1　资料与方法

1.1一般资料选取6～7周龄健康山羊24只，雌雄各半，体质量10～15 kg。随机分为对照组、克氏针组和跨生长板钛板组，各8只。跨生长板钛板为普通儿童指掌骨钛板(4～6孔)(见图1)；皮质骨螺钉直径2.5 mm，长度10～20 mm；克氏针直径2.0 mm。日本产万能材料生物力学试验机(AG-IS SHIMADZU)。

1.2方法对照组不予任何处理。克氏针组和跨生长板钛板组肌内注射盐酸赛拉嗪注射液0.1 mL/kg(吉林省敦化市圣达动物药品有限公司，2 mL×10支)，麻醉成功后取侧卧位，肱骨远端骨骺处内侧脱毛，常规消毒，铺无菌单，肱骨远端内侧取纵切口，长约3.0 cm，切开皮肤和皮下组织，于内侧关节囊后显露肱骨远端，纵形切开骨膜及软骨膜，骨膜下剥离显露肱骨远端内侧生长板全貌，此时肱骨远端髓板线清晰可见，在肱骨内侧用克氏针在生长板线上并排钻孔至干骺端，深度约4 mm，然后用薄骨凿沿钻孔部位将骨骺向侧方凿开，造成骨骺损伤模型，并在C型臂透视下确认Salter-Harris Ⅳ型骨骺损伤造模成功。克氏针组用双枚克氏针交叉经生长板固定，逐层缝合。跨生长板钛板组用跨生长板钛板，跨过生长板，避开Ranvier骨化沟，经干骺端和骨骺平行固定，穿孔时电钻调为慢钻并在钻孔部位用0.9%氯化钠注射液冷却，用皮质骨螺钉固定后缝合。2组术后均不予外固定，给予盐酸苯噁唑注射液0.1 mL/kg(吉林省方正动物药业科技有限责任公司，2 mL×10支)肌内注射催醒，术后第1天进少量鲜草、自由饮水，第2天正常进食，术后1周内动物切口红肿，给予清洁换药、抗炎等治疗。

1.3生物力学指标测定3组于术后8周、12周分别随机处死4只山羊，取材后剔除周围组织，用浸泡有0.9%氯化钠注射液的纱布包裹，-20 ℃冷冻备用。测定时标本经自然解冻，贴名标号，测量并记录标本的几何参数，实验的测试过程在万能材料生物力学试验机上进行。压缩实验：每次测试前进行加载，调整所有仪器、仪表，消除蠕变等时效的影响。每次测定随机抽取标本，测量并记录标本的几何参数，置于万能材料生物力学机两端固定，调整标本位置使加压点位于标本中央，以模拟正常时的受力状态，加载速率为10 N/m，最大加载至900 N，相关数据由计算机自动采集、处理(见图2A)。三点弯曲实验：随机抽取1个标本固定，测量并记录标本的几何参数，置于万能材料生物力学机上，调整标本位置使加压点位于钢板中央，以10 N/m的恒定速率加载，直到出现断裂点加载自然停止，相关数据由计算机自动采集、处理(见图2B)。

1.4统计学方法采用方差分析和q检验。

2　结果

2.13组动物一般情况术后第1天跨生长板钛板组有1只山羊死亡，分析为山羊幼小不能耐受麻醉和手术创伤。其他山羊除克氏针组1例发生感染外其他动物1周后红肿均消退，切口Ⅰ/甲愈合。此外，克氏针组有1例发生退针现象，经原位送入后未再发生。术后第1～5天实验动物站立行走，跨生长板钛板组发生1例跛行，1周后正常行走。跨生长板钛板组术后8、12周X线片见图3。

2.23组动物术后8周和12周生物力学结果比较生物力学实验显示，对照组和跨生长板钛板组术后8周、12周垂直压缩和三点弯曲实验在屈服强度、最大载荷、最大弹性模量和断裂点差异均无统计学意义(P>0.05)，且2组均优于克氏针组(P<0.01)(见表1～2)。

3　讨论

Salter-Harris Ⅳ型骨骺损伤属关节内损伤，治疗需达到解剖复位及可靠固定，一般建议手术治疗，以防关节面不平整造成创伤性关节炎[4-6]。对骨骺损伤愈合的病理生理研究[7]表明，早期解剖复位能减少纤维组织充填，最大程度恢复生长板血供，减少骨桥发生。而无螺纹针等通过生长板内固定，骨桥的发生率高，并极易出现生长板早闭，因此，在治疗骨骺损伤时应尽可能避免通过生长板固定[8]。且随着骨骺的生长，内固定材料产生与骨骺纵向生长相反的力，压力持续存在会使骨骺生长障碍，受压侧的生长板生长抑制。按Hueter-Volkmann骨骺压力定律法则，骨骺的生长与压力呈负相关性，压力增高会抑制骨骺生长[9]。由于上述原因，纪玉清等[10]将儿童骨骺损伤内固定的原则总结如下：(1)解剖复位，可靠固定；(2)避免内固定材料穿过生长板固定；(3)内固定的材料不应限制骨骺的纵向生长；(4)手术过程中注意防止医源性损伤，注意保护Ranvier骨化沟。

表1　3组动物术后8周垂直压缩和三点弯曲实验指标比较±s)

q检验：与对照组比较**P<0.01；与跨生长板钛板组比较▲▲P<0.01

q检验：与对照组比较**P<0.01；与跨生长板钛板组比较▲▲P<0.01

目前国内外常用的内固定材料包括钢板、滑动钢板、克氏针、可吸收螺钉和可吸收棒等，均存在不同程度的弊端。钢板内固定对组织剥离过多，损伤较大，可造成Ranvier骨化沟和骨骺血管的损伤，同时固定螺钉不可避免地穿过生长板，钢板内固定产生的压力可造成生长板纵向生长抑制。克氏针对骨骺损伤较小，但固定时不能起到加压作用，易出现旋转脱针，且韧性较大，折弯时会出现骨折片的移位，固定效果相对较差。聚乳酸内固定材料是以微生物发酵产物L-乳酸为单体通过化学合成方法聚合而成的一种高分子降解材料，是骨内固定材料新的发展方向之一，目前骨骺损伤常用的有可吸收螺钉、可吸收棒，但可吸收材料生物降解时间与骨骺损伤愈合时间不一致，力学强度不如金属材料，固定的稳定性差，只能用于非负重关节和松质骨骨折的固定，固定时除造成生长板贯穿伤外，还可产生生长板的热损伤和骨桥形成等并发症。

跨生长板钛板则具有创伤小、固定牢靠、对断端血运干扰小，可早期行功能训练等优点，被越来越多地用于临床[11]。首先，其能通过有效的生物力学固定Salter-Harris Ⅳ型骨骺损伤，对软组织剥离少，结构细小，可经干骺端和骨骺固定，而不造成生长板的贯穿性损伤。其次，依据Hueter-Volkman骨骺压力法则，压力对骨骺损伤愈合的影响与其压力的大小和压力持续时间有关[9]，跨生长板钛板对生长板的压力受压面积小，并可通过早期拆除，最大程度减少钛板对骨骺的纵向生长抑制；第三，无骨桥形成[12]。本研究结果显示，对照组与跨生长板钛板组术后8周和12周的屈服强度、最大载荷、最大弹性模量及断裂点差异均无统计学意义(P>0.05)，2组各项指标均明显优于克氏针组(P<0.01)。提示跨生长板钛板固定Salter-HarrisⅣ型骨骺损伤能够达到有效的生物力学固定强度，为骨骺损伤愈合提供相对稳定的环境，有利于骨骺损伤修复。

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(本文编辑卢玉清)

The biomechanical study of type Ⅳ Salter-Harries epiphyses injury fixed with the cross-growth titanium plate

LIU Jian-jun,ZHANG Chun-mu,LI Yuan-zhen,DONG Wan-tao,ZHANG Qian-jun,LIU Bao-jian

(DepartmentofOrthopedicJoint，TheAffiliatedHospitalofGansuTraditionalChineseMedicineUniversity,LanzhouGansu730020,China)

Objective:To investigate the effects of the cross-growth titanium plate on fixing the type IV Salter-Harries epiphyses injury in animal experiment.Methods:Twenty-four healthy goats with the age of 6 to 7 weeks were randomly divided into the blank group,kirschner group and across-growth titanium plate group(8 goats each group).The animal models of the kirschner group and across-growth titanium plate group were established by kirschner drilling the distal epiphyses in two sides of humerus,which was fixed using across-growth titanium plate and kirschner,respectively.The biomechanical testing of 4 goats from each group after 8 or 12 weeks of operation were implemented and compared.Results:After 8 and 12 weeks of operation,the differences of the yield strength,maximum load,maximum elastic modulus and breaking point between blank group and across-growth titanium plate group were not statistically significant(P>0.05),and each indicator in the two groups were better than those in kirschner group(P<0.01).Conclusions:The treatment of type Ⅳ Salter-Harries epiphyses injury with cross-growth titanium plate can effectively meet the fixation strength of the bio-mechanics,which can provide a relatively stable setting to accelerate the repair process of the epiphyses injury.

epiphyses injury;titanium plate;kirschner;biomechanics

2015-04-20

甘肃省自然科学研究项目(1010RJZA161)

单位] 甘肃中医药大学附属医院 关节外科，甘肃 兰州 730020

[作者简介] 刘建军(1976-)，男，硕士，副主任医师.

刘保健，硕士研究生导师，主任医师.E-mail：zcm444146@163.com

1000-2200(2016)05-0567-04

R 681.4

A

10.13898/j.cnki.issn.1000-2200.2016.05.003