干骺端支撑螺钉在治疗肱骨远端复杂骨折中的生物力学优势

朱昱，陈云丰，张闻

(上海交通大学附属第六人民医院，上海200233)



干骺端支撑螺钉在治疗肱骨远端复杂骨折中的生物力学优势

朱昱，陈云丰，张闻

(上海交通大学附属第六人民医院，上海200233)

目的 探讨干骺端支撑螺钉在治疗肱骨远端复杂骨折中的生物力学优势。方法 30个人工合成肱骨标本随机分成3组，每组10个，建立肱骨远端低位“T”型关节内骨折模型。A组：干骺端有皮质骨支撑，无干骺端支撑螺钉；B组：干骺端无皮质骨支撑，有干骺端支撑螺钉。C组：干骺端无皮质骨支撑，无干骺端支撑螺钉。分别对3组标本进行前后位负载测试、轴向负载测试及模型强度测试。结果 前后位负载测试刚度：A组>B组>C组；轴向负载测试刚度：A、B组>C组,P均<0.05；模型强度：A组>B组>C组,P均<0.05。结论 相比于干骺端无皮质支撑，干骺端支撑螺钉能显著增强肱骨远端复杂骨折内固定的稳定性。

肱骨远端骨折；螺钉；干骺端；生物学优势

肱骨远端骨折是临床上较常见的骨折类型，肘关节骨折占全部成人骨折的7%，其中肱骨远端骨折占30%[1]。肱骨远端的解剖结构非常复杂，移位的肱骨远端骨折常采用手术治疗。然而，对于粉碎的关节内骨折，由于肱骨远端的外形特殊、关节面易碎、软骨下骨量较少、肘关节不能耐受长时间的固定，如何对其进行有效的复位和固定一直是一个难题。曾有文献报道，老年人肱骨远端骨折内固定失败率高达20%[2]。近年，文献集中报道了钢板位置对骨折内固定生物力学的影响。研究证明平行双钢板在垂直、前后方向的生物力学稳定性优于“垂直”双钢板，推荐使用平行双钢板固定肱骨远端C型骨折[3,4]。Shin等[5]发现，即使采用平行双钢板固定，复杂肱骨远端内固定术后失败率仍高达38%。内固定强度不足会导致术后制动时间延长，引起肘关节僵硬、术后活动度差，甚至内固定松动、钢板断裂及骨折再次移位。目前，如何重建肱骨远端干骺端支撑的方法尚无金标准[6]。国、内外缺乏系统的生物力学或临床实验研究螺钉分布及螺钉置入方式对肱骨远端骨折内固定稳定性的影响。2015年11月～2016年3月，我们利用平行双锁定钢板固定，同时通过增加干骺端支撑螺钉来重建肱骨远端干骺端区域支撑，以提高骨折内固定的生物力学稳定性，分担轴向应力，减小远端螺钉和骨质接触面的应力，从而有效避免术后肱骨远端内、外翻及内固定失败。

1 材料与方法

1.1 材料 人工合成左侧肱骨30个，由杭州奥斯本科技有限公司提供。肱骨远端锁定钢板及配套螺钉30套，由捷迈(上海)医疗国际贸易有限公司提供。肱骨远端锁定钢板手术工具一套。义齿基托树脂(上海交通大学医学院张江生物材料有限公司)。

1.2 分组及其处理 将30个肱骨标本随机分成3组，每组10个。骨折模型为肱骨远端低位“T”型关节内骨折模型。均采用捷迈肱骨远端内、外侧平行双锁定钢板固定。骨折端解剖复位，内侧钢板置入5枚螺钉，远端3枚，近端3枚。外侧钢板置入5枚螺钉，远端2枚，近端3枚。每组骨折模型及固定方式如下：A组：干骺端有皮质骨支撑(模拟简单骨折)，无干骺端支撑螺钉。在鹰嘴窝最近端处行横行截骨，截骨线垂直肱骨干中轴线，通过滑车切迹做关节内矢状面截骨[7]。内侧钢板最远端螺钉孔的螺钉不跨骨折线。B组：干骺端无皮质骨支撑(模拟干骺端粉碎骨折)，有干骺端支撑螺钉。在鹰嘴窝最近端处做第一次横行截骨，截骨线垂直肱骨干中轴线，在第一次截骨线以远10 mm行第2次横行截骨，取出10 mm截骨骨块。通过滑车切迹行关节内矢状面截骨。内侧钢板最远端螺钉孔的螺钉跨骨折线。C组：干骺端无皮质骨支撑(模拟干骺端粉碎骨折)，无干骺端支撑螺钉。在鹰嘴窝最近端处行第一次横行截骨，截骨线垂直肱骨干中轴线，在第一次截骨线以远10 mm行第2次横行截骨，取出10 mm截骨骨块。通过滑车切迹行关节内矢状面截骨。内侧钢板最远端螺钉孔的螺钉不跨骨折线。所有标本在肱骨干中段截断，标本远、近端圆柱形夹具固定，义齿基托树脂包埋，包埋深度10 cm。

1.3 生物力学测试 各组采用英斯特朗生物力学试验机进行生物力学测试。前后位负载测试：采用Hungerer等[8]描述的方法，标本屈曲75°，肱骨远端施加垂直向下的压力。速率0.1 mm/s，最大载荷50 N，重复测试4次，第1次测试作为模型预处理不纳入统计。刚度通过20～40 N范围内的线性回归分析计算[9]。力学和移位距离探测器通过Instron Bluehill 2.0软件录入。轴向负载测试：标本屈曲5°，肱骨远端施加垂直向下的压力。速率0.1 mm/s，最大载荷50 N，重复测试4次，第1次测试作为模型预处理不纳入统计。刚度通过20～40 N范围内的线性回归分析计算。力学和移位距离探测器通过Instron Bluehill 2.0软件录入。模型强度测试：模型位置同轴向负载测试步骤，预载荷50 N，速率0.1 mm/s。当标本出现骨折、钢板或螺钉断裂及载荷出现峰值时停止测试，此时最大载荷即为模型强度。

2 结果

2.1 3组模型前后位刚度、轴向刚度及模型强度比较 见表1。

表1 各组前后位刚度、轴向刚度及模型强度

注：与A组比较，*P<0.05;与B组比较，#P<0.05。

2.2 各组模型的失效类型 A组骨折、钢板断裂或弯曲、螺钉断裂、螺钉退出、载荷出现峰值分别为6、2、1、1、0个,B组分别为1、6、2、1、0个，C组分别为2、6、2、0、0个。

3 讨论

大多数肱骨远端骨折累及了肱骨远端双柱，并常为粉碎性[9]。根据双柱模型理论，双钢板固定可以同时处理内外侧柱骨折，已经成为肱骨远端骨折的标准治疗方法[10]。大量生物力学研究证明，平行双钢板的生物力学性能优于垂直双钢板[3,4]。Caravaggi等[3]则比较了目前肱骨远端骨折双钢板内固定技术中使用最多的4种钢板排布的生物力学性能：内侧和后外侧双锁定钢板、平行双锁定钢板、垂直双锁定钢板、内侧和后外侧双重建钢板，实验结果也证明了平行双锁定钢板具有最高的轴向抗压刚度和最大的抗压强度。最主要原因是平行钢板使螺钉在关节骨块内部相互交错，形成一个稳定结构，从而减少了关节碎片。因此我们选择使用平行双钢板测试干骺端支撑螺钉的生物力学性能。干骺端截骨形成的10 mm缺损用来避免测试压力通过骨皮质传导，从而模拟了粉碎性骨折造成的干骺端不连续。

在以往比较平行和垂直双钢板的生物力学文献中，研究者大多在肱骨远端A型骨折模型中进行测试。Arnander等[11]通过在鹰嘴窝最上端横行截取4 mm骨片建立肱骨远端A型骨折模型，在矢状位屈曲测试中，平行双钢板的刚度和强度显著大于垂直双钢板。Kollias等[4]通过在滑车最远端近侧4 cm截骨，建立肱骨远端髁上骨折模型，平行和垂直钢板在矢状面、冠状面和抗扭转的刚度差异无统计学意义。Caravaggi等[3]在肱骨远端关节面近侧4 cm截骨，建立肱骨远端髁上横行骨折模型，结果表明平行双钢板的强度和轴向刚度大于垂直双钢板。与以往的研究不同，本试验着力于研究肱骨远端C2型骨折模型，与骨折线位置相对高位的A型骨折相比，这类骨折的骨折块体积小，普通3.5 mm系统对骨折块没有很好的抓持力。对于2.7 mm系统，垂直双钢板中的后侧钢板只能有很短(16～24 mm)的螺钉对远端的骨折块进行固定，而平行双钢板提供更好的稳定性是因为远端螺钉固定骨折块的有效区域长，水平方向的螺钉可以有50 mm，并且可以贯穿肱骨远端内外侧骨块固定，使远端的螺钉在关节骨块内部相互交错，因此能够在髁上水平获得良好稳定性，牢固地连接内外侧柱，形成一个稳定的“拱门”结构，允许患者术后进行有效的功能锻炼，减少肘关节僵硬的发生[6]。

Hungerer等[8]曾研究过肱骨远端干骺端支撑螺钉的生物力学性能，指出用平行双钢板固定AO C2.3型肱骨远端骨折，干骺端支撑螺钉能够显著增加结构的轴向抗压刚度和疲劳强度，本研究结果与其相似；但其并未比较干骺端螺钉支撑和皮质支撑的生物力学性能。肱骨远端骨皮质的相互接触能够增加骨折块之间的摩擦力，增加其抗压刚度。本试验通过生物力学测试得出，干骺端支撑螺钉虽能增加肱骨远端关节内骨折的稳定性，但其生物力学性能并未优于干骺端皮质支撑，因此，对于肱骨远端C2型骨折应优先考虑皮质支撑，当不能获得皮质支撑时可以通过使用干骺端支撑螺钉来增加固定的稳定性。

Paryavi等[12]对于肱骨远端髁间骨折的固定提出了“柱螺钉”的概念：对于老年人肱骨远端A型骨折，通过两枚从内外上髁下方向对侧骨皮质穿入、跨越干骺端骨折线的空心螺钉，实现对肱骨远端骨折块的牢固固定，从而允许早期肘关节功能锻炼。本试验中的干骺端支撑螺钉原理与其相似。对于干骺端粉碎的C2.2型骨折，内侧钢板置入的一枚跨越干骺端碎片的2.7 mm干骺端支撑螺钉可以固定干骺端碎片，同时将远端骨折块牢固地固定在近端肱骨干上，显著增加了模型的抗压刚度和失效强度。

本研究结果表明，通过平行双钢板治疗肱骨远端骨折，干骺端骨皮质支撑具有最佳的生物力学稳定性，其前后位刚度、轴向刚度、模型强度均高于其他两组；未获得肱骨远端骨皮质支撑时，通过1枚跨越干骺端骨折线的支撑螺钉重建肱骨远端的干骺端支撑，其稳定性高于未重建肱骨远端干骺端支撑。3组模型失效类型有差别，A组模型失效时，由于肱骨远端皮质稳定的支撑，钢板没有发生明显的弯曲，主要表现为模型的骨折；B、C组由于缺少皮质支撑，模型失效时钢板往往被严重折弯，发生断裂，主要表现为钢板弯曲或断裂。Hungerer等[8]通过尸体骨测试平行锁定双钢板治疗肱骨远端C2型骨折的生物力学性能，结果表明在模型强度测试中88%的标本出现螺钉断裂，37%的标本出现螺钉穿出。Kollias等[4]研究了老年人中肱骨远端骨折的并发症类型，结果表明术后最常见的并发症是螺钉松动。本试验的研究结果与其有差别，主要因为本试验采用了人工骨建立骨折模型，不能模拟骨质疏松患者的骨折类型，因此临床上常见的内固定失败类型如螺钉退出等在本试验中较少出现。

本试验采用了人工模型骨进行生物力学测试，可以减少因为骨密度、解剖结构等差异造成的测量误差。相对于尸体标本，人工骨可以建立高度相似的骨折和内固定模型，同时由于模型材料的相似性，测试结果的标准差较小。本研究尚存在一些不足之处：应用人工骨标本进行生物力学测试，没有考虑内外侧副韧带、肌肉等软组织因素以及老年人骨质疏松的情况，因此不能完全模拟人体内骨折类型；没有进行长时间的循环负载测试，而骨折愈合是一个长期的、动态的过程，因此不能模拟骨折愈合过程模型结构的动态变化。

综上所述，通过平行双钢板治疗肱骨远端骨折，干骺端骨皮质支撑具有最佳的生物力学稳定性，应尽量争取实现肱骨远端骨皮质的解剖复位；相比于干骺端无皮质支撑，干骺端支撑螺钉能显著增强内固定的稳定性。当干骺端粉碎、缺损严重、骨皮质复位不良时，可通过置入干骺端支撑螺钉增加内固定的稳定性。

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上海市第六人民医院医疗集团科研基金。

张闻(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)