下胫腓联合损伤不同固定方法生物力学研究

陆晴友 汪宗保 刘 林 潘玉涛 刘立峰 郝迎新

下胫腓联合损伤不同固定方法生物力学研究

陆晴友 汪宗保 刘 林 潘玉涛 刘立峰 郝迎新

目的 比较下胫腓联合损伤不同固定方式的生物力学稳定性。方法 新鲜冷冻人小腿标本8具，因部分标本可重复使用，分为5组，下胫腓韧带完整组（8只）、下胫腓韧带切除组（8只）、下胫腓单骨道Suture-Button固定组（4只）、下胫腓双骨道Suture-Button固定组（4只）、下胫腓3.5mm常规皮质骨螺钉组（4只），循环加载750N负荷后，使用光学非接触应变测量系统和应力测试比较踝关节背屈10°、中立位、跖屈10°、跖屈20°下的胫腓骨相对位移，胫距关节最大接触面积和峰值压力以确定各自稳定性。结果 单枚常规螺钉固定下胫腓联合损伤时胫腓骨相对位移较正常下胫腓的相对位移小，胫距关节最大接触面积大，关节内峰值压力小；单骨道suture-button固定下胫腓相对移位大，胫距关节最大接触面积小，关节内峰值压力大；双骨道Suture-Button固定后胫腓骨相对移位、胫距关节最大接触面积、峰值压力与正常下胫腓接近。结论 下胫腓联合损伤时应用双骨道Suture-Button固定更符合下胫腓联合的生物力学特征，临床应用可望获得较为满意的疗效。

下胫腓联合损伤 皮质骨螺钉 Suture-Button 生物力学

下胫腓联合（DTS）损伤除单纯下胫腓联合韧带和骨间膜的损伤，常伴有踝关节骨折。占所有踝关节损伤的1%～18%，在足球、滑雪和曲棍球运动员的踝关节损伤中发生率可高达70%左右［1-2］。治疗过程中如有复位丢失，易导致早期骨性关节炎［3-4］。目前临床对下胫腓联合损伤常用的固定方法多以常规皮质骨螺钉内固定，但下胫腓属微动结构，弹性固定更符合其生理特性，单骨道Suture-Button固定首先开始在临床上得到使用，但有报道后期复位丢失达0%～11%［5］，近年来有临床尝试双骨道Suture-Button固定下胫腓联合，但相应的生物力学定量比较研究无确定的依据。2014 年1 月至2016 年6月作者通过高精度光学非接触应变系统ARAMIS测量单、双骨道Suture-Button、常规螺钉固定下胫腓联合损伤的稳定性并作对比研究。

1 材料与方法

1.1 实验材料与设备 新鲜冷冻成年男性尸体下肢标本8具（南方医科大学解剖教研室提供）。德国光学非接触应变测量系统ARAMIS仪器：应力采集器、应力传感器、连接电脑及其配套软件，聚甲基丙烯酸甲脂（上海齿科材料厂生产），AO 3.5mm皮质骨螺钉（辛迪仕提供），Suture-Button（stryker公司提供）。BOSE Eletroc Force ®3510 高精度生物材料实验系统（中国上海力值：±7.5KN；动态应变：±25mm；频率：100HZ）。

1.2 实验方法与过程 （1）标本准备：新鲜冷冻成年男性尸体4具（年龄30～61岁），双侧小腿、足部无畸形及创伤改变。取小腿连同足部标本，左右各4只，共8只，置于-20°冷冻保存，平均保存时间7d～8个月。清除胫骨平台及以下3.5cm区域软组织，切除踝穴至小腿近端6cm，至足背6cm区域的皮肤及皮下组织及部分韧带，但保留三角韧带、距腓前韧带、距腓后韧带、跟腓韧带、下胫腓前韧带、后韧带、骨间韧带。（2）分组：①韧带完整组（LI）8例：保留完整下胫腓韧带。②韧带切除组（LR）8例：切除下胫腓韧带未行固定。③常规螺钉组（CS）4例：踝关节背屈10°以一枚直径3.5mm全螺纹皮质骨螺钉在踝穴上方2cm由腓骨斜向胫骨30°固定下胫腓，螺钉通过4层皮质。④单骨道Suture-Button组（SBT）4例：待常规螺钉组测试完毕，卸除螺钉后以4mm钻头重新沿原通道扩孔，以Suture-Button固定下胫腓。⑤双骨道Suture-Button组（DBT）4例：骨道位置分别确定在胫距关节上方1.5cm和2.5cm，以直径4mm钻头钻孔。二骨道呈15°～20°夹角，Suture-Button在踝跖屈30°时在胫骨侧给予系紧。（3）生物力学测试：调制聚甲基丙烯酸甲脂倒入模具，待其自然冷却包埋小腿近端3cm，将每只踝关节标本通过BOSE Eletroc Force ®3510生物材料实验系统上的角度控制器分别固定于中立位、背伸（10°）、跖屈（10°、20°）4种工况体位上，轴向加载负荷至750N，加载速率1.5mm/min，并进行50次的循环加载负荷以减少蠕变的影响，测量胫腓骨冠状面和矢状面上的相对位移，胫距关节的应力变化（接触面积，峰值压力）。

1.3 统计学分析 采用SPSS16.0统计软件。多组间比较采用重复测量方差分析，组间两两比较采用最小显著性差异t检验（LSD-t检验）。前后比较用配对t检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同模式下腓骨相对胫骨在前后、左右方向上的位移变化 在750N生理负荷下，韧带切除组，各方向的位移较其韧带完整组明显增大（P＜0.01），单骨道Suture-button固定组次之，单枚常规螺钉固定组位移最小，而双骨道Suture-button组与韧带完整组较为接近，见表1、2。

表1 不同模式下腓骨相对胫骨在冠状位方向上的移位变化［mm，（x±s）］

表2 不同模式下腓骨相对胫骨在矢状位方向上的移位变化［mm，（x±s）］

2.2 胫距关节不同模式矢状面上不同屈伸角度下的接触面积和峰值压力变化 韧带切除组较正常组在各体位下胫距关节最大接触面积明显减小，峰值压力显著增大（P＜0.01）；常规螺钉组最大接触面积最大，峰值压力最小；正常韧带组、单骨道固定组、双骨道固定组最大接触面积与峰值压力均介于前二者之间，而双骨道组与正常韧带组更为接近。见表3、4。

表3 踝关节矢状面上不同屈伸角度下胫距关节接触面积［mm2，（x±s）］

表4 踝关节矢状面上不同屈伸角度下胫距关节峰值压力（Mpa）

3 讨论

下胫腓联合损伤伴随着三角韧带撕裂的优化固定方法有较多争论［6-8］。下胫腓损伤的重建在韧带愈合过程中对下胫腓关节提供支持提出了挑战。争论的焦点主要集中在螺钉的数量、坚强内固定所需要穿过皮质骨数量。以往或现在临床中多数仍以坚强的内固定，最常见的是皮质骨螺钉。但此类内固定限制了下胫腓关节的正常生理性运动，且坚强内固定有断裂的危险［9］，目前通常是术后6～8周取出下胫腓螺钉，而取出前需叮嘱患者禁负重行走。而Suture-Button固定装置属弹性固定，在保持下胫腓关节稳定的同时，允许下胫腓关节的微动，可以加速韧带愈合［10］。由于其柔韧性的特点，可防止植入物内固定的失败。但有生物力学试验显示单骨道Suture-Button固定下胫腓联合出现比一枚胫腓螺钉固定有更多的分离［11］，复位丢失的现象也有报道。为克服单骨道固定后的复位丢失，临床上开始尝试应用双骨道Suture-Button固定下胫腓联合分离，取得较为满意的疗效，但就生物力学特性的研究报道不多。

本资料结果显示，下胫腓韧带完全切除后，踝关节明显不稳，因此下胫腓固定非常必要。常规皮质骨螺钉固定后胫腓骨之间的相对位移在冠状面和矢状面上较正常下胫腓较小，接触面积大，峰值压力小；而单骨道Suture-button固定后胫腓骨之间的相对位移在冠状面和矢状面上较大，接触面积较小，峰值压力较大，但单骨道Suture-button固定测量未超过冠状面上不能接受的1.5mm的分离［12］，表明单骨道固定下胫腓损伤早期的可靠性。双骨道Suture-Button固定后的下胫腓其相对位移及胫距关节接触面积与峰值压力与正常下胫腓的变化更为接近，表明双骨道固定下胫腓联合损伤其生物力学特性更接近正常下胫腓联合，即允许较多的接近踝关节生理性运动。

本资料中使用了光学非接触应变测量系统来测量骨的移位，更为精确和方便。不足之处：研究中仅采用循环加载50次的方法，以消除内固定的蠕变和松弛效应，未实施更多次的循环加载，因此，对后期是否有复位的丢失无从判断。腓骨的旋转角度未测量，这主要是测量仪器受到了一定程度限制。另外样本数量有限，更多的实验标本可能会得出更为可靠的结论，750N的加载负荷，对每个个体不一定均具有适配性。

［1］ Porter DA, Jaggers RR, Barnes AF. Optimal management of ankle syndesmosis injuries. Open Access J Sports Med, 2014, 5: 173-182.［2］ Wright RW, Barile RJ, Surprenant DA, et al. Ankle syndesmosis sprains in National Hockey League players. Am J Sports Med, 2004, 32: 1941-1945.

［3］ Kortekangas T, Savola O, Flinkkila T, et al. Prospective randomised study compraing TightRope and syndestmotic screw fixaiton for accuracy and maintenance of syndesmotic reduction assessed with bilateral computed tomography Injury, 2015, 46(6): 1119-1126.

［4］ Naqvi GA, Shafqat A, Awan N. TightRope fixation of ankle syndesmosis injuries: clinical outcome, complications and technique modification. Injury, 2012, 43: 838-842.

［5］ Naqvi GA, Cunningham P, Lynch B, et al. Fixation of ankle syndesmotic injuries: comparison of TightRope fixation and syndesmotic screw fixation for accuracy of syndesmotic reduction. Am J Sports Med, 2012, 40: 2828-2835.

［6］ Robert Klitzman, Zhao H, Zhang LQ, et al. Suture-Button Versus Screw Fixation of the Syndesmosis: A Biomechanical Analysis. Foot Ankle Int, 2010, 31(1): 69-75.

［7］ Dattani R. Injuries to the tibiofibular syndesmosis. JBJS (B), 2008, 90-b(4): 405-410.

［8］ Zalavras C, Thordarson D. Ankle Syndesmotic Injury. Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons, 2007, 15(6): 330-339.

［9］ Beumer A, Campo MM, Niesing R, et al. Screw fixation of the syndesmosis: a cadaver model comparing stainless steel and titanium screws and three and four cortical fixation. Injury, 2005, 36(1): 60-64.

［10］ Forsythe K, Freedman KB, Stover MD, et al. Comparison of a novel FiberWire-Button construct versus met allic screw fixation in a syndesmotic injury model. Foot Ankle Int, 2008, 29(1): 49-54.

［11］ Forsythe K, Freedman KB, Stover MD, et al. Comparison of a novel FiberWire-button construct versus met allic screw fixation in a syndesmotic injury model. Foot Ankle Int, 2008, 29(1): 49-54.

［12］ Klitzman R, Zhao H, Zhang LQ, et al. Suture-button versus screw fixation of the syndesmosis: a biomechanical analysis. Foot Ankle Int, 2010, 31(1): 69-75.

Objective To compare the biomechanical stability performances of different fi xation modes for tibiof i bular syndesmosis injuries. Methods 8 normal fresh-frozen cadaver legs were divided into 5 groups owing to partial repetitive use-intact ligament，ligament intact group（8），ligament resection group（8），conventional screw group（4），single bone tunnel suture button group（4）and duble bone tunnel suture button group（4）. After cyclic loading 750N，used Optical Non-contact Strain Measurement System and stress test to compare the relative displacement of tibiof i bula，tibiotalar joint maximal contact area and peak pressure in the position of ankle dorsif l exion 10 degree，neutral position，plantar fl exion 10 degree，plantar fl exion 20 degree respectively to determine their stability. Results With the single conventional screw fi xation，the tibiof i bula relative displacement and tibiotalar join peak pressure were smaller，the maximal tibiotalar joint contact area was larger compared to the normal tibiof i bular syndesmosis ，and fi xation with the single bone tunnel suture button，the relative displacement and peak pressure were larger，the maximal contact area was smaller，but with duble bone tunnel suture button fi xation，the relative displacement，maximal tibiotalar joint contact area and peak pressure were close to the normal tibiof i bular syndesmosis. Conclusions Fixation the damage tibiof i bular syndesmosis with double bone tunnel suture botton，the biomechanics characteristics are close to the normal，the more satisfactory curative effect is expected to obtain.

Distal tibiof i bular syndesmosis injury Cortical screw Suture-button Biomechanics

上海市卫生局科研基金项目（20134267）

200120 同济大学附属东方医院创伤骨科（陆晴友 刘林 潘玉涛 刘立峰 郝迎新）230081 安徽中医药大学（汪宗保）