自研双瓣钢板治疗前叉韧带止点撕脱性骨折的生物力学研究

张家勋，谢文伟，吴利洲，黎松波

（1.广东医科大学硕士研究生，广东 东莞 523808；2.东莞市松山湖中心医院骨科，广东 东莞 523808；3.东莞市人民医院骨科，广东 东莞 523059）

膝关节是人体中结构最复杂的负重关节，人体自身运动或者各种暴力外伤作用下，均会导致膝部半月板损伤、韧带撕裂、软骨破裂以及骨折，且常见几种损伤并存，其中包括前叉韧带止点撕脱性骨折。前叉韧带止点撕脱性骨折属于膝关节内骨折，往往需要手术固定才能达到满意疗效[1]。以往均采用传统手术切开复位固定，但存在创伤大，术后恢复慢，易引起术后关节粘连，导致关节功能恢复不理想的缺点。近二十年来，临床中逐渐改为在关节镜下应用各种不同类型的固定方式来完成而成为主流，但繁多的固定方式存在着镜下操作不便、低效、手术耗时、固定不牢的弊端，仍未出现一种业界公认的金标准术式[2]。因此，探索研究出一种能适合关节镜下方便操作，流畅有效固定骨折块的内固定材料及术式有着重要的意义。本研究针对以上情况专门设计了用于关节镜下治疗前叉韧带止点撕脱骨折关节镜下内固定治疗的专用固定材料及方法，并予前期猪膝关节进行动物实验，为下一步临床应用拟取得可行性生物力学证据，。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

新鲜成年的猪膝关节1 0 0 只（普通肉食猪，体重100～120 Kg），将其中40只猪膝关节屈曲至90度，剪断侧副韧带及后交叉韧带，使前交叉韧带及胫骨髁间前棘暴露充分，直视下用骨刀沿着前交叉韧带基底部做“口”字型截骨，凿断约1 cm厚松质骨，用骨刀将骨折块向上翘起，使之成为前交叉韧带止点撕脱性骨折，制成1 cm×1 cm×1 cm的Meyers-Mckeever III型单纯性骨折模型。将另外60只猪膝关节按上述步骤制成1 cm×1 cm×1 cm骨折块后，再用骨刀将骨折块对半凿开，制成Meyers-Mckeever III型粉碎性骨折模型。

研究分组：将40只单纯性骨折的猪膝关节平分为两组各20只，分别设置为对照组空心螺钉固定组、观察组双瓣钢板内固定组；再将60只制成粉碎性骨折，平分为三组，每组各20只，分别设置为a组单股钢丝环扎固定组，b组单股钢丝跨扎固定组，及c组双瓣钢板内固定组。

1.2 固定方法

1.2.1 空心螺钉固定

将猪膝关节屈曲90°，直视下将骨折块解剖复位，于骨折块中心位置与胫骨平台呈45°（模拟人体临床操作，因髌骨阻挡多造成置入角度没法向垂直方向进行）拧入一枚4.0空心螺钉。

1.2.2 单股钢丝环扎固定

将猪膝关节屈曲 90°，分别在胫骨结节旁用克氏针交叉方向各向关节面骨折块两旁钻一个骨隧道，将单股钢丝从一侧隧道入口穿到关节内，钢丝的尾端留于隧道入口外，进入关节内的钢丝环绕前交叉韧带基底部半圈，呈“8”字捆扎骨折块，钢丝再从另一骨隧道中穿出骨隧道另一入口穿处，拉紧两头会师钢丝，将骨折块复位固定，于胫骨结节前方拧紧固定。

1.2.3 单股钢丝跨扎固定

与上述操作方法类似，钢丝呈“U”形跨过前交叉韧带基底部后经骨隧道穿出胫骨结节两旁入口处，拉紧钢丝，将骨折块直视下解剖复位拧紧固定。

1.2.4 双瓣钢板内固定

将猪屈膝关节曲 90°，暴露骨折块复位，直视下用一克氏针临时固定骨折块，分别在胫骨结节两侧用克氏针交叉状各向骨折块边缘处钻出一个骨隧道，，分别用两条各自连接好部件一（如图1）的钢丝从骨折块旁两侧隧道交叉从胫骨结节旁隧道穿出，钢丝另一端连接部件二（如图3），拉紧钢丝使部件一钢板紧贴压合骨折块及部件二紧贴骨面（如图6）后拧紧固定。

1.3 观察指标

分别对单纯骨折模型及粉碎性骨折模型中的五种内固定材料及手术方式治疗前交叉韧带止点撕脱性骨折后进行抗拨伸力的测定，以及对骨折块固定稳定性观察。具体方法如下：

1.3.1 猪膝关节固定方法

用4块半弧形管状铁片制成夹具，其中两块长的夹具尾端成15°翘起，一长一短夹具为一组（如图7所示）分别固定猪膝关节股骨端、胫骨端，并通过两组螺钉固定猪膝关节，维持屈膝30度。

1.3.2 抗拨伸力测定

将用夹具固定好的猪膝关节两端分别固定在生物力学机上，使猪膝关节处于屈曲30°，纵向拉力力线与前交叉韧带轴向一致，生物力学机以20N/mm的速度分离拉伸，直至内固定拔脱断裂或骨折端分离间隙增达3 mm为止。其中在粉碎性骨折模型中，分别记录三种固定方式在骨折块分离1 mm时及3 mm（或内固定失效）时的拔伸力。

1.4 实统计学方法

采用SPSS 23.0软件处理。计量资料采用（±s）表示，行t检验；计数资料采用n（%）表示，行配对t检验。P＜0.05差异有统计学意义。

表1 单一骨折模型各组抗拔伸力比较（±s）

表1 单一骨折模型各组抗拔伸力比较（±s）

组别 例数 屈曲30°抗拔伸力（n）空心螺钉固定组 20 221.37±50.15双瓣钢板内固定组 20 312.01±51.30 t 0.212 P 0.041

表2 粉碎性骨折模型中三组骨块分离距离1mm的抗拔伸力比较（±s）

表2 粉碎性骨折模型中三组骨块分离距离1mm的抗拔伸力比较（±s）

注：*表示与a组比较，#表示与b组比较，△表示与c组比较，P＜0.05.

组别 例数 屈曲30°抗拔伸力（n）单股钢丝环扎固定组（a组） 20 43.50±11.78#△单股钢丝跨扎固定组（b组） 20 35.89±11.20*△双瓣钢板内固定组（c组） 20 129.20±10.81*#

表3 粉碎性骨折模型中三组骨块分离距离3mm（或内固定失效）的抗拔伸力比较（±s）

注：*表示与a组比较，#表示与b组比较，△表示与c组比较，P＞0.05.

组别 例数 屈曲30°抗拔伸力（n）单股钢丝环扎固定组（a组） 20 353.50±56.78#△单股钢丝跨扎固定组（b组） 20 242.89±58.20*△双瓣钢板内固定组（c组） 20 369.20±59.81*#

2 结 果

2.1 单纯性骨折模型两组抗拔伸力比较

在抗拔伸力方面，双瓣钢板固定组的抗拔伸力优于空心钉固定组，差异有统计学意义（P＜0.05），如表1所示。在实验过程中，20例空心钉固定组中，有6例在复位过程中，空心螺钉把骨折块顶开，未能使骨折解剖复位；有5例在复位固定过程中把骨折块挤压碎裂，使单一骨折变成粉碎性骨折，从而影响固定效果，而双瓣钢板在复位固定过程中不易出现该类情况。由此可认为，在猪膝关节单纯性骨折的治疗中，双瓣钢板固定与空心螺钉固定在稳定效能上有明显差异，而且双瓣钢板在复位固定过程中不会把骨折块顶开从而更好的达到解剖复位，且不易导致骨折块挤压碎裂，从而影响固定效能。

2.2 粉碎性骨折模型三组抗拔伸力比较

在抗拔伸力测定骨块分离距离与抗拔伸力相关评价中，双瓣钢板内固定组曲线走向在1 mm初始范围内较另两组陡峭，差异有统计学意义（P＜0.05），如表2所示。骨折分离距离3 mm后三组趋向类似，差异无统计学意义（P＞0.05），如表3所示。在实验过程中，骨折块分离距离在1mm内时，双瓣钢板固定组的抗拔伸力明显优于另外两组固定方式，而在骨折块分离距离增加至3 mm时，三者抗拔伸力无显著差异，并且发现在单股钢丝跨扎固定组中，其中有8例在抗拔伸过程中直接把韧带切割撕裂从而导致固定失效，6例是骨折块崩裂导致固定失效；单股钢丝环扎固定组中，有5例是随着拔伸力量变大，钢丝愈加紧勒韧带，造成韧带切割撕裂而导致固定失效，7例是骨折块崩裂而导致固定失效；而双瓣钢板内固定组在固定效能相仿下，基本不出现上述情况。由此可认为，在粉碎性骨折的治疗中，虽双瓣钢板、单股钢丝环扎及单股钢丝跨扎在固定效能上无明显差异，但双瓣钢板在固定及抗拔伸过程中，不易对韧带造成切割撕裂或骨折块崩裂的现象。

3 讨 论

前交叉韧带止点撕脱性骨折随着现代交通的快速发展以及各种体育运动的广泛开展，前交叉韧带止点撕脱性骨折日益增多[3]。目前国内骨科领域治疗前叉韧带止点撕脱性骨折的方法较多，以往方法是关节切开直接空心钉、钢丝、粗丝线、逆行性克氏针等方法来固定骨块，但因创伤大，不利于关节功能恢复，逐渐被淘汰。随着关节镜技术的成熟及广泛发展应用，将固定方式及材料改为在关节镜下完成，创伤明显缩小了，利于康复[4-6]。然而，由于关节镜下操作空间的局限性，不可控因素多，经常出现手术时间大幅延长，各种的方法都存在操作困难不流畅、固定效果可能不佳的缺点。为探索研究出一种能适合关节镜下方便操作，流畅有效固定骨折块的内固定材料及方法，本研究尝试设计采用双瓣钢板固定，材料主要由三部分构成：（1）部件一（如图1、2）为一小钢板；（2）部件二（如图1、2）类似部件一结构小钢板；（3）部件三，为直径0.6 mm钢丝，将两部件连接而成一整体（如图5所示）。

人的膝关节是人体中结构最复杂的负重关节，本研究采用猪膝关节制作动物模型，是考虑猪膝关节跟人膝关节解剖结构相似，具备强大的侧副韧带及前后交叉韧带，是具有相当研究价值的动物模型。在单纯性骨折治疗中，空心螺钉组是在人为把猪膝关节屈膝角度最大化的情况下，直视下将骨折块复位固定，操作较容易完成，但在人体手术操作中由于关节镜下操作空间局限，空心螺钉固定常会因髌骨阻挡导致固定角度过小，会推动骨块造成移位亦或容易骨折块挤压碎裂从而影响固定效果，抗拔伸力效能远不如实验数据大小。而双瓣钢板手术治疗过程中，骨折复位后仅由0.6 mm钢丝穿过骨折块，基本不出现将骨折块挤压碎裂的情况，该固定方式是通过两块小型钢板分别紧贴骨面固定骨折块，再利用远端小钢板连接拧紧钢丝达到固定骨块作用，使之起着加压作用，固定后复位基本能达解剖复位，而不容易造成骨折块旋转移位等情况，固定效能上较优于空心螺钉固定。在粉碎性骨折治疗中，在猪膝关节最大屈膝角度下完成单股钢丝环扎或跨扎复位固定骨折块操作较容易，但在人体手术操作中则因关节空间小及关节镜下操作空间的局限性，手术完成钢丝环扎或跨扎固定耗时相对较长，而且单纯通过钢丝给予骨折块施加压力，远达不到稳固牢靠，较难防止旋转、移位等情况，而且通过对模型在抗拔伸过程的观察，在钢丝跨扎固定组中随着拔伸力的加大，容易将韧带切割撕裂导致固定失效，在钢丝环扎固定组中随着拔伸力的逐渐加大，钢丝会愈加勒紧韧带，造成韧带切割撕裂或骨折块崩裂而导致固定失效；而双瓣钢板组在治疗粉碎性骨折中，抗拔伸力无论在初期还于后期均趋于一致，说明钢丝在两端钢板的均匀辅助压迫下固定骨块更贴服更高效能，而环扎和跨扎组中，因骨块只是通过钢丝骑跨在骨块上，压迫面积较小，容易造成翘翘板板作用使骨块远端翘起面达不到解剖复位效果，可能影响骨块愈合，实验当中表现出在初期拔伸测定时较小力量均可牵开骨块，从而影响骨块固定效能。而且双瓣钢板组随着拔伸力的增大仅出现钢板旁部分骨折块崩裂，而不易如后两组那样破坏（或影响）韧带的血供或造成韧带二次损伤等医源性损伤问题。

综上所述，无论是单一骨折模型还是粉碎性骨折模型，在抗拔伸力方面双瓣钢板组都较优于其他内固定组，差异有统计学意义（P＜0.05），说明了双瓣钢板作为内固定材料应用在前叉韧带止点撕脱性骨折的治疗中，与其他材料比较稳定性能相当甚至较优，为临床实验提供了较科学的实验依据支持。对比空心螺钉、单股钢丝等内固定材料及手术方式的优缺点，双瓣钢板可较广泛用于治疗前叉韧带止点撕脱性骨折的不同骨折类型，具备良好的固定骨块的同时，不易破坏（或影响）韧带的血供或造成韧带二次损伤等医源性损伤问题，但至于可操控性是否能达到临床应用的要求，仍需下一步更多的人体标本实验支撑，以及进行临床论证才能是否说明值得广泛推广运用于临床！

【附图】