犬下頜骨骨折小型鈦板堅固內固定的生物力學分析

[摘要]目的：評價一種新型堅固內固定器械用于治療犬下頜骨線性骨折的生物力學穩定性。方法：選取10只健康雜種犬做為實驗動物，于犬雙側下頜骨人工造成線性骨折，使用膨脹蕊體型堅固內固定器械(實驗組)及普通堅固內固定器械(對照組)固定頜骨。2周后處死動物取出下頜骨，在材料試驗機上進行兩個方向的三點彎曲試驗及固位釘拔出試驗，測定其最大破壞力，標出載荷位移曲線。結果：實驗組側向、垂直向最大載荷及固位釘拔出力分別為(103±11)N、(275±33)N、(351±14)N。對照組側向、垂直向及螺釘拔出力分別為(80±7)N，(185±23)N，(262±10)N。實驗組與對照組間具有統計學差異(P＜0.05)。結論：膨脹蕊體型堅固內固定器械具有良好的生物力學穩定性，可以對下頜骨骨折提供穩固的固定。膨脹蕊體型堅固內固定器械優于對照組。

[關鍵詞]堅固內固定；小型鈦板；生物力學

[中圖分類號]R782.5 [文獻標識碼]A [文章編號]1008—6455(2007)04—0488—04

下頜骨呈馬蹄形，占據面部下1/3，是顱面部唯一可以活動的骨骼，參與組成牙、頜、及顳下頜關節系統，承擔著咀嚼和語言功能。由于其形態特殊且突出于面部，無論在平時或戰時，下頜骨的損傷都居于面部骨折的首位。據資料統計，平時傷下頜骨骨折占頜骨骨折總發生率的50％～70％，約是上頜骨骨折的兩倍。下頜骨骨折的發生部位常與其解剖的薄弱結構有關，其中頦部、頦孔區、下頜角和髁狀突是骨折的好發部位。隨著汽車工業的飛速發展，交通事故傷已成為下頜骨骨折最主要的原因。平時傷下頜骨骨折多為線形骨折，而火器傷多為粉碎性骨折。堅固內固定(rigid internal fixation，RIF)是近20年來發展起來的頜骨骨折內固定新技術。應用的基礎是骨折在愈合中需要穩定的環境，固定物要能抵消影響愈合的各種不良應力并能維持骨折在正確的位置上直至愈合。本研究旨在通過生物力學實驗來評價新型膨脹蕊體型堅固內固定器械對犬下頜骨骨折的固定效果并與臨床常用器械進行對比，為其投入臨床應用提供依據。

1 材料和方法

1．1 實驗動物：10～12個月健康雜種犬10只，體重10～12 kg，雌雄不限，由第四軍醫大學實驗動物中心提供。

1．2 實驗器材：頜面骨電動手術器械DSQ-3型微型電鋸(廣東冠鷹醫療器械制造有限公司提供)，INSTRON MODEL5848材料試驗機(ENGLAND)，長四孔小型鈦板及金屬接骨螺釘(型號：ZEZ02，HCQ04規格：螺釘￠2.0mm×7mm，西安中邦鈦生物材料有限公司)，膨脹芯體型堅固內固定器械(規格：固位釘￠2.0mm×7mm由原第一軍醫大學退休教授梁雄醫生設計并提供)

1．3 實驗方法

1．3．1 下頜骨骨折動物模型的建立：10只健康雜種犬，檢查排除各種頜骨疾病，同體對照，隨機分為2組。術前用9％硫化鈉溶液脫去雙側下頜骨毛發，肌注速眠新Ⅱ注射液進行麻醉(0.08～0.10ml/kg)，動物固定體位采取仰臥位。無菌條件下沿犬下頜骨下緣切開暴露雙側下頜骨，于第一臼齒前用微型電鋸在噴水冷卻條件下切割頰舌側骨質，充分保護下頜管中的血管神經，沿切線用骨折鉗造成雙側下頜骨線形骨折。充分復位噴水冷卻條件下鉆孔并行堅固內固定術固定雙側下頜骨，每側使用一塊長四孔小型鈦板及四顆單皮質金屬固位釘或螺釘，手術同時注意保護下頜管中的血管神經。左側用實驗組固定(膨脹芯體型堅固內固定器械)，右側用對照組固定(中邦牌長四孔小型鈦板及金屬接骨螺釘)。青霉素鈉生理鹽水沖洗傷口后分層嚴密縫合傷口，術后肌注青霉素3天，動物單獨飼養，正常飲食。2周后采用麻藥處死動物，解剖取得完整下頜骨并觀察骨折線愈合情況。將下頜骨于正中聯合處鋸開制備成雙側下頜骨骨折動物模型。

1．3．2 生物力學測試

1．3．2．1 三點彎曲試驗：將犬下頜骨用夾具固定，并調整夾具角度使加載壓頭分別加載于頜骨側面及水平面，兩側支點跨距30mm。平衡載荷后于骨折線處垂直加壓，加載速度5mm/min。使用材料試驗機配套計算機記錄載荷一位移數值，以骨折線兩側載荷一位移曲線出現第一個中斷臺階做為骨折線斷裂標志并記錄數值。

1．3．2．2 金屬固位釘及螺釘撥出力測試：于新鮮犬雙側下頜骨鉆孔，使用工具測量定點使鉆孔位置一致。分別固定實驗組固位釘及對照組金屬接骨螺釘各8顆，將下頜骨標本固定于夾具上，調整夾具角度，使釘的長軸與實驗機加載方向一致。以2mm/min的加載速率進行拔出試驗，直至出現固位釘、螺釘拔出破壞。記錄固位釘、螺釘破壞形態，以載荷一位移曲線出現最高點為固位釘、螺釘拔出破壞的標準，即釘的軸向拔出力出現下降。實驗機的載荷信號由計算機數據采集系統記錄，并由相應的測試系統軟件給出固位釘、螺釘的最大拔出力。

1．3．3 統計分析：采用SPSS 11.0統計軟件對各組試驗載荷數據進行統計分析，采用配對t檢驗，以P＜0.05為差異顯著的檢驗標準(a=0.05)。

2 結果

2．1 大體觀察：術中及術后動物無死亡，傷口無紅腫、滲液等炎性反應現象，傷口Ⅰ期愈合。動物處死后切開觀察，所有小型鈦板無松動，金屬固位釘及接骨螺釘無脫落。對照組骨折處骨質隆起形成連續的表面骨痂，骨折線清晰可見，無炎性增生。實驗組大體觀察情況與對照組類似但骨痂形成較對照組少，骨折線較對照組模糊。X線觀察實驗組與對照組骨折線清晰可見表1。

2．2 三點彎曲試驗及固位釘拔出試驗結果：三點彎曲試驗中，實驗組及對照組均在加載荷后出現穩定上升的載荷一位移曲線，表明被堅固內固定器械固定的犬下頜骨確實接受了試驗機壓頭的加載。隨著加載的進行在上升的載荷一位移曲線中出現了中斷臺階，此時下頜骨骨折線處出現了斷裂，堅固內固定被破壞。固位釘拔出試驗中，隨載荷的增加出現載荷—位移曲線，當固位釘被拔出時曲線呈現最高點隨后下降，試驗數據。金屬接骨螺釘及固位釘拔出后實驗組鉆孔處邊緣半徑2mm皮質骨表面出現骨折現象，但鉆孔內壁較為光滑。對照組拔出后鉆孔處邊緣半徑4mm皮質骨表面出現骨折現象且皮質骨破壞較實驗組深。各組數據經統計分析，實驗組側向、垂直向最大載荷及固位釘拔出力分別為對照組的128.75％、148.65％、133.96％。實驗組和對照組間存在統計學差異(P＜0.05)。實驗組各項數據優于對照組。

3 討論

骨折時由于骨的主應力軌跡線中斷，骨的抵抗和承載功能被破壞。采用堅固內固定技術的目的就是以固定結構代替中斷了的骨抗力結構。它通過在骨折部位加接骨板并用螺釘固定在骨折線兩端，通過骨塊間壓力誘導骨生長且使骨斷端得到穩定促使骨折愈合。原有骨折愈合概念是在骨折端未能準確解剖復位及有效維持穩定的基礎上，以II期愈合的模式，從X線片及組織學形態變化進行描述的。愈合分為血腫機化、骨痂形成、塑形等三個階段。通過膜內化骨，軟骨內成骨，哈弗氏系統骨內膜造等形式完成。

劉彥普等進行了加壓內固定狀態下的骨愈合研究后發現。骨折解剖復位后，適當地加壓骨斷端不僅可增加斷面的接觸面積，輔之以接骨板的強度，能有效地維持骨折端穩定且及早地發揮頜骨功能。還可使骨折間隙縮小密合并產生相當的生理壓應力，促進骨折的Ⅰ期愈合。這種愈合是以哈弗氏系統骨內膜造的方法進行：即破骨細胞開路，血管長入，吸收壞死組織的同時，成骨細胞長入，以新板層骨直接取代壞死組織。達到皮質對皮質、髓質對髓質骨問的直接骨愈合。這種Ⅰ期愈合方式，正如軟組織的Ⅰ期愈合一樣，具有愈合周期短、并發癥少、形成外骨痂較少等特點。雖然加壓堅固內固定術可以使骨折更快的愈合，但是其技術操作復雜且適應證不如小型鈦板廣泛。

champy基于下頜骨外層皮質的解剖厚度(約3～5mm)和生物力學原則及固定器的機械性能，詳細闡述了頜骨骨折接骨板放置的理想部位，并發展了小型接骨板系統。Champy同時認為，用小型接骨板固定骨折并不要求絕對穩定，允許有肉眼不能分辨的微動，固定只是為了中和張力，而允許功能性壓應力傳導。從生物力學角度講，它是一種穩定并具有彈性的動力性固定。因其相對堅強內固定有肉眼不能分辨的微動，從生理上可以刺激骨折區域成骨細胞生長，避免張力屏障作用，促進骨折的愈合。該接骨板能放置在頜骨張力區附近，并且易于彎曲，適合下頜骨的不同曲度。能在有效抵抗張力區扭力的同時，在下頜緣產生一定的壓應力。所以堅固內固定的理論并不是絕對的固定。其固定效果的判斷標準應以骨折的愈合速度及強度來衡量。

堅固內固定器械固位原理：對照組所用堅固內固定器械為臨床治療下頜骨骨折常用器械，主要通過螺釘上螺紋與骨之問的剪切摩擦力固位。并通過這種固位對小型接骨板施加壓力使其緊密貼合于骨面，從而達到固定骨折兩端并促進骨折愈合的目的。影響骨一釘界面強度的因素包括：骨密度、螺釘幾何形狀(粗細及螺紋外型)、螺釘固定長度、螺釘固定技術。針對這些方面的改進由于受到各種各樣的條件限制，因而對提高傳統螺釘固定強度作用有限。實驗組為一種全新設計的堅固內固定器械，因為在釘長度等影響固位力的因素上已不可能無限的提高，所以該器械在規格與對照組相同情況下采用全新的固位方法及原理。主要體現在金屬固位釘的固定技術上。實驗組基本固定原理是固位釘的末端膨大技術，即固位釘末端在皮質骨內側或骨質的深面膨脹以達到堅固內固定的目的。為下頜骨骨折區域創造一個三維穩定性的愈合環境，促進骨折愈合。其操作時，首先將芯體置于鉆孔內，然后以特殊設計的裝置(拉釘鉗)將芯體中的芯向外拉出，借助固位釘的末端膨脹達到堅固內固定的目的。其固位力不是依靠螺紋所產生的剪切摩擦力，而是依靠機械鉚合力將小型鈦板固定于骨面。該堅固內固定器械的優點是操作方便簡單，完全不同于以往的螺紋釘式設計，在手術中可以大大縮短時間。而且應用于同樣條件的下頜骨骨折，可以避免固定釘旋入后對釘道的擴大再損傷，固定效果可靠，適應范圍較廣。

在對犬下頜骨骨折的堅固內固定治療中，大體觀察發現實驗組較對照組骨折線處所形成的骨痂為少，骨折線更模糊。因為血運和穩定性對早期骨愈合影響較大，血運差和二維不穩定將使骨愈合延遲、缺血和三維不穩定將導致骨不愈合。微動刺激所產生的外骨痂實際上是對堅固內固定穩定性不足的一種生物補償。提示實驗組較對照組在堅固內固定術后可以提供給下頜骨更好的三維穩定性，這種穩定性更有利于骨折的愈合。通過三點彎曲試驗，試驗組下頜骨骨折線處較對照組能夠承受更大的載荷，提示膨脹蕊體型堅固內固定器械使用于犬下頜骨后使其骨折愈合更為牢固。

堅固內固定的穩定性及有效性則取決于接骨螺釘的固位性能。在固位釘、螺釘的拔出試驗中，采用機械鉚合固位原理的實驗組固位釘在最大拔出力上明顯高于對照組螺釘，說明實驗組固位方式比對照組更為有效且更加牢固，當固位釘被拔出后對釘道造成的損傷也較對照組輕。這種情況也與實驗組所選用的固位方式有關，避免了在固定術受外力破壞造成固位釘脫落時對下頜骨造成更大的二次損傷。人體骨骼屬于粘彈性材料，研究其生物力學特性必須考慮應變率(加載速度)的影響。在不同的加載速度下骨的極限強度是不一樣的，加載速度越大，強度越小。實驗中以2mm/min恒定速率加載拔出力，以消除加載速度對結果的影響。當壓力小于某個極限時則安全，大于這個極限就可能產生很大的變形以至破壞，這就是所謂材料的極限強度。

因犬是頜骨骨折的理想模型動物，所以生物力學的試驗結果對膨脹蕊體型堅固內固定器械的臨床應用具有一定的指導意義。通過試驗可以得出結論，堅固內固定術是治療下頜骨骨折的一種有效方法，膨脹蕊體型堅固內固定器械較臨床常用器械具有更好的固定效果。