管絲張力帶固定髕骨骨折的生物力學分析

徐衍斌

四平市第四人民醫院,吉林 四平 136000

髕骨是人體最大的一塊籽骨，它提高了股四頭肌的有效性，并使膝蓋能夠彎曲，這在諸如蹲下或跪下的承重情況下需要大量的力[1-3]。髕骨骨折發生率約占全身骨骼損傷的0.5%-1.5%[4]。因為髕骨在下肢伸膝關節中的重要作用，骨折后需要解剖復位和堅強固定。只有無移位的骨折可以采取制動固定等保守治療方式。骨折塊分離大于2mm、粉碎性骨折需要手術干預[3、5]。

經典的克氏針張力帶一度是治療移位性髕骨骨折的金標準。張力帶能夠把拉力轉換成對骨折塊間的壓力。但是，在循環載荷下，特別是在膝關節伸展時，碎片壓縮被中和，骨折可能會裂開[6]。另外，克氏針是光滑而有彈性的，在屈伸關節過程中可能導致金屬絲滑脫，骨折固定失效。導致關節僵硬、創傷性關節炎等并發癥[4、7、8]。近些年來，很多采用空心螺釘固定髕骨骨折，或復合金屬線困扎固定。盡管提供了相對更好的穩定性，但面對復雜的骨折還存在一定的不足。因此膝關節僵硬、骨性關節炎等并發癥仍然沒有被很好的解決[3、7]。

翻閱文獻以及對此類手術的觀察，經典的張力帶失敗，多是因為克氏針滑移，金屬絲脫落導致內固定的失敗，而不是克氏針斷裂或是金屬絲斷裂。當然不可否認有出現金屬絲斷裂的病例。經分析筆者認為，經典張力帶失敗的原因不是因為克氏針和金屬絲的強度，而是這個固定的設計。所以筆者改良設計了管絲張力帶裝置來固定髕骨骨折。

材料和方法選取12只塑料材質人工髕骨標本，1mm厚擺鋸橫行中分截斷標本，做橫行骨折標本模型。12只骨折模型分成兩組。管絲組采用?=3.5mm金屬管，?=1.5金屬絲內穿平行置入模型中份垂直骨折線的金屬管，閉合擰緊(300N)。克氏針組采用?=2.5mm克氏針平行植入模型中份垂直骨折線，?=1.5mm金屬絲“8”環繞克氏針，閉合擰緊(300N)。

生物力學測試裝置結合了拉力和屈曲張力來模擬髕骨的生理負荷。伸直下肢髕骨受股四頭肌拉力，屈曲膝關節時髕骨還受到股骨髁部的擠壓。生物力學裝置模擬人體下肢屈伸度以及屈伸軌跡。屈曲最大角度設定為60°。設定為這個角度是因為文獻[9]提到，屈曲45°時髕骨會受到分離的最大載荷。標本固定于模擬膝關節屈伸電動測試儀，骨折塊的運動由光電同步追蹤系統記錄，骨折移位間隙在髕骨前測量。

結果經典張力帶固定組內固定失效產生在平均受力650N(SD:243N),管絲張力帶組內固定失效產生在平均受力1100N(35N)(P = 0.002)。因為在360N負荷時經典張力帶組產生同時松動變形，比較了兩組在此負荷下骨折快間的分離距離，經典張力帶組分離距離5倍于管絲組(P=0.002)。

討論研究表明，管絲張力帶內固定能夠為髕骨骨折提供更可靠的機械穩定性，能夠防止術后功能鍛煉載荷后骨折塊分離。經典組固定在明顯低于管絲組受力載荷下產生明顯的固定失效。Carpenter[7]在一相空心釘張力帶固定髕骨骨折的生物力學研究中也報道過，屈膝45°，載荷395N時產生失敗。單純空心釘固定髕骨失敗載荷在554N，然而復合金屬絲固定后失敗載荷增高至732N。通過研究發現，管絲內固定失敗的載荷明顯大于上述提到的固定方式。

雖然選用的人工標本物理特性接近髕骨，但畢竟不能完全反映出真實髕骨的生物力學特性。研究的結果可能受到人工標本的影響。骨折固定在載荷下能保持機械穩定性，是治療成功的首要因素。金屬管的機械強度同等體量的前提下要遠遠大于克氏針。克氏針表面光滑，容易彈性變，這是導致經典克氏針張力帶失敗的主要因素。現在很多手術采用空心螺釘復合金屬絲張力帶固定髕骨。空心釘的確可以對髕骨產生加壓作用，但髕骨碎裂后的機械強度大大降低，實際置入螺釘產生的骨折塊壓力并不是理想的狀態。再則，空心釘的螺紋在骨折面吸收后壓力會部分失效，這時螺紋反而成了金屬絲動態加壓的障礙。而絲管系統則不然。絲管系統完美的保留了經典克氏針的優勢。通過研究發現，管絲系統應該是較為理想的髕骨骨折固定方式。值得進一步的研究總結。同時也為張力帶的方式，提供了更多的可能。