跨生長(zhǎng)板鈦板固定Salter-Harris Ⅳ型骨骺損傷的生物力學(xué)研究

劉建軍，張春慕，李元貞，董萬濤，張乾軍，劉保健

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·基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)·

跨生長(zhǎng)板鈦板固定Salter-Harris Ⅳ型骨骺損傷的生物力學(xué)研究

劉建軍，張春慕，李元貞，董萬濤，張乾軍，劉保健

目的：通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)探討跨生長(zhǎng)板鈦板能否有效固定Salter-Harris Ⅳ型骨骺損傷。方法：選取健康6～7周齡山羊24只，隨機(jī)分為對(duì)照組、克氏針組和跨生長(zhǎng)板鈦板組，各8只。對(duì)照組不予處理；克氏針組和跨生長(zhǎng)板鈦板組采用山羊左右肱骨遠(yuǎn)端骨骺經(jīng)克氏針鉆孔骨鑿鑿開法造模，造模成功后分別用跨生長(zhǎng)板鈦板、交叉克氏針固定。3組于術(shù)后8周、12周每組隨機(jī)抽取4只取材，對(duì)標(biāo)本進(jìn)行生物力學(xué)測(cè)試和比較。結(jié)果：對(duì)照組與跨生長(zhǎng)板鈦板組術(shù)后8周和12周的屈服強(qiáng)度、最大載荷、最大彈性模量及斷裂點(diǎn)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，2組各項(xiàng)指標(biāo)均明顯優(yōu)于克氏針組(P<0.01)。結(jié)論：跨生長(zhǎng)板鈦板固定Salter-HarrisⅣ型骨骺損傷能夠達(dá)到有效的生物力學(xué)固定強(qiáng)度，為骨骺損傷愈合提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，有利于骨骺損傷的修復(fù)。

骨骺損傷；鈦板；克氏針；生物力學(xué)

人體在胚胎第5周形成軟骨雛形，在第7周后血管侵入形成初級(jí)骨化中心，由初級(jí)骨化中心形成骨干、干骺端和骺軟骨，出生后長(zhǎng)骨兩端軟骨血管組織間接骨化形成次級(jí)骨化中心，即骺。骺與干骺端交界處在一定時(shí)期內(nèi)保留有一層未骨化的軟骨組織稱為生長(zhǎng)板，具有橫向和縱向生長(zhǎng)能力[1]。兒童時(shí)期生長(zhǎng)板較周圍韌帶和關(guān)節(jié)囊脆弱[2]，骨骺損傷多見于生長(zhǎng)板，故又稱生長(zhǎng)板損傷。流行病學(xué)研究[3]顯示，18%的孩子9歲前會(huì)經(jīng)歷骨折，年齡5～14歲的兒童骨折發(fā)生率最高，且常合并骨骺損傷，可引起患肢發(fā)育障礙、成角畸形等。本研究通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)探討跨生長(zhǎng)板鈦板能否有效固定Salter-Harris Ⅳ型骨骺損傷及其對(duì)骨骺損傷愈合的影響，以期為骨骺損傷治療提供參考。現(xiàn)作報(bào)道。

1　資料與方法

1.1一般資料選取6～7周齡健康山羊24只，雌雄各半，體質(zhì)量10～15 kg。隨機(jī)分為對(duì)照組、克氏針組和跨生長(zhǎng)板鈦板組，各8只?？缟L(zhǎng)板鈦板為普通兒童指掌骨鈦板(4～6孔)(見圖1)；皮質(zhì)骨螺釘直徑2.5 mm，長(zhǎng)度10～20 mm；克氏針直徑2.0 mm。日本產(chǎn)萬能材料生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)(AG-IS SHIMADZU)。

1.2方法對(duì)照組不予任何處理?？耸厢樈M和跨生長(zhǎng)板鈦板組肌內(nèi)注射鹽酸賽拉嗪注射液0.1 mL/kg(吉林省敦化市圣達(dá)動(dòng)物藥品有限公司，2 mL×10支)，麻醉成功后取側(cè)臥位，肱骨遠(yuǎn)端骨骺處內(nèi)側(cè)脫毛，常規(guī)消毒，鋪無菌單，肱骨遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)取縱切口，長(zhǎng)約3.0 cm，切開皮膚和皮下組織，于內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)囊后顯露肱骨遠(yuǎn)端，縱形切開骨膜及軟骨膜，骨膜下剝離顯露肱骨遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)生長(zhǎng)板全貌，此時(shí)肱骨遠(yuǎn)端髓板線清晰可見，在肱骨內(nèi)側(cè)用克氏針在生長(zhǎng)板線上并排鉆孔至干骺端，深度約4 mm，然后用薄骨鑿沿鉆孔部位將骨骺向側(cè)方鑿開，造成骨骺損傷模型，并在C型臂透視下確認(rèn)Salter-Harris Ⅳ型骨骺損傷造模成功。克氏針組用雙枚克氏針交叉經(jīng)生長(zhǎng)板固定，逐層縫合?？缟L(zhǎng)板鈦板組用跨生長(zhǎng)板鈦板，跨過生長(zhǎng)板，避開Ranvier骨化溝，經(jīng)干骺端和骨骺平行固定，穿孔時(shí)電鉆調(diào)為慢鉆并在鉆孔部位用0.9%氯化鈉注射液冷卻，用皮質(zhì)骨螺釘固定后縫合。2組術(shù)后均不予外固定，給予鹽酸苯噁唑注射液0.1 mL/kg(吉林省方正動(dòng)物藥業(yè)科技有限責(zé)任公司，2 mL×10支)肌內(nèi)注射催醒，術(shù)后第1天進(jìn)少量鮮草、自由飲水，第2天正常進(jìn)食，術(shù)后1周內(nèi)動(dòng)物切口紅腫，給予清潔換藥、抗炎等治療。

1.3生物力學(xué)指標(biāo)測(cè)定3組于術(shù)后8周、12周分別隨機(jī)處死4只山羊，取材后剔除周圍組織，用浸泡有0.9%氯化鈉注射液的紗布包裹，-20 ℃冷凍備用。測(cè)定時(shí)標(biāo)本經(jīng)自然解凍，貼名標(biāo)號(hào)，測(cè)量并記錄標(biāo)本的幾何參數(shù)，實(shí)驗(yàn)的測(cè)試過程在萬能材料生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。壓縮實(shí)驗(yàn)：每次測(cè)試前進(jìn)行加載，調(diào)整所有儀器、儀表，消除蠕變等時(shí)效的影響。每次測(cè)定隨機(jī)抽取標(biāo)本，測(cè)量并記錄標(biāo)本的幾何參數(shù)，置于萬能材料生物力學(xué)機(jī)兩端固定，調(diào)整標(biāo)本位置使加壓點(diǎn)位于標(biāo)本中央，以模擬正常時(shí)的受力狀態(tài)，加載速率為10 N/m，最大加載至900 N，相關(guān)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集、處理(見圖2A)。三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)：隨機(jī)抽取1個(gè)標(biāo)本固定，測(cè)量并記錄標(biāo)本的幾何參數(shù)，置于萬能材料生物力學(xué)機(jī)上，調(diào)整標(biāo)本位置使加壓點(diǎn)位于鋼板中央，以10 N/m的恒定速率加載，直到出現(xiàn)斷裂點(diǎn)加載自然停止，相關(guān)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集、處理(見圖2B)。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用方差分析和q檢驗(yàn)。

2　結(jié)果

2.13組動(dòng)物一般情況術(shù)后第1天跨生長(zhǎng)板鈦板組有1只山羊死亡，分析為山羊幼小不能耐受麻醉和手術(shù)創(chuàng)傷。其他山羊除克氏針組1例發(fā)生感染外其他動(dòng)物1周后紅腫均消退，切口Ⅰ/甲愈合。此外，克氏針組有1例發(fā)生退針現(xiàn)象，經(jīng)原位送入后未再發(fā)生。術(shù)后第1～5天實(shí)驗(yàn)動(dòng)物站立行走，跨生長(zhǎng)板鈦板組發(fā)生1例跛行，1周后正常行走?？缟L(zhǎng)板鈦板組術(shù)后8、12周X線片見圖3。

2.23組動(dòng)物術(shù)后8周和12周生物力學(xué)結(jié)果比較生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)顯示，對(duì)照組和跨生長(zhǎng)板鈦板組術(shù)后8周、12周垂直壓縮和三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)在屈服強(qiáng)度、最大載荷、最大彈性模量和斷裂點(diǎn)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，且2組均優(yōu)于克氏針組(P<0.01)(見表1～2)。

3　討論

Salter-Harris Ⅳ型骨骺損傷屬關(guān)節(jié)內(nèi)損傷，治療需達(dá)到解剖復(fù)位及可靠固定，一般建議手術(shù)治療，以防關(guān)節(jié)面不平整造成創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎[4-6]。對(duì)骨骺損傷愈合的病理生理研究[7]表明，早期解剖復(fù)位能減少纖維組織充填，最大程度恢復(fù)生長(zhǎng)板血供，減少骨橋發(fā)生。而無螺紋針等通過生長(zhǎng)板內(nèi)固定，骨橋的發(fā)生率高，并極易出現(xiàn)生長(zhǎng)板早閉，因此，在治療骨骺損傷時(shí)應(yīng)盡可能避免通過生長(zhǎng)板固定[8]。且隨著骨骺的生長(zhǎng)，內(nèi)固定材料產(chǎn)生與骨骺縱向生長(zhǎng)相反的力，壓力持續(xù)存在會(huì)使骨骺生長(zhǎng)障礙，受壓側(cè)的生長(zhǎng)板生長(zhǎng)抑制。按Hueter-Volkmann骨骺壓力定律法則，骨骺的生長(zhǎng)與壓力呈負(fù)相關(guān)性，壓力增高會(huì)抑制骨骺生長(zhǎng)[9]。由于上述原因，紀(jì)玉清等[10]將兒童骨骺損傷內(nèi)固定的原則總結(jié)如下：(1)解剖復(fù)位，可靠固定；(2)避免內(nèi)固定材料穿過生長(zhǎng)板固定；(3)內(nèi)固定的材料不應(yīng)限制骨骺的縱向生長(zhǎng)；(4)手術(shù)過程中注意防止醫(yī)源性損傷，注意保護(hù)Ranvier骨化溝。

表1　3組動(dòng)物術(shù)后8周垂直壓縮和三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)指標(biāo)比較±s)

q檢驗(yàn)：與對(duì)照組比較**P<0.01；與跨生長(zhǎng)板鈦板組比較▲▲P<0.01

q檢驗(yàn)：與對(duì)照組比較**P<0.01；與跨生長(zhǎng)板鈦板組比較▲▲P<0.01

目前國(guó)內(nèi)外常用的內(nèi)固定材料包括鋼板、滑動(dòng)鋼板、克氏針、可吸收螺釘和可吸收棒等，均存在不同程度的弊端。鋼板內(nèi)固定對(duì)組織剝離過多，損傷較大，可造成Ranvier骨化溝和骨骺血管的損傷，同時(shí)固定螺釘不可避免地穿過生長(zhǎng)板，鋼板內(nèi)固定產(chǎn)生的壓力可造成生長(zhǎng)板縱向生長(zhǎng)抑制?？耸厢槍?duì)骨骺損傷較小，但固定時(shí)不能起到加壓作用，易出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)脫針，且韌性較大，折彎時(shí)會(huì)出現(xiàn)骨折片的移位，固定效果相對(duì)較差。聚乳酸內(nèi)固定材料是以微生物發(fā)酵產(chǎn)物L(fēng)-乳酸為單體通過化學(xué)合成方法聚合而成的一種高分子降解材料，是骨內(nèi)固定材料新的發(fā)展方向之一，目前骨骺損傷常用的有可吸收螺釘、可吸收棒，但可吸收材料生物降解時(shí)間與骨骺損傷愈合時(shí)間不一致，力學(xué)強(qiáng)度不如金屬材料，固定的穩(wěn)定性差，只能用于非負(fù)重關(guān)節(jié)和松質(zhì)骨骨折的固定，固定時(shí)除造成生長(zhǎng)板貫穿傷外，還可產(chǎn)生生長(zhǎng)板的熱損傷和骨橋形成等并發(fā)癥。

跨生長(zhǎng)板鈦板則具有創(chuàng)傷小、固定牢靠、對(duì)斷端血運(yùn)干擾小，可早期行功能訓(xùn)練等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多地用于臨床[11]。首先，其能通過有效的生物力學(xué)固定Salter-Harris Ⅳ型骨骺損傷，對(duì)軟組織剝離少，結(jié)構(gòu)細(xì)小，可經(jīng)干骺端和骨骺固定，而不造成生長(zhǎng)板的貫穿性損傷。其次，依據(jù)Hueter-Volkman骨骺壓力法則，壓力對(duì)骨骺損傷愈合的影響與其壓力的大小和壓力持續(xù)時(shí)間有關(guān)[9]，跨生長(zhǎng)板鈦板對(duì)生長(zhǎng)板的壓力受壓面積小，并可通過早期拆除，最大程度減少鈦板對(duì)骨骺的縱向生長(zhǎng)抑制；第三，無骨橋形成[12]。本研究結(jié)果顯示，對(duì)照組與跨生長(zhǎng)板鈦板組術(shù)后8周和12周的屈服強(qiáng)度、最大載荷、最大彈性模量及斷裂點(diǎn)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，2組各項(xiàng)指標(biāo)均明顯優(yōu)于克氏針組(P<0.01)。提示跨生長(zhǎng)板鈦板固定Salter-HarrisⅣ型骨骺損傷能夠達(dá)到有效的生物力學(xué)固定強(qiáng)度，為骨骺損傷愈合提供相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，有利于骨骺損傷修復(fù)。

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(本文編輯盧玉清)

The biomechanical study of type Ⅳ Salter-Harries epiphyses injury fixed with the cross-growth titanium plate

LIU Jian-jun,ZHANG Chun-mu,LI Yuan-zhen,DONG Wan-tao,ZHANG Qian-jun,LIU Bao-jian

(DepartmentofOrthopedicJoint，TheAffiliatedHospitalofGansuTraditionalChineseMedicineUniversity,LanzhouGansu730020,China)

Objective:To investigate the effects of the cross-growth titanium plate on fixing the type IV Salter-Harries epiphyses injury in animal experiment.Methods:Twenty-four healthy goats with the age of 6 to 7 weeks were randomly divided into the blank group,kirschner group and across-growth titanium plate group(8 goats each group).The animal models of the kirschner group and across-growth titanium plate group were established by kirschner drilling the distal epiphyses in two sides of humerus,which was fixed using across-growth titanium plate and kirschner,respectively.The biomechanical testing of 4 goats from each group after 8 or 12 weeks of operation were implemented and compared.Results:After 8 and 12 weeks of operation,the differences of the yield strength,maximum load,maximum elastic modulus and breaking point between blank group and across-growth titanium plate group were not statistically significant(P>0.05),and each indicator in the two groups were better than those in kirschner group(P<0.01).Conclusions:The treatment of type Ⅳ Salter-Harries epiphyses injury with cross-growth titanium plate can effectively meet the fixation strength of the bio-mechanics,which can provide a relatively stable setting to accelerate the repair process of the epiphyses injury.

epiphyses injury;titanium plate;kirschner;biomechanics

2015-04-20

甘肅省自然科學(xué)研究項(xiàng)目(1010RJZA161)

單位] 甘肅中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院 關(guān)節(jié)外科，甘肅 蘭州 730020

[作者簡(jiǎn)介] 劉建軍(1976-)，男，碩士，副主任醫(yī)師.

劉保健，碩士研究生導(dǎo)師，主任醫(yī)師.E-mail：zcm444146@163.com

1000-2200(2016)05-0567-04

R 681.4

A

10.13898/j.cnki.issn.1000-2200.2016.05.003