皮质骨锚钉修复肩关节不稳的生物力学研究

1、皮质骨锚钉修复肩关节不稳的生物力学研究军医I修学院2o07Dec,28(6)AcadJPPostgradMedSchIA皮质骨锚钉修复肩关节不稳的生物力学研究?435?李光辉,刘玉杰,孙明学,汪嫒媛,李众利,王志刚,朱娟丽(解放军总医院骨科,北京100853)摘要目的:研究自制皮质骨锚钉修复肩关节不稳的生物力学性能.方法:采用新鲜成年猪胫骨皮质骨,制成剑形皮质骨锚钉3.5mmX7.0mm;孔内穿入2号Ethibond不可吸收缝线备用.实验分2组,采用FastinRC金属螺纹锚钉作为对照组,将剑形皮质骨锚钉和金属螺纹锚钉各1枚分别植入同一个猪肱骨头与大结节之间处,将肱骨干使用夹具固定在工作平台上

2、,另一端缝线悬吊于生物力学测试机上,进行生物力学垂直拔出试验.结果:皮质骨锚钉10枚其中7枚拔出,1枚缝线拔断,2枚锚钉损坏.最大拔出载荷平均为181.2N.FastinRC金属螺纹锚钉组8枚锚钉拔出.2枚缝线断裂,锚钉无损坏,平均最大拔出载荷为163.8N.两者差异不显着.皮质骨锚钉抗压测试结果为(890.04-124.3)N.结论:皮质骨锚钉生物力学性能达到修复肩袖损伤初始固定强度的要求.关键词骨钉;生物力学;肩关节手术中图分类号R683.41文献标识码A文章编号1005-1139(2007)06-0435-02Biomechanicalresearchforshoulderinstabi

3、lityrepairingusingcorticalboneanchorL/Guanghui,LIUYu-jie,SUNng,WANGAi-yu,all,LIZhongli,WANGZhig0ng,ZHUJuanli(PGeneralHospital,DepartmentofOrthopaedics,Beng100853,China)ABSTRACT0bjective:Toevaluatethebiomechanicalfeaturesofaself-madecorticalboneanchorforshoulderinstabilityrepair.Methotis:Freshporcine

4、freshtibialcorticalboneWasmadetoancipitalcorticalanchors3.5mmX7.Omm;EthibondNO.2non-absorbablesutureWaspulledthroughtheeyeletforpreparation.Allspecimensweredividedtotwogroups,incontrolgrouptheFastinRCmetalscrewwasused.Anancipitalcorticalanchorandametalscrewwereembededintotheareabetweenhumerusheadand

5、greatertubercleseparatelyinthesamespecimen.TheshaftofhumerusWasfixedontheworkdeskusingclamp,andtheendofsuturewashangedonthebiomechanicaltestingmachine,thebiomechanicalpull-outtestingWasperformed.Results:Thefailuremodesincorticalboneanchorwereeyeletfailurein2cases,suturefailurein1case,andanchorpullou

6、tin7cases.ThemeanfailureloadWas181.2N.InFastinRCmetalscrewgroupthefailuremodesweresuturefailurein2cases,andanchorpulloutin8cases.ThereWasnoeyeletfailure,themeanfailureloadWas163.8N.ThereWasnostatisticaldifferencebe-tweenthetwogroups.ThemeandataofpresstestincorticalboBeanchorWas890.04-124.3N.Conclusi

7、on:Thebiomechanicalpropertyofcorticalboneanchorreachestheneedofinitialcapabilityforshoulderinstabilityrepairing.KEYWORDSBone.Screws;Biomechanics.;Shoulder-Joint-surgery肩袖和肩关节Bankart损伤,在中老年人及投掷运动员中非常常见.关节镜下应用缝合锚钉固定修复为常用方法之一.目前所用缝合锚钉多由金属材料(钛,不锈钢)和可吸收材料(PLA)制成,两者均为高值耗材,并且均有不同程度的并发症发生.本试验采用深低温冷冻(一80)的异体

8、皮质骨,制成剑形缝合锚钉,用于肩袖及Bankart损伤的关节镜下修复.探讨其生物力学初始固定强度能否达到固定要求.收稿日期2007-02-19修回日期2007-04-02作者简介李光辉,男,湖南常德人,2003年中南大学湘雅医学院毕业,军医进修学院o4级硕士生.导师刘玉杰教授.E-mail:li-uyj301yyyahoo 1材料和方法1.1皮质骨锚钉的制作试验组采用成年猪胫骨皮质骨深低温冷冻保存(一80),加工处理制成剑形骨锚钉,直径为3.5mm,长7.0mm;尖端为圆锥状,锚钉刻有倒刺状凹槽,尾部有圆柱状突起以便于植入器把持.锚钉体部钻有直径1.0mm的孔2个,分别穿入2号Ethibond

9、不可吸收编织线供缝合软组织用.标本采用新鲜成年食用猪肱骨干10个,取其上1/3作为实验材料.在肱骨大结节与肱骨头之间用直径3.Omm的钻头进行钻孔,深7.Omm.将皮质骨锚钉尾部安在植入器前端,敲击植入器把柄,将骨锚钉击入预制的骨道内.对照组FastinRC螺纹金属锚钉,采用直径3.Omm的钻头钻孔后,直接拧入肱骨大结节沟处的骨质内.每个标本分别植入皮质?436?骨锚钉和FastinRC金属锚钉各1枚,两枚锚钉间距为2.0cm.1.2生物力学实验将标本肱骨干远端用6枚金属螺钉牢固地固定在夹具工作平台上.将锚钉缝线端栓在夹具的金属棒上.采用美国明尼苏达MTS858MiniBionix型生物力学测

10、试机,于锚钉植入的方向进行垂直拔出实验,拔出的速度为10.0mm/min.记录载荷位移曲线,最大载荷值和锚钉的失败状态.将试验组和对照组最大载荷数值和失败状态使用Chiss统计学软件进行分析.1.3皮质骨锚钉敲击力试验l0枚皮质骨锚钉尖端向下用树脂包埋固定于生物力学测试机工作平台上,骨锚钉保持与水平面相垂直.测试机传感器以10mm/s速度垂直下压,直到锚钉劈裂.分别记录每枚锚钉的最大抗敲击力数值.2结果皮质骨锚钉组可承受的最大拔出负载值平均为181.2N,其失败状态为锚钉脱出7个;缝线断裂1个,锚钉损坏并脱出2个.对照组FastinRC带螺纹金属锚钉组为163.8N,其失败状态为金属螺纹锚钉缝

11、线断裂2个,锚钉脱出8个,无锚钉损坏.皮质骨锚钉和FastinRC金属螺纹锚钉两者之间的最大拔出载荷强度无显着性差异(P>0.1).皮质骨锚钉组和FastinRC金属螺纹锚钉组的失败状态无显着性差异(P>0.1).皮质骨锚钉的最大抗敲击力值为(890.0±124.3)N,所有锚钉均纵向劈裂.皮质骨锚钉的负载-时间曲线中,横轴为纵向位移值,纵轴为负载值(图1).图中可以观察到当负载达到100N左右时,曲线有轻微变缓的趋势,即负载/时间比值稍变小;而FastinRC带螺纹金属锚钉在大约90N左右时,其负载-时间曲线也出现此趋势(图2).临床上在植入锚钉时必须完

12、全植入钻孔的底部,使锚钉完全沉入皮质骨下与骨壁接触,达到最大嵌压力,最大限度防止锚钉脱出.由于皮质骨自身有一定的脆性,在使用植入器将锚钉击入骨孔的过程中,如敲击力量过大可能会导致锚钉劈裂,影响手术效果.3讨论本试验使用的皮质骨锚钉直径为3.5mm,受区钻孔直径为3.0mm.由于肱骨大结节周围为松质骨结构,通过外力可将皮质骨锚钉直接击入孔内.皮质骨锚钉击入骨道后与骨道壁呈嵌压状态.皮质骨锚钉的倒刺状凹槽嵌入周围松质骨内,具有"抓军医进修学院2007Dec.28(6)AcadJPLAPostgradMedSchw一'持"作用.骨壁的松质骨在敲入骨锚钉时被压缩,其自身的弹

13、性回缩力也会使骨道壁与皮质骨锚钉结合更加紧密,同时增大了"抓持"力.钉身的凹槽也增加了皮质骨锚钉与骨道壁的接触面积有利于骨.骨愈合.采用双股2号Ethibond不可吸收编织缝合线,可增加缝合面积,形成"双保险",防止因单根缝线断裂导致固定失效J./,/,/-,/图1骨锚钉图2金属锚钉Fig1Corticalboneanchor(1eft)Fig2Metalscrew(right)实验中牵拉方向与锚钉植入方向一致J,锚钉的最大载荷即取决于骨道壁与皮质骨锚钉之间的摩擦力大小.根据力学理论其摩擦力大小应与锚钉的摩擦系数及锚钉与骨道壁之间的压力成正比.钉身的倒刺

14、在某种程度上起到了增加锚钉摩擦系数的作用,而在植入锚钉时,皮质骨锚钉直径必须大于预钻孔的直径,达到嵌压目的,增大了钉身与骨道壁之间的压力.但是如果皮质骨锚钉和预钻孔直径相差太大难以将锚钉植入钻孔内,过小则无法达到嵌入固定的目的从而影响手术固定效果J.本实验选取锚钉直径值比骨道直径大0.5mm,实验证明此差值可行.我们使用美国明尼苏达MTS858MiniBionix型生物力学测试机对皮质骨锚钉进行了抗压性能测试,结果显示在和锚钉长轴相一致的压力作用下,皮质骨锚钉在890N左右时会出现局部劈裂性损坏.所以我们建议在术中将锚钉击入钻孔时,敲击力量应该控制在2OON左右(约20kg)为宜,通过匀速敲击

15、植入器尾部,缓慢将锚钉植入钻孔内.参考文献1SaweeresES,ThomasAP.ModifiedtechniqueforarthroscopicBankartrepairusinganchorsuturesJ.Arthroscopy,2004,2O(Suppl2):121124.2刘玉杰,卢世璧,张伯勋.肩关节撞击征与肩袖损伤J.军医进修学院,1999,20(1):64-66.3BynumCK,LeeS,MabarA.Failuremodeofsutureanchors鹅afunctionofinsertiondepthJ.AmJSportsMed,2005,33(7):10301034.4Barda