內(nèi)固定治療中足損傷的生物力學(xué)分析

內(nèi)固定治療中足損傷的生物力學(xué)分析

中足損傷可分為兩種不同的損傷類型：高能量損傷、中足骨折或脫落損傷，低能量損傷可伴有隱形骨折或扭曲。直接擠壓傷常伴有周圍組織的損傷,如軟組織、血管或神經(jīng)損傷甚至骨筋膜室綜合征。在高能創(chuàng)傷跖骨的位移受沖擊力矢量的影響,可造成跗骨粉碎性骨折和周圍的軟組織損傷其中外側(cè)柱在平衡前足的負(fù)重上起重要作用,以第2跖骨及中間楔骨形成的關(guān)節(jié)為楔石,各跖骨基底部與相應(yīng)的楔骨形成了穩(wěn)定的類拱形結(jié)構(gòu),巧妙的防止了橫向及足底的脫位,但部分高能創(chuàng)傷伴中足骨折或脫位性損傷中可造成此穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的破壞,第2跖骨基底部脫位,造成外側(cè)柱骨折并向外側(cè)脫位1材料和方法1.1骨與關(guān)節(jié)骨疾病的診斷6只下肢尸體冷凍標(biāo)本。足外形正常,無足趾缺損,無足部肌肉、韌帶和肌腱的損傷及攣縮等病變,經(jīng)X線檢查,排查骨與關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎、風(fēng)濕等退行性變、骨折、腫瘤、結(jié)構(gòu)性畸形及骨質(zhì)異常等骨骼疾病,以保證每一個(gè)測試標(biāo)本骨質(zhì)及結(jié)構(gòu)正常。1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備ElectroForce1.3實(shí)驗(yàn)方法1.3.1材料2加踝關(guān)節(jié)標(biāo)本制作前8h將成人小腿標(biāo)本解凍,依次編號(hào),保留脛骨遠(yuǎn)端1/3長度,剔除踝關(guān)節(jié)周圍軟組織,將踝關(guān)節(jié)置于跖屈30°位,電鉆打入4枚4.0克氏針固定踝關(guān)節(jié)1.3.2中高國鎳鈦記憶合金三角固定器的聯(lián)合應(yīng)用試驗(yàn)處理組A:骨-韌帶結(jié)構(gòu)正常狀態(tài)。處理組B:建立損傷模型,及4、5跗跖關(guān)節(jié)脫位狀態(tài),為了實(shí)驗(yàn)過程中更好的觀察第4、5跗跖關(guān)節(jié)損傷情況,實(shí)驗(yàn)中我們于中足外側(cè)柱體表投影處切除約3cm×4cm的皮膚,切除關(guān)節(jié)囊及其附著韌帶,撐開器撐開4、5跖骨基地部與骰狀骨之間的鏈接,確保關(guān)節(jié)徹底松動(dòng)并移位;處理組C:記憶合金三角固定器固定第4、5跗跖關(guān)節(jié),利用冰水對(duì)鎳鈦記憶合金三角固定器進(jìn)行降溫處理,克氏分別于第4、5跖骨及骰骨鉆孔,將三個(gè)釘角的角度撐開至90°分別置入第4跖骨、第5跖骨及骰骨進(jìn)行固定,溫水澆注予以復(fù)位,活動(dòng)此關(guān)節(jié)見復(fù)位穩(wěn)妥,X線片下見關(guān)節(jié)無脫位及骨折征象;處理組D:4孔H型接骨板固定第4、5跗跖關(guān)節(jié),第4、5跖骨各一枚螺釘骰骨兩枚螺釘固定接骨板;處理組D:2枚2.0mm克氏針分別由第4、5跖骨經(jīng)關(guān)節(jié)固定4、5跗跖關(guān)節(jié),克氏針分別從4、5跖骨打入骰骨(圖2～5)。標(biāo)本上端以盒裝夾具固定,足底于高精度生物材料試驗(yàn)底座上固定。調(diào)整標(biāo)本位置使其處于自然位置,無扭轉(zhuǎn)及側(cè)方應(yīng)力,在足底與底座之間插入Tekscan壓力傳感器與前足相貼服且僅與前足接觸,保證前足各跖骨頭與壓力傳感器及底座之間無縫隙(圖6)。1.4數(shù)據(jù)收集1.4.1眼底壓力峰值的計(jì)算ElectroForce高精度生物材料試驗(yàn)系統(tǒng)可提取原始試驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)出文本。先提取600N載荷下的足底壓力圖像,并通過系統(tǒng)自帶的計(jì)算軟件進(jìn)行足底各測試位點(diǎn)的峰值壓力峰值的計(jì)算。足底壓力分區(qū)為5區(qū):M1第對(duì)應(yīng)1跖骨頭、M2對(duì)應(yīng)第2指骨、M3對(duì)應(yīng)第3跖骨頭、M4對(duì)應(yīng)第4跖骨頭、M5對(duì)應(yīng)第5跖骨頭,確定主要部位的坐標(biāo),對(duì)第4、5跗跖關(guān)節(jié)骨折脫位模型分別采用三角固定器、鋼板、克氏針固定后進(jìn)行了前足足底壓力分區(qū)測量。1.4.2壓縮剛度測試首先給予3個(gè)預(yù)處理負(fù)載周期(50～400N,1Hz)。進(jìn)行疲勞試驗(yàn)前的壓縮剛度測試(加載速度0.3mm/s。最大載荷600N)。觀察最初的變化,記錄數(shù)據(jù)。然后給予3000個(gè)負(fù)載循環(huán)(200～600N,5Hz),相當(dāng)患者在術(shù)后12周內(nèi)足部活動(dòng)的總量1.5兩組患者壓力峰值比較用SPSS20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,檢驗(yàn)水準(zhǔn)為P=0.05,即P<0.05時(shí)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。采用隨機(jī)區(qū)組方差分析比較各狀處理組標(biāo)本足底5個(gè)區(qū)域的壓力峰值。并比較疲勞試驗(yàn)前后所得的壓縮剛度。2結(jié)果2.1種固定裝置下壓力的比較外側(cè)柱脫位狀態(tài)下(處理組B)第4、5跖骨頭下壓力較正常組壓力峰值減小,第2、3跖骨頭壓力峰值較正常組增大,(P<0.05)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,說明中足外側(cè)柱脫位狀態(tài)下足底壓力向中間柱轉(zhuǎn)移。第4、5跗跖關(guān)節(jié)分別用三角固定器、鋼板、克氏針固定后,第4、5跖骨頭下的峰值壓力則較骨折脫位狀態(tài)有所增大,第2、3跖骨頭下的峰值壓力較骨折脫位狀態(tài)下都有所減小(P<0.05),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,三種固定裝置都具有趨向正常狀態(tài)時(shí)的峰值壓力的能力,三角固定器組第4、5跖骨頭下壓力峰值與正常組相近,(P>0.05),無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。H型接骨板組(處理組D)第4、5跖骨頭下壓力較正常組及三角固定器組高(P<0.05),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而當(dāng)用2.0mm克氏針固定后(處理組E),4、5跖骨頭下的峰值壓力有所增加,但仍小于正常狀態(tài)時(shí)的峰值壓力,雖然第2、3跖骨頭下的峰值壓力較骨折脫位狀態(tài)也有所減小,但也仍大于正常狀態(tài)時(shí)的峰值壓力(P<0.05),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。各處理狀態(tài)下,第1跖骨頭下壓力峰值組間比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(詳見表1)。2.2壓縮剛度檢測脫位狀態(tài)下壓縮剛度較處理組A、C、D、E減小(P<0.05),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,說明三種內(nèi)固定對(duì)中足外側(cè)柱加以固定后足部總體壓縮剛度均增大。從疲勞前接骨板固定組壓縮剛度植與正常組壓縮剛度值對(duì)比可以看出,接骨板固定組壓縮剛值度稍高于正常組壓縮剛度,但差異無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。疲勞前處理組A、處理組C、處理組D、處理組E壓縮剛度值組間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05),即鋼板固定組、記憶合金三角固定器、克氏針對(duì)外側(cè)柱脫位固定后與正常組相比足部總體壓縮剛度相接近。疲勞試驗(yàn)后克氏針固定組靜態(tài)壓縮剛度較疲勞試驗(yàn)前明顯減少(P<0.05),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。疲勞試驗(yàn)前后記憶合金三角固定器組、鋼板固定組、正常組及損傷模型組壓縮剛度差異無顯著性意義(P>0.05)(詳見表2)。3討論3.1iii期的治療臨床上跖跗關(guān)節(jié)損傷的漏診及延遲治療常導(dǎo)致遠(yuǎn)期疼痛甚至殘疾,繼發(fā)骨性關(guān)節(jié)炎、扁平足、關(guān)節(jié)不穩(wěn)及中足疼痛。對(duì)于Lisfranc骨折II期的治療目前還沒有打成共識(shí)。大多醫(yī)生認(rèn)為哪怕是微小移位也因行手術(shù)治療,然而也有建議保守治療,因此臨床對(duì)病情發(fā)展的監(jiān)測,及時(shí)發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)不穩(wěn)的跡象尤為重要。手術(shù)治療主要針對(duì)于三期Lisfranc損傷、骨折及脫位。早期解剖復(fù)位固定通常可以獲得良好的療效3.2治療各組患者足底壓力分布特點(diǎn)第4、5跖骨與骰骨之間具有微動(dòng)性能,鋼板固定術(shù)后易出現(xiàn)關(guān)節(jié)僵硬而發(fā)生應(yīng)力性骨折本實(shí)驗(yàn)對(duì)比3種內(nèi)固定物的強(qiáng)度及穩(wěn)定性,提示疲勞試驗(yàn)前后記憶合金三角固定器組、鋼板固定組壓縮剛度差異無顯著性意義,疲勞試驗(yàn)后克氏針固定組靜態(tài)壓縮剛度較疲勞試驗(yàn)前明顯減少。表明鎳鈦記憶合金三角固定器同鋼板一樣對(duì)中足外側(cè)足移位性損傷可以達(dá)提供有效的固定作用。通過對(duì)比不同內(nèi)固定裝置對(duì)于中足外側(cè)柱損傷的足底壓力重塑能力,三角固定器、背側(cè)鋼板及克氏針固定組對(duì)于恢復(fù)外側(cè)組足底壓力都有一定作用,H型接骨板組4、5跖骨頭下壓力較正常組高,即H型接骨板較正常組相比有足底壓力向外側(cè)柱轉(zhuǎn)移的趨勢?？耸厢樄潭ńM足底壓力趨向于向中間柱轉(zhuǎn)移,說明克氏針雖然有恢復(fù)足底外側(cè)壓力趨向正常功能,但其恢復(fù)外側(cè)柱兩跖骨頭下的峰值壓力趨向正常的能力較三角固定器組及H型背側(cè)鋼板組和仍有差異。記憶合金三角固定器組4、5跖骨頭下壓力,及2、3跖骨頭下壓力,較正常組最為接近,且五個(gè)區(qū)域壓力峰值M2>M1>M3>M4>M5,符合人體前足足底壓力分布特點(diǎn)。對(duì)于微動(dòng)關(guān)節(jié)的固定并非越堅(jiān)強(qiáng)越好,最理想的狀態(tài)是既要滿足關(guān)節(jié)的生物學(xué)穩(wěn)定,又要最大限度地減少并發(fā)癥的產(chǎn)生,并且不良反應(yīng)低?？耸厢樄潭ǖ膬?yōu)點(diǎn)在于彈性固定,保留關(guān)節(jié)微動(dòng)性能,但疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明其抗疲勞性較差,可能會(huì)影響患者早期的功能鍛煉。記憶三角固定器在生物力學(xué)性能與正常組水平接近,恢復(fù)足底壓力效果良好,滿足三角固定器固定術(shù)后早期進(jìn)行行功能鍛煉的生物力學(xué)要求。本課題組已就鎳鈦記憶合金三角固定器開展相關(guān)實(shí)驗(yàn),并在腕關(guān)節(jié)創(chuàng)傷中加以應(yīng)用獲得較好的固定強(qiáng)度本實(shí)驗(yàn)針對(duì)中足損傷中的常常受累的部分跗跖關(guān)節(jié)進(jìn)行不同內(nèi)固定方式的對(duì)比研究,由于鎳鈦記憶合金三角固定器材質(zhì)的特殊性能及形狀設(shè)計(jì)較為靈活,可用于足部多個(gè)部位的損傷治療;除了可應(yīng)用于中足外側(cè)柱損傷以外還可視情況應(yīng)用跗跖關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)柱及中間柱損傷、跗中關(guān)節(jié)損傷、跗橫關(guān)節(jié)區(qū)損傷(Chopart關(guān)節(jié))損傷及一些復(fù)雜中足損傷的治療。手術(shù)操作步驟相對(duì)簡單,對(duì)骨質(zhì)的副損傷少,固定強(qiáng)度良好,對(duì)于中足外側(cè)柱損傷可于術(shù)后12周左右根據(jù)復(fù)查情況取出內(nèi)固定,對(duì)于內(nèi)側(cè)柱及中間柱的損傷則需要延長內(nèi)固定取出時(shí)間,不像傳統(tǒng)的手術(shù)那樣依賴術(shù)后外固定制動(dòng),符合跗跖關(guān)節(jié)生物力