犬下颌骨骨折小型钛板坚固内固定的生物力学分析|下颌骨骨折钛板图片

　　[摘要]目的：评价一种新型坚固内固定器械用于治疗犬下颌骨线性骨折的生物力学稳定性。方法：选取10只健康杂种犬做为实验动物，于犬双侧下颌骨人工造成线性骨折，使用膨胀蕊体型坚固内固定器械(实验组)及普通坚固内固定器械(对照组)固定颌骨。2周后处死动物取出下颌骨，在材料试验机上进行两个方向的三点弯曲试验及固位钉拔出试验，测定其最大破坏力，标出载荷位移曲线。结果：实验组侧向、垂直向最大载荷及固位钉拔出力分别为(103±11)N、(275±33)N、(351±14)N。对照组侧向、垂直向及螺钉拔出力分别为(80±7)N，(185±23)N，(262±10)N。实验组与对照组间具有统计学差异(P＜0.05)。结论：膨胀蕊体型坚固内固定器械具有良好的生物力学稳定性，可以对下颌骨骨折提供稳固的固定。膨胀蕊体型坚固内固定器械优于对照组。
　　[关键词]坚固内固定；小型钛板；生物力学
　　[中图分类号]R782.5 [文献标识码]A [文章编号]1008―6455(2007)04―0488―04
　　
　　下颌骨呈马蹄形，占据面部下1/3，是颅面部唯一可以活动的骨骼，参与组成牙、颌、及颞下颌关节系统，承担着咀嚼和语言功能。由于其形态特殊且突出于面部，无论在平时或战时，下颌骨的损伤都居于面部骨折的首位。据资料统计，平时伤下颌骨骨折占颌骨骨折总发生率的50％～70％，约是上颌骨骨折的两倍。下颌骨骨折的发生部位常与其解剖的薄弱结构有关，其中颏部、颏孔区、下颌角和髁状突是骨折的好发部位。随着汽车工业的飞速发展，交通事故伤已成为下颌骨骨折最主要的原因。平时伤下颌骨骨折多为线形骨折，而火器伤多为粉碎性骨折。坚固内固定(rigid internal fixation，RIF)是近20年来发展起来的颌骨骨折内固定新技术。应用的基础是骨折在愈合中需要稳定的环境，固定物要能抵消影响愈合的各种不良应力并能维持骨折在正确的位置上直至愈合。本研究旨在通过生物力学实验来评价新型膨胀蕊体型坚固内固定器械对犬下颌骨骨折的固定效果并与临床常用器械进行对比，为其投入临床应用提供依据。
　　
　　1　材料和方法
　　
　　1．1　实验动物：10～12个月健康杂种犬10只，体重10～12 kg，雌雄不限，由第四军医大学实验动物中心提供。
　　1．2　实验器材：颌面骨电动手术器械DSQ-3型微型电锯(广东冠鹰医疗器械制造有限公司提供)，INSTRON MODEL5848材料试验机(ENGLAND)，长四孔小型钛板及金属接骨螺钉(型号：ZEZ02，HCQ04规格：螺钉￠2.0mm×7mm，西安中邦钛生物材料有限公司)，膨胀芯体型坚固内固定器械(规格：固位钉￠2.0mm×7mm由原第一军医大学退休教授梁雄医生设计并提供)
　　1．3　实验方法
　　1．3．1　下颌骨骨折动物模型的建立：10只健康杂种犬，检查排除各种颌骨疾病，同体对照，随机分为2组。术前用9％硫化钠溶液脱去双侧下颌骨毛发，肌注速眠新Ⅱ注射液进行麻醉(0.08～0.10ml/kg)，动物固定体位采取仰卧位。无菌条件下沿犬下颌骨下缘切开暴露双侧下颌骨，于第一臼齿前用微型电锯在喷水冷却条件下切割颊舌侧骨质，充分保护下颌管中的血管神经，沿切线用骨折钳造成双侧下颌骨线形骨折。充分复位喷水冷却条件下钻孔并行坚固内固定术固定双侧下颌骨，每侧使用一块长四孔小型钛板及四颗单皮质金属固位钉或螺钉，手术同时注意保护下颌管中的血管神经。左侧用实验组固定(膨胀芯体型坚固内固定器械)，右侧用对照组固定(中邦牌长四孔小型钛板及金属接骨螺钉)。青霉素钠生理盐水冲洗伤口后分层严密缝合伤口，术后肌注青霉素3天，动物单独饲养，正常饮食。2周后采用麻药处死动物，解剖取得完整下颌骨并观察骨折线愈合情况。将下颌骨于正中联合处锯开制备成双侧下颌骨骨折动物模型。
　　
　　1．3．2　生物力学测试
　　1．3．2．1　三点弯曲试验：将犬下颌骨用夹具固定，并调整夹具角度使加载压头分别加载于颌骨侧面及水平面，两侧支点跨距30mm。平衡载荷后于骨折线处垂直加压，加载速度5mm/min。使用材料试验机配套计算机记录载荷一位移数值，以骨折线两侧载荷一位移曲线出现第一个中断台阶做为骨折线断裂标志并记录数值。
　　
　　1．3．2．2　金属固位钉及螺钉拨出力测试：于新鲜犬双侧下颌骨钻孔，使用工具测量定点使钻孔位置一致。分别固定实验组固位钉及对照组金属接骨螺钉各8颗，将下颌骨标本固定于夹具上，调整夹具角度，使钉的长轴与实验机加载方向一致。以2mm/min的加载速率进行拔出试验，直至出现固位钉、螺钉拔出破坏。记录固位钉、螺钉破坏形态，以载荷一位移曲线出现最高点为固位钉、螺钉拔出破坏的标准，即钉的轴向拔出力出现下降。实验机的载荷信号由计算机数据采集系统记录，并由相应的测试系统软件给出固位钉、螺钉的最大拔出力。
　　1．3．3　统计分析：采用SPSS 11.0统计软件对各组试验载荷数据进行统计分析，采用配对t检验，以P＜0.05为差异显著的检验标准(a=0.05)。
　　
　　2　结果
　　
　　2．1　大体观察：术中及术后动物无死亡，伤口无红肿、渗液等炎性反应现象，伤口Ⅰ期愈合。动物处死后切开观察，所有小型钛板无松动，金属固位钉及接骨螺钉无脱落。对照组骨折处骨质隆起形成连续的表面骨痂，骨折线清晰可见，无炎性增生。实验组大体观察情况与对照组类似但骨痂形成较对照组少，骨折线较对照组模糊。X线观察实验组与对照组骨折线清晰可见表1。
　　
　　2．2 三点弯曲试验及固位钉拔出试验结果：三点弯曲试验中，实验组及对照组均在加载荷后出现稳定上升的载荷一位移曲线，表明被坚固内固定器械固定的犬下颌骨确实接受了试验机压头的加载。随着加载的进行在上升的载荷一位移曲线中出现了中断台阶，此时下颌骨骨折线处出现了断裂，坚固内固定被破坏。固位钉拔出试验中，随载荷的增加出现载荷―位移曲线，当固位钉被拔出时曲线呈现最高点随后下降，试验数据。金属接骨螺钉及固位钉拔出后实验组钻孔处边缘半径2mm皮质骨表面出现骨折现象，但钻孔内壁较为光滑。对照组拔出后钻孔处边缘半径4mm皮质骨表面出现骨折现象且皮质骨破坏较实验组深。各组数据经统计分析，实验组侧向、垂直向最大载荷及固位钉拔出力分别为对照组的128.75％、148.65％、133.96％。实验组和对照组间存在统计学差异(P＜0.05)。实验组各项数据优于对照组。
　　
　　3　讨论
　　
　　骨折时由于骨的主应力轨迹线中断，骨的抵抗和承载功能被破坏。采用坚固内固定技术的目的就是以固定结构代替中断了的骨抗力结构。它通过在骨折部位加接骨板并用螺钉固定在骨折线两端，通过骨块间压力诱导骨生长且使骨断端得到稳定促使骨折愈合。原有骨折愈合概念是在骨折端未 能准确解剖复位及有效维持稳定的基础上，以II期愈合的模式，从X线片及组织学形态变化进行描述的。愈合分为血肿机化、骨痂形成、塑形等三个阶段。通过膜内化骨，软骨内成骨，哈弗氏系统骨内膜造等形式完成。
　　刘彦普等进行了加压内固定状态下的骨愈合研究后发现。骨折解剖复位后，适当地加压骨断端不仅可增加断面的接触面积，辅之以接骨板的强度，能有效地维持骨折端稳定且及早地发挥颌骨功能。还可使骨折间隙缩小密合并产生相当的生理压应力，促进骨折的Ⅰ期愈合。这种愈合是以哈弗氏系统骨内膜造的方法进行：即破骨细胞开路，血管长入，吸收坏死组织的同时，成骨细胞长入，以新板层骨直接取代坏死组织。达到皮质对皮质、髓质对髓质骨问的直接骨愈合。这种Ⅰ期愈合方式，正如软组织的Ⅰ期愈合一样，具有愈合周期短、并发症少、形成外骨痂较少等特点。虽然加压坚固内固定术可以使骨折更快的愈合，但是其技术操作复杂且适应证不如小型钛板广泛。
　　champy基于下颌骨外层皮质的解剖厚度(约3～5mm)和生物力学原则及固定器的机械性能，详细阐述了颌骨骨折接骨板放置的理想部位，并发展了小型接骨板系统。Champy同时认为，用小型接骨板固定骨折并不要求绝对稳定，允许有肉眼不能分辨的微动，固定只是为了中和张力，而允许功能性压应力传导。从生物力学角度讲，它是一种稳定并具有弹性的动力性固定。因其相对坚强内固定有肉眼不能分辨的微动，从生理上可以刺激骨折区域成骨细胞生长，避免张力屏障作用，促进骨折的愈合。该接骨板能放置在颌骨张力区附近，并且易于弯曲，适合下颌骨的不同曲度。能在有效抵抗张力区扭力的同时，在下颌缘产生一定的压应力。所以坚固内固定的理论并不是绝对的固定。其固定效果的判断标准应以骨折的愈合速度及强度来衡量。
　　坚固内固定器械固位原理：对照组所用坚固内固定器械为临床治疗下颌骨骨折常用器械，主要通过螺钉上螺纹与骨之问的剪切摩擦力固位。并通过这种固位对小型接骨板施加压力使其紧密贴合于骨面，从而达到固定骨折两端并促进骨折愈合的目的。影响骨一钉界面强度的因素包括：骨密度、螺钉几何形状(粗细及螺纹外型)、螺钉固定长度、螺钉固定技术。针对这些方面的改进由于受到各种各样的条件限制，因而对提高传统螺钉固定强度作用有限。实验组为一种全新设计的坚固内固定器械，因为在钉长度等影响固位力的因素上已不可能无限的提高，所以该器械在规格与对照组相同情况下采用全新的固位方法及原理。主要体现在金属固位钉的固定技术上。实验组基本固定原理是固位钉的末端膨大技术，即固位钉末端在皮质骨内侧或骨质的深面膨胀以达到坚固内固定的目的。为下颌骨骨折区域创造一个三维稳定性的愈合环境，促进骨折愈合。其操作时，首先将芯体置于钻孔内，然后以特殊设计的装置(拉钉钳)将芯体中的芯向外拉出，借助固位钉的末端膨胀达到坚固内固定的目的。其固位力不是依靠螺纹所产生的剪切摩擦力，而是依靠机械铆合力将小型钛板固定于骨面。该坚固内固定器械的优点是操作方便简单，完全不同于以往的螺纹钉式设计，在手术中可以大大缩短时间。而且应用于同样条件的下颌骨骨折，可以避免固定钉旋入后对钉道的扩大再损伤，固定效果可靠，适应范围较广。
　　在对犬下颌骨骨折的坚固内固定治疗中，大体观察发现实验组较对照组骨折线处所形成的骨痂为少，骨折线更模糊。因为血运和稳定性对早期骨愈合影响较大，血运差和二维不稳定将使骨愈合延迟、缺血和三维不稳定将导致骨不愈合。微动刺激所产生的外骨痂实际上是对坚固内固定稳定性不足的一种生物补偿。提示实验组较对照组在坚固内固定术后可以提供给下颌骨更好的三维稳定性，这种稳定性更有利于骨折的愈合。通过三点弯曲试验，试验组下颌骨骨折线处较对照组能够承受更大的载荷，提示膨胀蕊体型坚固内固定器械使用于犬下颌骨后使其骨折愈合更为牢固。
　　坚固内固定的稳定性及有效性则取决于接骨螺钉的固位性能。在固位钉、螺钉的拔出试验中，采用机械铆合固位原理的实验组固位钉在最大拔出力上明显高于对照组螺钉，说明实验组固位方式比对照组更为有效且更加牢固，当固位钉被拔出后对钉道造成的损伤也较对照组轻。这种情况也与实验组所选用的固位方式有关，避免了在固定术受外力破坏造成固位钉脱落时对下颌骨造成更大的二次损伤。人体骨骼属于粘弹性材料，研究其生物力学特性必须考虑应变率(加载速度)的影响。在不同的加载速度下骨的极限强度是不一样的，加载速度越大，强度越小。实验中以2mm/min恒定速率加载拔出力，以消除加载速度对结果的影响。当压力小于某个极限时则安全，大于这个极限就可能产生很大的变形以至破坏，这就是所谓材料的极限强度。
　　因犬是颌骨骨折的理想模型动物，所以生物力学的试验结果对膨胀蕊体型坚固内固定器械的临床应用具有一定的指导意义。通过试验可以得出结论，坚固内固定术是治疗下颌骨骨折的一种有效方法，膨胀蕊体型坚固内固定器械较临床常用器械具有更好的固定效果。