可调式髌骨爪治疗髌骨骨折的生物力学分析

　　卫杰 樊文中 代亮

　　湖北中医药大学 湖北省武汉市 330032

　　【摘　要】目的：通过与常用的张力带内固定治疗髌骨骨折对比，结合髌骨骨折的生物力学特点，来分析可调式髌骨爪治疗髌骨骨折的理论依据。方法：32例髌骨骨折的病患全部使用髌前直切口切开复位可调式髌骨爪内固定术。通过与克氏针张力带内固定治疗髌骨骨折的生物力学特点进行比较。结果：随访8-16个月，术后6-11周所有骨折均获得临床骨性愈合。结论：髌骨爪内固定治疗髌骨骨折顺应生物力学，具有向心性内聚力，保持髌骨的完整性及膝关节的稳定性，降低并发症的发生，提高了治疗的优良率。

　　【关键词】髌骨爪；生物力学；张力带。

　　髌骨骨折是临床上常见的关节内骨折，对髌骨骨折的治疗，Kumar[1]提出的髌骨骨折的治疗原则是：①骨折复位要求尽量达到解剖复位②骨折的内固定可靠，达到骨性愈合③重视膝关节连续性的重建④恢复膝关节完整的生理运动功能。目前髌骨骨折的治疗方式以手术治疗为主，内固定方式产生的疗效不一，经典的克氏针张力带内固定一定程度上存在不足[2]。通过与常用的克氏针张力带内固定治疗髌骨骨折的生物力学比较，结合髌骨骨折的生物力学特点，来分析可调式髌骨爪治疗髌骨骨折的生物力学依据。

　　1 资料与方法

　　1.1 一般资料

　　本组患者来源于湖北省中医院2012年1月到2013年5月收治的32例以“髌骨骨折”为主要诊断入院的患者。其中男性14例，女性18例，均为新鲜闭合骨折，伤后30分钟到24小时入院。跌倒伤15，车祸伤等27例；右侧13例，左侧19例，均为闭合性骨折；横行骨折12例，粉碎性骨折20例。

　　1.2 手术方法

　　一般采用连续硬膜外麻醉，患者仰卧位，待麻醉满意后，常规消毒铺巾，采用患膝髌前正中切口，显露髌骨及周围软组织，显露骨折断端，探查关节囊及关节腔，清除骨折断端及关节囊的积血及周边游离的细小骨折块，仔细辨别细小骨折块与周边的关系，用生理盐水反复冲洗关节腔，在直视下将小骨折块复位，用巾钳或克氏针临时固定，检查髌腱扩张部以探查髌骨关节面的平整性；修复髌前腱膜，骨折复位后根据髌骨的实际大小来选择合适的髌骨爪。分别在髌骨上极股四头肌腱和下级髌韧带上预置入5个爪的部位用尖刀纵行切至骨质。髌骨爪的上三支和下两支分别紧贴着髌骨的上下极刺入股四头肌腱和髌腱，再用加压钳夹持上下两爪的可调部分，使髌骨爪与髌骨间更加紧密嵌合，最后用两枚螺钉锁定髌骨爪。术中C臂下透视见复位及内固定物放置位置满意后，冲洗关节腔，彻底止血，依次缝合伤口。

　　1.3 术后处理

　　术后24小时开始练习踝关节屈伸，术后48小时可行股四头肌等长收缩，术后3天摄膝关节正侧位及斜位片复查，出院后定期复查膝关节正侧位及斜位片直至骨折愈合。对于粉碎严重的髌骨骨折患者术后长腿石膏托固定2~3周，相应的锻炼方式延迟2到3周。

　　2 结果

　　32例患者手术时间为45~75min，平均为57min。术中透视及术后复查X线显示复位满意，髌骨关节面移位均小于2mm。术后3天均在医师指导下进行股四头肌等长收缩练习。术后抗生素应用2天，术后5天出院，门诊换药观察，术后两周拆线见伤口对合良好，未见伤口感染及不愈合。所有患者均获随访，随访时间为8-16个月，平均12个月，X线片复查连续观察，所有病例均达到骨性愈合，愈合时间为6-11周，平均为9周。术后远期疗效按陆裕朴膝关节功能评定标准评定，32例患者中：优22例，良8例，可2例。优良率为93.75%。

　　3 讨论

　　3.1 髌骨的作用

　　髌骨是人体骨骼中最大的籽骨，其主要三大功能是传导、稳定、保护膝关节[4]。髌骨作为伸膝装置的中间部分，能增强股四头肌的作用力，从而股四头肌的作用力矩增大，其机械效应相应增强，增加髌骨与股骨之间的接触面，使挤压应力的分布更广。

　　3.2 髌骨骨折的损伤机制

　　髌骨位置表浅，是连接股四头肌和髌韧带的骨性桥梁，在髌骨之上只有皮肤、皮下组织及髌前滑囊覆盖，易受到外力作用而发生骨折。横断及粉碎型骨折最为常见横断者包括斜形，约占2/3，间接暴力是这种类型骨折的受伤机制，屈膝30°时，髌骨下1/3部一条状横行关节面接触股骨髁，随着膝关节屈曲度增加，接触面逐渐上移，屈曲角度的逐渐增大髌股关节间所承受的压力增加。股四头肌强力收缩时，髌骨条状横行关节面的支点发生横断骨折。若骨折块分离程度越大，则股四头肌腱在髌骨两侧的扩张部撕裂更加广泛及严重。髌骨横行骨折后若再跌倒，下骨折块接触地面造成粉碎骨折块，髌骨的骨折线基本为横行，仍属于横行骨折。粉碎骨折包含星行骨折，约占1/3，主要为直接暴力，这类骨折的上下极往往分离不严重，股四头肌的两侧扩张部一般破坏不大，膝前损伤，或者是开放骨折。

　　3.3 髌骨骨折的生物力学特点

　　根据华筑信等研究的髌骨生物力学分析，在膝关节屈曲10°-110°范围内，髌骨中后方受到股骨髁阻挡，发生向后的压应力，前方引起张应力，前方最外侧的张应力最大，杠杆作用最大。屈曲膝关节过程中，股四头肌腱与髌腱分别产生一个剪切力a和b，剪切力a可分解为沿髌骨纵轴向上的分力a2，垂直髌骨额状面向后的水平分力a1，以及垂直于矢状面的向外侧的水平分力a3；剪切力b可分解为沿髌骨纵轴向下的分力b1、垂直髌骨额状面向后的水平分力b2及垂直髌骨矢状面向外侧的水平分力b3。

　　A2与B2两分力相对于骨折断端产生挤压作用，对于张力带而言，其两端钢丝在拧紧的动态过程中不断地将髌骨最外侧的张应力转化为压应力，对骨折端进行加压；而可调式髌骨爪随着髌骨爪腰部螺钉的不断拧紧，两分力逐渐增大，骨折端之间的压力（内聚力）也逐渐增加，骨折端之间的间隙不断减小，骨折端之间固定就越牢靠；A1与B1两分力产生的压应力与张应力的代数和约等于零，对骨折端总压力不产生影响，其作用的结果是使骨折端前方髌骨爪施加的压力总大于后方。

　　3.3 髌骨骨折的内固定方式比较

　　克氏针张力带内固定将髌骨断端紧密固定在一起，以髌股关节的运动特点为依据设计，符合髌骨的生物力学要求，将髌骨最外侧的张应力转化为压应力，从而减少骨折块的分离移位，其固定稳定，利于膝关节的功能恢复而得到广泛的应用。但仍存在①针尾刺激局部软组织引起炎症反应，剧烈活动易导致克氏针松脱等并发症②较为严重的粉碎性及边缘骨折，尤其髌骨下极粉碎性骨折，克氏针张力带固定不牢靠③对操作要求高，若张力带的两针不能保持平行，则钢丝固定的稳定程度差，易产生侧方移位。对于粉碎性骨折，克氏针张力带丝在穿孔时技术要求较高，应力集中钢丝，易造成再骨折④在愈合过程中会形成钢丝下韧带坏死或吸收，导致钢丝松驰，固定失败。

　　髌骨爪内固定符合髌骨、髌股关节的生物力学特点，其纵向产生压应力，可以抵消因股四头肌收缩或膝关节屈曲的张应力，利于骨折的愈合。对髌骨形成环扎作用，加强骨折块之间的内聚。对于粉碎性的髌骨骨折，可调式髌骨爪有着独特的优势并取得了良好的效果，从而避免了切除髌骨带来的各种后果，保留了膝关节动力系统的完整性，符合Heppenstall提出的髌骨骨折的治疗原则。

　　4 结论

　　通过与经典克氏针张力带治疗髌骨骨折的生物力学比较，笔者认为髌骨爪的优势在于最大限度保护髌骨的软骨面，并将复杂的粉碎骨折变成相对简单的2部分或3部分骨折。根据骨折块的分布情况，纵向或横向安置髌骨爪，从5个方向产生向心性凝聚加压，保证了骨折块间的稳定性，促进其愈合，并且减少对软组织血运的破坏。该法顺应髌骨生物力学特点，具有向心性内聚力，坚强固定骨折块，既能对抗上下张力，也能对抗内外张力。它能保持髌骨的完整性及膝关节的稳定性，因此降低并发症的发生，大大提高了疗效。

　　参考文献

　　[1]Kose KC，Kure I Maralcan G.Comparison of a technique using s new percutaneous osteosynthesis device with conventional open surgery for displaced patella fractures[J].J ort hopedics，2010，33(5)：1123-1125.

　　[2] 修玉才，任先军，髌骨骨折空心拉力螺钉组合张力带固定的生物力学[J].中国矫形外科杂志，2001：4(8)第四期，381-383.

　　[3]陆裕朴，徐来堂.部分切除术治疗髌骨横断及一端粉碎性骨折的远期疗效[J].中华骨科杂志，1985，5(5)：280-281.