双固定锚钉的生物力学特点及在复发性肩关节前脱位伴重度骨缺损中的应用

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.35.009

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

双固定锚钉：指具有高低双重螺纹的非常小的锚钉，尾端带有2-4根缝线，将缝线固定于骨中，并通过缝线将软组织与骨重新连接，具有良好的生物力学特点。双固定锚钉的使用避免了缝线与骨道长期摩擦而发生断裂的危险。

复发性肩关节前脱位：是创伤所致初次肩关节前脱位后盂唇下盂肱韧带复合体的功能缺失，反复脱位所致盂肱关节静力稳定性降低、盂肱关节的接触面积减少；常伴有肩胛盂前方骨缺损及肱骨头后方压缩性骨折。

摘要

背景：肩关节前脱位主要是由于外伤引起的前方盂唇关节囊韧带复合体功能缺失。目前临床一线主要采用保守方法治疗，但是长期疗效欠佳，难以达到预期的效果。

目的：探讨双固定锚钉的生物力学特点及在复发性肩关节前脱位伴重度骨缺损中的应用效果。

方法：复发性肩关节前脱位伴重度骨缺损患者88例，根据治疗措施分为保守治疗组和双固定锚钉组，每组44例。利用日本AG-ISOKN材料拉力试验机测定双固定锚钉生物力学性能。保守治疗组采用闭合手法复位治疗，双固定锚钉组则采用双固定锚钉置入内固定治疗，对比2组修复效果。

结果与结论：①生物力学参数：双固定锚钉弯曲实验中极限强度为(3 534±321) N，极限位移为(21.12±2.50) mm，屈服载荷为(2 342±154) N，屈服移位为(13.10±53) mm；最大轴向拔出力为(809±25.2) N；最大旋出力矩为(1.2±0.3) N•m；②临床试验结果：双固定锚钉组治疗总有效率为96%，高于保守治疗组的86%(P < 0.05)；双固定锚钉组治疗后末次随访前屈上举活动度、肩关节稳定性评分均显著大于保守治疗组(P < 0.05)，治疗后体侧外旋活动度显著小于保守治疗组(P < 0.05)；双固定锚钉组并发症发生率为11%，低于保守治疗组的25%(P < 0.05)；③结果提示，双固定锚钉具备良好的生物力学特点，将其用于复发性肩关节前脱位伴重度骨缺损修复效果理想，可改善肩关节功能及活动度，并发症发生率低，更加有利于肩关节重建。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

ORCID: 0000-0002-0325-1476(吴术红)

关键词: 骨科植入物, 骨植入物, 双固定锚钉, 生物力学, 复发性肩关节前脱位, 重度骨缺损, 闭合手法复位, 外旋活动度

Abstract:

BACKGROUND: Anterior dislocation of the shoulder joint is mainly due to trauma caused by anterior labral capsular ligaments complex functional deficiency. At present, the main clinical use is conservative treatment, but the long-term effect is poor, and cannot achieve the desired results.

OBJECTIVE: To study the biomechanical characteristics of dual fixed anchors and their effects in recurrent anterior dislocation of the shoulder with severe bone defect.

METHODS: According to the treatment, 88 patients with recurrent anterior dislocation of the shoulder with severe bone defect were divided into conservative treatment group (n=44) and dual fixed anchor group (n=44). Japan AG-ISOKN material tensile tester was used to measure biomechanical properties of dual fixed anchors. Conservative treatment group received closed manipulative reduction. Dual fixed anchor group received dual fixed anchor fixation. The repair effects were compared between the two groups.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) Biomechanical parameters: in dual fixed anchor bending test, limit strength was (3 534±321) N; limit displacement was (21.12±2.50) mm; the yield load was (2 342±154) N; yield shift was (13.10±53) mm. Maximum axial pullout force was (809±25.2) N. The maximum spin torque was (1.2±0.3) N•m. (2) Clinical test results: Total effective rate was 96% in the dual fixed anchor group and 86% in the conservative treatment group (P < 0.05). Ranges of motion of anteflexion and lift and shoulder joint stability score were significantly higher in the dual fixed anchor group than in the conservative treatment group during final follow-up (P < 0.05). Range of external rotation motion was significantly smaller in the dual fixed anchor group than in the conservative treatment group (P < 0.05). The complication rate was lower in the dual fixed anchor group (11%) than in the conservative treatment group (25%) (P < 0.05). (3) Results verified that dual fixed anchors have good biomechanical characteristics, may have ideal repair effect in the treatment of recurrent anterior dislocation of the shoulder with severe bone defect, and can improve functions and activities of the shoulder joint. The low complication rate is more conducive to shoulder reconstruction.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Anatomy, Biomechanics, Shoulder Dislocation, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

吴术红. 双固定锚钉的生物力学特点及在复发性肩关节前脱位伴重度骨缺损中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(35): 5231-5236.

Wu Shu-hong. Dual fixed anchor biomechanics and application in front of recurrent shoulder dislocation with severe bone defects[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2016, 20(35): 5231-5236.

图/表（结果） 2

2.1 参与者数量分析 按意向性处理，纳入复发性肩关节前脱位伴重度骨缺损患者88例，分为2组，全部进入结果分析，无脱落。随访6-12个月。分组流程图见图1。

2.3 生物力学实验结果 ①双固定锚钉弯曲实验：极限强度为(3 534±321) N，极限位移为(21.12±2.50) mm，屈服载荷为(2 342±154) N，屈服移位为(13.10±53) mm；②最大轴向拔出力实验：双固定锚钉最大轴向拔出力为(809±25.2) N；③最大旋出力矩实验：双固定锚钉最大旋出力矩为(1.2±0.3) N•m。

2.4 两组患者临床疗效比较 双固定锚钉组治疗总有效率为96%，显著高于保守治疗组的86%(P < 0.05)，见表2。

从图2可以看出，双固定锚钉组治疗总有效率显著高于保守治疗组(P < 0.05)。

2.5 两组患者肩关节活动度比较 2组患者治疗前前屈上举、体侧外旋活动度差异均无显著性意义(P>0.05)。双固定锚钉组治疗后末次随访前屈上举活动度显著大于保守治疗组(P < 0.05)；体侧外旋活动度显著小于保守治疗组(P < 0.05)，见表3。

从图3可以看出，双固定锚钉组治疗后能有效改善患者前屈上举以及体侧外旋功能，优于保守治疗组 (P < 0.05)。

2.6 两组患者治疗后肩关节稳定性评分比较 双固定锚钉组术后肩关节稳定性评分如疼痛、活动范围、活动水平及总分，均显著高于保守治疗组(P < 0.05)，见表4。

2.7 两组患者并发症发生率比较 双固定锚钉组治疗后并发症发生率为11%，显著低于保守治疗组的25% (P < 0.05)，见表5。

2.8 典型病例 男性患者，23岁，战士，训练过程中由于肩关节长期脱位入院，治疗前X射线片确诊为肩关节前脱位伴重度骨缺损，患者经过双固定锚钉置入内固定修复后痊愈出院，见图4。

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引言

研究数据显示，肩关节脱位发生率占全关节脱位的50%，在机体中发生率占2%-8%，多数患者为前脱位^[1]。传统医学认为，初次脱位复位后并未能将肩关节进行固定容易造成患者治疗后三至四周二次脱位^[2-3]。但是部分学者认为其他因素更加重要，复发性前关节脱位在一定程度上与第一次脱位的位置、脱位时的年龄关系密切。文献报道显示，肩关节脱位患者< 20岁时复发率达到95%，20-30岁复发率达到79%，30-40岁复发率为50%^[4-5]。目前，临床一线主要采用保守方法治疗复发性肩关节前脱位伴重度骨缺损，该方案能有效改善患者关节功能，减轻患者痛苦。但是长期疗效欠佳，预后较差，难以达到预期的治疗效果，影响肩关节功能恢复^[6-7]。

锚钉是常用的复发性肩关节前脱位伴重度骨缺损的固定方法，能为机体提供足够的抗拉强度。第1代带线骨锚被称之为statak骨锚，由Marlowe Goble设计，金属材料的缝合锚钉最先被运用于肩关节镜手术中，它具备良好的把持力、容易置入并且方便影像学检查^[8-9]。随着锚钉材料的不断发展、改进，带线锚钉得到进一步发展，并且在骨盆、脊柱等疾病中均有运用^[10-11]。相关研究显示，采用高低双重螺纹锚钉置入机体后能够发挥其双重挤压作用^[12-13]。但是对于双固定锚钉的生物学特点及将其运用于复发性肩关节前脱位伴重度骨缺损中尚缺乏报道^[14-15]。

文章选择2014年1月至2016年1年遵义医学院附属医院关节外科诊治的复发性肩关节前脱位伴重度骨缺损患者88例，探讨双固定锚钉的生物力学特点及在复发性肩关节前脱位伴重度骨缺损中的应用效应。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计 对比观察试验。

1.2 时间及地点 于2014年1月至2016年1年在遵义医学院附属医院关节外科完成。

1.3 材料 采用Twinfix双固定锚钉(smith-nephew)，并且在锚钉体部铸入5号聚酯缝合线的柔软线环，增加锚钉的强度，使得锚钉置入后不受锚钉角度或旋转的影响，减少了缝合线的磨损。

关节镜属于是一种观察关节内部结构直径为4 mm的棒状光学器械。关节镜在一根细管的端部装有一个透镜，通过细胞能了解关节内部结构情况。

1.4 对象 选择2014年1月至2016年1年遵义医学院附属医院关节外科收治的88例复发性肩关节前脱位伴重度骨缺损患者资料进行分析，根据治疗措施分为保守治疗组和双固定锚钉组，每组44例。患者治疗前均摄肩关节正位、肩胛骨侧位X射线片，并对患侧关节进行三维CT检测。

纳入标准：①符合复发性肩关节脱位伴重度骨缺损临床诊断标准，且入院后存在不同程度的疼痛、骨缺损；②均为单侧发病；③患者及家属对治疗方案等知情同意，且试验方案经医院伦理会批准^[16-17]。

排除标准：①合并血管神经等相关严重并发症者；②患侧肩部关节合并类风湿性关节炎以及重度骨关节炎改变者^[18-19]。

1.5 方法

1.5.1 双固定锚钉生物力学性能测定 ①弯曲实验：取10个双固定锚钉将其放置在材料机上进行三点弯曲实验。将双固定锚钉放置在自制的夹具上，对双固定锚钉根部开始施加垂直压力，直到螺钉弯曲，记录螺钉弯曲时的最大载荷^[20-21]；②最大轴向拔出力实验：取双固定锚钉将其放在材料机上进行最大轴向拔出力实验。采用自制夹具固定在材料上，待固定后沿着双固定锚钉方向以10 mm/min速度进行加载，待双固定锚钉破坏后停止，记录破坏时的最大轴向拔出力^[22-23]；③最大旋出力矩实验：取双固定锚钉放置在你材料机上，采用自制夹具进行固定，采用240(º)/min角度进行旋出，待双固定锚钉失效后，记录最大旋出力矩^[24-25]。

1.5.2 治疗方法 ①保守治疗组：采用闭合手法复位治疗，麻醉后让患者保持仰卧姿势，医师站在患侧，双手用力扶住患者腕部，将自己的脚放置在腋窝处，使得肩部行旋外展位并向下牵引手臂，缓慢用力。然后内旋，直至肱骨头还纳；②双固定锚钉组：在关节镜下行双固定锚钉置入内固定治疗，患者行全身麻醉，患者保持健侧卧姿势，将关节镜置入主力观察通道中，从肩胛颈上松解盂唇盂肱下韧带复合体直至6点钟方向，选择三至四枚直径为2.8 mm的金属缝合锚钉进行固定。在后方通道套管旁做一个小切口，并将锚钉置入骨缺损部位，插入软组织穿刺器，选择关节囊内口旁位置插入，穿过肩胛下肌腱，将肩胛下肌腱固定于肱骨头后方骨缺损处^[26-27]。

术后均采用石膏进行固定，患者治疗后根据恢复情况进行静态肌锻炼，并选择相应的功能锻炼^[28]。

1.6 主要观察指标 ①对比2组患者临床疗效：显效为症状消失，肩关节功能恢复正常，未影响正常生活；好转为症状得到改善，肩关节功能有所恢复，需要家属协助生活；无效为肩关节功能变化不明显或无法正常生活；②对比2组患者治疗后肩关节活动度；③对比2组患者治疗后肩关节稳定性评分，评分包括疼痛、活动范围、活动水平及总分等，总分8分，得分越高，稳定性越好；④对比2组患者并发症发生率。

1.7 统计学分析 数据采用SPSS 18.0进行统计学处理，计数资料行χ²检验，采用n/%表示；计量资料行t 检验，采用x(_)±s表示，P < 0.05提示差异有显著性意义。

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讨论

从人体解剖学角度来说，肩关节主要由肱骨头、肩胛骨关节盂组成，且肱骨头大、肩胛盂相对较浅^[29-30]，当患者肩关节活动幅度较大、外伤时，增加了脱位发生率，且多数患者为肩关节前脱位，前关节脱位相对较少，患者脱位后伴有不同程度的骨缺损^[31]。数据报道显示，肩关节脱位占全部关节脱位的50%，其中肩关节前脱位占全部关节脱位的85%。国外相关学者研究显示，所有肩关节脱位病例患者中，96%为创伤性关节脱位，其余4%为非创伤性的。最常见的病理改变是盂唇与关节囊韧带复合体自关节盂下缘的撕脱，通常被称为Bankart损伤。创伤性复发性肩关节脱位主要由严重的外伤暴力引起，常规伴有关节囊、韧带及盂唇的撕脱，部分患者伴有肩袖损伤、肱骨头骨折等。

闭合手法复位是治疗复发性肩关节前脱位的主要方法，能改善患者症状，但是长期疗效欠佳，并发症发生率较高，难以达到预期的治疗效果^[32]。锚钉是临床上使用较多的固定方法，且随着锚钉材料、技术的飞速发展，带线锚钉得到进一步改进改善，在关节外科以及手外科韧带修复治疗中广泛应用。文章中采用高、低双重螺纹钉进行设计，该螺钉能够对骨组织进行双重挤压，实验结果显示：①双固定锚钉弯曲实验：极限强度为(3 534±321) N、极限位移为(21.12±2.50) mm、屈服载荷为(2 342±154) N、屈服移位为(13.10±53) mm；②最大轴向拔出力实验：双固定锚钉最大轴向拔出力为(809±25.2) N；③最大旋出力矩实验：双固定锚钉最大旋出力矩为(1.2±0.3) N•m。

双固定锚钉和其他固定方法相比优势较多，具备良好的生物力学特点，在保证疗效的前提下还具备以下优点：①双固定锚钉治疗时双股缝线与韧带断端打结后不会引起松动，能有效提高患者的修复效果。文章中双固定锚钉组治疗疗效率为96%，显著高于保守治疗组的86%(P < 0.05)；②双固定锚钉使用时操作相对比较简单，能有效的缩短手术时间，并且治疗时不需要进行钻孔，对机体的损伤更小，可以提高患者肩关节早期恢复。文章中2组患者治疗前前屈上举、体侧外旋活动度差异无显著性意义(P > 0.05)；双固定锚钉组治疗后前屈上举活动度显著大于保守治疗组(P < 0.05)；双固定锚钉组治疗后体侧外旋活动度显著小于保守治疗组(P < 0.05)；③双固定锚钉的使用可降低患者治疗后并发症发生率。同时，患者治疗过程中使用关节镜能够提高手术视野，提高手术质量，减少复发的可能性，从而达到治愈的目的。文章中双固定锚钉组术后肩关节稳定性评分，如疼痛、活动范围、活动水平及总分，显著高于保守治疗组(P < 0.05)。此外，治疗后能够根据患者恢复情况加强患者功能锻炼，促进肩部关节早期恢复，降低肩关节前脱位发生率。文章中双固定锚钉组治疗后并发症发生率为11%，显著低于保守治疗组的25%(P < 0.05)。但是临床上对于采用双固定锚钉修复效果不理想者，则可以联合其他方法治疗，发挥不同治疗方案的优势，达到优势互补，提高临床治愈率，促进机体早期恢复。

综上所述，双固定锚钉具备良好的生物力学特点，将双固定锚钉运用于复发性肩关节前脱位伴重度骨缺损效果理想，能改善机体肩关节功能及活动度，并发症发生率低，更加有利于肩关节重建，具有较高的临床应用价值。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程