胫骨内侧平台塌陷骨折对膝关节接触应力的影响

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目的:胫骨平台骨折是一种复杂的关节内骨折,往往源于高能量损伤。胫骨近端关节骨折的治疗目的是恢复关节的外形轮廓、轴向对线、稳定性及其活动功能等。关节面骨折术后关节功能恢复程度与骨折复位的精确程度相关。大多数学者指出,对于移位型骨折而言,影响其长期效果及治疗方法选择的最主要的因素是骨折移位和压缩的程度。目前可接受的关节移位程度仍存在争议。胫骨平台骨折是典型的关节内骨折,并常常合并韧带、半月板以及神经的损伤。胫骨平台骨折通常被划分为两大类,简单胫骨平台骨折和复杂胫骨平台骨折,不同的骨折类型及处理方式使得并发症和预后有所不同。大多数胫骨平台骨折是由轴向压缩,伴膝关节的内翻和间接的剪切力所导致。力的大小、方向、作用点和受伤时膝关节的位置等因素决定了骨折的类型。正常胫骨平台负重时,内外侧平台受力基本相同,行走时内侧较外侧受力更多,当平台表面发生塌陷时导致单位面积上的压力增加,此压力超过关节软骨再生能力时,即产生创伤性骨关节炎。除了少数SchatzkerⅠ型和Ⅱ型无移位和移位较少的骨折外,大部分胫骨平台骨折都需要手术治疗,以达到良好的复位。   本实验研究在膝关节伸直0°位置时,应用压敏片技术,通过生物力学实验和统计分析来评价胫骨内侧平台不同塌陷高度对膝关节接触应力的影响,指导临床适应症的选择。   方法:选取8具成人防腐膝关节标本,均为男性,平均年龄65.5岁(58-77岁),实验前经X线检查排除骨折、肿瘤和畸形。在距膝关节线上下18cm处分别离断股骨和胫骨,注意使截面与关节面平行,去除膝关节周围的皮肤、皮下脂肪和肌肉、去除髌骨及前方关节囊,保留侧方和后方关节囊、内外侧副韧带和前后交叉韧带。用游标卡尺测量,取胫骨髁间棘内侧缘至胫骨内侧平台内侧缘中点,沿矢状面用钢锯锯开,将锯下的内侧平台每次向远端移动1mm,并用2枚6.5mm松质骨螺钉固定,形成内侧平台内侧1/2分别塌陷0、1、2、3mm的胫骨内侧平台骨折塌陷模型。将标本固定在生物力学机上,保持膝关节屈曲0°,外翻5°位置,先给予400-500N的轴向牵张力,增加膝关节的间隙,又不破坏关节囊、侧副韧带及交叉韧带等组织,将包裹密封好的内外侧平台压敏片从前向后置入关节间隙、半月板的下方。卸载牵张力后以40N/s的速度轴向加压至700N,在峰值位置保持5s,然后卸载,每个模型重复两次。分别在胫骨内侧平台内侧1/2塌陷0、1、2、3mm时,得到压敏片着色压迹,用FPD305E密度仪读取压迹区密度值(在压迹区均匀读取9个点),将实验中的温度和相对湿度输入FPD306E压力转换器,自动转换后得到应力值,计算出平均接触压力,得出膝关节主要负重区域的接触应力的变化。实验数据结果应用SPSS13.0软件进行统计分析(P≤0.05有显著统计学意义)。   结果:根据测量结果计算骨折塌陷不同高度时胫骨关节面的平均接触应力,实验数据用单因素方差进行统计学分析。测得胫骨内侧平台塌陷0mm、1mm、2mm、3mm时外侧平台平均接触应力分别为:3.34±0.06MPa、3.48±0.06MPa、4.19±0.06MPa、4.19±0.04MPa,内侧平台平均接触应力分别为:4.04±0.17MPa、4.57±0.20MPa、5.64±0.20MPa、5.64±0.19MPa;数据均符合正态性检验和方差齐性检验,然后进行单因素方差分析,当胫骨内侧平台塌陷1mm时,外侧平台的接触应力与塌陷0mm相比增加了4.2%(P>0.05),差异无统计学意义,塌陷2mm时,外侧平台的接触应力与塌陷0mm相比增加了25.4%(P<0.05),差异有统计学意义,塌陷3mm时,外侧平台的接触应力与塌陷0mm相比增加了25.4%(P<0.05),差异有统计学意义;当胫骨内侧平台塌陷1mm时,内侧平台的接触应力与塌陷0mm相比增加了13.1%(P>0.05),差异无统计学意义,塌陷2mm时,内侧平台的接触应力与塌陷0mm相比增加了39.6%(P<0.05),差异有统计学意义,塌陷3mm时,内侧平台的接触应力与塌陷0mm相比增加了39.9%(P<0.05),差异有统计学意义。   结论:研究结果表明胫骨内侧平台塌陷骨折改变了膝关节内外侧间隙的接触应力,随着塌陷高度的增加,使得内外侧间隙接触应力均有增加,塌陷2mm时,接触应力的增加有显著差异,所以在治疗胫骨内侧平台骨折时,如果胫骨内侧平台骨折塌陷≥2mm时,应给予复位内固定,防止继发性创伤性关节炎的发生,如果胫骨内侧平台骨折塌陷<2mm时,可考虑保守治疗。
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