引用本文： 張桂彬, 柳立軍, 宋永彬, 周韶輝, 李國雷. 兩種肋骨固定方式的三點彎曲試驗研究. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2014, 21(5): 658-662. doi: 10.7507/1007-4848.20140191 復制
近年來隨著工礦、建筑及交通事業的快速發展，連枷胸患者顯著增多。連枷胸是一種嚴重胸部外傷，引起胸壁浮動，常伴有肺挫傷，引起呼吸窘迫及循環衰竭。盡快消除反常呼吸，糾正呼吸與循環功能紊亂是救治連枷胸的關鍵[1]。目前多數學者傾向于手術內固定糾正連枷胸[2-3]。隨著胸腔鏡技術及內固定器械的快速發展，微創理念的普及，能否利用胸腔鏡進行肋骨骨折內固定成為學者探討的焦點。本試驗分別通過新式“鈦夾”固定式接骨板與臨床常用爪形接骨板固定骨折肋骨，對比兩種內固定肋骨骨折方式的力學測試數據，為“鈦夾”固定式接骨板應用于臨床提供理論依據。
1 資料與方法
1.1 主要儀器與設備
主要儀器與設備包括手術器械1套（徐州醫療器械廠），數碼相機（日本佳能），低溫冰箱（日本三洋MDF-382E型），爪形接骨板（常州華森醫療器械有限公司），“鈦夾”固定式接骨板（自制），CSS-44020型生物力學試驗機（長春試驗機研究所）。
1.2 研究對象
本研究經單位倫理委員會批準。選取河北醫科大學人體解剖教研室新鮮成年男性尸體胸廓標本6具，4%甲醛固定。尸體標本年齡48～56（52.0±9.2）歲，身高164～173（168.0±11.5）cm，體重58～70（65.0±19.2）kg。所有尸體死因均排除胸部外傷及腫瘤，且無畸形、外傷和明顯退變。將上述編號尸體胸廓標本置于解剖臺上，首先觀察確定胸廓完整，使其右側臥位充分暴露左側胸壁，根據胸骨解剖標志，準確定位至第4肋骨。術者位于標本左側，用手術刀沿胸壁第4肋骨位置橫向切開皮膚、皮下及肌肉層，用骨膜剝離子充分剝離肋骨骨膜暴露第4肋骨，然后用咬骨剪分別從肋軟骨結合處（CJJ點）與肋椎關節處剪斷。同理依次取左側第6、8肋骨，改變體位取右側第4、6、8肋骨。所有尸體均按上述方法取雙側肋骨，所取肋骨置于-20 ℃冰箱儲藏。
將取自成人尸體胸廓的每根肋骨進行研究，觀察每根肋骨，肋骨分肋頭、肋頸、肋體，每根肋骨沿其長軸方向自肋結節至CJJ點，肋結節為0%，CJJ點為100%。每具尸體胸廓取雙側第4、6、8肋骨，每肋取側區，即截取肋骨包括中點（50%）長130 mm的肋骨用于測定側區力學。由此共可取得36段肋骨片段。
肋骨分組：將上述試驗后側區破壞標本共36段按肋骨水平分為兩組，一組采用自制“鈦夾”固定式接骨板固定，即鈦板組；將側區破壞標本復位，利用肋骨鉗將“鈦夾”固定式接骨板于復位肋骨內側固定。另一組采用爪形接骨板固定，即肋骨爪組；將側區破壞標本復位，利用肋骨鉗將爪形接骨板于復位肋骨外側固定。
1.3 方法
1.3.1 正常肋骨力學測試
36段編號肋骨標本分別置于電子萬能力學測試儀上，儀器跨度均設為100 mm，加載速度設為2.5 mm/min。以標本中點為施力點，置傳感器與計算機相連，同步顯示載荷和位移，進行肋骨不同水平、區段的三點彎曲試驗直至標本破壞，記載位移分別為2、4、6、8、10、15、20 mm時的載荷及最大載荷，并描繪載荷-位移曲線。標本破壞定義為肋骨骨折。
1.3.2 肋骨爪組和鈦板組的力學測試
鈦板組：18段側區肋骨標本通過手術器械利用“鈦夾”固定式接骨板在正常肋骨破壞點內側固定，分別置于電子萬能力學測試儀上，儀器跨度設為100 mm，加載速度設為2.5 mm/min，以固定后標本中點為施力點，并置傳感器與計算機相連，同步顯示載荷和位移，行三點彎曲試驗直至標本破壞，記載位移分別為2、4、6、8、10、15、20 mm時的載荷及最大載荷，描繪載荷-位移曲線；標本破壞定義為鈦夾脫落、肋骨脫位、接骨板變形。
肋骨爪組：標本選取及其力學測試方法如上，不同之處在于肋骨破壞點用爪形接骨板于肋骨外表面固定；標本破壞定義為肋骨爪松開、接骨板變形、肋骨脫位。
以上試驗過程中用生理鹽水保持標本表面的濕潤。兩組試驗結果與固定前兩組試驗結果分別記錄，進行兩組固定前、固定前后、兩組固定后力學數據比較。
1.4 統計學分析
所測得數據采用SPSS 13.0統計軟件進行分析處理。呈正態分布的計量數據用均數±標準差（
2 結果
2.1 正常肋骨、“鈦夾”固定式接骨板、爪形接骨板力學數據比較
正常肋骨加載至標本破壞后，比較肋骨不同水平肋骨爪組及鈦板組固定骨折肋骨的力學數據，以評估固定后肋骨的穩定性。固定前鈦板組與肋骨爪組第4、6、8肋骨水平最大載荷、峰值形變差異均無統計學意義（P>0.05），見表 1。
表1
固定前肋骨爪組和鈦板組力學數據比較（2.2 固定前、后最大載荷和峰值形變的比較
肋骨爪組固定前、后第4、6、8肋骨最大載荷、峰值形變差異有統計學意義（P<0.05）。鈦板組固定前、后第4、6、8肋骨兩組最大載荷、峰值形變差異有統計學意義（P<0.05），見表 2和表 3。
表2
肋骨爪組固定前、后最大載荷和峰值形變比較［M（QR）］
表3
鈦板組固定前、后最大載荷和峰值形變比較［M（QR）］
2.3 兩組固定后最大載荷、峰值形變比較
肋骨爪組與鈦板組固定后第4、6、8肋骨最大載荷差異有統計學意義（P<0.05），峰值形變差異無統計學意義（P>0.05），見表 4。
表4
固定后肋骨爪組與鈦板組力學數據比較（2.4 正常組、肋骨爪組、鈦板組的載荷變形曲線
正常組、固定后肋骨爪組與固定后鈦板組的載荷變形曲線見圖 1，曲線直觀說明“鈦夾”固定式接骨板雖比正常肋骨有較低的強度，但相比爪形接骨板有更穩定的強度。
圖1
正常組、肋骨爪組和鈦板組的載荷-位移曲線
3 討論
文獻報道中用于手術胸壁固定的材料有以下幾種：接骨板、髓內固定器械和新型可降解材料[4-6]。接骨板類中，AO鋼板存在應力遮擋且易造成胸壁僵硬[7]；鈦鎳合金記憶環抱器低溫時變形展開，加溫恢復原狀，操作簡便[5]。髓內固定器械中，克氏針易導致肋骨斷端旋轉移位及針體自身移位[6]；可吸收性髓內釘克服了克氏針的缺點，截面矩形且固定于肋骨[8]；新型可吸收材料OTPS無須二次手術取出[9-10]。但以上材料均需切開肌層固定，手術時間長，創傷大，出血多，因此迫切需要設計一種新型固定方式。
為了明確人類肋骨的力學特征，很多學者對整根肋骨或肋骨片段、皮質進行了三點彎曲試驗。Schultzl等[11]測定了第2、4、6、8、9、10肋骨的力學特性，研究表明在相同加載條件下下側肋骨要比上側肋骨形變大；但其研究肋骨片段中包含肋軟骨，所以肋骨在固定狀態下加載時其變形值可能受到肋軟骨的影響。Granik等[12]對取自第6、7肋骨上52段標本進行三點彎曲試驗，發現人類第6、7肋骨的彎曲強度及截面幾何特征不存在差異（P>0.05）。Yoganandan等[13]對取自30具人類尸體雙側第7、8肋骨中的120份肋骨片段進行三點彎曲試驗，跨度100 mm，載荷速率2.5 mm/min，試驗表明第7、8肋的力學特性不存在差異（P>0.05）。Stitzel等[14]研究肋骨皮質標本前、側及后部區域的材料性能，肋骨皮質標本以356 mm/s載荷速率進行三點彎曲試驗，結果表明人體胸廓材料性質存在區域變化，可預測肋骨骨折的位置。Cormier等[15]對52段肋骨片段（選自第7、8肋骨）不同區域進行三點彎曲試驗來說明肋骨不同區域結構及幾何性能變化，與Yoganandan等[13]研究結果不同，其研究發現肋骨不同水平分區其幾何及力學數據差異有統計學意義（P<0.01）。Kemper等[16]研究描述了6具尸體胸廓肋骨不同水平區域的幾何、材料特征變化，通過三點彎曲試驗證實肋骨不同水平區域的最大載荷、彈性模量、剛度方面差異有統計學意義（P<0.05）。
本試驗選取6具人類尸體胸廓第4、6、8肋骨的36段肋骨片段，進行兩種方式固定前后的三點彎曲數據的研究，以驗證自制“鈦夾”固定式接骨板的可靠性。結果顯示兩組固定前第4、6、8肋骨在最大載荷、峰值形變方面差異均無統計學意義（P>0.05）。兩組固定前、后進行力學數據比較，結果顯示肋骨爪組第4、6、8肋骨固定前、后最大載荷、峰值形變差異有統計學意義（P<0.05）；鈦板組第4、6、8肋骨固定前、后最大載荷、峰值形變差異有統計學意義（P<0.05）。最后進行兩組固定后三點彎曲試驗，數據顯示兩組在最大載荷方面差異有統計學意義（P<0.05），峰值形變差異無統計學意義（P>0.05），鈦板組最大載荷值更接近于正常肋骨。本組試驗與Campbell等[17]研究方法相似，其曾對新材料OTPS網與髓內釘固定效果行生物力學測試，顯示OTPS組相比正常肋骨有較低的彈性模量，但比髓內釘有較大的破壞載荷。以上數據充分說明“鈦夾”固定式接骨板雖比正常肋骨有較低的強度，但相比爪形接骨板有更穩定的強度。
綜上所述，目前手術治療趨向于微創化，肋骨內側鈦板的出現有望使胸腔鏡處理連枷胸成為一個新的領域。其優點是鏡下操作，定位準確，可同時處理胸內其他病變，如清除胸腔積血、肺修補等，并且不需要開胸手術。連枷胸合并肺挫傷需要采取綜合治療措施，而適時恰當的手術內固定治療能夠降低病死率，縮短呼吸機使用時間，減少相關并發癥，加快患者康復速度。
近年來隨著工礦、建筑及交通事業的快速發展，連枷胸患者顯著增多。連枷胸是一種嚴重胸部外傷，引起胸壁浮動，常伴有肺挫傷，引起呼吸窘迫及循環衰竭。盡快消除反常呼吸，糾正呼吸與循環功能紊亂是救治連枷胸的關鍵[1]。目前多數學者傾向于手術內固定糾正連枷胸[2-3]。隨著胸腔鏡技術及內固定器械的快速發展，微創理念的普及，能否利用胸腔鏡進行肋骨骨折內固定成為學者探討的焦點。本試驗分別通過新式“鈦夾”固定式接骨板與臨床常用爪形接骨板固定骨折肋骨，對比兩種內固定肋骨骨折方式的力學測試數據，為“鈦夾”固定式接骨板應用于臨床提供理論依據。
1 資料與方法
1.1 主要儀器與設備
主要儀器與設備包括手術器械1套（徐州醫療器械廠），數碼相機（日本佳能），低溫冰箱（日本三洋MDF-382E型），爪形接骨板（常州華森醫療器械有限公司），“鈦夾”固定式接骨板（自制），CSS-44020型生物力學試驗機（長春試驗機研究所）。
1.2 研究對象
本研究經單位倫理委員會批準。選取河北醫科大學人體解剖教研室新鮮成年男性尸體胸廓標本6具，4%甲醛固定。尸體標本年齡48～56（52.0±9.2）歲，身高164～173（168.0±11.5）cm，體重58～70（65.0±19.2）kg。所有尸體死因均排除胸部外傷及腫瘤，且無畸形、外傷和明顯退變。將上述編號尸體胸廓標本置于解剖臺上，首先觀察確定胸廓完整，使其右側臥位充分暴露左側胸壁，根據胸骨解剖標志，準確定位至第4肋骨。術者位于標本左側，用手術刀沿胸壁第4肋骨位置橫向切開皮膚、皮下及肌肉層，用骨膜剝離子充分剝離肋骨骨膜暴露第4肋骨，然后用咬骨剪分別從肋軟骨結合處（CJJ點）與肋椎關節處剪斷。同理依次取左側第6、8肋骨，改變體位取右側第4、6、8肋骨。所有尸體均按上述方法取雙側肋骨，所取肋骨置于-20 ℃冰箱儲藏。
將取自成人尸體胸廓的每根肋骨進行研究，觀察每根肋骨，肋骨分肋頭、肋頸、肋體，每根肋骨沿其長軸方向自肋結節至CJJ點，肋結節為0%，CJJ點為100%。每具尸體胸廓取雙側第4、6、8肋骨，每肋取側區，即截取肋骨包括中點（50%）長130 mm的肋骨用于測定側區力學。由此共可取得36段肋骨片段。
肋骨分組：將上述試驗后側區破壞標本共36段按肋骨水平分為兩組，一組采用自制“鈦夾”固定式接骨板固定，即鈦板組；將側區破壞標本復位，利用肋骨鉗將“鈦夾”固定式接骨板于復位肋骨內側固定。另一組采用爪形接骨板固定，即肋骨爪組；將側區破壞標本復位，利用肋骨鉗將爪形接骨板于復位肋骨外側固定。
1.3 方法
1.3.1 正常肋骨力學測試
36段編號肋骨標本分別置于電子萬能力學測試儀上，儀器跨度均設為100 mm，加載速度設為2.5 mm/min。以標本中點為施力點，置傳感器與計算機相連，同步顯示載荷和位移，進行肋骨不同水平、區段的三點彎曲試驗直至標本破壞，記載位移分別為2、4、6、8、10、15、20 mm時的載荷及最大載荷，并描繪載荷-位移曲線。標本破壞定義為肋骨骨折。
1.3.2 肋骨爪組和鈦板組的力學測試
鈦板組：18段側區肋骨標本通過手術器械利用“鈦夾”固定式接骨板在正常肋骨破壞點內側固定，分別置于電子萬能力學測試儀上，儀器跨度設為100 mm，加載速度設為2.5 mm/min，以固定后標本中點為施力點，并置傳感器與計算機相連，同步顯示載荷和位移，行三點彎曲試驗直至標本破壞，記載位移分別為2、4、6、8、10、15、20 mm時的載荷及最大載荷，描繪載荷-位移曲線；標本破壞定義為鈦夾脫落、肋骨脫位、接骨板變形。
肋骨爪組：標本選取及其力學測試方法如上，不同之處在于肋骨破壞點用爪形接骨板于肋骨外表面固定；標本破壞定義為肋骨爪松開、接骨板變形、肋骨脫位。
以上試驗過程中用生理鹽水保持標本表面的濕潤。兩組試驗結果與固定前兩組試驗結果分別記錄，進行兩組固定前、固定前后、兩組固定后力學數據比較。
1.4 統計學分析
所測得數據采用SPSS 13.0統計軟件進行分析處理。呈正態分布的計量數據用均數±標準差（
2 結果
2.1 正常肋骨、“鈦夾”固定式接骨板、爪形接骨板力學數據比較
正常肋骨加載至標本破壞后，比較肋骨不同水平肋骨爪組及鈦板組固定骨折肋骨的力學數據，以評估固定后肋骨的穩定性。固定前鈦板組與肋骨爪組第4、6、8肋骨水平最大載荷、峰值形變差異均無統計學意義（P>0.05），見表 1。
表1
固定前肋骨爪組和鈦板組力學數據比較（2.2 固定前、后最大載荷和峰值形變的比較
肋骨爪組固定前、后第4、6、8肋骨最大載荷、峰值形變差異有統計學意義（P<0.05）。鈦板組固定前、后第4、6、8肋骨兩組最大載荷、峰值形變差異有統計學意義（P<0.05），見表 2和表 3。
表2
肋骨爪組固定前、后最大載荷和峰值形變比較［M（QR）］
表3
鈦板組固定前、后最大載荷和峰值形變比較［M（QR）］
2.3 兩組固定后最大載荷、峰值形變比較
肋骨爪組與鈦板組固定后第4、6、8肋骨最大載荷差異有統計學意義（P<0.05），峰值形變差異無統計學意義（P>0.05），見表 4。
表4
固定后肋骨爪組與鈦板組力學數據比較（2.4 正常組、肋骨爪組、鈦板組的載荷變形曲線
正常組、固定后肋骨爪組與固定后鈦板組的載荷變形曲線見圖 1，曲線直觀說明“鈦夾”固定式接骨板雖比正常肋骨有較低的強度，但相比爪形接骨板有更穩定的強度。
圖1
正常組、肋骨爪組和鈦板組的載荷-位移曲線
3 討論
文獻報道中用于手術胸壁固定的材料有以下幾種：接骨板、髓內固定器械和新型可降解材料[4-6]。接骨板類中，AO鋼板存在應力遮擋且易造成胸壁僵硬[7]；鈦鎳合金記憶環抱器低溫時變形展開，加溫恢復原狀，操作簡便[5]。髓內固定器械中，克氏針易導致肋骨斷端旋轉移位及針體自身移位[6]；可吸收性髓內釘克服了克氏針的缺點，截面矩形且固定于肋骨[8]；新型可吸收材料OTPS無須二次手術取出[9-10]。但以上材料均需切開肌層固定，手術時間長，創傷大，出血多，因此迫切需要設計一種新型固定方式。
為了明確人類肋骨的力學特征，很多學者對整根肋骨或肋骨片段、皮質進行了三點彎曲試驗。Schultzl等[11]測定了第2、4、6、8、9、10肋骨的力學特性，研究表明在相同加載條件下下側肋骨要比上側肋骨形變大；但其研究肋骨片段中包含肋軟骨，所以肋骨在固定狀態下加載時其變形值可能受到肋軟骨的影響。Granik等[12]對取自第6、7肋骨上52段標本進行三點彎曲試驗，發現人類第6、7肋骨的彎曲強度及截面幾何特征不存在差異（P>0.05）。Yoganandan等[13]對取自30具人類尸體雙側第7、8肋骨中的120份肋骨片段進行三點彎曲試驗，跨度100 mm，載荷速率2.5 mm/min，試驗表明第7、8肋的力學特性不存在差異（P>0.05）。Stitzel等[14]研究肋骨皮質標本前、側及后部區域的材料性能，肋骨皮質標本以356 mm/s載荷速率進行三點彎曲試驗，結果表明人體胸廓材料性質存在區域變化，可預測肋骨骨折的位置。Cormier等[15]對52段肋骨片段（選自第7、8肋骨）不同區域進行三點彎曲試驗來說明肋骨不同區域結構及幾何性能變化，與Yoganandan等[13]研究結果不同，其研究發現肋骨不同水平分區其幾何及力學數據差異有統計學意義（P<0.01）。Kemper等[16]研究描述了6具尸體胸廓肋骨不同水平區域的幾何、材料特征變化，通過三點彎曲試驗證實肋骨不同水平區域的最大載荷、彈性模量、剛度方面差異有統計學意義（P<0.05）。
本試驗選取6具人類尸體胸廓第4、6、8肋骨的36段肋骨片段，進行兩種方式固定前后的三點彎曲數據的研究，以驗證自制“鈦夾”固定式接骨板的可靠性。結果顯示兩組固定前第4、6、8肋骨在最大載荷、峰值形變方面差異均無統計學意義（P>0.05）。兩組固定前、后進行力學數據比較，結果顯示肋骨爪組第4、6、8肋骨固定前、后最大載荷、峰值形變差異有統計學意義（P<0.05）；鈦板組第4、6、8肋骨固定前、后最大載荷、峰值形變差異有統計學意義（P<0.05）。最后進行兩組固定后三點彎曲試驗，數據顯示兩組在最大載荷方面差異有統計學意義（P<0.05），峰值形變差異無統計學意義（P>0.05），鈦板組最大載荷值更接近于正常肋骨。本組試驗與Campbell等[17]研究方法相似，其曾對新材料OTPS網與髓內釘固定效果行生物力學測試，顯示OTPS組相比正常肋骨有較低的彈性模量，但比髓內釘有較大的破壞載荷。以上數據充分說明“鈦夾”固定式接骨板雖比正常肋骨有較低的強度，但相比爪形接骨板有更穩定的強度。
綜上所述，目前手術治療趨向于微創化，肋骨內側鈦板的出現有望使胸腔鏡處理連枷胸成為一個新的領域。其優點是鏡下操作，定位準確，可同時處理胸內其他病變，如清除胸腔積血、肺修補等，并且不需要開胸手術。連枷胸合并肺挫傷需要采取綜合治療措施，而適時恰當的手術內固定治療能夠降低病死率，縮短呼吸機使用時間，減少相關并發癥，加快患者康復速度。
