穿骨固定与伙伴铆钉固定在骨质疏松患者肩袖损伤修复中的生物力学比较研究

[摘要] 目的：通过生物力学分析，比较穿骨固定与伙伴铆钉固定在骨质疏松患者肩袖损伤修复中的固定效果，为临床治疗提供参考。方法：采用三种不同密度（0.08、0.16和0.24 g/cm³）的聚氨酯泡沫模块模拟严重骨质疏松、骨质疏松和正常骨条件，每组样本分别行穿骨固定和伙伴铆钉固定，利用ElectroForce 3510型生物材料试验机进行循环疲劳实验和破坏实验，数据用SPSS 26.0统计分析。结果：1. 疲劳位移：各骨条件下，伙伴铆钉缝合组均显著低于穿骨缝合组（正常骨P<0.001，骨质疏松P=0.006，严重骨质疏松P<0.001）。2. 破坏位移：正常骨和骨质疏松条件下两组无显著差异（P=0.346和P=0.232），严重骨质疏松时伙伴铆钉缝合组显著低于穿骨缝合组（P=0.001）。3. 破坏力量：伙伴铆钉缝合组在所有骨条件下均显著高于穿骨缝合组（正常骨P=0.001，骨质疏松P=0.010，严重骨质疏松P<0.001）。结论：伙伴铆钉固定在正常骨、骨质疏松及严重骨质疏松条件下性能均优于穿骨固定，尤其在抗疲劳和抗破坏能力方面，严重骨质疏松时优势更显著，显示其在低骨密度条件下固定效果更佳。

[关键词]肩袖撕裂、骨质疏松、穿骨固定、伙伴铆钉固定、生物力学分析、疲劳位移、破坏力量

0 引言：

肩袖撕裂是常见疼痛与残疾诱因[1]。当下，关节镜下用缝合锚钉微创修复肩袖为金标准疗法，缝合锚钉的初始固定强度很关键。研究表明，肩袖修复失败多源于组织与缝线、缝线与锚钉、锚钉与骨的接触界面[2]。其患病率随年龄增长而增加，腱骨愈合受生物力学等因素影响。骨质疏松患者骨质量差，缝合锚易松动，致使肌腱难愈合、肩袖易再断裂。所以，对这类患者实现稳固初始固定意义重大，但铆钉松脱时临床处理棘手。

本研究在聚氨酯泡沫模块模型上，用高强线穿骨和伙伴铆钉固定法做生物力学分析，探究固定效果，为伴骨质疏松的肩袖损伤临床治疗提供参考。

1 材料和方法

1.1 实验材料和工具

1.1.1 聚氨酯泡沫模块模型[ 3]：选用三种密度的聚氨酯泡沫模块，密度泡沫为0.08、0.16和0.24 g/cm3，分别模拟严重骨质疏松症、骨质疏松症和正常骨。聚氨酯泡沫模块样品被用作测试介质[美国材料试验协会(ASTM) 分级标准]，可以模拟人体不同骨质疏松的程度，进而开展进一步生物力学比较。

1.1.2 缝合锚钉:5.0金属钉：5mmx15.5mm；生产地址：1370 Creekside Blvd.Naples, FL 34108-1945 USA；骨锚锚身材质为符合GB/T 13810-2007 TC4 ELI的钛合金。

1.1.3 伙伴锚钉使用螺钉：规格7mmx28mm。材料：聚（L-丙交酯）、聚（L，DL-丙交酯；LDLA）、双相磷酸钙、双相磷酸三钙（TCP）和羟基磷灰石（HA）

1.1.4 高强缝合线: 缝线为不可吸收为蓝色，或黑色白色相间的缝线材料均为聚乙烯，缝线分类为II类。

1.2 方法

1.2.1 分组方法

根据聚氨酯泡沫模块的密度不同，将样本分为三组：严重骨质疏松症组（0.08 g/cm3）；骨质疏松症组（0.16 g/cm3），正常骨组（0.24 g/cm3）。

1.2.2 试验方法

每组样本采用两种固定方式：1. 穿骨固定2. 伙伴铆钉固定。固定完成后，将聚氨酯泡沫模块固定在生物力学试验机的夹具端，缝合线尾端固定在上方的加载装置上。

1.2.3生物力学测试：使用ElectroForce 3510型高精度生物材料试验机（BOSE，美国）进行拔出试验，包括循环疲劳实验和破坏实验。

1.2.3.1循环疲劳实验

预加载：锚钉末端固定线施加10N的预加载。循环牵拉：以5mm/min的速率进行30次牵拉，每次力保载1秒。测试计划：每组样本进行6组测试。记录：若固定处未在循环荷载结束时失效，记录拔出距离（与初始位移的差值）。若在循环荷载前失效，记录失效次数。

 1.2.3.2破坏实验

持续牵拉：以5mm/min的速率持续牵拉，直至失效。测试计划：每组样本进行6组测试。失效定义：锚钉（穿骨缝合线）从聚氨酯肱骨模型中拔出或者缝线在拉拔过程中断裂。记录：每次实验的极限破坏载荷和失效模式。

1.2.4统计学处理方法 统计学处理方法 采用SPSS 26.0统计软件对数据进行统计分析。计量资料采用以`X ±s 表示，用 Levene法进行方差齐性检验，组间比较采用t检验进行分析。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2、结果：实验比较了两种不同固定方式在3种模块条件下的疲劳位移、破坏位移和破坏力量。以下是对数据的详细分析：

2.1正常骨条件下穿骨缝合组和伙伴铆钉缝合组比较：

疲劳位移，穿骨组1.37±0.37mm ，伙伴组0.15± 0.07mm（t=7.963, p<0.001），伙伴组更低，抗疲劳性更好；破坏位移，穿骨组34.51±7.20mm，伙伴组26.54±18.37mm（t=0.988, p=0.346） ，两组无显著差异；破坏力量，穿骨组271.88±30.62N，伙伴组395.89±59.48N（t=-4.540, p=0.001），伙伴组更高，抗破坏能力更强。

详见表1。

表1正常骨模块穿骨缝合组和伙伴铆钉缝合组比较

2.2骨质疏松条件下穿骨缝合组和伙伴铆钉缝合组比较：

疲劳位移：穿骨组2.28±1.22mm，伙伴组0.33±0.13mm（t=3.532, p=0.006），伙伴组显著更低，抗疲劳性能更佳。破坏位移：穿骨组31.77±3.69mm，伙伴组28.31±5.27mm（t=1.280, p=0.232），两组无显著差异。破坏力量：穿骨组91.30±13.28N，伙伴组119.14±15.18N（t=-3.248, p=0.010），伙伴组显著更高，抗破坏能力更强。详见表2。

表2骨质疏松模块穿骨缝合组和伙伴铆钉缝合组比较

2.3严重骨质疏松条件下对比穿骨缝合组与伙伴铆钉缝合组：

疲劳位移：穿骨组5.96±1.20mm ，伙伴组0.41±0.24mm（t=10.134, p < 0.001），伙伴组显著更低，抗疲劳性能好。破坏位移：穿骨组22.82±5.68mm，伙伴组10.08±1.19mm（t=4.882, p=0.001），伙伴组显著更低，稳定性更佳。破坏力量：穿骨组21.16±2.53N，伙伴组54.13±1.05N（t=-27.051, p < 0.001），伙伴组显著更高，抗破坏能力更强。详见表3。

表3严重骨质疏松模块穿骨缝合组和伙伴铆钉缝合组比较

3、讨论：

肩袖撕裂在中老年人群中发病率较高，对于保守治疗无效者，关节镜下肩袖修补手术是有效治疗方法。但手术效果受多种因素影响，骨质疏松导致的骨密度下降是重要因素之一。

临床上广泛采用的铆钉固定缝合肩袖方法存在铆钉松脱问题。穿骨缝合作为传统固定方法，在关节镜环境下技术难度高，修复稳定性受骨质量影响大，在骨质疏松条件下易产生间隙，固定效果差[4]。

Paul C. Brady等通过“伙伴锚钉”研究，提出在骨质疏松性骨模型中使用特定规格生物螺旋锚钉及螺钉固定的方法，其双锚干扰系统可提高抗拔抗力，在锚钉松脱时能提供解决方法[5]。伙伴铆钉固定分散受力点，减少单个锚钉负荷，增强了固定稳定性。

本临床试验对比穿骨缝合和伙伴铆钉固定在三种骨质条件下的表现，结果如下：疲劳位移方面，在正常骨、骨质疏松和严重骨质疏松条件下，伙伴铆钉缝合组均显著小于穿骨缝合组，其抵抗疲劳变形能力更强。破坏位移方面，正常骨和骨质疏松条件下两组无显著差异，严重骨质疏松时伙伴铆钉缝合组显著小于穿骨缝合组，能耐受更大位移变化。破坏力量方面，在三种骨质条件下，伙伴铆钉缝合组均显著大于穿骨缝合组，承受外力破坏能力更强，在骨质疏松时优势明显。

尽管伙伴铆钉固定在骨质疏松患者肩袖修复中展现出明显优势，但手术医师在实际操作时仍面临困境。其一，锚钉设计与患者骨质密度难以完全把控，即便术前进行细致评估，术中铆钉松脱的风险依然存在；其二，该固定技术要求颇高，尤其是在关节镜微创手术环境下，操作复杂程度增加，对医师的专业技术与临床经验要求严苛。

基于研究结果，建议骨质疏松或严重骨质疏松患者的肩袖修复手术优先考虑伙伴铆钉固定，可提高初始稳定性，降低术后再撕裂风险，对已出现锚钉松脱患者也是有效补救措施。

参考文献

 [1]. Entezari, V. and M. Lazarus, Surgical Considerations in Managing Osteoporosis, Osteopenia, and Vitamin D Deficiency During Arthroscopic Rotator Cuff Repair [J]. Orthop Clin North Am, 2019. 50(2): p. 233-243.

 [2]. Kawakami, J., et al., Minimum Distance of Suture Anchors Used for Rotator Cuff Repair Without Decreasing the Pullout Strength: A Biomechanical Study [J]. Arthroscopy, 2018. 34(2): p. 377-385.

 [3]. Er, M.S., et al., Suture anchor fixation strength with or without augmentation in osteopenic and  severely osteoporotic bones in rotator cuff repair: a biomechanical study on  polyurethane foam model [J].Orthop Surg Res, 2014. 9: p. 48.

 [4]. Mantovani, M., et al., Gap formation in a transosseous rotator cuff repair as a function of bone quality [J]. Clin Biomech (Bristol), 2014. 29(4): p. 429-33.

[5]Brady, P.C., P. Arrigoni and S.S. Burkhart, What do you do when you have a loose screw? [J].Arthroscopy, 2006. 22(9): p. 925-30.

作者简介：卜晗（1979.07），男，汉族，河北石家庄人，硕士研究生，副主任医师，研究方向：运动医学及相关材料和生物力学研究。

【课题：珠海市社会发展领域科技计划项目：“骨质疏松患者肩袖修复中不同固定方法的生物力学对比研究”（项目编号：2220004000348）】