不同螺钉固定方法对小川I型喙突基部骨折治疗效果的生物力学评估

《JSES International》：Biomechanical Evaluation of the Therapeutic Efficacy of Different Screw Fixation Methods for Ogawa Type I Coracoid Process Base Fracture

本研究通过生物力学实验评估了五种螺钉内固定方法治疗Ogawa I型肩胛冈骨折的效果，结果表明双螺钉固定（M4和M5）稳定性最佳，单螺钉固定中M1优于M2，建议避免M2。

　　
本研究针对Ogawa型I级肩胛骨喙突基底骨折的五种内固定方案展开生物力学评估，旨在为临床治疗提供科学依据。研究团队来自上海中医药大学附属曙光医院骨科，通过15具成人新鲜肩胛骨标本构建标准化骨折模型，采用双盲随机分组法将样本均分为五组，分别对应不同螺钉固定方式。

在材料与方法设计方面，研究创新性地引入骨密度作为主要控制变量。通过高分辨率微CT（SkyScan 1172）对每个标本的肩胛骨区域进行骨密度检测，发现各组间骨密度差异不显著（p=0.873），这为不同固定方式的横向比较提供了可靠前提。标本经低温保存后采用环氧树脂模塑固定，通过低速振荡锯制造标准化的Ogawa型I级骨折模型，确保所有标本的解剖结构和骨折位置保持一致性。

固定方案设计体现了临床实践的真实场景：
1. M1方案采用完全骨内单螺钉固定，模拟传统术式；
2. M2-M3方案引入"内-外-内"技术，分别采用向下和向上出钉设计；
3. M4-M5方案采用双螺钉固定，其中M5为M1与M3的组合模式；
4. 所有螺钉均选用4.0mm直径钛合金空心螺钉，符合临床常用标准。

生物力学测试系统（Instron E3000）的校准和测试流程经过严格验证。测试前进行50N预载以消除骨组织粘弹性影响，压缩测试载荷速率设定为2mm/min，牵张和旋转测试分别采用3mm位移极限和10°旋转极限。这种渐进式加载方式既保证了实验数据的可比性，又避免了组织过度损伤。

实验数据揭示关键规律：
- 压缩稳定性排序：M2（33±9N）< M3（86±20N）< M1（129±3N）< M5（136±15N）< M4（142±6N）
- 牵张强度对比：M3（59±8N）< M2（62±3N）< M1（133±4N）< M4（164±8N）< M5（169±24N）
- 旋转抗扭性能：M2（0.71±0.19N·m）< M3（0.75±0.31N·m）< M1（1.07±0.61N·m）< M4（1.71±0.02N·m）< M5（1.99±0.33N·m）

值得注意的是，双螺钉固定方案（M4和M5）在三项测试中均表现最优，且两者间差异不显著（p>0.05），这为临床选择提供了依据。在单螺钉方案中，M1（完全骨内）的稳定性显著优于M2（向下出钉）和M3（向上出钉），但M3在牵张测试中表现优于M2。这种差异可能与螺钉路径方向对骨结构应力分布的影响有关。

讨论部分深入剖析了生物力学结果的临床意义。压缩测试中M2方案表现最差，可能与其固定的"内-外-内"结构在压缩力作用下形成杠杆效应有关。牵张测试中M5方案强度最高，说明双螺钉固定在对抗纵向拉力方面具有协同效应。旋转测试数据则显示，M5方案提供的抗扭力达到1.99N·m，显著优于其他方案，这与双螺钉形成三维力学支撑结构有关。

研究同时揭示了临床实践中容易忽视的细节：M3方案虽在牵张测试中优于M2，但在压缩和旋转测试中表现不如M1，提示不同力学方向需采用针对性固定方案。M5方案虽在各项测试中表现最佳，但其双螺钉组合可能增加手术操作复杂度，需结合术中透视设备使用情况综合评估。

研究局限性方面，样本量较小（n=3/组）可能影响统计效力，但通过严格的质量控制（包括标本来源标准化、骨密度匹配筛选等）仍能得出有价值的结论。另外，未考虑软组织环境的影响，未来可结合有限元分析进行补充研究。

临床启示：
1. 对于Ogawa型I级骨折，推荐优先选择双螺钉固定方案（M4或M5），在保证机械强度的同时需注意手术操作复杂度；
2. 单螺钉方案中应避免M2（向下出钉）模式，因其压缩稳定性最差；
3. M3方案在牵张测试中表现优于其他单螺钉方案，可能适用于特定解剖结构的病例；
4. 术后康复需严格遵循阶段性原则：0-4周绝对制动，6周开始关节活动度训练，8周后逐步恢复抗阻力训练。

该研究首次系统比较了"内-外-内"技术在喙突骨折中的应用效果，为解决临床争议提供了直接证据。特别是证实M5方案（M1+M3组合）与M4方案（双骨内固定）在生物力学性能上无显著差异，这为简化手术操作提供了理论支持。研究结果与Montgomery等建立的肩关节生物力学模型（联合韧带力值148-242N）相吻合，但需注意本实验未达到完全骨整合状态下的理论极限值，提示临床需结合外固定支架和康复训练恢复生物力学功能。

在手术技术改进方面，建议采用以下策略：
1. 双螺钉固定时，主螺钉应沿喙突垂直轴植入，次螺钉可考虑M3或M5模式；
2. 若采用单螺钉方案，必须确保完全骨内固定（M1模式），避免任何方向的出钉；
3. 术中应结合三维CT重建进行螺钉路径规划，特别是对于存在骨质疏松（BMD<0.5g/cm3）的病例；
4. 术后影像学复查建议在6周和12周进行，以监测骨愈合情况。

本研究建立的生物力学评价体系，为后续开发新型固定装置（如可调角度螺钉、复合固定材料）提供了实验范式。特别是发现M5方案在旋转抗扭性能上优于传统双螺钉方案，提示未来可研发具有双通道固定结构的复合式螺钉，在维持机械强度同时减少组织损伤。

对于临床实践，建议制定个性化方案：年轻患者（<50岁）可优先选择M5方案，老年骨质疏松患者则推荐M4方案结合术中透视辅助定位。同时需注意，本研究未考虑患者体位、肌肉状态等因素，后续研究可结合运动捕捉技术建立动态生物力学模型。

在技术革新方面，建议开发以下辅助工具：
1. 微创导向器系统：根据M4/M5方案优化螺钉植入路径；
2. 智能扭矩控制系统：在术中实时监测螺钉预紧力；
3. 多模态固定装置：集成螺钉、锚钉和生物可吸收材料。

该研究的突破性在于首次将"内-外-内"技术引入喙突骨折固定领域，并通过生物力学实验证实其合理性。特别是M3方案在牵张测试中表现优于传统单螺钉方案，提示在特定解剖条件下，向上出钉设计可能比传统垂直植入更具优势，这为术式创新提供了新思路。

未来研究方向应着重于：
1. 不同螺钉直径（3.5mm vs4.5mm）和螺纹设计的力学性能比较；
2. 软组织（如肩袖韧带）对固定效果的影响机制；
3. 术后骨愈合过程的动态生物力学监测；
4. 多学科联合研究（临床+生物力学+材料科学）。

总之，本研究通过严谨的生物力学实验，系统评估了五种内固定方案的性能差异，为临床决策提供了重要依据。其建立的标准化测试方法和评估体系，可推广至其他骨盆骨折固定技术的优化研究，对促进骨科手术技术创新具有重要价值。