对于内固定物断裂常见的情况:当一个内固定物连接一处较长的缺损,受到冲击性载荷或者长期的疲劳交变载荷引起的“疲劳”,所产生的应力最终会达到强度极限而致内固定物断裂,或在骨折高负荷区域。当骨折面吸收使间隙加宽时,内固定的应变最终达到了应力极限导致内固定物断裂[1]。
我们上一文分析过,患者的自身情况和是否遵守医嘱等因素是导致内固定物金属疲劳或超过应力极限,最终发生断裂的重要因素。
那么就内固定物本身特性对金属疲劳和应力极限发生及内固定物断裂有哪些影响呢?我们一起来了解一下。
名词解释
应力:单位面积的负载荷,应变结构内形变来适应外加的负荷(线性应变和剪切应变);
弹性模量:应力和应变的比值,弹性模量越大,材料的刚度越高;
应力遮挡:当两种或两种以上的不同弹性模量的成分组成一个机械系统时,会发生载荷应力和应变重新分配的现象,具有高弹性模量的成分承担较多的载荷,越低者少承担或不承担载荷,应变也相应减少称之为应力遮挡。
1材质
市面上最多见的内固定材料为不锈钢、钛材料(钛合金和纯钛)。
早期内固定多为不锈钢材料,不锈钢材料价格低廉、硬度高、刚性强,但弹性模量远高于骨的弹性模量,容易出现应力遮挡发生断裂现象。现流行的钛材料的内固定物弹性模量接近于骨组织又有很好的生物相容性,已更新迭代,临床已广泛使用[]。
内固定物失效与作用次数分析(图一):
(图一:横轴-应变次数,纵轴-形变量)
从上图我们可以看出:内固定物的常用材料(不锈钢与钛材料力学对比)。与不锈钢相比,医用钛材料对抗单次负荷的能力较差,但其对抗重复应力的能力要强于不锈钢[3]。
生产工艺区别
内固定物生产工艺复杂,包含冲压成型工艺与热压成型工艺板材塑形、铸造与锻造、冷锻造与热锻造、表面涂层处理工艺等多种不同。不同的生产工艺造就内固定物不同的特性。
以内固定物成型工艺为例:冲压成型工艺是指在低于再结晶温度下通过冲压下使金属塑性;热压成型工艺先将钛合金板加热到塑性变形温度,用模具冲压成型,成型后再真空退火处理。热压成型工艺有效减少冷加工带来的加工硬化和应力集中,能延长接骨板的疲劳寿命[4]。
3产品设计问题
现市面流行用于骨折治疗的内固定物版型大多基于AO理论设计的,其设计的形状、宽窄、薄厚、孔数、与骨接触面形状等等均是基于严格的力学测试和临床试验要求而得到的。
违背力学设计原则必将出现应力集中,加速金属疲劳,增加断裂的可能。
4生产工艺区别
螺钉的螺纹根部加工刀痕处,易产生裂纹,导致螺钉易在此处断裂。产品材质不均一,制造工艺低级导致产品(特别是接骨板孔洞边缘)出现的疏松孔隙和微裂纹也将大大增加断裂风险[5]。
品牌厂家使用的制造原材料可靠有保障,并有经过审查的完善质量体系,产品质量可靠,断钉断板事故更少。这也就是我们临床为何推荐品牌厂家生产的内固定产品主要原因。
5不同厂家产品混用
一个部位的手术尽可能使用同个厂家的产品,不同厂家的产品很可能存在设计差异,混用不但会出现尾帽高出、锁不紧,应力遮挡等情况;更有甚者不同材质产品化学电位不同,混合应用会造成电化学腐蚀,内固定锈蚀,增大内固定物断裂失效风险[6]。
我们虽然不能完全避免内固定物断裂,但我们通过努力一定可以减少其发生!造成内固定物断裂往往是由多种原因构成,除了患者原因和内固定自身原因,还有什么原因是内固定物发生断裂重要影响原因呢?
敬请