三種不同器械固定脛骨骨折的生物力學(xué)評價及臨床意義

張自然 中國人民解放軍第988醫(yī)院開封院區(qū)骨科 （河南 開封 475000）

內(nèi)容提要： 目的：探討三種不同器械固定脛骨骨折的生物力學(xué)效果。方法：12具新鮮脛骨標(biāo)本，制成斜形骨折模型，分為對照組和研究組，每組各6具標(biāo)本，對照組為有限接觸加壓接骨板，研究組為單側(cè)外固定支架，而單側(cè)外固定支架加有限內(nèi)固定，即在使用單側(cè)外固定支架的骨折處加1枚螺釘進行固定，最后針對旋轉(zhuǎn)、壓縮和彎曲三個方面對三種不同的器械固定方式進行性能測試。結(jié)果：在抗壓縮性能、抗旋轉(zhuǎn)性能及抗彎曲性能方面，單側(cè)外固定支架固定與單側(cè)外固定支架加有限內(nèi)固定和有限接觸加壓接骨板進行對比發(fā)現(xiàn)固定較弱，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。而單側(cè)外固定支架加有限內(nèi)固定和有限接觸加壓接觸板固定之間的比較不具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)論：單側(cè)外固定支架固定后抗彎曲和抗壓縮能力與有限接觸加壓接骨板對比，固定性能較差，但應(yīng)力遮擋較小，加用有限內(nèi)固定后抗變形能力接近有限接觸加壓接骨板固定。

在人體中，最為常見的骨折即脛骨骨折，其主要特點為開放性和粉碎性，當(dāng)前在國內(nèi)，對于脛骨骨折的治療方法有多種，但最具權(quán)威性的治療方式尚未出現(xiàn)，也由此引發(fā)不少爭議，因此，本實驗針對國內(nèi)應(yīng)用較多的單側(cè)外固定支架、單側(cè)外固定支架加有限內(nèi)固定及有限接觸加壓接骨板等三種不同的器械固定方式，從生物力學(xué)性能方面對著三種器械固定方式進行研究[1]，現(xiàn)報道如下。

1.材料與方法

1.1 基本材料

取12具符合標(biāo)準(zhǔn)的尸體脛骨標(biāo)本，確保測試標(biāo)本均正常，用相關(guān)的密封方法對其進行密封，再將其保存，保存溫度為零下20°C。開始實驗后，將所有的脛骨標(biāo)本制成斜形骨折模型，分為研究組和對照組每組6具標(biāo)本。對照組為有限接觸加壓接骨板，研究組為單側(cè)外固定支架。在對研究組的各項數(shù)據(jù)測試結(jié)束后，將單側(cè)外固定支架改為單側(cè)外固定支架加有限內(nèi)固定。再對其進行相關(guān)的數(shù)據(jù)檢測。

1.2 測試方法

首先，針對三種器械固定方式的壓縮剛度和彎曲剛度進行測試，測試的具體方法是通過多功能力學(xué)試驗機測試臺上，進行相關(guān)數(shù)據(jù)的測試，進而計算壓縮和彎曲剛度，其中加載速度分別為2mm/min、5mm/min。而旋轉(zhuǎn)剛度測試在CYL軸向旋轉(zhuǎn)試驗機上進行，采用逐步加載的方法進行測試。

1.3 觀察指標(biāo)

觀察記錄三種不同固定器械的壓縮、彎曲及旋轉(zhuǎn)剛度等數(shù)據(jù)。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

2.結(jié)果

單側(cè)外固定支架固定的壓縮剛度、彎曲剛度分別為（201.74±43.16）N/mm和（42.31±4.13）N/mm。旋轉(zhuǎn)剛度為（1.65±0.47）N·m/deg。單側(cè)外固定支架加有限內(nèi)固定的壓縮剛度、彎曲剛度和旋轉(zhuǎn)剛度分別為（984.56±208.42）N/mm和（171.79±26.85）N/mm以及（1.94±0.64）N·m/deg。有限接觸加壓接骨板固定的三組數(shù)據(jù)分別為（1176.20±320.41）N/mm、（218.68±41.09）N/mm以及（2.17±0.83）N·m/deg。針對抗壓縮性能和抗彎曲性能方面而言，單側(cè)外固定支架固定最弱、單側(cè)外固定支架加有限內(nèi)固定中等、有限接觸加壓接骨板固定最強。單側(cè)外固定支架固定與另外兩種進行對比，發(fā)現(xiàn)P＜0.05，具有可比性；單側(cè)外固定支架加有限內(nèi)固定和有限接觸加壓接骨板固定在抗旋轉(zhuǎn)性能方面的性能都要比單側(cè)外固定支架固定強，差異具有可比性（P＜0.05），而單側(cè)外固定支架加有限內(nèi)固定和有限接觸加壓接骨板固定之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

3.討論

對于脛骨骨折的不同的手術(shù)固定方式，產(chǎn)生的固定效果也不同，因此，臨床醫(yī)生需要對各種手術(shù)固定器械的生物力學(xué)固定效果有充分了解，進而選擇最為合理的治療方法，提高臨床治療效果。在國內(nèi)外都存在一個普遍的問題，即有著大量的脛骨骨折的臨床固定方法報道，卻對固定方法的生物力學(xué)卻鮮有相關(guān)的研究報道。并且絕大多數(shù)報道的實驗標(biāo)本均為福爾馬林固定后的標(biāo)本[2]，因此報道中的力學(xué)性質(zhì)與真實情況不相符。就目前而言，具有最為良好的臨床效果的器械固定方式即為單側(cè)外固定支架加有限內(nèi)固定[3]，并有部分學(xué)者對此種器械固定方式的生物力學(xué)進行了相關(guān)的數(shù)據(jù)研究。因此我們對離體實驗性脛骨斜形骨折模型采用外固定支架及鋼板固定的方式進行固定，測試在相同條件下的各項剛度，對各種固定器械的固定效果進行生物力學(xué)角度的評價。

根據(jù)本次研究的相關(guān)數(shù)據(jù)表明，對于脛骨骨折后進行有限接觸加壓接骨板固定能夠取得滿意的效果，在相關(guān)的性能方面，有限接觸加壓接骨板都有著良好的效果，能夠幫助患者在早期功能鍛煉方面提供有效的幫助，進而提高患者后續(xù)的生活質(zhì)量。但由于有限接觸加壓接骨板固定對于軟組織條件要求較高，對于部分患者而言，其缺點就在于不利于創(chuàng)口愈合，在進行鋼板固定后，由于骨頭本身的彈性模量要小于鋼板的的彈性模量，從而導(dǎo)致骨折端失去了正常的生理刺激致應(yīng)力遮擋，最后在固定物取出后，脛骨任有很大的可能性再次出現(xiàn)骨折，對于這個問題，在選擇器械固定方式時就需要進行慎重考慮。

對于脛骨骨折選擇進行骨外固定架固定的這種方式，其優(yōu)點為這種治療方式對組織所造成的損傷小，并且不會出現(xiàn)某些創(chuàng)口內(nèi)異物存留的意外情況，進而對創(chuàng)口感染能夠進行高效的控制且盡可能的降低對于骨折處的供血的影響。對于骨折愈合的過程起到一定的幫助。不過根據(jù)本研究的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，單側(cè)外固定支架抗壓縮性能與抗彎曲性能都比較差。由于骨折斷端需要進行緊密接觸，而在進行緊密接觸時需要骨斷端傳遞[4]97%的軸向壓應(yīng)力，因此骨折斷端間的力學(xué)穩(wěn)定性對于骨折固定的牢固性起到關(guān)鍵性作用。因此，能夠使不穩(wěn)定性脛骨骨折固定成功的關(guān)鍵在于需要保持?jǐn)喽私缑娴南鄬Ψ€(wěn)定性，如果某種固定方式無法將斷端界面保持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)，最終會導(dǎo)致出現(xiàn)固定失敗這種情況。

此次研究的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，在增加生物力學(xué)效果這一方面，單側(cè)外固定支架加有限內(nèi)固定這種固定方式能夠起到一定程度的效果。因此對于一些粉碎小骨塊的類似情況，可以選擇先進行有限固定增加斷端界面的穩(wěn)定性，而對于另外一種情況，如果是脛骨干中有大的骨折塊這種情況，可選擇固定針對其進行固定的方式進行固定，再將固定針與外固定器相連接，能夠有效地增加斷端界面的穩(wěn)定強度。

對于由高強度固定向彈性固定的轉(zhuǎn)換這種情況，單側(cè)外固定支架固定和單側(cè)外固定支架加有限內(nèi)固定能夠發(fā)揮很好的效果。在生理環(huán)境下，當(dāng)力學(xué)環(huán)境發(fā)生變化時，若存在實際應(yīng)力比最佳應(yīng)力大的情況，則，骨進行以骨形成為關(guān)鍵的代謝這種情況，一般發(fā)生在實際的應(yīng)力要大于最佳的應(yīng)力這種條件下的；而骨進行以骨吸收為主的代謝[5]這種情況。主要發(fā)生在實際應(yīng)力要小于最佳應(yīng)力的條件下，

在骨折愈合的早期對于固定的剛度要求有著較高的標(biāo)準(zhǔn)，而當(dāng)骨痂形成時，需要實現(xiàn)彈性固定，于是放松外固定架的延長鎖紐，使整個支架動力化。創(chuàng)造一個良好的生物力學(xué)環(huán)境刺激。對此，單側(cè)外固定支架加有限固定在這些方面又能起到良好的作用。