双边可调式弹性外固定架治疗胫腓骨骨折的研究和临床应用

刘裕明 李忠阳 姚仕鹏 马兴创 郑远思 陈锡秋

下肢骨折，尤其是胫腓骨骨折，是临床上的常见病、多发病[1]。由于小腿局部解剖特点，常给骨折治疗带来较大困难，容易造成伤口感染、皮肤缺损、骨折延迟愈合或不愈合、关节僵直、功能障碍等。新近骨愈合相关理论研究表明，骨折愈合不仅需要骨折端良好接触，骨折周围基本的血运，而且应力和微动在骨折愈合过程中的作用也是举足轻重的。因此，根据骨折愈合应力机制，减少应力遮挡效应。我科自行研制了双边可调式弹性外固定支架治疗胫腓骨骨折，通过其弹性装置，对骨折端产生轴向压应力，促进骨折愈合，获得满意效果，现报告如下。

1 器械的原理及研制

骨折愈合早期需要高刚度固定，而中后期则需弹性固定。Wallace等[2]研究证明,骨折端接受细微运动,其轴向位移为2mm时,可视为骨折愈合的最佳力学环境。设计一种在纵轴上可弹性位移2mm的固定器，利用自体重力,使骨折端反复受到挤压,促进骨折愈合。

该固定器由锁针器、支撑杆（中间带弹性加压延长装置，位移2mm）、延长锁钮、骨针(中间带螺纹)四部分组成。（1）锁针器：位于外固定器的上下两端，作用是将骨针和外固定部分连接在一起。（2）支撑杆：中间带弹性加压延长装置，设定位移2mm,弹性装置上端固定,下端可沿支撑杆上下滑行。（3）延长锁钮：位于支撑杆弹性装置下方，可于弹性装置下方设定，使其无弹性，松开后弹性装置恢复弹性。（4）骨针：中间带螺纹，其螺纹可防止穿针后骨与针之间的滑动。

2 资料与方法

2.1 一般资料 选择我院2010年6月～2011年12月收治的62例胫腓骨骨折患者为研究对象，男43例，女19例；年龄14～78岁，平均34岁。致伤原因：车祸伤40例，坠落伤12例，跌伤6例，压砸伤4例。开放性骨折38例，闭合性骨折24例；骨折部位：上段18例，中段24例，下段20例；骨折类型：粉碎性骨折12例，节段性骨折5例，余为单纯性胫腓骨骨折,无合并骨膜室综合征及大血管、神经损伤。将患者随机分为弹性外固定组（治疗组32例）和对照组（30例）。

2.2 治疗方法

2.2.1 治疗组 采用连续硬膜外麻醉。闭合性骨折在骨折处做小弧线切口，尽量少剥离骨膜，复位骨折，大的骨碎块用螺钉固定。若为开放性骨折，应先清创，将骨折复位，皮肤缺损可行转移皮瓣、游离植皮或减张缝合。复位完成后安装弹性装置：近端第一根骨针穿刺部位在胫骨结节与腓骨小头连线的中点，由外侧进针，要求与膝关节平行。在其下2.5cm处平行穿入第二根骨针。远端第一根骨针在外踝上方4cm处于腓骨前缘进针，与踝关节平行，第二根骨针在外踝上6.5cm处，同样由外侧进针。四根骨针内侧段部分进至中段螺纹处用旋入器将固定针旋入，使螺纹正位于骨干部[3]。骨针穿入锁针器的针孔中，将带加压延长装置的支撑杆套入锁针器滑动孔内，支撑杆加压延长装置的滑动侧在下，旋紧锁针器，装置稳固后将加压延长装置下的延长锁钮锁紧。术后处理：术后第二天即可在床上活动关节；术后1W行患肢蹬床头功能锻炼，术后2W扶双拐下床活动，4～6W后松开延长锁钮，使加压延长装置恢复弹性机制(位移2mm)，并可弃拐或双拐部分负重步行活动。针孔处每日用75%酒精消毒。

2.2.2 对照组 采用连续硬膜外麻醉。开放性骨折必须先清创，如肿胀明显，可先行跟骨牵引，消肿后再行手术。手术切开复位钢板内固定或髓内钉内固定、单臂外固定器治疗。骨痂形成后部分负重行走。

2.2.3 评价方法 骨折临床愈合以骨折处无疼痛，无纵向叩击痛及异常活动和X线片骨折线模糊为准。从骨折发生到骨折临床愈合这段时间为骨折临床愈合时间。通过随访，收集两组患者临床愈合时间，并进行统计分析比较。

2.2.4 统计学方法 数据以均数±标准差(x±s)表示,采用SPSS 13.0统计学处理软件对试验数据进行t检验，以P＜0.05为差异具有统计学意义。

3 结果

对照组30例，其中28例达到骨性愈合，3例钉孔感染，2例未达到骨性愈合，28例骨性愈合的平均骨折临床愈合时间为（13±4.7）W。治疗组32例，其中31例达到骨性愈合，0例钉孔感染，1例未达到骨性愈合，31例骨性愈合的平均骨折临床愈合时间为（13±2.7）W。治疗组的平均骨折临床愈合时间较对照组明显减少，P＜0.01。治疗组未发现骨折部感染,骨碎块螺钉固定处无皮肤坏死,切开减张伤口均Ⅱ期愈合。

4 讨论

4.1 应力遮挡效应对骨折端影响 在应力对骨折效应的研究中发现了应力遮挡效应[4]，当不同弹性模量成分并联承担载荷时，较高弹性模量的成分承担较多载荷，即对低弹性模量成分起到应力、应变遮挡作用。根据应力遮挡效应原理，人们应用外固定器治疗骨折，使坚强外固定承担骨折后骨骼不能承担的过大应力，以帮助骨折愈合。研究证明，适当的应力能促进骨折愈合，太大的应力则对骨折愈合不利，反而产生应力遮挡效应，即传统的坚强固定使固定材料过分分担应力，造成应力向骨折断端的传递障碍，进而使骨折愈合延迟或不愈合。固定材料还可使愈合骨密度降低，影响钙在新骨中的沉积。常规钢板的应力遮挡效应较大，常造成术后骨折不愈合或愈合缓慢。双边可调性弹性外固定架在骨折早期承担骨折后骨骼不能承受的过大应力。骨折中后期松开延长锁钮后，利用自体重力及弹性装置部分缓冲力，只对骨折端产生部分应力，从而促进骨痂形成。

4.2 应力和微动对骨折愈合的促进作用 1848年,Wollff就注意到了骨的功能和形态的关系,他观察了股骨近端骨小梁的排列,注意到骨的活动量与骨形态结构之间的关系,提出了一个重要假说：骨在功能需要的地方就生长,不需要的地方就吸收。意思是说：骨的生长、改变、消亡都与骨的受力状态有关，而且骨是最优化的功能形态结构去承受载荷的,这就是骨改建的经典定律，通常称为沃尔夫定律（Wolff Law）。根据沃尔夫定律，只有骨折端应力水平与组织分化所需刺激相协调时，才会促进骨折愈合[5]。在应力的作用下骨折端会产生运动，适当的微小幅度运动可以刺激骨折端骨痂进一步的矿化[6]。动物实验证明，术后骨折断端给予适当的轴向压力可以促进骨折愈合。因为非轴向力的作用可能产生剪应力作用，对骨折的吻合有影响，严重者可能导致骨折处成角或形成假关节。应力和微动作是影响骨折愈合的两个因素，是独立的也是相互联系的，应力能产生微动，同时微动能改变应力。我科研制的双边可调式弹性外固定架，在轴向上产生可控制的压应力和可调的微动，其设计合理，符合应力和微动原理，能明显缩短骨折愈合时间。

4.3 双边可调式弹性外固定架的可操作性 弹性外固定架从操作上较简便，手术入路部位恒定，区域通道较安全，对周围组织损伤少，骨折部位避免了过多的骨膜剥离，从而对骨折部位血运破坏少，有利于骨折端愈合。外固定架另一个优势是对开放性及粉碎性骨折同样适用，不影响创口置管冲洗及更换敷料，不限制关节活动，无需二次住院拆除内植物。

综上所述,该项目设计成功并应用于临床,解决了胫腓骨骨折切开复位钢板或髓内钉固定而出现的临床弊端,而且骨折愈合快,操作方便,所用材料费用减少,病人住院时间缩短,使患者最大限度受益，值得临床上广泛推广应用。

[1]王永维,张志勇.外固定支架在胫腓骨多段开放性骨折治疗中的应用[J].当代医学,2011,17(2):91.

[2]Wallace AL,Draper ERC,Strachen ID,et al.The vascular respcense to Micromovement in experimental fracture.Micromovement in orthopaedics[M].1st edi.London:university of Oxford,1992:40-44.

[3]王西彬，孙永强.纵向生理加压外固定治疗胫腓骨骨折的研究[J].河南中医学院学报,2005,20(6)：38-39.

[4]袁凌伟,夏亚一,鲁茂森,等.骨折愈合应力机制研究进展[J].国际骨科学杂志,2007,28(2):84-86.

[5]张恒,李文锐.影响骨折愈合的因素-应力和微动[J].海南医学,2010,21(1):112-116.

[6]喻鑫罡,张先龙,曾炳芳.骨折段低频可控微动影响骨痂矿化与力学特征的实验研究[J].上海交通大学学报(医学版),2008,28(2):1491-1495.