骨应力刺激仪在胫腓骨开放性骨折外固定架固定术后的应用疗效分析

庄平 周敏凤 陈卫 丁真奇

骨应力刺激仪在胫腓骨开放性骨折外固定架固定术后的应用疗效分析

庄平 周敏凤 陈卫 丁真奇

目的 探讨胫腓骨开放性骨折外固定架固定术后应用骨应力刺激仪治疗的临床疗效。方法 165例(183肢)胫腓骨开放性骨折患者，108肢外固定架固定术后应用骨应力刺激仪治疗（实验组）、75肢术后仅常规进行肌肉收缩及关节活动功能煅炼（对照组）。对比2组骨愈合时间及骨不连发生率。结果 实验组平均骨愈合时间（138.27±11.45）d，骨不连发生率3.70%；对照组平均骨愈合时间为（153.43±12.89）d，骨不连发生率10.67%。2组间平均骨愈合时间及骨不连发生率差异均有统计学意义（P＜0.05）。结论 骨应力刺激仪能明显降低胫腓骨开放性骨折骨不连发生率并缩短骨折愈合时间。

胫腓骨开放性骨折；应力；刺激仪；骨愈合

高能量损伤引起的胫腓骨开放性骨折病情复杂，常伴有严重软组织损伤，易并发感染及软组织缺血坏死，使用外固定架治疗这类骨折被认为是行之有效的方法之一。然而，其术后骨延迟愈合及骨不连发生率较高，临床治疗仍非常棘手。本研究对此类骨折在外固定架固定术后应用自行研制的骨应力刺激仪治疗，观察其临床效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2005年5月～2013年5月期间厦门大学附属东南医院收治的接受外固定架固定的胫腓骨开放性骨折患者为研究对象，其中因存在骨缺损或术后发生骨髓炎影响骨愈合的患者被排除。随机选取的165例（183肢）胫腓骨开放性骨折患者，男107例，女58例，年龄19～68岁，平均（35.6±16.1）岁。致伤原因：车祸伤104例，重物压砸伤37例，高处跌落伤24例。骨折部位：小腿中上段骨折43肢，中段62肢，中下段骨折78肢。粉碎性骨折124肢，斜形与螺旋形骨折59肢。按Gustilo分类，Ⅱ型36肢；ⅢA型68肢；ⅢB型51肢；ⅢC型28肢。所有病例均为新鲜骨折，无骨缺损，无病理性骨折，无合并骨质软化病、成骨不全等骨病，无合并骨肿瘤等。合并伤：四肢多发骨折39例，骨盆骨折8例，脊柱骨折17例，颅脑外伤23例，胸腹部外伤11例。手术由同1组医师完成，其中实验组108肢清创外固定架固定术后应用骨应力刺激仪治疗；对照组75肢术后仅常规进行肌肉收缩及关节活动功能煅炼。2组间Hannover评分、年龄以及手术时间差异无统计学意义。见表1。

表1 2组间Hannover骨折评分、年龄和手术时间的比较（x±s）

1.2 仪器 本院自行研制的叩击式骨应力刺激仪（国家发明专利号：CN803117.5），包括仪器壳、水平槽式托架、电机、小锤以及用于驱动电机的控制平台。其通过小锤叩击人体足跟输出间歇叩击力，以使骨折端达到微动和产生压力的目的（见图1、2）。控制平台可控制小锤输出叩击力的大小和频率，力的大小可控制在20～350N，力的频率可控制在0.1～40Hz。

图1 叩击式骨应力刺激仪实物图(a)控制面板；（b）小锤；（c）支架；（d）遥控器；（e）开关；（f）叩击力强度控制按键；（g）叩击力频率控制按键

图2 叩击式骨应力刺激仪治疗图

1.3 手术 患者伤后0.5～6h就诊本院，密切观察意识、血压、脉搏、呼吸等生命体征。急诊即静脉给予抗生素，无菌纱布包扎伤口，肢体临时夹板固定，根据病情给予抗休克、止血等处理。生命体征平稳后予手术治疗，术中彻底清除异物及无活性组织，修复血管床，注意保护有血供的软组织及骨膜。牵引状态下调整好患肢力线，复位骨折端，稳定性较差的骨折端可予克氏针或螺钉有限内固定，软组织覆盖骨折处。均采用单边外固定架固定，尽可能避开伤口，在胫骨骨折远端和近端分别拧入2枚或3枚固定螺钉，螺钉以恰穿透对侧骨皮质为宜，胫骨远端近踝关节骨折予跨踝关节固定。然后装配外固定架，对伴有肌腱、神经、血管损伤者，外固定架固定后进行修复。尽可能一期关闭伤口及伤口引流，若患肢肿胀或局部软组织缺损较严重，可根据情况选择减张缝合或予皮瓣、肌皮瓣转移等措施闭合伤口。

1.4 术后处理 术后使用抗生素、脱水剂并抬高患肢，观察患肢的肿胀及末梢血循环情况。所有病例均常规指导患肢肌肉收缩及关节活动功能煅炼，定期观察患者骨折处压痛、纵向叩击痛并定期复查X线片了解骨愈合情况，判断骨折达临床愈合后结合全身情况指导患者逐渐开始下地练习行走。其中试验组108肢术后1周开始应用骨应力刺激仪治疗，叩击力175N，叩击频率0.5Hz，每次30min，每天3次。切口愈合出院后，经指导继续自行应用骨应力刺激仪治疗至下地练习行走。

1.5 统计学方法 采用SPSS13.0软件进行统计学分析。计量资料采用“x±s”表示，比较采用t检验，计数资料比较采用χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

所有病例均获随访，随访时间9个月～3年，平均（13.3±2.1）个月。术后9个月，X线显示骨折线清晰，骨折端硬化或髓腔封闭为骨不连。实验组108肢中4肢术后发生骨不连，给予植骨内固定手术治疗，随访中本组X线片无骨质疏松表现。对照组75肢中8肢发生了骨不连，同样给予植骨内固定手术，随访中本组X线片提示轻重不等的骨质疏松表现。实验组骨不连发生率3.70%，对照组10.67%，2组间差异有统计学意义（P＜0.05）。实验组108肢除4肢发生骨不连，其余104肢骨折均一期愈合，平均骨愈合时间（138.27±11.45）d,对照组75肢中8肢发生骨不连，其余67肢平均骨愈合时间（153.43±12.89）d，2组平均骨愈合时间差异有统计学意义（P＜0.05）。

3 讨论

3.1 促进胫腓骨开放性骨折骨愈合的方法 强大暴力所致的严重胫腓骨开放性骨折，骨折端常移位明显，软组织损伤严重，术后骨延迟愈合或骨不连发生率极高。文献报道，该处骨延迟愈合发生率约为18%[1-3]，骨不连发生率约为5%[2-3]。骨不连一旦发生，常需再次行植骨内固定手术治疗，大量贴骨瘢痕的存在，使二次手术植骨及皮肤缝合较为困难，术后易出现切口皮缘坏死、感染等并发症。病程的增加也带来关节僵硬、肌肉萎缩等并发症，影响肢体功能恢复。如何促进并加速胫腓骨开放性骨折骨愈合成为骨科界关注的热点问题。血供与固定是骨折愈合的基本条件，而骨折断端的应力环境是加速骨折愈合的一个重要因素。在临床治疗中，本院采用外固定架治疗严重胫腓骨开放性骨折，它几乎不增加对骨折局部血循环的干扰，牢稳固定有利于骨血运的重建并为骨折的修复提供良好的条件。术后采用骨应力刺激仪治疗，有效克服长时间卧床的应力缺乏和固定后的应力遮挡，促进骨折愈合，临床疗效满意，骨愈合时间明显缩短。总之，外固定架联合刺激仪既能为骨折端提供稳定的固定及应力刺激, 又不进一步破坏局部血液循环,从力学和生物学两方面为骨愈合创造了有利条件。

3.2 骨应力刺激仪促进骨折愈合的机制和疗效分析 应力刺激能够促进骨折愈合已得到共识，大量研究表明[4-5]，（1）轴向压应力作用导致骨折部应力-应变，产生压力电效应，这种压力电效应具有成骨作用；（2）机械应力导致骨折端出现间歇性的微动，引起骨痂的反复损伤，激发机体修复反应，从而导致来自全身和局部参与骨折修复的各种内泌素和生长因子的增加，促使骨折修复细胞活跃、增殖和分化以及毛细血管生长，形成新骨组织和塑形。（3）毛细血管的生长对骨折早期力学环境很敏感，适当的细微运动可以增加骨折区毛细血管的长入，带来了更多未分化的间质细胞，这些细胞在有氧条件或应力作用下不断分化为成骨细胞或成软骨细胞从而加快骨折的愈合。骨应力刺激仪通过小锤叩击足跟，应力经肢体纵轴传导，能够在骨折端产生压应力，改善骨折处的生物学和生物力学环境，有效克服应力遮挡，促进骨折愈合。固定后的骨折端通过骨应力刺激仪叩击足跟，同样能够在骨折端产生压应力，为固定后骨折端提供应力刺激加速骨愈合，这在前期研究中已得到证实[6-7]。本研究中实验组平均骨愈合时间为（138.27±11.45）d，4肢发生骨不连（骨不连发生率为3.70%）。对照组平均骨愈合时间为（153.43±12.89）d，8肢发生骨不连（骨不连发生率为10.67%）。2组间骨愈合时间及骨不连发生率差异有统计学意义(P＜0.05)。提示骨应力刺激仪能明显缩短胫腓骨开放性骨折愈合时间及降低骨折并发症发生率，从而提升患肢功能的恢复。

3.3 促进骨愈合的应力大小、方向及介入时间 骨折端应力水平与愈合区组织刚度互相平衡和协调时,组织才能良好分化和愈合，此时骨折端应力的大小为促进骨愈合的最佳力值[8]。固定术后的骨折端，其所承受的应力值由施加的轴向应力负荷与固定的刚度决定。外固定架为非坚强固定，叩击力作用于足跟后大部分能量能够到达骨折端，因此临床上应注意控制叩击力大小，避免超过组织承受能力，损伤形成的骨痂，致骨延迟愈合；根据前期系列研究[6-7]，本研究于胫腓骨骨折外固定架固定术后采用175N叩击力治疗，取得了良好的临床疗效。然而其是否为最佳应力值尚不得而知，关于骨折固定后促进骨愈合的最佳叩击力仍待深入研究。

愈合早期是应力刺激促进骨折愈合的最佳介入时机,这是因为生物反应参与了愈合早期启动新骨形成的细胞召集和分化[9-10]。韩祖斌等[11]通过实验观察后认为临床上若采用物理刺激方法治疗，应于骨折早期及时实施，一般5周内予以振动，效果明显。Chao等[12]也认为提高骨折愈合的最有效时期在骨折愈合的早期，即在一些特异性细胞募集或分化之前。因此本研究中骨应力刺激仪于术后1周便介入治疗。纵向载荷产生的压应力能驱动成骨细胞及成纤维细胞向分化成骨方向发展，对骨愈合有利。然而，骨愈合早期组织刚度低，给予应力刺激骨折端易产生过大的剪切力，剪切力超过一定的限度，对形成的毛细血管和骨痂有很大的伤害作用，并可驱动成纤维细胞增殖，产生纤维组织而影响骨折的愈合，严重者可能导致骨折处成角或者形成骨不连[12]。为弥补上述不足，本研究中骨应力刺激仪与外固定架相结合，应力施加于牢稳固定的骨折端。其轴向叩击所产生的相对较小的剪切力能被固定物进一步削减，避免骨折端过大剪切力出现，骨折端能够获得理想的应力环境，促进骨折愈合。

3.4 骨应力刺激仪的优点 临床上重度小腿开放性骨折患者常伴有颅脑外伤、胸腹部外伤、骨盆骨折、脊柱骨折等合并伤，需长时间卧床，无法早期配合功能煅炼，骨折端缺乏应力刺激。骨应力刺激仪操作简单、安全，对身体其他部位合并伤无负面影响，能够早期应用于此类患者促进骨折愈合，有效避免其因长时间卧床，骨折断端缺乏应有的应力效应所致的骨延迟愈合或骨不连。

骨折长时间固定及缺乏应力刺激常导致骨质疏松的发生。然而本研究中，术后应用骨应力刺激仪治疗的病例，随访X线片上无明显骨质疏松的表现，提示骨应力刺激仪在骨折长时间固定及缺乏应力等所致的废用性骨质疏松方面也具有一定的防治作用。

本研究中，骨应力刺激仪施以175N、0.5Hz的叩击力作用于患肢足跟部，患者无明显不适，骨愈合时间明显缩短，骨不连发生率降低。然而，其最佳应力值及叩击频率仍是函待研究的问题。临床应用中需根据骨折类型、软组织受伤特点、手术固定的稳定程度、临床检查、X线片表现等，综合分析和判断，及时调整叩击力大小，循序渐进，以患者无明显不适为宜。本研究结果表明，骨应力刺激仪能显著加速骨折愈合并降低骨不连发生率，其轻巧、安全、操作简便，为临床预防及治疗四肢骨不连和废用性骨质疏松提供了切实可行的办法。

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Objective To investigate the clinical curative effect and superiority of the stress stimulation instrument treating for the open tibiofibula fracture after fixation of external fixatior. Methods There were 165 patients (183 limbs) of open tibiofibula fracture.108 limbs were accepted the treatment of the stress stimulation instrument after the fixation of external fixator (experimental group). 75 limbs only do function exercise after fixation (control group). Observing fracture healing time and fracture complication incidence rate. Results The experimental group: The average time of the fracture healing was (138.27±11.45)d, rate of nonunion was 3.70%; the control group: the average time of the fracture healing was (153.43±12.89)d, rate of nonunion was 10.67%.There were significant difference between two groups in average fracture healing time and nonunion rate. Conclusion The stress stimulation instrument treating for the open tibiofibula fracture decrease the bone nonunion rate and shorten the fracture healing time.

Open tibiofibula fracture; Stress; Stimulation instrument; Bone healing

10.3969/j.issn.1009-4393.2015.34.100

福建 363000 解放军第一七五医院(厦门大学附属东南医院)骨科医院，全军创伤骨科中心 （庄平 陈卫 丁真奇） 漳州市芗城区妇幼保健院（周敏凤）