Schatzker Ⅱ型胫骨平台骨折2种内固定方法的生物力学对比研究

医院医师，医学硕士，从事创伤骨科疾病诊治研究。

Schatzker Ⅱ型胫骨平台骨折2种内固定方法的生物力学对比研究

鲁健，任栋，王鹏程*

(河北医科大学第三医院创伤急救中心，河北省骨科生物力学重点实验室，河北 石家庄 050051)

[摘要]目的比较2种不同内固定方式治疗Schatzker Ⅱ型胫骨平台骨折的生物力学性能。方法收集8对完整的成人防腐下肢标本依照预先设计的方法制作Schatzker Ⅱ型胫骨平台骨折模型，将8对骨骼标本采用随机数字表法分成A(A1、A2)、B(B1、B2)组，A组采用3枚“竹筏式”拉力螺钉(3.5 mm)结合高尔夫接骨板固定，B组采用3.5 mm胫骨外侧解剖锁定“L”型钢板固定。采用直径1.5 cm的钢球作为施压模具对A1、B1组进行局部垂直加载力学试验，记录塌陷骨折块垂直位移2 mm时的载荷；采用同一防腐尸标本的股骨远端对A2、B2组进行垂直加载力学试验，记录载荷为400、800、1 200、1 600 N时劈裂骨块的垂直位移以及最大失效载荷。结果在塌陷骨块位移到达2 mm时，A1、B1组载荷差异无统计学意义(P>0.05)；在载荷为400、800、1 200 N下，A2、B2组位移差异无统计学意义(P>0.05)；在载荷 为1 600 N下，A2组劈裂骨块的垂直位移为(0.955±0.099) mm，B2组为(1.139±0.125) mm，其差异有统计学意义(P<0.05)；劈裂骨块移位达到2 mm时的失效载荷：A2组为(3 164.000±76.315) N，B2组为(2 853.000±98.297) N，其差异有统计学意义(P<0.01)。结论“竹筏式”拉力螺钉辅以高尔夫接骨板固定SchatzkerⅡ型胫骨平台骨折经过力学研究证实具有良好的支撑关节面和抗轴向压缩能力，较外侧解剖锁定“L”型钢板固定更具力学稳定性。

[关键词]胫骨骨折；内固定器；生物力学doi:10.3969/j.issn.1007-3205.2015.10.010

[收稿日期]2015-03-09；[修回日期]2015-04-22

[作者简介]河北省医学科学研究重点课题(13277735D)

[作者简介]鲁健(1986-)，男，四川泸州人，河北医科大学第三

通讯作者*。E-mail：pengchengwang999@163.com

[中图分类号]R683.42[文献标志码]A

Biomechanical comparison research of two internal fixation

methods for SchatzkerⅡtibial plateau fractures

LU Jian，REN Dong,WANG Peng-cheng*

(Department of Trauma Emergency Center,the Third Hospital of Hebei Medical University,

Key Laboratory of Biomechanics of Hebei Province,Shijiazhuang 050051,China)

Abstract[] ObjectiveTo discuss the biomechanical characteristics of Schatzker Ⅱ tibial plateau fracture using two types of internal fixation.MethodsThe Schatzker Ⅱ tibial plateau fracture models were created in eight pairs of adult corpse lower extremity specimens and randomly assigned into A(A1,A2),B(B1,B2) groups.Group A was fixed with 3.5 mm raft-lag screws plus golf plate；group B was fixed with 3.5 mm lateral anatomic locking plate.A steel ball(D=1.5 cm) was adopted to conduct a vertical loading on the collapse area of group A1 and B1,the loads were recorded when the displacement was 2 mm;The far end of the femur from the same corpse was adopted to conduct a vertical loading on the tibia plateau of group A2 and B2.Vertical displacements of the lateral fragments and failure loads were measured under axial loads from 400 N to 1600 N.ResultsWhen the displacement of the collapse area was 2 mm,the loads showed no significant difference in group A1 and B1(P>0.05).The displacements showed no significant difference in group A2 and B2 under the loads of 400 N，800 N and 1200 N.Under the load of 1 600 N(P>0.05),the displacements of group A2 and B2 were respectively(0.955±0.099) mm,(1.139±0.125) mm,the difference turned out significance(P<0.05),When vertical displacement of 2 mm was the system failure standard,the loads of group A2 and B2 were respectively(3 164.000±76.315 ) N,(2 853.000±98.297 ) N,the difference was significant(P<0.01).ConclusionThrough biomechanical tests,it is demonstrated that 3.5 mm raft-lag screws plus golf plate used to fix SchatzkerⅡtibial plateau fractures is secure,the capacity of sustaining articular surface and axial compression resistance is superior.Compared with the lateral anatomic locking plate,the biomechanical stability is better.

[Key words]tibial fractures；internal fixators；biomechanics

Schatzker Ⅱ型胫骨平台骨折属于关节内骨折，主要是弯曲力和剪切力共同作用的结果。这类骨折多见于年龄偏大的患者(平均超过50岁)，而且有不同程度的骨质疏松，随着人口老龄化的发展，发生率可能还会增加[1]。对于胫骨平台外髁劈裂压缩骨折，众多学者提出了不同的治疗方法，手术治疗方法主要有间接复位固定、切开复位螺钉内固定、外侧“L”钢板固定、拉力螺钉加解剖“L”型或高尔夫接骨板固定，还包括近年来出现的关节镜下微创治疗、可注射型人工骨结合支持钢板、外侧锁定钢板、微创内固定系统(less invasive stabilization system，LISS)等[2-5]。然而真正合理的选择仍然充满争议。本研究选用“竹筏式”拉力螺钉辅以高尔夫接骨板固定与外侧解剖锁定“L”型钢板固定这2种方法在国人膝关节标本上行生物力学实验，以了解其生物学的稳定性，从而获得该类型骨折的最佳固定方式，旨在为临床治疗选择提供理论依据。

1资料与方法

1.1标本和设备8对完整的成人防腐下肢标本(河北医科大学解剖教研室提供)，拉力螺钉(3.5 mm，短螺纹松质骨钉)、外侧高尔夫钢板、外侧解剖锁定板(3.5 mm，L形板)(山东威高集团医用高分子制品股份有限公司)，CSS.44020生物力学试验机、YJY-17型引伸计(长春市智能仪器设备研究所)，Osteocore 3-EXA型骨密度仪(Medileink，Inc，ERA)，GE数字X线摄像机，克氏针，手术刀，电钻，骨锯。

1.2方法

1.2.1标本制备收集对完整的成人防腐下肢标本，采用X线摄片除外标本的骨折、肿瘤、畸形、严重骨质疏松等病理情况。采用随机数字表法分成A(A1、A2)、B(B1、B2)2组，每组40例。用Osteocore 3-EXA型骨密度仪对标本干骺端行骨密度检测，2组标本的骨密度差异无统计学意义(P>0.05)。将所有防腐尸标本分别由膝关节和踝关节上方10 cm处离断，尽量剔除皮肤、皮下、肌肉等软组织及腓骨，只保留股骨及胫骨。标本不使用时，先用生理盐水浸泡30 min，双层塑料保鲜膜密封后置于-20 ℃冷冻冰柜中保存，在实验前12 h将标本取出，室温下自然消融。

1.2.2建立模型参考Karunakar等[6]造模的方法 在外侧胫骨平台最易塌陷的区域造模，使用钢尺测量13 mm×20 mm大小范围，使用摆锯将塌陷边缘锯至2 cm深，标记胫骨平台外侧髁间棘顶点及胫骨平台外侧缘顶点，于两点连线的内1/3点作一垂线，即劈裂骨块在关节面的骨折线，用摆锯沿该线倾斜25 °向外下切割造成劈裂骨折；使用CSS.44020生物力学试验机探头加压塌陷范围直至垂直塌陷距离达到5 mm，此即典型的Schatzker Ⅱ型劈裂压缩型胫骨平台骨折模型(AO/OTA41-B3)(图1)。

1.2.3骨折模型的固定A组采用3枚“竹筏式”拉力螺钉(3.5 mm)结合高尔夫接骨板固定，B组采用3.5 mm胫骨外侧解剖锁定“L”型钢板固定(图2)。具体方法：首先用骨膜起子将塌陷的关节面整体顶起复位，缺损处取标本的自体骨植骨，复位劈裂骨块，克氏针临时固定。A组的3枚拉力螺钉距离软骨下骨5 mm处平行于关节面置入，螺钉之间亦尽量保持平行，均穿透双侧皮质并适度加压；高尔夫钢板不敷贴者进行预弯，近端置入1枚6.5 mm松质钉，骨折线以远置入3枚4.5 mm皮质骨钉。B组外侧解剖锁定板上缘距关节面3 mm处放置，近端水平置入4枚3.5 mm锁钉，骨折线以远置入3枚3.5 mm锁钉。所有骨折模型同定均由同一名骨科医生按标准操作程序完成以保证解剖复位及内固定的准确置入。

1.2.4生物力学检测所有的胫骨平台标本远端使用牙托粉填充固定夹具中，保证胫骨平台平面处于水平位置,然后固定于生物力学机上。其中A1、B1组采用局部垂直加载力学试验，A2、B2组采用股骨髁垂直加载力学试验，所有标本每次加压测试前先轴向预载100 N 3次，以降低标本蠕变效应的影响；采用轴向连续加压的方式，载荷加载速度为1 mm/min。A1、B1组采用直径1.5 cm的钢球作为施压模具作用于胫骨平台塌陷区域，自施压开始记录的位移；记录A1、B1组塌陷骨折块垂直位移2 mm时的载荷。A2、B2组将同一标本股骨远端作为施压模具，模拟膝关节伸直位时进行轴向载荷加压测试(图3)。正常步态下外侧胫骨平台承受的载荷略高于1个人的总体质量，且主动功能锻炼时膝关节的应力约为正常人质量的1.3倍，约1 000 N，使用YJY-17型引伸计分别记录载荷为400、800、1 200、1 600 N时劈裂骨块的垂直位移以及骨块位移达至2 mm时的失效载荷[4]。生物力学检测过程中保持实验室环境稳定：温度为26 ℃，湿度为55%。

图1Schatzker Ⅱ型劈裂压缩型胫骨平台骨折模型

Figure 1Schatzker Ⅱ tibial plateau fracture models

图22种内固定方法

A.“竹筏式”拉力螺钉(3.5 mm)结合高尔夫钢板;B.外侧解剖锁定“L”型钢板

Figure 2Two fixation methods

图32种力学加载试验

A.局部垂直加载力学试验;B.股骨髁垂直加载力学试验

Figure 3Two kinds of mechanical loading test

2结果

实验过程中标本与夹具之间无松动，标本其他部位无骨折；钢板和螺钉未出现松动及断裂。在塌陷骨块位移到达2 mm时，A1组载荷为(178.25±21.08) N，B1组载荷为(175.25±14.73) N，其差异无统计学意义(t=0.690，P>0.05)。在载荷为400、800、1 200 N下，A2、B2组间位移差异无统计学意义(P>0.05)；在载荷为1 600 N下2组间位移差异有统计学意义(P<0.05)。劈裂骨块移位至2 mm时的失效载荷，2组间差异有统计学意义(P<0.01)。见表1。

表1不同内固定方式在不同载荷下劈裂骨块垂直位移和最大失效载荷

Table 1The vertical displacements of lateral fragments under four different axial load and average failure load of two groups

组别垂直位移(mm)40080012001600最大失效载荷(N)A20.155±0.0540.295±0.0140.559±0.0500.955±0.0993164.000±76.315B20.154±0.0610.299±0.0130.570±0.0561.139±0.1252853.000±98.297t1.1271.5502.5804.85610.678P0.3420.2190.0810.0170.002

3讨论

胫骨平台骨折属于关节内骨折，治疗方法选择不当或不及时容易导致患者遗留肢体功能障碍，严重影响其生活质量[7]；其治疗应当遵循关节内骨折的基本治疗原则，胫骨平台骨折的治疗目标，即关节面解剖复位、恢复正常力线、保证关节的稳定、软组织的充分愈合、理想的功能活动范围及尽量避免创伤性骨关节炎的发生。当前治疗理念已转向生物学固定：有限切开，尽量保护关节周围软组织，减少对血运的再破坏，有效而牢固固定，早期功能锻炼。在外侧胫骨平台的骨折中，最常见的类型就是劈裂压缩骨折(即Schatzker Ⅱ型/OTA/AO 41-B3)，占所有外侧髁骨折的50%～84%。对于胫骨平台外侧髁劈裂压缩骨折，众多学者提出了不同的的治疗方法，当前公认的治疗方法是切开复位植骨，钢板螺钉内固定，然而其理想方案的选择一直存在争议,并且外科医生还要考虑其他诸多因素，如相比骨质好的年轻人，骨质疏松的患者需要更坚强的内固定。Koval等[8]最早尝试间接复位固定的方法治疗外侧胫骨平台劈裂压缩骨折，间接复位的技术包括韧带整复和经皮撬拨复位，通过这种方法可以有效地复位劈裂骨块，然而对关节面压缩骨块的复位不佳，因此指出切开复位是治疗胫骨平台塌陷关节面的更可靠方法。刘伟等[5]对23例伴劈裂骨块压缩的胫骨骨折平台塌陷骨折患者采用切开复位植骨、拉力螺钉加解剖“L”型或高尔夫接骨板固定，术后按照Holh和Luck膝关节评分标准评价膝关节功能，优良率达91.3%。近年来普通锁定钢板逐渐用于胫骨平台骨折的治疗，它的优点在于钢板与骨膜之间不产生加压作用，充分保护骨折部位血供，锁定钢板固定的稳定度高，相比传统钢板，多适用于骨质疏松性骨折和严重粉碎性骨折的治疗。但在应用过程中也出现一些与自身设计和临床操作有关的并发症，如对位不良、复位丢失、软组织刺激等，并且锁定螺钉的入钉方向是严格定向的，轻度偏差就会使锁定失效，而且不能按骨折情况来调整螺钉的方向。

对于外侧劈裂压缩骨折，相关的力学研究报道较少[4]，Koval等[8]在Schatzker Ⅰ型胫骨平台骨折模型上比较了3种内固定的力学稳定性：3枚6.5 mm松质拉力钉、2枚6.5 mm松质拉力钉加1枚4.5 mm皮质拉力钉、6孔“L”型支撑钢板，所有拉力钉均加用垫片，研究发现三者之间没有明显区别，钢板固定组仅增加了细微的稳定。与传统钢板相比，“竹筏式”钢板在固定劈裂骨块方面具有同样的稳定性，在支撑塌陷关节面方面可能更具优势。Karunakar等[6]通过局部轴向加压试验比较指出，在维持胫骨平台局部塌陷骨块方面，3.5 mm的“竹筏式”抗滑钢板(近端平行关节面置入4枚3.5 mm螺钉)较6.5 mm的普通支撑钢板(近端平行关节面置入2枚6.5 mm螺钉)更具有力学优势。近年来多集中报道外侧及后外侧单纯劈裂骨折。对于螺钉的置入方向，国内张亚军等[9]研究发现对于斜行劈裂的胫骨平台骨折，垂直骨折线固定的生物力学稳定性并不优于平行关节面固定组，并且平行固定组的参考值较大，建议临床上采用平行关节面的方式固定。

总之，对于Schatzker Ⅱ型胫骨平台骨折，国内外学者提出了很多有效的治疗方法且取得很好效果，然而关于其合理性仍然存在争议，而且大多限于临床技术报道，缺乏有效的生物力学证据。本研究根据Schatzker Ⅱ型胫骨平台骨折形态学特征建立相应的骨折模型，在同等客观条件下通过对2种内固定方式抗载荷的生物力学性能进行比较，证实对于Schatzker Ⅱ型胫骨平台骨折，“竹筏式”拉力螺钉辅以高尔夫接骨板固定与外侧解剖锁定“L”型钢板固定在支撑关节面上具有同样的效果，且在固定外侧劈裂骨块上更具有力学优势。此外，还有自身的优势：①螺钉的数量、方向与位置可以根据骨折的大小、形态做相应的调整；②不同个体胫骨近端形态各异、高尔夫接骨板可以塑形，更加敷贴，利于术者操作，使得固定更加稳固。本研究尚存在不足之处：所设计的Schatzker Ⅱ型胫骨平台骨折是一个理想模型且为简单骨折，复位也是完全解剖复位，这与复杂多变的临床情况不相一致；标本数量较少，未采用生鲜标本，没有考虑软组织因素等。

[参考文献]

[1]陈贺,王伟,吴希瑞,等.胫骨平台后外侧劈裂压缩骨折不同固定方式的生物力学研究[J].河北医科大学学报,2012,33(4)：453-455.

[2]樊滔,谢逸波,曾波,等.改良外侧胫骨平台骨折塌陷关节面复位方法的临床运用分析[J].医学综述,2014,20(21):3988-3990.

[3]赵森,卫小春.关节镜下微创治疗与切开复位内固定治疗胫骨平台骨折疗效的Meta分析[J].中国骨与关节杂志,2014,3(5):385-389.

[4]Cross WW 3rd,Levy BA,Morgan JA,et al.Periarticular raft constructs and fracture stability in split-depression tibial plateau fractures[J].Injury,2013,44(6):796-801.

[5]刘伟，赖茂松，熊浩，等.手术治疗伴劈裂骨块压缩骨折的SchatzkerlII型胫骨平台塌陷骨折[J].临床骨科杂志，2011，14(3)：325-326.

[6]Karunakar MA，Egol KA，Peindl R，et al.Split depression tibial plateau fractures：a biomechanical study[J].J Orthop Trauma,2002,16(3)：172-177.

[7]Daraboš N,Baniĉ T,Lubina Z，et al.Precise nail tip positioning after tibial intramedullary nailing prevents anterior knee pain[J].Int Orthop,2013,37(8):1527-1531.

[8]Koval KJ,Sanders R,Borrelli J,et al.Indirect reduction and percutaneous screw fixation of displaced tibial plateau fractures[J].J Orthop Trauma,1992,6(3):340-346.

[9]张亚军,张培训,陈建海，等.胫骨内侧平台骨折两种入钉方式的生物力学研究[J].中华创伤骨科杂志,2008,10(8):746-749.

(本文编辑：刘斯静)