胫骨中段横断骨折内外侧锁定钢板固定的生物力学比较与研究

杜增峰，　朱　强，　马晓磊，　贺耀耀，　马志远，　薛春堂

(陕西省榆林市第一医院骨科/延安大学第二附属医院)，　陕西　榆林　718000)



胫骨中段横断骨折内外侧锁定钢板固定的生物力学比较与研究

杜增峰，朱强，马晓磊，贺耀耀，马志远，薛春堂

(陕西省榆林市第一医院骨科/延安大学第二附属医院)，陕西榆林718000)

【摘要】目的：探究胫骨中段横断骨折内外侧锁定钢板固定的生物力学比较。方法：收集8具完整防腐成年尸体下肢标本，依据左右腿配对按照随机数字分配法，分为内侧锁定钢板固定组(内侧组)和外侧锁定钢板固定组(外侧组)，于胫骨骨折线共同水平面上锯断腓骨，进行四点弯曲、轴向压缩实验以及扭转实验，对内外侧锁定钢板固定的生物力学进行比较。结果：与外侧组相比，500N外力下位移较小，差异具有统计学意义(P<0.05)；900N外力下位移较小，差异具有统计学意义(P<0.05)；15度扭转角度下扭矩较大，差异具有统计学意义(P<0.05)；腓骨骨折与完整腓骨相比，500N外力下位移较大，差异具有统计学意义(P<0.05)；900N外力下位移较大，差异具有统计学意义(P<0.05)；15度扭转角度下扭矩较小，差异具有统计学意义(P<0.05)。结论：胫骨中段横断骨折中内侧钢板固定较外侧钢板固定稳定性提高，腓骨的完整程度与钢板稳定性呈正比，对稳定性具有增强作用。

【关键词】胫骨中段横断骨折；内外侧锁定钢板；生物力学

骨折的发生常伴有软组织受损、远血供不足、皮肤损伤，手术后易发生感染以及骨髓炎等不良症状。现代临床治疗中，钢板、髓内钉等外源物质置入等手术技术开始普及，治疗措施不断完善[1]。但是临床手术中仍出现由于手术操作不当、术后感染出现的手术后骨不连以及内固定断裂等不良术后反应。现代研究表明，胫腓骨中段横断骨折内侧锁定钢板以及外侧锁定钢板固定均对稳定性提升有帮助[2]。本文就8具完整防腐成年尸体下肢标本进行分析研究，对胫骨中段横断骨折内外侧锁定钢板固定的生物力学进行对比研究。

1资料与方法

1.1资料及分组:收集8具完整防腐成年尸体下肢标本，取膝关节到踝关节段，除去皮肤以及肌肉等组织，将小腿保留，保留完整的胫骨、腓骨、胫腓接合处以及骨间膜。采用肉眼观察或X线检查排除骨干受损、病理骨(畸形、骨折、恶性肿瘤、结核等)。依据左右腿配对按照随机数字分配法，分为内侧锁定钢板固定组(内侧组)和外侧锁定钢板固定组(外侧组)，每组各4例，再根据腓骨的完整性，分为腓骨完整2例和腓骨骨折2例。使用骨锯人为制作胫骨干中点处横骨骨折，骨折线与胫骨干相互垂直。两端采用皮质锁定螺钉固定，检查钢板和胫骨的贴合度，确认完全锁定。首选进行四点弯曲实验，再进行轴向压缩实验，最后实施扭转操作，于胫骨骨折线共同水平面上锯断腓骨，再依次进行三项操作，如图1。保存于-30℃冰箱内，实验24h内进行室温解冻。

图1内侧锁定钢板固定组(内侧组)以及外侧锁定钢板固定组(外侧组)固定

1.2方法

1.2.1实验材料以及器械设备:3520-AT型生物力学实验机(由美国ROSE公司生产);8具完整成年尸体下肢标本(由中国医科大学解剖实验室提供);CRX线机(由上海医疗器械有限公司生产);自凝型牙托粉、自凝型牙托水义齿基托树脂Ⅱ型(由上海医疗器械有限公司生产);胫骨内、外侧固定钢板装置以及配套装置(由河北骨科材料有限公司生产);手术器械以及骨锯(由首都医科大学医院手术室提供)

1.2.2四点弯曲实验:采用物力学试验机，将两组标本分别放置于弯曲支座上，11cm施力点间距，确保两施力点与骨折线对其，胫骨前方至胫骨后方施加压力，速度为2mm/min，控制压力小于500N，观察并记录两组胫骨不同外力下出现的移位距离，如图2。

图2　四点弯曲实验

1.2.3轴向压缩实验:将两组胫骨两断端置入100mm松质骨螺钉两枚，其中40mm置入胫骨两干骺端内，另60mm遗留在外部，采用牙托粉进行以胫骨为主的包埋，腓骨侧基为不包埋段，确保上下胫腓联合为腓骨与胫骨唯一连接部位，进行近端施压，速度为10N/s，压力负荷小于900N，观察并记录两组胫骨不同轴向外力下出现的移位距离，如图3。

图3　轴向压缩实验

1.2.4扭转实验:对两组标本实施同轴向压缩实验，速度为0.1度/s，并对标本施加扭矩，由近端向外端小于15度扭转，观察并记录不同扭转角度标本对应的扭矩，如图4。

图4　扭转实验

2结果

2.1两组四点弯曲实验对比:四点弯曲试验结果显示，500N外力下，与外侧组相比位移较小，差异有统计学意义(P<0.05)；与完整腓骨相比，腓骨骨折位移较大，差异有统计学意义(P<0.05)，如表1。

表1　两组四点弯曲试验500N外力下位移±s)

注：与完整腓骨相比，#P<0.05；与外侧比较，△P<0.05

2.2两组轴向压缩实验对比:轴向压缩实验结果显示，900N外力下，与外侧组相比位移较小，差异有统计学意义(P<0.05)；与完整腓骨相比，腓骨骨折位移较大，差异有统计学意义(P<0.05)，如表2。

表2　两组轴向压缩实验900N外力下位移±s)

注：与完整腓骨相比，#P<0.05；与外侧比较，△P<0.05

2.3两组扭转实验对比:扭转实验结果显示，15度扭转角度下，与外侧组相比扭矩较大，差异有统计学意义(P<0.05)；与完整腓骨相比，腓骨骨折扭矩较小，差异有统计学意义(P<0.05)，如表3。

表3　两组扭转实验15度扭转角度下扭矩±s)

注：与完整腓骨相比，#P<0.05；与外侧比较，△P<0.05

3讨论

现代社会不断进步，居民生活水平稳步提高，各种疾病接踵而至，由于车祸、意外等因素导致的外伤逐渐增多。调查显示，骨折的发生率呈逐年升高趋势，尤其是胫骨骨折。胫骨是小腿骨中最为坚韧、承重最大的骨骼组织，其负重高达87%，上端连接膝关节，下端连接踝关节[3]。骨折发生后，胫骨内侧前部产生张力，并接受来自重力以及张力的影响出现骨折不稳定。研究显示，稳定程度与位置高低紧密相关，随着位置的降低，稳定性随之降低，容易导致内固定失败。现代胫骨骨折治疗方案具有多样性，例如石膏、夹板、锁定钢板以及髓内钉等。腓骨自身基本无负重，与上下胫腓韧带及骨间组织作用与胫骨相连，具有支持胫骨承重的作用。刘发平等[4]发现，腓骨的固定具有增强胫骨术后固定的稳定性，改善复位，预防肢体短缩、力线不正和旋转等问题的发生。现代研究显示，胫腓骨中段横断骨折内侧锁定以及外侧锁定钢板固定均对稳定性提升有帮助[5]。因此，本实验通过已有胫骨中段横断骨折的模型进行分析研究，对胫骨中段横断骨折内外侧锁定钢板固定的生物力学进行对比研究。

本研究显示，与外侧组相比，500N外力下位移较小，900N外力下位移较小，15度扭转角度下扭矩较大；腓骨骨折与完整腓骨相比，500N外力下位移较大，900N外力下位移较大，15度扭转角度下扭矩较小。曾有研究表明，生物力学实验对术后稳定性具有诊断意义。内测组四点弯曲、轴向压缩及扭转实验较外侧组固定的稳定性增高显著。证实了对于胫骨中段横断而言，内侧钢板固定较外侧钢板固定稳定性高，腓骨完整较腓骨骨折稳定性高。医护人员在临床操作中发现，钢板外侧固定出现分离现象较为明显，胫骨骨折大多来自小腿外侧暴力，张力侧是胫骨内侧的骨皮质拉伸，压力侧是外侧，骨皮质受压呈蝶状骨折块[6]。运动分析角度看，张力侧受小腿运动影响，随其负重程度改变，不具有固定性，股四头肌以及小腿后侧肌共同收缩作用，骨折近端呈内侧夹角。因此，胫骨干中段张力侧位于胫骨内侧，内侧钢板固定稳定性也较高。

实验进行中确认固定牢固，抱着上下胫腓联合不包埋，降低实验误差。试验中存在许多差异，如①实验使用的尸体标本左右胫骨存在差异性；②标本不可以一带全，不能反映全部胫腓骨骨折类型；固定位置不同的相同固定物于骨折固定的稳定性之间比较，相同胫腓骨骨折标本进行实验具有可比性的；③对周围软组织的分离，影响胫骨完整性；④日常生活中受力情况较为复杂，单纯的四点弯曲实验、轴向压缩实验以及扭转实验等生物力学实验不能体现所有受力情况，具有局限性。

本研究通过建立8例胫骨中段横断骨折模型实施生物力学研究方法，探究内、外侧锁定钢板固定胫骨中段横断骨折的稳定性，证实了胫骨中段横断骨折中内侧钢板固定较外侧钢板固定稳定性提高，腓骨的完整程度与钢板稳定性呈正比，对稳定性具有增强作用，适宜临床应用推广。

【参考文献】

[1]郑华龙,杨军,陶晋平,等.不同内固定方法治疗胫腓骨骨折的疗效分析[J].临床骨科杂志,2015,18(4):442～442.

[2]周延.胫骨中段横断骨折内外侧锁定钢板固定的生物力学比较与研究[D].河北医科大学,2013.

[3]Zogaib R K, Morgan S, Belangero P S, et al. Minimal invasive ostheosintesis for treatment of diaphiseal transverse humeral shaft fractures[J].Acta Ortopedica Brasileira,2014,22(2):94～98.

[4]刘发平,周敏,苏琦,等.胫腓骨多段骨折固定方式的选择[J].成都医学院学报,2012,7(1):78～80.

[5]张道虎,郭卫春.微创经皮钢板固定术联合锁定钢板治疗胫腓骨中下段骨折的疗效分析[J].骨科,2015,6(1):13～17.

[6]刘胜新.锁定钢板结合植骨术治疗跟骨关节内骨折临床分析[J].亚太传统医药,2012,8(9):125～126.

【基金项目】陕西省科技攻关项目，(编号：2002K10-G1)

【文章编号】1006-6233(2016)06-0895-04

【文献标识码】A【doi】10.3969/j.issn.1006-6233.2016.06.006

Study on the Biomechanical Comparison in Internal Fixation of Lateral Locking Plate Fixation for Tibial Fractures

DUZengfeng，ZHUQiang，MAXiaolei，etal

(TheFirstHospitalofYulin/theSecondAffiliatedHospitalofYan'anUniversity,ShanxiYulin718000,China)

【Abstract】Objective: To investigate the biomechanical comparison in internal fixation of lateral locking plate fixation for tibial fractures. Methods: 8 intact antisepetic adult lower limb specimens were selected and divided into the medial locking plate fixation group (medial group) and the lateral locking plate fixation group (lateral group). On the fracture line of the tibia, the fibula was cut from the horizontal plane, and the four point bending, axial compression test and torsion test were performed and the biomechanics of internal and external fixation of locking plate were compared. Results: Compared with the lateral group, the 500N external force displacement were lower (P<0.05),the 900N external force displacement were lover , the 15° degree torsion torque were higher(P<0.05). Compared with the intact fibula, the 500N external force displacement were higher(P<0.05), the 900N external force displacement were higher(P<0.05), the 15° degree torsion torque were lower(P<0.05). Conclusion: The stability of medial lateral plate fixation in the treatment of the middle and medial transverse fractures of the tibia is increased, and the integrity of the fibula is proportional to the stability of the steel plate.

【Key words】Tibial fractures;Internal and external locking plate;Biomechanics