三种不同器械固定胫骨骨折的生物力学评价及临床意义

张自然 中国人民解放军第988医院开封院区骨科 （河南 开封 475000）

内容提要： 目的：探讨三种不同器械固定胫骨骨折的生物力学效果。方法：12具新鲜胫骨标本，制成斜形骨折模型，分为对照组和研究组，每组各6具标本，对照组为有限接触加压接骨板，研究组为单侧外固定支架，而单侧外固定支架加有限内固定，即在使用单侧外固定支架的骨折处加1枚螺钉进行固定，最后针对旋转、压缩和弯曲三个方面对三种不同的器械固定方式进行性能测试。结果：在抗压缩性能、抗旋转性能及抗弯曲性能方面，单侧外固定支架固定与单侧外固定支架加有限内固定和有限接触加压接骨板进行对比发现固定较弱，差异具有统计学意义（P＜0.05）。而单侧外固定支架加有限内固定和有限接触加压接触板固定之间的比较不具有统计学意义（P＞0.05）。结论：单侧外固定支架固定后抗弯曲和抗压缩能力与有限接触加压接骨板对比，固定性能较差，但应力遮挡较小，加用有限内固定后抗变形能力接近有限接触加压接骨板固定。

在人体中，最为常见的骨折即胫骨骨折，其主要特点为开放性和粉碎性，当前在国内，对于胫骨骨折的治疗方法有多种，但最具权威性的治疗方式尚未出现，也由此引发不少争议，因此，本实验针对国内应用较多的单侧外固定支架、单侧外固定支架加有限内固定及有限接触加压接骨板等三种不同的器械固定方式，从生物力学性能方面对着三种器械固定方式进行研究[1]，现报道如下。

1.材料与方法

1.1 基本材料

取12具符合标准的尸体胫骨标本，确保测试标本均正常，用相关的密封方法对其进行密封，再将其保存，保存温度为零下20°C。开始实验后，将所有的胫骨标本制成斜形骨折模型，分为研究组和对照组每组6具标本。对照组为有限接触加压接骨板，研究组为单侧外固定支架。在对研究组的各项数据测试结束后，将单侧外固定支架改为单侧外固定支架加有限内固定。再对其进行相关的数据检测。

1.2 测试方法

首先，针对三种器械固定方式的压缩刚度和弯曲刚度进行测试，测试的具体方法是通过多功能力学试验机测试台上，进行相关数据的测试，进而计算压缩和弯曲刚度，其中加载速度分别为2mm/min、5mm/min。而旋转刚度测试在CYL轴向旋转试验机上进行，采用逐步加载的方法进行测试。

1.3 观察指标

观察记录三种不同固定器械的压缩、弯曲及旋转刚度等数据。

1.4 统计学分析

2.结果

单侧外固定支架固定的压缩刚度、弯曲刚度分别为（201.74±43.16）N/mm和（42.31±4.13）N/mm。旋转刚度为（1.65±0.47）N·m/deg。单侧外固定支架加有限内固定的压缩刚度、弯曲刚度和旋转刚度分别为（984.56±208.42）N/mm和（171.79±26.85）N/mm以及（1.94±0.64）N·m/deg。有限接触加压接骨板固定的三组数据分别为（1176.20±320.41）N/mm、（218.68±41.09）N/mm以及（2.17±0.83）N·m/deg。针对抗压缩性能和抗弯曲性能方面而言，单侧外固定支架固定最弱、单侧外固定支架加有限内固定中等、有限接触加压接骨板固定最强。单侧外固定支架固定与另外两种进行对比，发现P＜0.05，具有可比性；单侧外固定支架加有限内固定和有限接触加压接骨板固定在抗旋转性能方面的性能都要比单侧外固定支架固定强，差异具有可比性（P＜0.05），而单侧外固定支架加有限内固定和有限接触加压接骨板固定之间差异无统计学意义（P＞0.05）。

3.讨论

对于胫骨骨折的不同的手术固定方式，产生的固定效果也不同，因此，临床医生需要对各种手术固定器械的生物力学固定效果有充分了解，进而选择最为合理的治疗方法，提高临床治疗效果。在国内外都存在一个普遍的问题，即有着大量的胫骨骨折的临床固定方法报道，却对固定方法的生物力学却鲜有相关的研究报道。并且绝大多数报道的实验标本均为福尔马林固定后的标本[2]，因此报道中的力学性质与真实情况不相符。就目前而言，具有最为良好的临床效果的器械固定方式即为单侧外固定支架加有限内固定[3]，并有部分学者对此种器械固定方式的生物力学进行了相关的数据研究。因此我们对离体实验性胫骨斜形骨折模型采用外固定支架及钢板固定的方式进行固定，测试在相同条件下的各项刚度，对各种固定器械的固定效果进行生物力学角度的评价。

根据本次研究的相关数据表明，对于胫骨骨折后进行有限接触加压接骨板固定能够取得满意的效果，在相关的性能方面，有限接触加压接骨板都有着良好的效果，能够帮助患者在早期功能锻炼方面提供有效的帮助，进而提高患者后续的生活质量。但由于有限接触加压接骨板固定对于软组织条件要求较高，对于部分患者而言，其缺点就在于不利于创口愈合，在进行钢板固定后，由于骨头本身的弹性模量要小于钢板的的弹性模量，从而导致骨折端失去了正常的生理刺激致应力遮挡，最后在固定物取出后，胫骨任有很大的可能性再次出现骨折，对于这个问题，在选择器械固定方式时就需要进行慎重考虑。

对于胫骨骨折选择进行骨外固定架固定的这种方式，其优点为这种治疗方式对组织所造成的损伤小，并且不会出现某些创口内异物存留的意外情况，进而对创口感染能够进行高效的控制且尽可能的降低对于骨折处的供血的影响。对于骨折愈合的过程起到一定的帮助。不过根据本研究的相关数据显示，单侧外固定支架抗压缩性能与抗弯曲性能都比较差。由于骨折断端需要进行紧密接触，而在进行紧密接触时需要骨断端传递[4]97%的轴向压应力，因此骨折断端间的力学稳定性对于骨折固定的牢固性起到关键性作用。因此，能够使不稳定性胫骨骨折固定成功的关键在于需要保持断端界面的相对稳定性，如果某种固定方式无法将断端界面保持在相对稳定的状态，最终会导致出现固定失败这种情况。

此次研究的相关数据结果显示，在增加生物力学效果这一方面，单侧外固定支架加有限内固定这种固定方式能够起到一定程度的效果。因此对于一些粉碎小骨块的类似情况，可以选择先进行有限固定增加断端界面的稳定性，而对于另外一种情况，如果是胫骨干中有大的骨折块这种情况，可选择固定针对其进行固定的方式进行固定，再将固定针与外固定器相连接，能够有效地增加断端界面的稳定强度。

对于由高强度固定向弹性固定的转换这种情况，单侧外固定支架固定和单侧外固定支架加有限内固定能够发挥很好的效果。在生理环境下，当力学环境发生变化时，若存在实际应力比最佳应力大的情况，则，骨进行以骨形成为关键的代谢这种情况，一般发生在实际的应力要大于最佳的应力这种条件下的；而骨进行以骨吸收为主的代谢[5]这种情况。主要发生在实际应力要小于最佳应力的条件下，

在骨折愈合的早期对于固定的刚度要求有着较高的标准，而当骨痂形成时，需要实现弹性固定，于是放松外固定架的延长锁纽，使整个支架动力化。创造一个良好的生物力学环境刺激。对此，单侧外固定支架加有限固定在这些方面又能起到良好的作用。