两种螺钉的筏钉技术治疗胫骨平台骨折的生物力学研究

彭源祥，唐强，蔡风，黎腾，刘春龙，陈彬祺

（1.江西省南昌市第一医院骨科，南昌 330000；2.江西省高安市人民医院骨科，高安 330880）

胫骨平台骨折属于关节内骨折， 严重威胁到膝关节的结构及功能， 对患者的生活质量影响很大[1]。 首选手术治疗，目的是关节面的解剖复位、坚强固定以及早期功能锻炼， 最大限度恢复膝关节功能。 其内固定方式较多，有克氏针、拉力螺钉、筏钉等[2]，目的是支撑塌陷的骨折块并防止其复位丢失。 近年来筏钉技术通过生物力学测试，其更能对抗局部压应力[3]，可有效防止关节面的二次塌陷[4]，其重点是使用多枚螺钉接近软骨下以并排方式对塌陷骨折块进行支撑， 辅以支撑钢板进一步增强内固定对关节面的支撑能力[5]。对于筏螺钉在使用普通螺钉或者锁定螺钉时的稳定性有何差别目前研究较少。本文主要研究两种螺钉使用筏螺钉技术治疗胫骨平台骨折时的生物力学状况，比较两者稳定性，为临床提供指导。

1 资料与方法

1.1 标本制备 从13 具人体防腐尸体中获得26根胫骨（南昌大学医学院解剖教研室提供）其中男性6 例，女性7 例，年龄范围24～98 岁，平均年龄72.2 岁，并将其随机分成2 组进行比较。 第一组平均年龄(71.8±11.95)岁，男性6 例，女性7 例，右6例，左7 例。第二组平均年龄(73.2±16.17)岁，男性6例，女性7 例，右7 例，左6 例。

这些标本在解剖和测试之前， 先用生理盐水浸泡30 min，双层塑料保鲜膜密封后置于-20℃冰柜中保存。 在进行解剖以及生物力学试验之前放置在2 ℃的冰箱中解冻。 一旦解冻， 标本被切成20 cm 的长度。在胫骨外侧平台放置钢板区域内的所有软组织及腓骨均去除。

1.2 建立模型 每个标本的远端6 cm 用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)水泥固定在夹具中，使夹具底部与胫骨平台平行，并且固定在生物力学机上。 标本安装好后， 在外侧平台最常见塌陷的部位使用Karunaka 法[6]进行造模，使用钢尺测量13 mm×20 mm 的塌陷区域。用往复式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，即是典型的SchatzkerⅡ型劈裂压缩型胫骨平台骨折模型。

1.3 模型固定 使用威高2 孔锁定钢板，所有标本的钢板顶部一致放在关节面下方3 mm 处，A 组筏螺钉由3 枚3.5 mm 锁定螺钉穿过钢板，B 组筏螺钉由3 枚3.5 mm 普通皮质骨螺钉穿过钢板。 为了消除更多的变量， 远侧剩下的孔均使用锁定螺钉固定。 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 枚筏螺钉距离软骨下骨3 mm 处平行于关节面置入，均穿透双侧皮质，剩下的孔均使用锁定螺钉固定。 B 组的3枚筏螺钉距离软骨下骨3 mm 处平行于关节面置入，螺钉之间尽量保持平行，均穿透双侧皮质，剩下的孔均使用锁定螺钉固定。 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。

1.4 力学实验 两组均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150 N，持续30 s，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。两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。 使用YJY-17型引伸计分别记录载荷为400、800、1200、1600 N时劈裂骨块的垂直位移以及骨块位移达至5 mm、10 mm、15 mm 时的失效载荷。 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%。1.5 统计方法 应用SPSS 13.0 统计软件进行数据处理，计量资料以（±s）表示，两种方法之间采用配对t 检验。 P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

在400 N 条件下对A、B 组进行循环试验，位移分别为0.48 mm、0.63 mm（P＝0.6495）。 在800 N时，位移分别为1.32 mm、1.41 mm（P＝0.9789）。 在1200 N 时，位移分别为2.14 mm，1.92 mm(P＝0.4301)。在1600 N 时， 位移分别为2.82 mm、2.48 mm （P＝0.8523）。 环位移试验的详细情况见表1。

表1 循环负荷实验数据

抗平台移位负荷实验数据显示，A、B 组位移达5 mm 所需的平均力分别为330 N 和321 N（P＝0.1478）。对10 mm 的位移，所需的力分别为556 N和517 N（P＝0.2601）。 对15 mm 位移，所需力分别为960 N 和850 N（P＝0.3899）。 见表2。

表2 抗平台塌陷数据

3 讨论

在胫骨平台外侧骨折中， 最常见的模式是裂陷型(Schatzker II 型或OTA/AO 41-B3)。据观察，它发生在50%～84%的外侧平台骨折[7]。 外侧胫骨平台骨折的治疗一直存在争议， 治疗这些骨折有几种选择。 文献中没有“理想”的治疗方法，外科医生必须考虑几个因素。 例如，在严重骨质疏松的骨折中，相比年轻患者的致密和强壮的骨，需要更稳定的固定。

Karunakar 等人[6]研究了四种不同构造在治疗Schatzker II 胫骨平台尸体骨折模型中的生物力学性能。他们比较了L 型解剖板、4 枚3.5 mm 软骨下筏螺钉和1 枚抗滑移板、L 型解剖板加同种异体骨植骨和4 枚3.5 mm 非锁定筏螺钉通过钢板，然后通过轴向载荷测试这些结构， 记录局部凹陷和总纵向刚度。 研究者得出结论， 在骨折整体固定方面，四组之间没有显著差异。 然而，他们注意到相对于不带骨移植的大骨片结构和带骨移植的支撑结构， 软骨下筏螺钉形成有增加对局部凹陷抵抗的趋势。

Patil 等[2]首先通过生物力学研究证明,使用4枚平行置入的3.5 mm 皮质骨螺钉的抗轴向负荷要强于2 枚平行置入的6.5 mm 松质骨螺钉。 Yang等[8]在猪的胫骨上比较经胫骨近端锁定板头部打入空心钉与打入皮质骨螺钉在生物力学稳定性上的差异,结果表明皮质骨螺钉维持关节面稳定要优于空心钉。Yoon 等[9]因为担心塌陷关节面复位后无法确保打入的排钉一定能够支撑到抬起的关节面,提出在钢板上方利用克氏针维持复位后关节面的倒打排钉技术:术中翻开劈裂的骨块,复位塌陷关节面后,自外向内打入支撑关节面的克氏针,然后复位翻开的骨块,再将克氏针由内向外打出,最后折弯,克氏针下方是胫骨近端锁定板坚强固定。 与我们的研究结果相似，筏螺钉有稳定性增加趋势。

文献中对使用小骨块螺钉固定胫骨平台骨折进行了研究。 Ballmer 等[10]回顾性分析了17 例采用小骨片内固定治疗的胫骨平台骨折患者。 所有病例均使用小骨块6 孔T 形钢板， 一些病例在需要时采用额外的小螺钉固定， 另一些病例在需要时采用内固定架。 大多数病例为胫骨平台裂陷性骨折(65%)。他们注意到除一例骨折外，所有骨折复位均维持到骨愈合。Westmoreland 等[11]在胫骨近端测试了6.5 mm 部分螺纹松质螺钉、4.5 mm 全螺纹皮质螺钉与3.5 mm 皮质螺钉的拉拔强度。 本研究使用了人类尸体胫骨标本， 螺钉植入采用5 孔L 型解剖钢板模板进行标准化。 作者发现两组在胫骨近端软骨下和干骺端区抗拔出强度没有统计学上的差异。

锁定钢板及其角度固定的引入为治疗包括骨质疏松性(病理性)骨折在内的各种类型的骨折增加了一个有价值的工具。 锁定钢板用于胫骨近端骨折， 取得了良好的效果， 固定稳定， 愈合率为97%，并发症发生率为4%[12-15]。 其他作者报道了更高的并发症，如Phisitkul 等[16]报道了58.1%接受锁定钢板固定的胫骨近端复杂骨折患者出现并发症，与上述研究不成比例。 此外，它们在胫骨近端的应用主要局限于双髁骨折。 对锁定钢板的效用的调查正在进行中， 关于仅使用锁定钢板的固有稳定性存在争议[17-18]。

锁定钢板治疗单侧胫骨平台骨折的适应症尚未被广泛接受。 我们的项目采用锁定钢板，它提供了选择使用所有锁定螺钉、 所有普通螺钉或混合类型的设计。 另一项研究证实了其有效性，该研究包括31 例双侧胫骨平台骨折， 其愈合率为94%，无内翻塌陷或机械并发症[19]。

类似于Karunakar 等[6]的结果,我们的数据表明，当选择使用筏螺钉治疗外侧胫骨平台骨折时，在我们研究的2 种结构设计中， 没有一种在统计基础上优于其他任何一种。 在内侧平台不能提供支撑的情况下， 锁定钢板对于创建固定的悬臂梁非常重要。 然而，在我们的模型中，螺钉接受了足够的内侧和外侧支撑， 因此螺钉结构类似于简单的梁。 梁理论将预测两种简单梁之间的细微差别，一种是有两个支撑的简单梁， 类似于传统的钢板或螺钉穿过骨头， 另一种是有一个固定的一端和支撑的一端，类似于锁定钢板。 我们的数据与这些预测是一致的， 而且无论该结构是使用锁定螺钉(形成固定角度结构)还是使用标准的普通螺钉，都没有显示出显著的差异。

由于2 组之间没有统计学上的显著差异，而且锁定螺钉比普通螺钉要昂贵得多， 因此对于这种类型的骨折， 最具成本效益的选择可能是使用普通螺钉。 一个例外可能是在明显骨质疏松的标本中， 其固定角度的结构在临床评估中显示出改善的固定效果[20]。此外，为了均匀性，我们的研究模型没有使用拉力螺钉， 可以推测这些额外的固定方法可能增加刚度并进一步抵抗平台位移。 由于测试这样一个模型会给我们的研究增加相当多的变异性， 我们选择不研究拉力螺钉在这种情况下的效果。

我们的研究并非没有局限性。 首先,尸体标本的使用并不等同于临床实践的经验， 也不等同于一个良好的临床试验所产生的证据,在我们研究设计中应用的力分布， 虽然计算出在临床人群中看到的近似值， 但不能准确地反映在体内观察到的值。 其次， 我们的尸体标本在分析前没有进行DEXA 扫描，因此没有按照可能存在的骨质疏松程度进行分类。 我们相信，我们的随机化过程减轻了与年龄或骨质量相关的混杂变量。 此外，年龄组的匹配如年龄和性别等因素可以增强整个研究设计，然而，这是不实际的。

总之， 研究无法确定胫骨平台骨折固定的显著差异。 数据表明，在对外侧劈裂压缩骨折应用钢板时，在选择使用筏螺钉结构时，通过钢板放置锁定螺钉与普通螺钉没有显著差异， 因此在软骨下筏螺钉中使用锁定螺钉缺乏令人信服的论据。