脛骨中段橫斷骨折內(nèi)外側(cè)鎖定鋼板固定的生物力學(xué)比較與研究

杜增峰，　朱　強，　馬曉磊，　賀耀耀，　馬志遠(yuǎn)，　薛春堂

(陜西省榆林市第一醫(yī)院骨科/延安大學(xué)第二附屬醫(yī)院)，　陜西　榆林　718000)

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脛骨中段橫斷骨折內(nèi)外側(cè)鎖定鋼板固定的生物力學(xué)比較與研究

杜增峰，朱強，馬曉磊，賀耀耀，馬志遠(yuǎn)，薛春堂

(陜西省榆林市第一醫(yī)院骨科/延安大學(xué)第二附屬醫(yī)院)，陜西榆林718000)

【摘要】目的：探究脛骨中段橫斷骨折內(nèi)外側(cè)鎖定鋼板固定的生物力學(xué)比較。方法：收集8具完整防腐成年尸體下肢標(biāo)本，依據(jù)左右腿配對按照隨機數(shù)字分配法，分為內(nèi)側(cè)鎖定鋼板固定組(內(nèi)側(cè)組)和外側(cè)鎖定鋼板固定組(外側(cè)組)，于脛骨骨折線共同水平面上鋸斷腓骨，進行四點彎曲、軸向壓縮實驗以及扭轉(zhuǎn)實驗，對內(nèi)外側(cè)鎖定鋼板固定的生物力學(xué)進行比較。結(jié)果：與外側(cè)組相比，500N外力下位移較小，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；900N外力下位移較小，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；15度扭轉(zhuǎn)角度下扭矩較大，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；腓骨骨折與完整腓骨相比，500N外力下位移較大，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；900N外力下位移較大，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；15度扭轉(zhuǎn)角度下扭矩較小，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論：脛骨中段橫斷骨折中內(nèi)側(cè)鋼板固定較外側(cè)鋼板固定穩(wěn)定性提高，腓骨的完整程度與鋼板穩(wěn)定性呈正比，對穩(wěn)定性具有增強作用。

【關(guān)鍵詞】脛骨中段橫斷骨折；內(nèi)外側(cè)鎖定鋼板；生物力學(xué)

骨折的發(fā)生常伴有軟組織受損、遠(yuǎn)血供不足、皮膚損傷，手術(shù)后易發(fā)生感染以及骨髓炎等不良癥狀。現(xiàn)代臨床治療中，鋼板、髓內(nèi)釘?shù)韧庠次镔|(zhì)置入等手術(shù)技術(shù)開始普及，治療措施不斷完善[1]。但是臨床手術(shù)中仍出現(xiàn)由于手術(shù)操作不當(dāng)、術(shù)后感染出現(xiàn)的手術(shù)后骨不連以及內(nèi)固定斷裂等不良術(shù)后反應(yīng)。現(xiàn)代研究表明，脛腓骨中段橫斷骨折內(nèi)側(cè)鎖定鋼板以及外側(cè)鎖定鋼板固定均對穩(wěn)定性提升有幫助[2]。本文就8具完整防腐成年尸體下肢標(biāo)本進行分析研究，對脛骨中段橫斷骨折內(nèi)外側(cè)鎖定鋼板固定的生物力學(xué)進行對比研究。

1資料與方法

1.1資料及分組:收集8具完整防腐成年尸體下肢標(biāo)本，取膝關(guān)節(jié)到踝關(guān)節(jié)段，除去皮膚以及肌肉等組織，將小腿保留，保留完整的脛骨、腓骨、脛腓接合處以及骨間膜。采用肉眼觀察或X線檢查排除骨干受損、病理骨(畸形、骨折、惡性腫瘤、結(jié)核等)。依據(jù)左右腿配對按照隨機數(shù)字分配法，分為內(nèi)側(cè)鎖定鋼板固定組(內(nèi)側(cè)組)和外側(cè)鎖定鋼板固定組(外側(cè)組)，每組各4例，再根據(jù)腓骨的完整性，分為腓骨完整2例和腓骨骨折2例。使用骨鋸人為制作脛骨干中點處橫骨骨折，骨折線與脛骨干相互垂直。兩端采用皮質(zhì)鎖定螺釘固定，檢查鋼板和脛骨的貼合度，確認(rèn)完全鎖定。首選進行四點彎曲實驗，再進行軸向壓縮實驗，最后實施扭轉(zhuǎn)操作，于脛骨骨折線共同水平面上鋸斷腓骨，再依次進行三項操作，如圖1。保存于-30℃冰箱內(nèi)，實驗24h內(nèi)進行室溫解凍。

圖1內(nèi)側(cè)鎖定鋼板固定組(內(nèi)側(cè)組)以及外側(cè)鎖定鋼板固定組(外側(cè)組)固定

1.2方法

1.2.1實驗材料以及器械設(shè)備:3520-AT型生物力學(xué)實驗機(由美國ROSE公司生產(chǎn));8具完整成年尸體下肢標(biāo)本(由中國醫(yī)科大學(xué)解剖實驗室提供);CRX線機(由上海醫(yī)療器械有限公司生產(chǎn));自凝型牙托粉、自凝型牙托水義齒基托樹脂Ⅱ型(由上海醫(yī)療器械有限公司生產(chǎn));脛骨內(nèi)、外側(cè)固定鋼板裝置以及配套裝置(由河北骨科材料有限公司生產(chǎn));手術(shù)器械以及骨鋸(由首都醫(yī)科大學(xué)醫(yī)院手術(shù)室提供)

1.2.2四點彎曲實驗:采用物力學(xué)試驗機，將兩組標(biāo)本分別放置于彎曲支座上，11cm施力點間距，確保兩施力點與骨折線對其，脛骨前方至脛骨后方施加壓力，速度為2mm/min，控制壓力小于500N，觀察并記錄兩組脛骨不同外力下出現(xiàn)的移位距離，如圖2。

圖2　四點彎曲實驗

1.2.3軸向壓縮實驗:將兩組脛骨兩斷端置入100mm松質(zhì)骨螺釘兩枚，其中40mm置入脛骨兩干骺端內(nèi)，另60mm遺留在外部，采用牙托粉進行以脛骨為主的包埋，腓骨側(cè)基為不包埋段，確保上下脛腓聯(lián)合為腓骨與脛骨唯一連接部位，進行近端施壓，速度為10N/s，壓力負(fù)荷小于900N，觀察并記錄兩組脛骨不同軸向外力下出現(xiàn)的移位距離，如圖3。

圖3　軸向壓縮實驗

1.2.4扭轉(zhuǎn)實驗:對兩組標(biāo)本實施同軸向壓縮實驗，速度為0.1度/s，并對標(biāo)本施加扭矩，由近端向外端小于15度扭轉(zhuǎn)，觀察并記錄不同扭轉(zhuǎn)角度標(biāo)本對應(yīng)的扭矩，如圖4。

圖4　扭轉(zhuǎn)實驗

2結(jié)果

2.1兩組四點彎曲實驗對比:四點彎曲試驗結(jié)果顯示，500N外力下，與外側(cè)組相比位移較小，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；與完整腓骨相比，腓骨骨折位移較大，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，如表1。

表1　兩組四點彎曲試驗500N外力下位移±s)

注：與完整腓骨相比，#P<0.05；與外側(cè)比較，△P<0.05

2.2兩組軸向壓縮實驗對比:軸向壓縮實驗結(jié)果顯示，900N外力下，與外側(cè)組相比位移較小，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；與完整腓骨相比，腓骨骨折位移較大，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，如表2。

表2　兩組軸向壓縮實驗900N外力下位移±s)

注：與完整腓骨相比，#P<0.05；與外側(cè)比較，△P<0.05

2.3兩組扭轉(zhuǎn)實驗對比:扭轉(zhuǎn)實驗結(jié)果顯示，15度扭轉(zhuǎn)角度下，與外側(cè)組相比扭矩較大，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；與完整腓骨相比，腓骨骨折扭矩較小，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，如表3。

表3　兩組扭轉(zhuǎn)實驗15度扭轉(zhuǎn)角度下扭矩±s)

注：與完整腓骨相比，#P<0.05；與外側(cè)比較，△P<0.05

3討論

現(xiàn)代社會不斷進步，居民生活水平穩(wěn)步提高，各種疾病接踵而至，由于車禍、意外等因素導(dǎo)致的外傷逐漸增多。調(diào)查顯示，骨折的發(fā)生率呈逐年升高趨勢，尤其是脛骨骨折。脛骨是小腿骨中最為堅韌、承重最大的骨骼組織，其負(fù)重高達87%，上端連接膝關(guān)節(jié)，下端連接踝關(guān)節(jié)[3]。骨折發(fā)生后，脛骨內(nèi)側(cè)前部產(chǎn)生張力，并接受來自重力以及張力的影響出現(xiàn)骨折不穩(wěn)定。研究顯示，穩(wěn)定程度與位置高低緊密相關(guān)，隨著位置的降低，穩(wěn)定性隨之降低，容易導(dǎo)致內(nèi)固定失敗。現(xiàn)代脛骨骨折治療方案具有多樣性，例如石膏、夾板、鎖定鋼板以及髓內(nèi)釘?shù)取ｋ韫亲陨砘緹o負(fù)重，與上下脛腓韌帶及骨間組織作用與脛骨相連，具有支持脛骨承重的作用。劉發(fā)平等[4]發(fā)現(xiàn)，腓骨的固定具有增強脛骨術(shù)后固定的穩(wěn)定性，改善復(fù)位，預(yù)防肢體短縮、力線不正和旋轉(zhuǎn)等問題的發(fā)生。現(xiàn)代研究顯示，脛腓骨中段橫斷骨折內(nèi)側(cè)鎖定以及外側(cè)鎖定鋼板固定均對穩(wěn)定性提升有幫助[5]。因此，本實驗通過已有脛骨中段橫斷骨折的模型進行分析研究，對脛骨中段橫斷骨折內(nèi)外側(cè)鎖定鋼板固定的生物力學(xué)進行對比研究。

本研究顯示，與外側(cè)組相比，500N外力下位移較小，900N外力下位移較小，15度扭轉(zhuǎn)角度下扭矩較大；腓骨骨折與完整腓骨相比，500N外力下位移較大，900N外力下位移較大，15度扭轉(zhuǎn)角度下扭矩較小。曾有研究表明，生物力學(xué)實驗對術(shù)后穩(wěn)定性具有診斷意義。內(nèi)測組四點彎曲、軸向壓縮及扭轉(zhuǎn)實驗較外側(cè)組固定的穩(wěn)定性增高顯著。證實了對于脛骨中段橫斷而言，內(nèi)側(cè)鋼板固定較外側(cè)鋼板固定穩(wěn)定性高，腓骨完整較腓骨骨折穩(wěn)定性高。醫(yī)護人員在臨床操作中發(fā)現(xiàn)，鋼板外側(cè)固定出現(xiàn)分離現(xiàn)象較為明顯，脛骨骨折大多來自小腿外側(cè)暴力，張力側(cè)是脛骨內(nèi)側(cè)的骨皮質(zhì)拉伸，壓力側(cè)是外側(cè)，骨皮質(zhì)受壓呈蝶狀骨折塊[6]。運動分析角度看，張力側(cè)受小腿運動影響，隨其負(fù)重程度改變，不具有固定性，股四頭肌以及小腿后側(cè)肌共同收縮作用，骨折近端呈內(nèi)側(cè)夾角。因此，脛骨干中段張力側(cè)位于脛骨內(nèi)側(cè)，內(nèi)側(cè)鋼板固定穩(wěn)定性也較高。

實驗進行中確認(rèn)固定牢固，抱著上下脛腓聯(lián)合不包埋，降低實驗誤差。試驗中存在許多差異，如①實驗使用的尸體標(biāo)本左右脛骨存在差異性；②標(biāo)本不可以一帶全，不能反映全部脛腓骨骨折類型；固定位置不同的相同固定物于骨折固定的穩(wěn)定性之間比較，相同脛腓骨骨折標(biāo)本進行實驗具有可比性的；③對周圍軟組織的分離，影響脛骨完整性；④日常生活中受力情況較為復(fù)雜，單純的四點彎曲實驗、軸向壓縮實驗以及扭轉(zhuǎn)實驗等生物力學(xué)實驗不能體現(xiàn)所有受力情況，具有局限性。

本研究通過建立8例脛骨中段橫斷骨折模型實施生物力學(xué)研究方法，探究內(nèi)、外側(cè)鎖定鋼板固定脛骨中段橫斷骨折的穩(wěn)定性，證實了脛骨中段橫斷骨折中內(nèi)側(cè)鋼板固定較外側(cè)鋼板固定穩(wěn)定性提高，腓骨的完整程度與鋼板穩(wěn)定性呈正比，對穩(wěn)定性具有增強作用，適宜臨床應(yīng)用推廣。

【參考文獻】

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【基金項目】陜西省科技攻關(guān)項目，(編號：2002K10-G1)

【文章編號】1006-6233(2016)06-0895-04

【文獻標(biāo)識碼】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