混棒结构组与双棒结构组各标本轴向压缩与径向扭转屈服载荷值，见表2。



       当轴向压缩屈服载荷≤2 000 N、产生相同位移时，混棒结构组所需轴向压缩屈服载荷大于双棒结构组；当轴向压缩屈服载荷>2 000 N、产生相同位移时，双棒结构组所需轴向压缩屈服载荷大于混棒结构组，并且双棒结构组最大轴向压缩屈服载荷大于混棒结构组[(2 420.60±5.67)， (2 721.40±5.80)N，t=-82.885，P=0]，见图4。



       当径向扭转屈服载荷≤50 N?m、产生相同角度时，混棒结构组所需的扭矩小于双棒结构组；当径向扭转屈服载荷>50 N?m、产生相同角度时，混棒结构组所需扭矩大于双棒结构组，并且混棒结构组最大径向扭转屈服载荷大于双棒结构组[(101.85±2.97)，(85.41±2.82)N?m，t=8.985，P=0]，见图5。



       以上结果提示，桥接系统混棒结构与双棒结构纵向上均可坚强固定骨折，但与双棒结构相比，混棒结构固定骨折更稳定、牢靠，从而更容易促使骨折愈合；横向上混棒结构固定骨折后骨折端容易产生微动，符合弹性固定，并且最大抗扭转力及抗疲劳性能优于双棒结构，可防止因横向不稳定造成的桥接系统断裂。

骨干骨折在股骨和胫骨骨折中较为常见，胫骨骨折年发生率约为14/10万，股骨骨折约为10/10万^[1-2]，均呈双峰年龄分布。年轻患者多发生高能量损伤(如交通事故或运动伤)，常合并有软组织损伤、开放性损伤及多发伤；低能量损伤(如摔倒)多发生于骨质疏松的老年患者。因骨折类型多样化，故有很多治疗方法可供选择，如髓内钉、锁定钢板及外固定支架^[3]，然而各类治疗皆有其利弊。髓内钉扩髓会破坏骨内膜，且容易出现膝关节疼痛，另外在治疗胫骨远端骨折时，骨折越靠近踝关节髓内钉治疗越受限制^[4]；锁定钢板内固定治疗须剥离外骨膜，破坏骨折局部血运，影响骨折愈合，且又存在应力遮挡及应力遮挡效应；外固定支架分量重、体积大，势必影响患者日常生活及穿着。

桥接组合式内固定系统(bridge-link type combined internal fixation system，BCFS)是集锁定钢板、髓内钉及外固定支架功能的新型骨折固定装置，设计符合生物力学原理，具有固定骨折牢靠、骨折端位移小等优势^[5-6]。桥接组合式内固定系统固定骨折不需要或很少剥离骨膜，其好比内置式外固定支架，直接跨越骨折部位固定，避免压迫骨膜及皮质骨^[7]；另外在负重情况下，桥接组合式内固定系统为持续、动态加压状态，纵向压应力刺激骨痂形成，避免应力遮挡而防止骨质疏松。与钢板相比，桥接组合式内固定系统不仅术中能有效减少出血、缩短手术时间，而且术后骨折愈合时间短、功能恢复快^[8-10]。既往固定骨折类似于锁定钢板实行平行骨面一侧的双棒固定，但双棒结构为偏心固定，可能导致纵向上固定减弱及横向上抗扭转降低。因此，研究提出混棒固定概念，即用一根单棒固定骨折后在其径向90°处固定另一根单棒，实现非平面固定，分析混棒与双棒结构之间的生物力学差异。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

1.1  设计  随机对照体外生物力学实验。

1.2  时间及地点  实验于2018-08-22在天津市威曼生物材料有限公司牛顿实验室完成。

1.3  材料  40根聚甲醛材料(短)，尺寸、横截面及硬度基本一致。桥接组合式内固定系统由天津市威曼生物材料有限公司生产，国食药监械(准)字2013第3461814号，由连接棒、固定块及锁定螺钉构成。样品信息见表1。

1.4  实验方法

1.4.2  轴向压缩实验  ①桥接混棒轴向压缩实验：先在一根连接棒两端各套上两个单孔单棒固定块，平行放置于骨折模型上，并用4枚锁定螺钉加压固定，再于模型径向90°位置固定相同数量的钉棒系统。然后将固定好的模型安装到实验设备两端的三爪卡盘上，锁紧骨折模型两端，以3 mm/min的速度向模型两端施加轴向压力，记录轴向压缩力与位移情况，以及曲线出现折点或趋于水平状态时的载荷(即最大载荷)，计算出屈服载荷，见图2A；②桥接双棒轴向压缩实验：先在2根连接棒两端各套上4个单孔双棒固定块，平行放置于骨折模型上，并用8枚锁定螺钉加压固定。然后将固定好的模型安装到实验设备两端的三爪卡盘上，锁紧骨折模型两端，以3 mm/min的速度向模型两端施加轴向压力，记录轴向压缩力与位移情况，以及曲线出现折点或趋于水平状态时的载荷(即最大载荷)，计算出屈服载荷，见图2B。

1.4.3  径向扭转实验  ①桥接系统混棒径向扭转实验：先在一根连接棒两端各套上2个单孔单棒固定块，平行放置于骨折模型上，并用4枚锁定螺钉加压固定，再于模型径向90°位置固定相同数量的钉棒系统。然后将固定好的模型安装到实验设备两端的三爪卡盘上，锁紧骨折模型两端后，使模型一端以2 r/min的速度径向旋转，记录横向扭转力与角度变化，以及曲线出现折点或趋于水平状态时的载荷(即最大载荷)，计算出屈服载荷，见图3A；②桥接双棒径向扭转实验：先在2根连接棒两端各套上4个单孔双棒固定块，平行放置于骨折模型上，并用8枚锁定螺钉加压固定。然后将固定好的模型安装到实验设备两端的三爪卡盘上，锁紧骨折模型两端后，使模型一端以2 r/min的速度径向旋转，记录横向扭转力与角度变化，以及曲线出现折点或趋于水平状态时的载荷(即最大载荷)，计算出屈服载荷，见图3B。

1.5  主要观察指标  观察2组的轴向压缩力与位移情况，以及横向扭转力与角度变化，各组曲线出现折点或趋于水平状态时的载荷及屈服载荷。

下肢骨折可根据骨折类型选择相对应的固定材料，骨干骨折一般首选髓内钉固定，但长节段粉碎性及骨折线超过1/3的螺旋形骨折髓内钉治疗需慎用^[11]。为防止骨干缩短，须切开复位内固定，而锁定钢板有诸多缺点：第一，钢板固定骨折时须剥离骨膜，而外骨膜在骨折愈合过程中起主要作用；第二，钢板固定骨折的原理是通过增加钢板与骨面的摩擦力实现的，但钢板的加压作用会造成皮质骨血运障碍；第三，骨折愈合原理是通过二期骨痂形成实现的，骨痂的多少与纵向压应力有关，钢板固定骨折后因无动态加压作用而影响骨痂形成；第四，钢板固定骨折易引起应力遮挡，导致骨折周围骨质疏松，影响骨折愈合。

桥接组合式内固定系统主要由连接棒、固定块、锁定螺钉构成，通过不同的钉、棒、块等组合成单棒、双棒及混棒系统，可治疗全身各处如四肢、骨盆等简单或复杂的骨折^[12]，同时也可经皮固定及外固定^[13-14]。徐永清等^[15]使用混棒及双棒结构治疗四肢骨折后认为，桥接组合式内固定系统具有灵活多变、操作简单、骨折复位好及术后并发症少等优点。张永先等^[16]运用双棒结构治疗复杂股骨骨折后认为，桥接组合式内固定系统固定骨折效果可靠，并发症少。另外，桥接组合式内固定系统结构简单、操作方便、使用灵活，连接棒上的固定块可根据需求轴向上任意来回移动、径向上不同角度调节，形成整体固定和立体固定，有效达到固定骨折和促进骨折愈合的目的^[17]。何忠等^[18]认为桥接组合式内固定系统能对骨折断端提供坚强动态的三维固定，减少血供破坏，有效促进骨折愈合。

桥接双棒结构为2根连接棒平行固定骨折的平面结构，而混棒结构则为一根单棒固定骨折后，在其径向90°处固定另一根单棒的非平面结构。此次研究中，当轴向压缩屈服载荷≤2 000 N时，混棒组曲线在双棒组曲线上方，说明在产生相同位移时，混棒组所需轴向压缩屈服载荷大于双棒组，也就是说混棒结构刚度大，承受的重力较大，固定骨折更牢靠。这是因为混棒结构固定骨折后，来自纵向的压应力分散至每根单棒，以致每根单棒所需承受的压应力变小；而双棒结构固定骨折的方式为偏心固定，一部分纵向的压应力转化为横向力，使纵向力线偏移，导致双棒刚度减小，因此承受的重力也减小。当轴向压缩屈服载荷> 2 000 N时，双棒组曲线在混棒组曲线上方，产生相同位移时，双棒组所需轴向压缩屈服载荷大于混棒组，并且双棒组最大轴向压缩屈服载荷大于混棒组。这是因为当轴向压缩屈服载荷逐渐增大时，混棒结构中每根单棒的轴向压缩屈服载荷也随之增大，最终造成其中1根或2根失效；而双棒结构为整体固定结构，轴向压缩屈服载荷同时作用于双棒整体，以致最终的轴向压缩屈服载荷大于混棒组。既往生物力学研究表明，人体在站立状态下，股骨干载荷约为人体质量的1/3；而在缓慢行走时，由于肌肉收缩和关节反应力的增加，股骨干的载荷约为体质量的2.75倍^[19]。因此，当患者体质量为60-90 kg时，站立时股骨干所受载荷为200-300 N，缓慢行走时所受载荷为1 650-   2 475 N。虽然双棒结构最大轴向压缩屈服载荷大于混棒结构，但正常情况下二者均已满足固定骨折的需要，但混棒结构固定骨折更牢靠、稳定。

当径向扭转屈服载荷≤50 N•m时，混棒组曲线在双棒组曲线下方，产生相同角度时，混棒组所需的扭矩小于双棒组，说明混棒结构在横向上容易产生微动，也就是说混棒结构弹性固定优于双棒结构。这是因为横向扭转力作用于每一根单棒，使单棒受力增大，导致抗扭转降低；同样如此，双棒结构为整体固定结构，横向扭转力同时作用于双棒整体，使得抗扭转增加。当径向扭转屈服载荷>     50 N•m、产生相同角度时，混棒组所需的扭力大于双棒组，并且混棒组最大径向扭转屈服载荷大于双棒组。这是因为混棒结构为2个层面固定，当扭转力逐渐增大时，2根单棒便同时受力，抗扭转逐渐增大；而双棒结构因一侧偏心固定，对侧无抗扭转作用，最终导致整体抗扭转减弱。既往研究表明，髓内钉固定股骨干骨折后人体部分负重时，股骨受到的扭矩为2-5 N•m，而最大扭转载荷约为      0.01 BWm，即60-90 kg体质量扭矩为6-9 N•m，也就是说股骨干骨折固定后股骨所受的扭矩为2-9 N•m^[20-21]。因此，混棒结构与双棒结构横向上也能满足固定骨折的需要，但混棒结构固定骨折后骨折端较易产生微动，符合弹性固定^[22]，而有限断端微动(0.2-1.0 mm)有利于骨折愈合^[23]。由于骨折术后患者进行渐进性功能锻炼时，桥接系统抵抗扭转力增加，长期积累可使内固定疲劳失效，而混棒结构最大径向扭转屈服载荷大于双棒结构，因此混棒结构的抗疲劳性能要优于双棒结构。

胫骨干骨折一般也多采用髓内钉治疗。对于中上段甚至粉碎性骨折，可使用桥接双棒固定。张伟等^[24]也认为桥接组合式内固定系统治疗胫骨干粉碎性骨折具有并发症少、创伤小及骨折愈合率高等优点。胫骨中下段骨折切开固定易导致延迟愈合甚至不愈合，故首选髓内钉治疗；而对于胫骨远端或轻度开放性骨折，髓内钉治疗又有所限制，可使用桥接混棒外固定治疗，见图6A，2根连接棒仅高于皮肤1.0-1.5 cm，固定牢靠，且患者日常生活及穿着不受明显影响。股骨干长节段粉碎性或长螺旋型骨折切开复位内固定时，2根单棒组成的混棒固定可能不牢靠，应于股骨外侧实施桥接双棒固定的同时，再于内侧经皮固定1根单棒，形成新的混棒结构，见图6B，从而使骨折端坚强固定。

综上所述，桥接组合式内固定系统混棒结构与双棒结构均能固定股骨干及胫骨干骨折，但混棒结构纵向上固定骨折更稳定、牢靠，横向上产生微动而易促进骨折愈合，并且抗疲劳性能优于双棒结构。另外，对于长斜行、螺旋形及粉碎性股骨干骨折，双棒结构需联合单棒组成新的混棒结构，才能坚强固定骨折；而对于胫骨中下段轻度开放性或闭合性骨折，因血供差，其他固定材料使用受限时，可使用两根单棒组成混棒结构外固定骨折。然而，对于髓内钉固定首选时，不必切开固定，以便减少损伤，加快骨折愈合及功能恢复。

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文题释义：

桥接系统双棒与混棒结构：桥接系统双棒结构类似于锁定钢板，固定骨折方式为平行一侧骨面的偏心固定，但偏心固定可能导致纵向上固定减弱及横向上抗扭转降低，骨折端固定不牢靠而使骨折不易愈合，甚至内固定疲劳失效。桥接系统混棒结构为一根单棒固定骨折后，在其径向90°或135°处固定另一根单棒，实现非平面整体、立体固定，骨折端纵向上坚强固定，横向上抗疲劳性能强。

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(1)桥接系统双棒及混棒结构的区别：既往股骨及胫骨干骨折切开钢板内固定方式均为偏心固定，桥接系统虽无应力遮挡及应力集中效应，且骨折端一直保持动态、加压状态，但双棒结构为类似于钢板的平面结构，也属于偏心固定，这易导致骨折端不稳而影响骨折愈合。混棒结构为非平面立体、整体结构，纵向上固定骨折更牢靠、稳定，横向上骨折端较易产生微动，且最大抗扭转力大于双棒结构。

(2)临床应用的意义：与桥接系统双棒结构相比，纵向上混棒结构固定骨折更稳定、牢靠，骨折更容易愈合。横向上骨折端容易产生微动，利于骨折愈合，并抗疲劳性能强，从而防止因横向不稳定造成桥接系统断裂。

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