外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉的生物力学性能及在胫骨远端骨折中的应用

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.26.011

摘要/Abstract

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文题释义：

外固定钢板：是胫骨骨折常用的固定方法，该方法使用相对比较简单，能够对骨折部位进行初始固定，并且也能够作为最终固定方法，尤其是对于开放性骨折患者而言。研究显示，外固定后患者并发症发生率较高，如针道感染、骨折不愈合等。同时，外侧固定生物力学性能也相对较差，其固定时不够坚强，容易造成患者恢复缓慢，负重时间比较晚。

经皮拉力螺钉：也是胫骨远端骨折常用的固定方法，能够较好的控制骨折部的轴向力线，为骨折固定后患者早期下地负重行走创造条件，并且经皮拉力螺钉与钉孔之间应力遮挡效应较小，不会导致内固定物的断裂。但是目前临床上对于外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉的生物力学性能研究相对较少。

摘要

背景：目前临床上对于外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉的生物力学性能研究相对较少，且在胫骨远端骨折患者中的临床应用效果也未见研究。

目的：探讨外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉的生物力学性能，并分析其对胫骨远端骨折的修复效果。

方法：选取6具成年防腐胫骨标本，采用骨锯做一个长为1 cm的骨缺损，分别采用外侧钢板和外侧钢板组结合内侧经皮拉力螺钉固定，并进行三点弯曲实验、轴向压缩实验以及旋转实验。选取河北医科大学骨科收治的20例胫骨远端骨折患者的临床资料进行分析，随机分为2组，外侧钢板组和外侧钢板组结合内侧经皮拉力螺钉组每组10例，比较2组患者的临床修复效果。

结果与结论：①尸体标本生物力学指标：两种固定方法的扭转强度差异无显著性意义(P > 0.05)；外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉固定的抗弯应力以及轴向位移均显著低于外侧钢板固定(P < 0.05)；②修复手术相关指标：外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉组手术时间、术中出血量、住院时间以及骨折愈合时间均显著少于外侧钢板组(P < 0.05)；③修复效果：外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉组治疗后3个月9例骨折愈合，总有效率为90%，显著高于外侧钢板组(总有效率70%)(P < 0.05)；④结果提示，外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉在抗轴向压缩、扭转以及弯曲等方面具有独特优势，将其应用于胫骨远端骨折中效果理想，能够提高骨折修复效果及稳定性。

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
ORCID: 0000-0003-2096-9479(王泉)

关键词: 骨科植入物, 骨植入物, 胫骨远端骨折, 外侧钢板, 内侧经皮拉力螺钉, 生物力学性能, 临床疗效, 扭转强度, 轴向压缩, 三点弯曲实验

Abstract:

BACKGROUND: Current clinical studies seldom concern biomechanical properties of lateral plate combined with medial percutaneous lag screw. Moreover, effects of clinical application to distal tibial fractures are not investigated.

OBJECTIVE: To explore biomechanical properties of lateral plate combined with medial percutaneous lag screw, and to analyze the repair effect on distal tibial fractures.

METHODS: Six adult antiseptic tibia specimens were studied. Bone saw was used to make a bone defect in 1 cm length, which was fixed with lateral plate and lateral plate combined with medial percutaneous lag screw. Three point bending test, axial compression test and rotation test were performed. Clinical data of twenty cases of distal tibial fracture patients from the Department of Orthopedics of Hebei Medical University were analyzed and randomly divided into lateral plate group and lateral plate combined with medial percutaneous lag screw group (n=10). Clinical repair effects were compared between the two groups.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) Biomechanical indexes of cadaver specimens: no significant difference in torsional strength was determined between the two groups (P > 0.05). Bending stress and axial displacement were significantly lower in the lateral plate combined with medial percutaneous lag screw group than in the lateral plate group (P < 0.05). (2) Repair surgery related indicators: operation time, intraoperative blood loss, length of stay and fracture healing time were significantly less in the lateral plate combined with medial percutaneous lag screw group than in the lateral plate group (P < 0.05). (3) Repair effects: There were nine cases of fracture healing in the lateral plate combined with medial percutaneous lag screw group 3 months after treatment. The total effective rate was significantly higher in the lateral plate combined with medial percutaneous lag screw group (90%) than in the lateral plate group (70%) (P < 0.05). (4) These findings indicate that lateral plate combined with medial percutaneous lag screw has a unique advantage in resisting axial compression, torsion and bending. Its application to distal tibial fractures obtains ideal effects, can improve the clinical efficacy and stability.

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

Key words: Tibial Fractures, Biomechanics, Fracture Healing, Internal Fixators

中图分类号:

R318

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Wang Quan, Wang Dong-lai. Biomechanical properties of lateral plate combined with medial percutaneous lag screw and its application in the distal tibial fractures[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2016, 20(26): 3870-3875.

图/表（结果） 3

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引言

胫骨远端骨折主要以手术治疗为主，但是不同的手术修复方法均存在各自的优缺点，且并发症发生率也比较高^[1-4]。因此，对于骨科医师来说选择合适的固定方法修复胫骨远端骨折具有重要的意义^[5-6]。胫骨对人体来说相对比较重要，它是小腿骨的主要承重骨，并且其近端与远端以及髌骨等共同组成膝关节，而远端与腓骨则又构成踝关节^[7]。由于胫骨特殊的位置，使得临床上胫骨骨折发生率较高。目前，临床上对于胫骨远端骨折修复方法相对较多，如保守疗法(石膏、夹板等)、手术疗法(如交锁髓内钉、钢板、外固定支架等)，这些方法虽然能够改善患者症状，促进骨折部位恢复，但是这些方法各有其适应证和缺点^[8-9]。

从骨折生物力学角度来说，理想的固定物的弹性模量应该更加接近于骨的弹性模量，并且能够同时承受一定的刚度承重^[10-11]。钢板属于坚强固定，胫骨远端骨折患者采用该方法固定时能够为骨折愈合以及关节的恢复创造良好的稳定环境^[12]。但是，钢板与骨面的接触面积相对较小，钢板置入后的压迫等容易破坏患者骨折部位的血运，造成骨质疏松甚至骨萎缩等，同时患者取出钢板后又增加患者再次骨折的风险^[13]。经皮拉力螺钉也是胫骨远端骨折患者中常用的固定方法，能够较好的控制骨折部的轴向力线，为骨折固定后患者早期下地负重行走创造条件，并且经皮拉力螺钉与钉孔之间应力遮挡效应较小，不会导致内固定物的断裂^[14-15]。但是目前临床上对于外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉的生物力学性能研究相对较少，且在胫骨远端骨折患者中的临床应用效果也未见研究。

文章选择2013年4月至2014年4月河北医科大学骨科收治的20例胫骨远端骨折患者的临床资料，并结合6具成年防腐下肢标本的生物力学实验结果进行分析，探讨外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉的生物力学性能，分析其修复胫骨远端骨折的临床疗效。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

材料方法

1.1 设计 随机对照试验。

1.2 时间及地点 于2013年4月至2014年4月河北医科大学骨科完成。

1.3 材料 胫骨远端内侧解剖锁定钢板及配套器械原材料主要由厦门大博颖进医疗器械厂完成胫骨远端后内侧固定解剖钢板的生产，该钢板由头、体两部分组成，体部位直板状，头部由体部向后及两侧扭转弯曲膨大而成。以钛合金为材料，更加接近人骨的弹性模量，减少应力遮挡。钉孔及螺钉根据AO标准进行设计，生物相容性良好。

1.4 对象 选取2013年4月至2014年4月河北医科大学骨科收治的20例胫骨远端骨折的病例资料进行分析，采用随机数字表法分为2组，外侧钢板组10例，外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉组10例。

纳入标准：经过影像学检查符合单侧胫骨远端骨折的诊断标准^[16]；患者对治疗方案知情同意。

排除标准：严重心、肝、肾功能异常者；合并其他骨折者。

患者及家属对治疗方法及护理措施等完全知晓，且自愿签署知情同意书。2组患者性别、年龄等差异无显著性意义(P > 0.05)，具有可比性，见表1。

同时选取6具成年防腐下肢标本进行外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉的生物学性能研究，其中男3具，女3具，取出胫腓骨表面皮肤、仅保留胫骨。

1.5 方法

1.5.1 外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉生物性能的测定方法检测过程中为了避免标本受力过于集中，将标本两端采用牙托粉进行包埋，并将其放置在自制夹具中。测试指标如下：①三点弯曲实验：将2具胫骨远端骨折标本与模具相互连接，从胫骨前内侧向后外侧进行加载，最大加载力300 N，速度为10 N/s，胫骨应力变化情况(见图1)^[17]。②轴向压缩实验：随机选取2具标本模型，从胫骨近端轴向加载，加载力0-650 N，速度为 1 N/s，记录骨折轴向位移量^[18]。③扭转强度实验：选取2具标本将其连接到美国BOSE 3520-AT型生物力学实验机上进行固定，骨折近端向内侧扭转，扭矩为0-3 N•m，速度为0.1 N•m/s，记录扭转角度^[19]。

1.5.2 临床修复方法 2组患者手术修复过程中均采用腰硬联合麻醉，手术过程中保持仰卧姿势，在距离外踝15 cm处的腓骨骨折处进行切开复位钢板内固定。对于15 cm以上的腓骨骨折不做处理。手术过程中充分暴露骨折部位，且尽可能保留软组织。

外侧钢板组采用外侧钢板固定治疗^[20-21]：根据干骺端的横行骨折选择L型钛板并放置在胫骨前外侧，钻孔，测量深度，并拧入3枚螺钉，在近端拧入4枚螺钉。

外侧钢板组结合内侧经皮拉力螺钉组采用外侧钢板组结合内侧经皮拉力螺钉固定治疗：患者在C型臂X射线下固定，并对胫骨力线进行持续牵引，在透视下采用大巾钳进行固定，手术修复过程中医师采用直径3 mm圆针钻孔、攻丝，利用拉力螺钉进行固定。

2组患者术后均采用石膏托进行2-4周外固定，早期指导患者功能锻炼^[22-23]。

1.6 主要观察指标 ①观察胫骨标本中外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉的生物力学性能测试结果。②观察2组患者的手术相关指标，如手术时间、术中出血量、住院时间以及骨折愈合时间等。骨折愈合的标准包括局部无压痛，无纵向叩击痛；局部无异常活动；X射线片显示骨折线模糊，有连续性骨痂通过骨折线等。③观察2组患者治疗3个月后不同固定方法的修复效果。显效：患者临床症状消失，关节功能恢复正常；好转：患者临床症状得到改善，关节功能有所恢复；无效：患者病情变化不明显或病情加重。

1.7 统计学分析 采用SPSS 18.0软件对采集到的数据进行分析，其中符合正态分布的数据进行单因素方差分析，存在统计学意义予以LSD法两两比较。P < 0.05提示经比较2组数据间差异有显著性意义。

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

讨论

胫骨位置相对比较特殊，它是小腿骨中比较重要的承重骨，并且能够与周围其他骨、关节等构成膝关节、踝关节等。胫骨远端属于骨干和干骺部位交接的地方，此处骨折发生率更高^[24-25]。目前，临床上对于胫骨远端骨折治疗方法相对较多，包括保守疗法和手术疗法，这些方法各有优缺点^[26]。切口复位内固定是胫骨平台骨折手术治疗的首选方法。切开复位能在肉眼下对骨折块进行复位，在复位的过程中，可以对塌陷的骨折块进行撬拨植骨，使得关节面近乎平整，但是在内固定治疗的过程中，内固定材料的选择对临床医学提出了更高的要求。目前临床上内固定材料包括：拉力螺钉、单侧支撑钢板、双钢板、解剖钢板及锁定钢板，传统内固定材料基本能满足胫骨远端骨折的治疗，但是由于手术创伤大，对骨折段端的血运破坏相对严重，容易引起骨质疏松和骨折不愈合，术后皮肤感染率也相对较高。保守疗法价格相对廉价，使用也比较方便，能够避免手术造成的创伤及并发症等^[27]。而手术治疗则能够提高临床疗效，降低保守治疗引起的感染、皮肤坏死等^[28-29]。

外固定钢板是胫骨骨折中常用的治疗方法，该治疗方法使用相对比较简单，能够对骨折部位进行初始固定，并且也能够作为最终固定方法，尤其是对于开放性骨折患者而言。研究显示，外固定后患者并发症发生率较高，如针道感染、骨折不育等^[30-32]。同时，外侧固定生物力学性能也相对较差，其固定时不够坚强，容易造成患者恢复缓慢，负重时间比较晚。经皮拉力螺钉也是胫骨远端骨折患者中常用的固定方法，该方法在固定过程中采用多点拉力螺钉锁钉固定，能够达到“四两拨千斤”的效果，从而能够有效的稳定骨折部位，防止骨折远端发生旋转，临床上手术操作相对比较简单、可靠，能够帮助患者早期进行功能锻炼^[33-34]。文章中选择的6具标本中3具采用外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉固定，3例采用外侧钢板固定。两种固定方法的扭转强度差异无显著性意义(P > 0.05)；外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉固定的抗弯应力以及轴向位移均显著低于外侧钢板固定(P < 0.05)。由此看出，外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉固定更加耐弯和耐压^[35-36]。对于严重创伤引起的胫骨平台后外侧骨折常伴有半月板、交叉韧带、内外侧副韧带等膝关节周围的损伤。相关学者研究显示，关节镜对于平台骨折可以进行螺钉钢板的固定，且作为一种常规手术方式的辅助手术进行开展，并且同样能取得良好的临床效果。关节镜手术具有创伤小、恢复快等特点，并且还可以对胫骨平台骨折引起的次级损伤进行修复治疗。

临床上，胫骨远端骨折患者中采用外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉内固定效果理想，既能够发挥外侧钢板固定效果，同时还能够发挥内侧经皮拉力螺钉内固定优势，达到优势互补，并且外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉内固定时手术创伤较小，更加有利于促进患者早期恢复。文章中外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉组手术时间、术中出血量、住院时间以及骨折愈合时间均显著少于外侧钢板组(P < 0.05)。同时外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉治疗时对于患者骨折端软组织血运破坏相对较少，能够避免刺穿主动脉，尽可能保留局部骨膜、骨髓腔血供，促进骨折愈合能力，并且能够与骨折之间形成良好的支撑作用，增加了骨折部位固定强度，适当增加了应力，更加符合生物力学要求。文章结果显示，外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉组治疗后9例骨折愈合，总有效率为90%，显著高于外侧钢板组(总有效率为70%)(P < 0.05)。

综上所述，外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉在抗轴向压缩、扭转以及弯曲等方面具有独特优势，将外侧钢板结合内侧经皮拉力螺钉应用于胫骨远端骨折中效果理想，能够提高修复效果及稳定性，是临床相对合适的内固定方法。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