方 丁, 曾義高, 陳先洲, 余勤武, 王體沛

(1. 湖北省仙桃市第一人民醫(yī)院 骨外科, 湖北 仙桃, 433000;2. 湖北省武漢同濟(jì)醫(yī)院 骨外科, 湖北 武漢, 430030)

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復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折兩種微創(chuàng)內(nèi)固定方法的生物力學(xué)對(duì)比研究

方 丁1, 曾義高1, 陳先洲1, 余勤武1, 王體沛2

(1. 湖北省仙桃市第一人民醫(yī)院 骨外科, 湖北 仙桃, 433000;2. 湖北省武漢同濟(jì)醫(yī)院 骨外科, 湖北 武漢, 430030)

目的 比較復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折兩種微創(chuàng)內(nèi)固定方法的生物力學(xué)差異。方法 采集12具成人防腐尸體脛骨平臺(tái)標(biāo)本，制成復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折模型(Schatzker分型Ⅵ型)。分別用外側(cè)LISS鎖定鋼板+后內(nèi)側(cè)重建鋼板(LISS+RP)、單獨(dú)外側(cè)鎖定鋼板(LISS)固定，進(jìn)行位移、軸向剛度的研究。結(jié)果 LISS+RP組生物力學(xué)穩(wěn)定性顯著優(yōu)于LISS組(P<0.05)。結(jié)論 LISS+RP是目前治療復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折較合適的內(nèi)固定方式。

脛骨骨折; 骨折固定術(shù); 生物力學(xué)

復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折(SchatzkerⅤ型和Ⅵ型)是指脛骨平臺(tái)關(guān)節(jié)面壓縮、塌陷、劈裂或伴干骺端粉碎骨折，多合并韌帶及關(guān)節(jié)周圍組織的嚴(yán)重?fù)p傷，治療不當(dāng)會(huì)發(fā)生感染、皮膚壞死、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等并發(fā)癥。隨著AO微創(chuàng)理論的發(fā)展，治療理念從堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定轉(zhuǎn)變到生物學(xué)固定(BO)。因此，脛骨近端微創(chuàng)內(nèi)固定系統(tǒng)(LISS-PLT)治療復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折在臨床上日益增多，但是如何合理地使用鎖定鋼板仍存在爭議。作者選用鎖定鋼板固定的兩種常用方式，在防腐尸體脛骨平臺(tái)標(biāo)本上進(jìn)行生物力學(xué)比較研究，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及內(nèi)固定模型制作

采集12具(6對(duì))成年防腐尸體脛骨平臺(tái)標(biāo)本(含股骨遠(yuǎn)段8 cm和脛骨近段15 cm)(標(biāo)本由武漢同濟(jì)醫(yī)院解剖教研室提供)，行X線攝片和骨密度檢查，排除骨質(zhì)破壞、結(jié)核、腫瘤及嚴(yán)重骨質(zhì)疏松，以保證測試標(biāo)本全部正常。剔除髕骨及肌肉，注意保留韌帶、關(guān)節(jié)囊及半月板。標(biāo)本用塑料膜密封后于-20℃冷凍保存，實(shí)驗(yàn)前自然解凍。用擺鋸按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的骨折線制作schatzkerVI型脛骨平臺(tái)骨折模型。

1.2 分組及固定方法

用隨機(jī)數(shù)字表法分成2組，每組6具。骨折模型解剖復(fù)位后，A組脛骨平臺(tái)外側(cè)采用外側(cè)LISS鎖定鋼板以及后內(nèi)側(cè)5孔重建鋼板(RP)固定，B組單獨(dú)予外側(cè)LISS鋼板固定。

1.3 生物力學(xué)測試

將脛骨平臺(tái)模型垂直于水平面固定在生物力學(xué)測定儀的底座上，再將同一尸體的股骨遠(yuǎn)端固定于底座上方的垂直加載器中，力學(xué)測試采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)。加載壓力通過股骨遠(yuǎn)端直接作用于脛骨平臺(tái)標(biāo)本，載荷按200 N分級(jí)加載至1 000 N, 加載速率控制在1.5 mm/min, 采用高精度數(shù)字顯示光柵位移傳感器和千分表同時(shí)測量內(nèi)側(cè)平臺(tái)骨折塊的分離位移(精度達(dá)0.01%), 根據(jù)骨塊分離位移的程度確定各種內(nèi)固定的強(qiáng)度。分級(jí)加載測試結(jié)束后改為連續(xù)加載，記錄使骨折塊分離3 mm時(shí)所用的載荷。

2 結(jié) 果

2.1 載荷與脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)位移

對(duì)復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折模型采用兩種微創(chuàng)內(nèi)固定方式固定后進(jìn)行分級(jí)載荷實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明: ① 在生理載荷的作用下，載荷與位移的變化關(guān)系呈線性關(guān)系，隨著載荷的增加，位移不斷增大。② 同一載荷條件下，兩種微創(chuàng)內(nèi)固定方式的脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)位移程度為LISS組>LISS+RP組。2組內(nèi)固定方式有顯著差異(P<0.05)。見表1。

表1 兩種微創(chuàng)內(nèi)固定方式在不同載荷下內(nèi)側(cè)平臺(tái)骨塊的垂直位移和分離3 mm時(shí)最大載荷關(guān)系比較

與B組比較, *P<0.05。

2.2 軸向剛度和內(nèi)固定的穩(wěn)定性

內(nèi)固定的軸向剛度是指載荷下內(nèi)固定抵抗形變保持關(guān)節(jié)穩(wěn)定的能力，軸向剛度越大，則抗形變能力越強(qiáng)，膝關(guān)節(jié)也越穩(wěn)定，其力學(xué)公式是：軸向剛度 EF=P/△L, 其中P為載荷, △L為形變位移。對(duì)平臺(tái)骨折模型進(jìn)行不同的微創(chuàng)內(nèi)固定，其軸向剛度必然不同，穩(wěn)定性也隨之發(fā)生改變。AO學(xué)組把骨折移位超過3 mm作為內(nèi)固定失敗的標(biāo)準(zhǔn)，因此本文把骨折移位3 mm所能承受的載荷作為最大載荷，由此可得出復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折兩種微創(chuàng)內(nèi)固定方式的軸向剛度。結(jié)果表明: A組軸向剛度為(944.00±21.43) N/mm, B組為(820.67±26.41) N/mm, 經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)A組的軸向剛度和B組有顯著差異(P<0.05)。

3 討 論

3.1 平臺(tái)骨折模型的建立和生物力學(xué)研究進(jìn)展

脛骨平臺(tái)骨折形態(tài)各異，采用何種骨折模型更能模擬不穩(wěn)定的復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折, Horwitz[1]認(rèn)為SchatzkerVI型平臺(tái)骨折塊間的接觸面積較少，固定后系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要取決于不同固定方法的內(nèi)在穩(wěn)定性，因而能夠更加準(zhǔn)確地評(píng)估這些方法的生物力學(xué)性能。因此本試驗(yàn)亦采用Horwitz設(shè)計(jì)的骨折模型。毛漢興等[2]在SchatzkerVI型脛骨平臺(tái)骨折模型標(biāo)本上對(duì)不同內(nèi)固定方式進(jìn)行生物力學(xué)評(píng)價(jià)，分別采用了3種內(nèi)固定方式，包括外側(cè)支撐鋼板加后內(nèi)側(cè)防滑鋼板，外側(cè)支撐鋼板加前內(nèi)側(cè)L-DCP以及外側(cè)支撐鋼板加內(nèi)側(cè)半針外固定架。結(jié)果顯示，雙鋼板固定力學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于單獨(dú)外側(cè)支撐鋼板。但是，該實(shí)驗(yàn)并沒有包括鎖定鋼板組，對(duì)于單純鎖定鋼板是否可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)雙側(cè)鋼板進(jìn)行單側(cè)固定，尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。Mueller等[3]首先應(yīng)用尸體脛骨標(biāo)本對(duì)鎖定鋼板和普通雙鋼板的力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行比較(分別采用脛骨近端外側(cè)鎖定鋼板、脛骨近端外側(cè)支撐鋼板+后內(nèi)側(cè)動(dòng)力加壓鋼板、脛骨近端外側(cè)支撐鋼板+后內(nèi)側(cè)1/3管型鋼板3種方法固定)。數(shù)據(jù)顯示鎖定鋼板組內(nèi)髁下沉位移最大。該實(shí)驗(yàn)骨折模型為伴有骨缺損的復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折模型，不能代表臨床上所有類型。

比較指定載荷下骨折塊的位移及固定后失效載荷，是生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常采用的方法。雖然脛骨平臺(tái)所承受的應(yīng)力比較復(fù)雜，包括內(nèi)外翻、扭轉(zhuǎn)、剪切、軸向壓力等，但Horwitz[1]的實(shí)驗(yàn)表明系統(tǒng)固定失效多來自于軸向應(yīng)力，其導(dǎo)致骨折塊的垂直下沉移位占骨折模型整體移位的99%以上。由于人體正常步態(tài)周期中膝關(guān)節(jié)應(yīng)力的60～75%由內(nèi)側(cè)平臺(tái)承載，加之下肢的解剖軸線以及機(jī)械軸線均位于膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)方，這些因素使得內(nèi)側(cè)平臺(tái)骨折后內(nèi)翻下沉移位趨勢非常明顯。本實(shí)驗(yàn)采用股骨遠(yuǎn)端對(duì)脛骨平臺(tái)垂直軸向加載，獲得的內(nèi)側(cè)平臺(tái)的垂直位移值即反應(yīng)脛骨平臺(tái)的形變值。另一方面，失效載荷反映的是系統(tǒng)能夠承受的最大載荷，失效載荷越大表明系統(tǒng)控制骨折塊移位的能力越強(qiáng)，系統(tǒng)越穩(wěn)定。然而，如何界定系統(tǒng)失效，文獻(xiàn)報(bào)道各有不同。目前，多數(shù)學(xué)者[4]認(rèn)為脛骨平臺(tái)關(guān)節(jié)面塌陷超過3 cm即可導(dǎo)致明顯的關(guān)節(jié)應(yīng)力分布異常，進(jìn)而早期出現(xiàn)關(guān)節(jié)退變，本文亦采用這一標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折的治療

脛骨平臺(tái)Schatzker VI型骨折特征是干骺端與骨干分離，髁部的骨折類型不確定，可單髁或雙髁受累。本實(shí)驗(yàn)研究脛骨近段骨折合并雙髁骨折類型，比合并單髁骨折治療難度大，難以固定牢靠。對(duì)嚴(yán)重粉碎性脛骨平臺(tái)骨折的固定，傳統(tǒng)的手術(shù)方法是廣泛暴露，雙側(cè)堅(jiān)強(qiáng)鋼板固定，但因該方法術(shù)后感染及皮膚壞死的發(fā)生率較高而被淘汰[5]。

隨著微創(chuàng)內(nèi)固定系統(tǒng)(LISS)和LCP等鎖定鋼板的出現(xiàn)，復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折治療從堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定轉(zhuǎn)變?yōu)樯飳W(xué)固定。由于LISS鋼板特有的鎖定螺釘間相互成角而且所有鎖定螺釘受力均勻，與鋼板共同形成一個(gè)穩(wěn)定的內(nèi)固定框架，并且可微創(chuàng)經(jīng)皮下放置在骨膜外，對(duì)血供破壞小，有利于創(chuàng)口及骨折的正常愈合，因此適合固定干骺端粉碎性骨折。同時(shí)，降低或減輕了傳統(tǒng)鋼板內(nèi)固定治療的一些并發(fā)癥，如皮膚壞死、骨及鋼板外露、深部感染、患肢功能恢復(fù)不良、內(nèi)固定物疲勞性折斷等。但是，單獨(dú)LISS鋼板能否代替雙鋼板治療復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折，臨床上仍有爭論。樊飛等[6]采用單一外側(cè)LISS鋼板治療120例復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折，隨訪7～22個(gè)月優(yōu)良率90.83%, 表明單側(cè)LISS鋼板能夠代替雙鋼板起到理想的固定作用。嚴(yán)盈奇等[7]分析了19例復(fù)雜平臺(tái)骨折患者，認(rèn)為單純外側(cè)鎖定鋼板難以達(dá)到穩(wěn)定固定，容易出現(xiàn)內(nèi)側(cè)骨折塊再移位的發(fā)生；雙鋼板的應(yīng)用充分體現(xiàn)中心性力學(xué)特點(diǎn)，克服單鋼板偏心性固定的不足，有利于應(yīng)力的均勻分布，因此有必要在平臺(tái)后內(nèi)側(cè)也固定一塊鋼板。

3.3 本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及臨床意義

脛骨平臺(tái)骨折的治療，首先要恢復(fù)下肢的力線和膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，任何形式的內(nèi)翻不穩(wěn)或畸形都會(huì)加速關(guān)節(jié)早期退變[8]。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，內(nèi)側(cè)平臺(tái)骨塊是最不穩(wěn)定的部分，評(píng)價(jià)一種內(nèi)固定是否穩(wěn)定關(guān)鍵要看內(nèi)側(cè)髁的穩(wěn)定程度。Honkonen[9]認(rèn)為脛骨內(nèi)髁骨折必須達(dá)到解剖復(fù)位，否則7年以后繼發(fā)性創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率明顯升高。因此對(duì)于內(nèi)側(cè)髁骨折的固定應(yīng)引以足夠的重視。通過本實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究，在防止復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折內(nèi)髁下沉移位方面, LISS+RP固定要優(yōu)于單獨(dú)外側(cè)LISS固定。雖然，各類生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)在骨折模型、實(shí)驗(yàn)方法上有一定的差別，且受標(biāo)本數(shù)量的限制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一定完全一致。但可以得出結(jié)論：脛骨平臺(tái)外側(cè)鎖定鋼板結(jié)合后內(nèi)側(cè)重建鋼板技術(shù)(LISS+RP)具有標(biāo)準(zhǔn)雙鋼板技術(shù)的所有優(yōu)勢，可避免廣泛軟組織剝離所帶來的并發(fā)癥，是目前治療復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折較為理想的方法；而單靠一塊外側(cè)鎖定鋼板顯然無法維持平臺(tái)骨折的術(shù)后穩(wěn)定性。

[1] Horwitz D S, Bachus K N, Craig M A, et al. A biomechanical analysis of internal fixation of complex tibial plateau fractures[J]. J Orthop Trauma, 1999, 13(8): 545-549.

[2] 毛漢興, 羅軼, 沈國平, 等. 三種方法固定Schatzker VI型脛骨平臺(tái)骨折的生物力學(xué)評(píng)價(jià)[J]. 中國基層醫(yī)藥, 2007, 14(8): 1238-1240.

[3] Mueller K L, Karunakar M A, Frankenburg E P, et a1. Bicondylar tibial Plateau fractures: a biomechanical study[J]. Clin Ortho P, 2003, 412: 1 89-195.

[4] 卓乃強(qiáng), 李正疆, 葛建華, 等. 內(nèi)固定與外支架固定治療復(fù)雜性脛骨平臺(tái)骨折的對(duì)比研究[J]. 中國修復(fù)重建外科雜志, 2008, 22(8): 952-955.

[5] 王松華, 劉璠, 劉登生, 等. 復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折三種內(nèi)固定方法生物力學(xué)研究[J]. 中華創(chuàng)傷雜志, 2009, 25(9): 829-833.

[6] 樊飛, 王煜巍, 賈連軍, 等. 鎖定鋼板內(nèi)固定治療復(fù)雜脛骨平臺(tái)骨折的療效分析[J]. 吉林醫(yī)學(xué), 2011, 32(11): 7127-7128.

[7] 嚴(yán)盈奇, 戴加平, 龔遂良, 等. 微創(chuàng)雙側(cè)鎖定鋼板治療復(fù)雜性脛骨平臺(tái)骨折[J]. 浙江創(chuàng)傷外科, 2010, 15(1): 61-62.

[8] Schatzker J, McBroom R, Bruce D. The tibial Plateau fracture: the Toronto experience 1968-975[J]. Clin OrthoP, 1979, 138: 94-104.

[9] Honkonen SE. Indication for surgical treatment of tibial condylar fracture[J]. Clin Orthop Relat Res, 1994, (302): 199-205.

Biomechanical comparison of two minimally invasive internal fixation methods in treatment of patients with complex tibial plateau fractures

FANG Ding1, ZENG Yigao1, CHEN Xianzhou1, YU Qinwu1, WANG Tipei2

(1.DepartmentofOrthopedics,XiantaoFirstPeople′sHospital,Xiantao,Hubei, 433000; 2.DepartmentofOrthopedics,WuhanTongjiHospital,Wuhan,Hubei, 430030)

Objective To compare the biodynamics of two minimally invasive internal fixation methods in treatment of patients with complex tibial plateau fracture. Methods A total of 12 tibial plateau specimens of adult body were made as the model of complicate Schatzker VI tibial plateau fracture, and were treated with LISS plate in lateral plus reconstruction plate fixation in posteromedial (LISS+RP) and LISS plate fixation in lateral only. Displacement and axial stiffness were studied. Results Biomechanical stability of LISS plus RP group was better thanLISS group (P<0.05).Conclusion LISS+RP is a suitable internal fixation method for the treatment of complex tibial plateau fractures.

tibial fractures; fracture fixation; internal; biomechanics

2016-10-11

湖北省自然科學(xué)基金(2014281233)

王體沛

R 683

A

1672-2353(2016)23-072-03

10.7619/jcmp.201623021