陳 喆，袁 志，楊大釗，鄧 岳，裴富強(qiáng)，畢 龍，姬傳磊，高嘉鍇

高能量損傷多合并四肢骨折[1]，且往往伴有嚴(yán)重軟組織損傷；同時，青少年在生長發(fā)育的過程中也經(jīng)常發(fā)生四肢長骨骨折[2];其臨床表現(xiàn)多為局部腫脹、疼痛、重疊和成角移位等，若不及時復(fù)位和固定，會誘發(fā)骨折延遲愈合或不愈合[3]。對于此類骨折，臨床多采取外科手術(shù)方式治療，不同的固定材料和手術(shù)方式可取得不同的治療效果[4]。其中，外固定架對患處早期有效地臨時固定可明顯降低致殘、致死率。目前，臨床中應(yīng)用的外固定架普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、攜帶不便、操作繁瑣等缺點。筆者根據(jù)鎖定鋼板外置原理設(shè)計出一款新型便攜式外固定架，且已獲得國家發(fā)明專利(專利號：ZL201210294473.8，生產(chǎn)廠家:中國航天發(fā)動機(jī)廠)。本研究擬在動物實驗中驗證其效果，報道如下。

1 材料與方法

1.1 實驗動物成年新西蘭健康、清潔級大白兔36只，雌雄不限，體重1.5～2.5 kg，購自中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)實驗動物中心。采用單純隨機(jī)抽樣的原則分成實驗組和對照組，每組18只。

1.2 實驗儀器和試劑X線檢查儀由中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科提供，電鏡掃描儀由中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)教研室提供；HE染色試劑、電子萬能試驗機(jī)、電子扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)由中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科實驗室提供。實驗中所用機(jī)器均安裝力學(xué)感應(yīng)元件，可自動記錄實驗數(shù)據(jù)，輸入自帶計算機(jī)中處理并繪圖。

1.3 模型制備異氟烷面罩吸入式麻醉。大白兔仰臥位固定于手術(shù)臺上，下肢消毒、備皮，鋪無菌巾。取右脛骨內(nèi)側(cè)約4 cm縱行切口。充分顯露脛骨中段，于脛骨中上1/3處用骨刀制造斜行骨折(見圖1A)，AO分型均為42-A2型，分別使用傳統(tǒng)外固定架(對照組)和新型便攜式外固定架(實驗組)，見圖1B、C。行骨折復(fù)位外固定術(shù)，見圖1D～F。統(tǒng)計術(shù)中出血量及手術(shù)時間。術(shù)后每只兔肌肉注射青霉素40萬U/d，連續(xù)3 d。

1.4 影像及組織學(xué)檢查① X線檢查：分別于術(shù)中及術(shù)后第4、8、12周行X線檢查，觀察骨折斷端復(fù)位和愈合情況。② HE染色：分別于術(shù)后第4、8、12周對實驗兔實施安樂死(實驗組和對照組每個時間點各取6只)，并于骨折遠(yuǎn)、近端3 cm處取材，10%甲醛固定標(biāo)本7 d，脫鈣液脫鈣、乙醇梯度脫水、石蠟包埋和切片，然后行HE染色，中性樹膠封片，光鏡下觀察并拍照。③ 電鏡掃描：利用第4周骨組織標(biāo)本，骨刀沿脛骨干冠狀面劈裂，3%戊二醛固定48 h，將標(biāo)本用蒸餾水沖洗，乙腈梯度脫水，電子真空干燥，定向黏附于載物臺上，真空噴金，掃描電鏡觀察拍照。

1.5 力學(xué)實驗每次選取6個脛骨標(biāo)本進(jìn)行力學(xué)實驗。① 縱向抗拔出實驗：于脛骨表面涂抹義齒基托樹脂固定，標(biāo)本骨端固定于下位夾具，外架端固定于上位夾具，載于電子萬能試驗機(jī)，給予0～900 N垂直向上逐漸加載的拔出力，加載速度為10 mm/min。② 三點彎曲實驗：選用外架同質(zhì)鈦合金棒材，分別置于兩點間距為150 mm水平載物臺上，持續(xù)施以棒材0～200 N縱向載荷，加載速度為5 mm/min。③ 水平抗扭轉(zhuǎn)實驗：于脛骨標(biāo)本植入骨釘，固定于電子扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)上，順時針旋轉(zhuǎn)骨釘，扭矩從0 N·m逐漸加載至50 N·m，轉(zhuǎn)速為0.5 mm/min。

2 結(jié)果

兩組手術(shù)過程均順利。

2.1 兩組手術(shù)指標(biāo)比較手術(shù)時間、術(shù)中出血量實驗組短(少)于對照組(P<0.05)，見表1。

2.2 骨折愈合的X線表現(xiàn)術(shù)后4周，實驗組骨折線模糊，外骨痂橋接斷端；對照組骨折線仍較清晰，未見明顯的外骨痂橋接。術(shù)后8周，實驗組骨折線已基本消失，外骨痂面積減少，骨折斷端骨連接；對照組仍可見骨折線和大面積外骨痂。術(shù)后12周，實驗組骨折完全愈合，對照組骨痂的重塑仍未結(jié)束。見圖2。

2.3 HE染色觀察骨折愈合組織學(xué)表現(xiàn)術(shù)后第4周兩組骨小梁均明顯增多，實驗組骨小梁開始相互連接，骨折斷端間出現(xiàn)板層骨，編織骨減少，軟骨成分少見，對照組骨小梁較為分散，骨折斷端間仍見大量軟骨成分，編織骨開始增多。第8周骨凹陷處成骨細(xì)胞數(shù)量實驗組少于對照組。第12周實驗組骨折端纖維骨痂消失，由板層骨連接，骨塑形明顯，對照組骨痂仍有纖維骨痂，內(nèi)外骨痂開始塑形。見圖3。

2.4 電鏡觀察新生骨組織形態(tài)術(shù)后第4周骨折處骨組織電鏡掃描結(jié)果顯示，實驗組骨折斷端已完全被新生骨小梁連接，編織骨開始減少，板層骨開始出現(xiàn)；對照組骨小梁形成速度相對較慢，未完全填充骨折斷面。見圖4。

圖3 光鏡觀察骨折愈合組織學(xué)表現(xiàn) HE×100 A～C.實驗組術(shù)后4、8、12周；D～F.對照組術(shù)后4、8、12周

圖4 電鏡觀察新生骨組織形態(tài) A1、B1 HE×100,A2、B2 HE×500 A.對照組；B.實驗組

2.5 力學(xué)實驗見表2。① 縱向抗拔出實驗：拔出最大力實驗組高于對照組(P<0.05)，說明新型便攜式外固定架在骨質(zhì)中的抗拔出性能上有較明顯優(yōu)勢。② 水平抗扭轉(zhuǎn)實驗：抗扭轉(zhuǎn)最大扭矩實驗組明顯高于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，說明新型便攜式外固定架的抗扭轉(zhuǎn)能力較好。③ 三點彎曲實驗：三點彎曲最大力兩組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，說明新型便攜式外固定架和傳統(tǒng)外固定架在抗彎曲性能上無明顯差異。

表2 兩組外固定架力學(xué)實驗結(jié)果比較

3 討論

四肢長骨如股骨干、肱骨下1/3、脛骨下1/3及尺橈骨骨折多伴有骨折明顯移位，并有軟組織、隨行血管及神經(jīng)損傷，且不易固定，手術(shù)治療愈合緩慢，其延遲愈合率為5%～17%[5]。雖然一部分骨折延長固定時間可以愈合,但由于患者長期臥床, 會引起患肢肌肉萎縮、關(guān)節(jié)僵硬、骨折畸形愈合等并發(fā)癥,導(dǎo)致肢體功能障礙。在骨折治療中外固定架可以起到維持骨折對位對線、控制損傷的作用，患者可早期進(jìn)行功能鍛煉,防止關(guān)節(jié)僵硬等并發(fā)癥的發(fā)生，尤其對合并軟組織損傷、感染的四肢骨折具有明顯優(yōu)勢[3]。但是，目前針對四肢長骨骨折使用的外固定架仍有許多問題不容忽視，如：組成部件復(fù)雜，操作難度大，所需手術(shù)時間較長；部分固定架極為笨重，患者不能忍受，難以滿足臨床需求；強(qiáng)度不夠，后期恢復(fù)易出現(xiàn)骨成角畸形[6]；材料費用昂貴，患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重等。

本課題組設(shè)計的新型便攜式外固定架，旨在盡可能簡化外固定架的零部件和組成部分，使其在保持原有力學(xué)功能的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)更簡單，重量更輕、便于攜帶，適用于野外突發(fā)事故的醫(yī)療救援等；同時，安裝到患者身上后更加容易接受并有利于醫(yī)護(hù)人員護(hù)理。我們總結(jié)新型便攜式外固定架有如下優(yōu)點：① 外固定架可通過拆分組合，用于四肢及骨盆的臨時固定，不需要攜帶大量單元件，非常適合野外及特殊場合的使用。② 外固定針通過螺紋、螺母與外固定架鎖定結(jié)合，通過外固定針和外固定架的把持力維持骨折斷端的穩(wěn)定性；而傳統(tǒng)外固定架多依靠軸線加壓，其設(shè)計復(fù)雜，零部件較多，不易攜帶，且長期固定容易出現(xiàn)松動，導(dǎo)致骨折斷端移位，固定失敗。③ 外固定架中段設(shè)計有橢圓形長軸通孔，使外固定架可起到滑動加壓的作用，進(jìn)一步加強(qiáng)骨折斷端的穩(wěn)定性，并且可根據(jù)實際情況疊加使用，增加固定強(qiáng)度和長度，甚至實現(xiàn)跨關(guān)節(jié)固定。④ 在外固定架的兩側(cè)，有交叉孔設(shè)計，在保證便攜性的基礎(chǔ)上，可有效防止骨折斷端的旋轉(zhuǎn)移位，相比傳統(tǒng)單臂外固定架骨折固定更可靠。⑤ 外固定架因其鎖定效應(yīng)，理論上在固定關(guān)節(jié)附近骨折時不需要跨關(guān)節(jié)固定，因此可以避免關(guān)節(jié)僵硬，影響關(guān)節(jié)功能。

由于新型便攜式外固定架具有鎖定加壓和防旋轉(zhuǎn)的功能，我們推測其固定骨折的能力應(yīng)該更強(qiáng)，為此我們設(shè)計了新西蘭大白兔脛骨中段骨缺損后外固定架固定治療實驗，并與傳統(tǒng)外固定架治療對照。在4、8周兩個時間點，新型便攜式外固定架固定治療的骨折愈合速度要快于傳統(tǒng)外固定架固定治療。通過力學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)，抗扭轉(zhuǎn)力、抗拔出能力新型便攜式外固定架均強(qiáng)于傳統(tǒng)外固定架，抗折彎能力兩者沒有區(qū)別。結(jié)果表明，新型便攜式外固定架不但質(zhì)量輕，而且在抗拔出、抗扭轉(zhuǎn)方面要強(qiáng)于傳統(tǒng)外固定架。

綜上所述，新型便攜式外固定架治療四肢長骨骨折能簡化手術(shù)操作，促進(jìn)骨折愈合，同時成本低廉，易于改造，較適合臨床進(jìn)一步完善和推廣。