影響骨折鋼板內固定穩定性因素

宋景侖 張奉琪 王鵬程

鋼板內固定是治療骨折的主要方法之一，它能使患肢早期進行主動和無痛性功能活動，為骨折的修復和關節功能迅速恢復提供一個良好的生物學和力學環境，使骨折在功能活動中愈合，功能在骨折修復中恢復。因此，被臨床廣泛應用。然而，在長期的臨床實踐中也發現了一些問題。其中，骨折遲延愈合、不愈合幾率仍較高，主要原因是骨折鋼板固定后穩定性較差所致。有關因素總結如下。

1 鋼板的長度與形狀

當鋼板固定不夠堅強情況下，傷肢受到肌肉牽拉、負重、活動等綜合外力的影響，骨折塊間產生微動，必然導致鋼板的松動、彎曲或折斷［1，2］。鋼板的選擇長度至少為骨折端直徑的五倍，才能抵抗一定的剪應力，達到有效固定［3］。在經受懸臂彎曲方面鋼板的長度是最重要的因素［4］，鋼板的長度比螺絲的數量在向結構提供抗彎強度上能起更大的作用［5］。不同形狀的鋼板對不同骨折的愈合作用不可低估［6，7］。

2 鋼板的位置

鋼板安放的位置對鋼板-骨骼系統的剛度以及鋼板所要承受的載荷是大不相同的，鋼板安放張力側時，鋼板-骨骼符合梁的剛度最大，其抵抗外界載荷時變形最小［8，9］。如果將鋼板置于壓力側，鋼板對側的皮質骨由于彎曲張力的作用而出現分離現象，正常的生理載荷不能通過骨折截面的核心，大部分載荷經過鋼板傳遞，最終導致鋼板彎曲或斷裂，因此鋼板應安放在張力側［10］。

3 螺絲釘數目

趙志文等［1］認為，骨折線遠端第一枚螺釘缺少時，可使空釘處的鋼板上的應力增加一倍，臨近螺釘上危險處的應力值也增加20%;骨折線近端第一枚螺釘缺少時，空釘處的鋼板上的應力增加約70%，臨近螺釘上危險處的應力值也增加16%。兩端螺釘缺少時螺釘缺少時應力值增加很小。缺少螺釘時鋼板上應力增加的部位一般位于螺釘缺損處，而螺釘上出現應力集中的位置在與空釘臨近的螺釘上。抵制扭轉載荷，螺絲的數目是最重要的因素［11］。李浩等［11］認為已定鋼板長度及工作長度，螺絲釘數目對鋼板中央應變及抗變剛度無明顯影響，但鋼板總應變可能增加。有研究認為如果是下肢骨折，在骨折區兩邊各用兩到三個螺絲就是夠了;如果是肱骨和前臂骨折，就在兩邊各用三到四個螺絲，交替用力;對于只有細小裂縫的輕微骨折，在骨折區兩邊應減少一個或兩個螺絲孔促使自發性骨折愈合，包括新一代愈傷組織的形成;對于裂縫很大的骨折例如粉碎性骨折，建議安裝內心螺絲，盡可能的接近骨折區，另外，鋼板和骨頭的距離要保持很近;使用較長的鋼板以保證足夠的軸向硬度［12］。

4 螺絲釘位置

在一個模擬有裂隙的粉碎性骨折案例中，研究發現，螺釘應該被放在盡可能靠近骨折處位置以減少鋼板應力;在一個模擬有裂紋但無裂隙的橫斷骨折案例中，發現裂縫骨折時寬距離放置螺釘或者螺釘被遠離骨折線則導致較低的應變力［5］。在鋼板兩端按斜釘能增加固定強度［11］。有關該類實體標本的生物力學實驗文章尚未見到。

5 鋼絲固定方式

術者為了使骨折解剖復位，將碎骨塊全部游離，用鋼絲單獨固定碎骨塊，或者在放置鋼板后為了加強穩定性，再外加一道或多道鋼絲固定。雖然術后X線片顯示基本解剖復位，但進行功能鍛煉后會出現鋼絲松動，失去固定效果，且骨膜廣泛剝離后會影響骨折局部血運及骨痂生長，導致骨折延遲愈合［10］。所以在手術中對碎骨塊的處理能用螺釘固定的用螺釘固定，不能用螺釘固定的可考慮用克氏針固定，最好不用鋼絲。

6 壓力側骨皮質缺損

傳統的張力帶固定原則，是將鋼板置于骨干的張力側，由鋼板產生壓應力以對抗人體所產生的張應力，促進骨折的愈合［11］。但當壓力側的骨皮質產生缺損，無法承受壓應力時，鋼板將要負荷較高的彎曲應力，被施加循環載荷，使骨折固定不穩，甚至可導致內固定治療的失敗［12］，當壓力側皮質骨存在骨皮質缺損時，將嚴重影響內固定的穩定，故對骨干壓力側存在骨皮質缺損的病例，在進行鋼板內固定時，除應十分重視壓力側骨塊的復位以恢復內側的支撐力外，還應注意保護骨塊的有效血運，防止內固定的失敗［13］。

7 骨折粉碎程度

靜態壓縮實驗表明，如果由于粉碎骨折骨連接沒有在骨折區實現，更長的作用力長度會導致動態負荷實驗早期的失敗，在動態負載過程中會出現負荷分流，作用在螺絲和鋼板上的壓力會因為作用長度的增加而增加，在這個試驗中，增加螺絲數目將有助于減少骨折區附近螺絲的壓力［12］。不同的粉碎程度對骨折的愈合有很大的影響［13，14］。

8 應力遮擋

應力集中于鋼板及骨折處，易發生鋼板折斷及再骨折。在骨折端的橫截面上，鋼板僅占整個橫截面的不足四分之一，加之鋼板的彈性模量比骨組織大許多倍，這便使得載荷及應力應變重新分配。具有較高彈性模量的鋼板必然承擔較多的載荷，而且，任何橫截面上的總負荷總是相同的，這便使較多的應力或者說大多數應力集中在占較小橫截面積的鋼板上。隨著時間的推移，不斷的負重，長期、反復承受較大載荷的鋼板，必將造成疲勞，最終斷裂。另一方面，對骨質來說，也因出現應力集中而再骨折。骨的修復需經歷血腫機化、原始骨癡形成以及骨塑性改造三個階段。其中，骨質改造是一個較為漫長的過程。骨質中的骨小梁為適應骨的力學需要進行調整和改變其排列，最后使骨折痕跡在組織學上完全或接近消失，從而恢復其正常的力學結構［15，16］。而在此之前，骨折處仍然是一個力學結構的薄弱區，其強度大大低于健康骨組織。但在單位面積上承受的應力常超過正常應力的好幾倍［17］。因此，即使輕微的外力，也能因應力的集中而發生再骨折。針對這一情況，在骨組織完全修復以前，告知患者注意保護患肢，避免有害的應力作用，對預防斷裂無疑是有積極意義的［18］。

9 內固定材料性能

由于傳統的鋼板內固定過于堅強，在這種內固定條件下骨折斷端活動度很小，骨折斷端缺少適當的應力刺激，從而導致骨質疏松，張英澤等［19］設計的自動生理加壓鋼板克服了上述鋼板的不足之處，隨著骨折斷端骨組織的缺血壞死，在肌肉收縮及重力的作用下，滑動鋼板可以向骨折線處滑動，從而使骨折斷端處均勻加壓，最大限度地避免了應力遮擋，同時生物力學試驗表明，該鋼板在抗扭轉、抗壓縮、抗彎曲方面的穩定性與普通鋼板元差別。

10 功能鍛煉和負重

不適當負重練習會在骨端產生應力，引起內固定松動、失效，進而影響骨折愈合，只有通過臨床和X線證實的情況下，才能完全負重［20］。骨折愈合和內固定失效實際上是一個競賽過程，若骨折在內固定失效之前已愈合，那么就不會發生內固定失效，因此必須要明確“骨質必須保護內固定”這一概念。

1 趙志文，劉迎曦，張軍，等．加壓鋼板固定術后內植物失敗的生物力學分析．醫用生物力學，2003，18:50-51．

2 朱敏，陳日景，張學雷，等．接骨板內固定治療股骨干失效的原因與對策．解剖與臨床，2004，9:187．

3 王亦聰主編．骨與關節損傷．第3版．北京:人民衛生出版社，2002．101．

4 Thomas Ellis，Craig A．Bourgeault F，et al．Screw Position Affects Dynamic Compression Plate Strain in an In Vitro Fractu-re Model．J Orthop Trauma，2004，15:333-337．

5 Roy Sanders，George J，Haidukewych，et al．Minimal Versus Maximal Plate Fixation Techniques of the Ulna:The Biom-echanical Effect of Number of Screws and PlateLength．Journal of Orthopaedic Trauma，2007，16:166-171．

6 張寧武．梯形鋼板內固定治療四肢長骨干粉碎性骨折48例．武警醫學，2006，17:676．

7 薛俊民，李香民，闞永良．LISS鋼板內固定治療下肢長骨嚴重粉碎骨折．中國矯形外科雜志，2008，16:1741-1742．

8 胡德義．鋼板內固定治療股骨骨折失效的原因分析．中國醫學工程，2005，13:414-415．

9 趙晨陽．股骨骨折鋼板內固定術后骨愈合不良原因探討．瀘州醫學院學報，2005，28:65-66．

10 王輝亮，于東升，李吉艷，王晨霖．股骨干骨折鋼板內固定失效36例治療分析．中國誤診學雜志，2008，8:6737-6738．

11 李浩，舒勇，黃勇全，等．螺釘數目對鋼板應變及結構剛度的影響．江西醫學院學報，2008．48:29-32．

12 Karl S，Ulrich D，Gwidon S，et al．Biomechani-cal testing of the LCP –how can stability in locked internal fixators be contr olled．Injury Int．J．Care Injured，2006:S-B11-S-B19．

13 Said GZ，Farouk O，Said HG．Delayed union of multifragmentary diaphyseal fractures after bridge-plate fixation．International Orthopaedics，2009，67:1371-1373．

14 Hernanz González Y，Díaz Martín A，Jara Sánchez F，Resines Erasun C．Early results with the new internal fixator systems LCP and LISS:a prospective study．Acta Orthop Belg，2007，73:60-69．

15 Mmller ME，Allgower M，Schneider R，et al．骨科內固定．第 3 版．北京:人民衛生出版社，1999．163-164．

16 B1atter G，Weber BG．Wave plate osteosynthesis as a salvage procedure1．Acta chir Orthop Traumato1 Cech，2005，60:273-277．

17 翟文亮，丁真奇，練克儉，等．骨干骨折壓力側皮質缺損鋼板內固定的生物力學研究．中國臨床解剖學雜志，2003，21:624-625．

18 Prasarn ML，Ahn J，Achor T，et al．Management of infected femoral nonunions with a single-staged protocol utilizing internal fixation．Injury，2009，40:1220-1225．

19 張英澤 ，王慶賢，潘進社，等．自動生理加壓鋼板的設計及生物力學穩定性研究．中華創傷骨科雜志，2005，7:66-67

20 楊睿，唐勇，黃霖，等．骨折內固定松動與運動方式關系的生物力學評價．中國臨床解剖雜志，2005，23:535-537．