復雜脛骨平臺骨折兩種微創內固定方法的生物力學對比研究

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院 骨外科, 湖北 仙桃, 433000;2. 湖北省武漢同濟醫院 骨外科, 湖北 武漢, 430030)

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復雜脛骨平臺骨折兩種微創內固定方法的生物力學對比研究

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院 骨外科, 湖北 仙桃, 433000;2. 湖北省武漢同濟醫院 骨外科, 湖北 武漢, 430030)

目的 比較復雜脛骨平臺骨折兩種微創內固定方法的生物力學差異。方法 采集12具成人防腐尸體脛骨平臺標本，制成復雜脛骨平臺骨折模型(Schatzker分型Ⅵ型)。分別用外側LISS鎖定鋼板+后內側重建鋼板(LISS+RP)、單獨外側鎖定鋼板(LISS)固定，進行位移、軸向剛度的研究。結果 LISS+RP組生物力學穩定性顯著優于LISS組(P<0.05)。結論 LISS+RP是目前治療復雜脛骨平臺骨折較合適的內固定方式。

脛骨骨折; 骨折固定術; 生物力學

復雜脛骨平臺骨折(SchatzkerⅤ型和Ⅵ型)是指脛骨平臺關節面壓縮、塌陷、劈裂或伴干骺端粉碎骨折，多合并韌帶及關節周圍組織的嚴重損傷，治療不當會發生感染、皮膚壞死、創傷性關節炎等并發癥。隨著AO微創理論的發展，治療理念從堅強內固定轉變到生物學固定(BO)。因此，脛骨近端微創內固定系統(LISS-PLT)治療復雜脛骨平臺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標本上進行生物力學比較研究，現報告如下。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及內固定模型制作

采集12具(6對)成年防腐尸體脛骨平臺標本(含股骨遠段8 cm和脛骨近段15 cm)(標本由武漢同濟醫院解剖教研室提供)，行X線攝片和骨密度檢查，排除骨質破壞、結核、腫瘤及嚴重骨質疏松，以保證測試標本全部正常。剔除髕骨及肌肉，注意保留韌帶、關節囊及半月板。標本用塑料膜密封后于-20℃冷凍保存，實驗前自然解凍。用擺鋸按照預先設計好的骨折線制作schatzkerVI型脛骨平臺骨折模型。

1.2 分組及固定方法

用隨機數字表法分成2組，每組6具。骨折模型解剖復位后，A組脛骨平臺外側采用外側LISS鎖定鋼板以及后內側5孔重建鋼板(RP)固定，B組單獨予外側LISS鋼板固定。

1.3 生物力學測試

將脛骨平臺模型垂直于水平面固定在生物力學測定儀的底座上，再將同一尸體的股骨遠端固定于底座上方的垂直加載器中，力學測試采用萬能材料試驗機。加載壓力通過股骨遠端直接作用于脛骨平臺標本，載荷按200 N分級加載至1 000 N, 加載速率控制在1.5 mm/min, 采用高精度數字顯示光柵位移傳感器和千分表同時測量內側平臺骨折塊的分離位移(精度達0.01%), 根據骨塊分離位移的程度確定各種內固定的強度。分級加載測試結束后改為連續加載，記錄使骨折塊分離3 mm時所用的載荷。

2 結 果

2.1 載荷與脛骨內側平臺位移

對復雜脛骨平臺骨折模型采用兩種微創內固定方式固定后進行分級載荷實驗。結果表明: ① 在生理載荷的作用下，載荷與位移的變化關系呈線性關系，隨著載荷的增加，位移不斷增大。② 同一載荷條件下，兩種微創內固定方式的脛骨內側平臺位移程度為LISS組>LISS+RP組。2組內固定方式有顯著差異(P<0.05)。見表1。

表1 兩種微創內固定方式在不同載荷下內側平臺骨塊的垂直位移和分離3 mm時最大載荷關系比較

與B組比較, *P<0.05。

2.2 軸向剛度和內固定的穩定性

內固定的軸向剛度是指載荷下內固定抵抗形變保持關節穩定的能力，軸向剛度越大，則抗形變能力越強，膝關節也越穩定，其力學公式是：軸向剛度 EF=P/△L, 其中P為載荷, △L為形變位移。對平臺骨折模型進行不同的微創內固定，其軸向剛度必然不同，穩定性也隨之發生改變。AO學組把骨折移位超過3 mm作為內固定失敗的標準，因此本文把骨折移位3 mm所能承受的載荷作為最大載荷，由此可得出復雜脛骨平臺骨折兩種微創內固定方式的軸向剛度。結果表明: A組軸向剛度為(944.00±21.43) N/mm, B組為(820.67±26.41) N/mm, 經檢驗發現A組的軸向剛度和B組有顯著差異(P<0.05)。

3 討 論

3.1 平臺骨折模型的建立和生物力學研究進展

脛骨平臺骨折形態各異，采用何種骨折模型更能模擬不穩定的復雜脛骨平臺骨折, Horwitz[1]認為SchatzkerVI型平臺骨折塊間的接觸面積較少，固定后系統的穩定性主要取決于不同固定方法的內在穩定性，因而能夠更加準確地評估這些方法的生物力學性能。因此本試驗亦采用Horwitz設計的骨折模型。毛漢興等[2]在SchatzkerVI型脛骨平臺骨折模型標本上對不同內固定方式進行生物力學評價，分別采用了3種內固定方式，包括外側支撐鋼板加后內側防滑鋼板，外側支撐鋼板加前內側L-DCP以及外側支撐鋼板加內側半針外固定架。結果顯示，雙鋼板固定力學穩定性優于單獨外側支撐鋼板。但是，該實驗并沒有包括鎖定鋼板組，對于單純鎖定鋼板是否可以代替傳統雙側鋼板進行單側固定，尚需進一步驗證。Mueller等[3]首先應用尸體脛骨標本對鎖定鋼板和普通雙鋼板的力學穩定性進行比較(分別采用脛骨近端外側鎖定鋼板、脛骨近端外側支撐鋼板+后內側動力加壓鋼板、脛骨近端外側支撐鋼板+后內側1/3管型鋼板3種方法固定)。數據顯示鎖定鋼板組內髁下沉位移最大。該實驗骨折模型為伴有骨缺損的復雜脛骨平臺骨折模型，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，是生物力學實驗中經常采用的方法。雖然脛骨平臺所承受的應力比較復雜，包括內外翻、扭轉、剪切、軸向壓力等，但Horwitz[1]的實驗表明系統固定失效多來自于軸向應力，其導致骨折塊的垂直下沉移位占骨折模型整體移位的99%以上。由于人體正常步態周期中膝關節應力的60～75%由內側平臺承載，加之下肢的解剖軸線以及機械軸線均位于膝關節內側方，這些因素使得內側平臺骨折后內翻下沉移位趨勢非常明顯。本實驗采用股骨遠端對脛骨平臺垂直軸向加載，獲得的內側平臺的垂直位移值即反應脛骨平臺的形變值。另一方面，失效載荷反映的是系統能夠承受的最大載荷，失效載荷越大表明系統控制骨折塊移位的能力越強，系統越穩定。然而，如何界定系統失效，文獻報道各有不同。目前，多數學者[4]認為脛骨平臺關節面塌陷超過3 cm即可導致明顯的關節應力分布異常，進而早期出現關節退變，本文亦采用這一標準。

3.2 復雜脛骨平臺骨折的治療

脛骨平臺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。本實驗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。對嚴重粉碎性脛骨平臺骨折的固定，傳統的手術方法是廣泛暴露，雙側堅強鋼板固定，但因該方法術后感染及皮膚壞死的發生率較高而被淘汰[5]。

隨著微創內固定系統(LISS)和LCP等鎖定鋼板的出現，復雜脛骨平臺骨折治療從堅強內固定轉變為生物學固定。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穩定的內固定框架，并且可微創經皮下放置在骨膜外，對血供破壞小，有利于創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，降低或減輕了傳統鋼板內固定治療的一些并發癥，如皮膚壞死、骨及鋼板外露、深部感染、患肢功能恢復不良、內固定物疲勞性折斷等。但是，單獨LISS鋼板能否代替雙鋼板治療復雜脛骨平臺骨折，臨床上仍有爭論。樊飛等[6]采用單一外側LISS鋼板治療120例復雜脛骨平臺骨折，隨訪7～22個月優良率90.83%, 表明單側LISS鋼板能夠代替雙鋼板起到理想的固定作用。嚴盈奇等[7]分析了19例復雜平臺骨折患者，認為單純外側鎖定鋼板難以達到穩定固定，容易出現內側骨折塊再移位的發生；雙鋼板的應用充分體現中心性力學特點，克服單鋼板偏心性固定的不足，有利于應力的均勻分布，因此有必要在平臺后內側也固定一塊鋼板。

3.3 本實驗的結果及臨床意義

脛骨平臺骨折的治療，首先要恢復下肢的力線和膝關節的穩定性，任何形式的內翻不穩或畸形都會加速關節早期退變[8]。多數學者認為，內側平臺骨塊是最不穩定的部分，評價一種內固定是否穩定關鍵要看內側髁的穩定程度。Honkonen[9]認為脛骨內髁骨折必須達到解剖復位，否則7年以后繼發性創傷性關節炎的發病率明顯升高。因此對于內側髁骨折的固定應引以足夠的重視。通過本實驗對比研究，在防止復雜脛骨平臺骨折內髁下沉移位方面, LISS+RP固定要優于單獨外側LISS固定。雖然，各類生物力學實驗在骨折模型、實驗方法上有一定的差別，且受標本數量的限制，實驗結果不一定完全一致。但可以得出結論：脛骨平臺外側鎖定鋼板結合后內側重建鋼板技術(LISS+RP)具有標準雙鋼板技術的所有優勢，可避免廣泛軟組織剝離所帶來的并發癥，是目前治療復雜脛骨平臺骨折較為理想的方法；而單靠一塊外側鎖定鋼板顯然無法維持平臺骨折的術后穩定性。

[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型脛骨平臺骨折的生物力學評價[J]. 中國基層醫藥, 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, 李正疆, 葛建華, 等. 內固定與外支架固定治療復雜性脛骨平臺骨折的對比研究[J]. 中國修復重建外科雜志, 2008, 22(8): 952-955.

[5] 王松華, 劉璠, 劉登生, 等. 復雜脛骨平臺骨折三種內固定方法生物力學研究[J]. 中華創傷雜志, 2009, 25(9): 829-833.

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

[7] 嚴盈奇, 戴加平, 龔遂良, 等. 微創雙側鎖定鋼板治療復雜性脛骨平臺骨折[J]. 浙江創傷外科, 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

湖北省自然科學基金(2014281233)

王體沛

R 683

A

1672-2353(2016)23-072-03

10.7619/jcmp.201623021