兩種螺釘的筏釘技術治療脛骨平臺骨折的生物力學研究

彭源祥，唐強，蔡風，黎騰，劉春龍，陳彬祺

（1.江西省南昌市第一醫院骨科，南昌 330000；2.江西省高安市人民醫院骨科，高安 330880）

脛骨平臺骨折屬于關節內骨折， 嚴重威脅到膝關節的結構及功能， 對患者的生活質量影響很大[1]。 首選手術治療，目的是關節面的解剖復位、堅強固定以及早期功能鍛煉， 最大限度恢復膝關節功能。 其內固定方式較多，有克氏針、拉力螺釘、筏釘等[2]，目的是支撐塌陷的骨折塊并防止其復位丟失。 近年來筏釘技術通過生物力學測試，其更能對抗局部壓應力[3]，可有效防止關節面的二次塌陷[4]，其重點是使用多枚螺釘接近軟骨下以并排方式對塌陷骨折塊進行支撐， 輔以支撐鋼板進一步增強內固定對關節面的支撐能力[5]。對于筏螺釘在使用普通螺釘或者鎖定螺釘時的穩定性有何差別目前研究較少。本文主要研究兩種螺釘使用筏螺釘技術治療脛骨平臺骨折時的生物力學狀況，比較兩者穩定性，為臨床提供指導。

1 資料與方法

1.1 標本制備 從13 具人體防腐尸體中獲得26根脛骨（南昌大學醫學院解剖教研室提供）其中男性6 例，女性7 例，年齡范圍24～98 歲，平均年齡72.2 歲，并將其隨機分成2 組進行比較。 第一組平均年齡(71.8±11.95)歲，男性6 例，女性7 例，右6例，左7 例。第二組平均年齡(73.2±16.17)歲，男性6例，女性7 例，右7 例，左6 例。

這些標本在解剖和測試之前， 先用生理鹽水浸泡30 min，雙層塑料保鮮膜密封后置于-20℃冰柜中保存。 在進行解剖以及生物力學試驗之前放置在2 ℃的冰箱中解凍。 一旦解凍， 標本被切成20 cm 的長度。在脛骨外側平臺放置鋼板區域內的所有軟組織及腓骨均去除。

1.2 建立模型 每個標本的遠端6 cm 用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)水泥固定在夾具中，使夾具底部與脛骨平臺平行，并且固定在生物力學機上。 標本安裝好后， 在外側平臺最常見塌陷的部位使用Karunaka 法[6]進行造模，使用鋼尺測量13 mm×20 mm 的塌陷區域。用往復式擺鋸將塌陷邊緣鋸至2 cm 深， 標記脛骨平臺外側髁間棘頂點及脛骨平臺外側緣頂點， 于兩點連線的內1/3 點作一垂線，即劈裂骨塊在關節面的骨折線， 用擺鋸沿該線傾斜25°向外下切割造成劈裂骨折； 使用CSS.44020 生物力學試驗機探頭加壓塌陷范圍直至垂直塌陷距離達到5 mm，即是典型的SchatzkerⅡ型劈裂壓縮型脛骨平臺骨折模型。

1.3 模型固定 使用威高2 孔鎖定鋼板，所有標本的鋼板頂部一致放在關節面下方3 mm 處，A 組筏螺釘由3 枚3.5 mm 鎖定螺釘穿過鋼板，B 組筏螺釘由3 枚3.5 mm 普通皮質骨螺釘穿過鋼板。 為了消除更多的變量， 遠側剩下的孔均使用鎖定螺釘固定。 具體方法：首先用骨膜起子將塌陷的關節面整體頂起復位，缺損處取標本的自體骨植骨，復位劈裂骨塊，克氏針臨時固定。 A 組的3 枚筏螺釘距離軟骨下骨3 mm 處平行于關節面置入，均穿透雙側皮質，剩下的孔均使用鎖定螺釘固定。 B 組的3枚筏螺釘距離軟骨下骨3 mm 處平行于關節面置入，螺釘之間盡量保持平行，均穿透雙側皮質，剩下的孔均使用鎖定螺釘固定。 所有骨折模型同定均由同一名骨科醫生按標準操作程序完成以保證解剖復位及內固定的準確置入。

1.4 力學實驗 兩組均采用股骨髁垂直加載力學試驗， 所有標本每次加壓測試前先軸向預載150 N，持續30 s，以降低標本蠕變效應的影響；采用軸向連續加壓的方式，載荷加載速度為1 mm/min。兩組將同一標本股骨遠端作為施壓模具， 模擬膝關節伸直位時進行軸向載荷加壓測試。 使用YJY-17型引伸計分別記錄載荷為400、800、1200、1600 N時劈裂骨塊的垂直位移以及骨塊位移達至5 mm、10 mm、15 mm 時的失效載荷。 生物力學檢測過程中保持實驗室環境穩定：溫度為26℃，濕度為55%。1.5 統計方法 應用SPSS 13.0 統計軟件進行數據處理，計量資料以（±s）表示，兩種方法之間采用配對t 檢驗。 P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

在400 N 條件下對A、B 組進行循環試驗，位移分別為0.48 mm、0.63 mm（P＝0.6495）。 在800 N時，位移分別為1.32 mm、1.41 mm（P＝0.9789）。 在1200 N 時，位移分別為2.14 mm，1.92 mm(P＝0.4301)。在1600 N 時， 位移分別為2.82 mm、2.48 mm （P＝0.8523）。 環位移試驗的詳細情況見表1。

表1 循環負荷實驗數據

抗平臺移位負荷實驗數據顯示，A、B 組位移達5 mm 所需的平均力分別為330 N 和321 N（P＝0.1478）。對10 mm 的位移，所需的力分別為556 N和517 N（P＝0.2601）。 對15 mm 位移，所需力分別為960 N 和850 N（P＝0.3899）。 見表2。

表2 抗平臺塌陷數據

3 討論

在脛骨平臺外側骨折中， 最常見的模式是裂陷型(Schatzker II 型或OTA/AO 41-B3)。據觀察，它發生在50%～84%的外側平臺骨折[7]。 外側脛骨平臺骨折的治療一直存在爭議， 治療這些骨折有幾種選擇。 文獻中沒有“理想”的治療方法，外科醫生必須考慮幾個因素。 例如，在嚴重骨質疏松的骨折中，相比年輕患者的致密和強壯的骨，需要更穩定的固定。

Karunakar 等人[6]研究了四種不同構造在治療Schatzker II 脛骨平臺尸體骨折模型中的生物力學性能。他們比較了L 型解剖板、4 枚3.5 mm 軟骨下筏螺釘和1 枚抗滑移板、L 型解剖板加同種異體骨植骨和4 枚3.5 mm 非鎖定筏螺釘通過鋼板，然后通過軸向載荷測試這些結構， 記錄局部凹陷和總縱向剛度。 研究者得出結論， 在骨折整體固定方面，四組之間沒有顯著差異。 然而，他們注意到相對于不帶骨移植的大骨片結構和帶骨移植的支撐結構， 軟骨下筏螺釘形成有增加對局部凹陷抵抗的趨勢。

Patil 等[2]首先通過生物力學研究證明,使用4枚平行置入的3.5 mm 皮質骨螺釘的抗軸向負荷要強于2 枚平行置入的6.5 mm 松質骨螺釘。 Yang等[8]在豬的脛骨上比較經脛骨近端鎖定板頭部打入空心釘與打入皮質骨螺釘在生物力學穩定性上的差異,結果表明皮質骨螺釘維持關節面穩定要優于空心釘。Yoon 等[9]因為擔心塌陷關節面復位后無法確保打入的排釘一定能夠支撐到抬起的關節面,提出在鋼板上方利用克氏針維持復位后關節面的倒打排釘技術:術中翻開劈裂的骨塊,復位塌陷關節面后,自外向內打入支撐關節面的克氏針,然后復位翻開的骨塊,再將克氏針由內向外打出,最后折彎,克氏針下方是脛骨近端鎖定板堅強固定。 與我們的研究結果相似，筏螺釘有穩定性增加趨勢。

文獻中對使用小骨塊螺釘固定脛骨平臺骨折進行了研究。 Ballmer 等[10]回顧性分析了17 例采用小骨片內固定治療的脛骨平臺骨折患者。 所有病例均使用小骨塊6 孔T 形鋼板， 一些病例在需要時采用額外的小螺釘固定， 另一些病例在需要時采用內固定架。 大多數病例為脛骨平臺裂陷性骨折(65%)。他們注意到除一例骨折外，所有骨折復位均維持到骨愈合。Westmoreland 等[11]在脛骨近端測試了6.5 mm 部分螺紋松質螺釘、4.5 mm 全螺紋皮質螺釘與3.5 mm 皮質螺釘的拉拔強度。 本研究使用了人類尸體脛骨標本， 螺釘植入采用5 孔L 型解剖鋼板模板進行標準化。 作者發現兩組在脛骨近端軟骨下和干骺端區抗拔出強度沒有統計學上的差異。

鎖定鋼板及其角度固定的引入為治療包括骨質疏松性(病理性)骨折在內的各種類型的骨折增加了一個有價值的工具。 鎖定鋼板用于脛骨近端骨折， 取得了良好的效果， 固定穩定， 愈合率為97%，并發癥發生率為4%[12-15]。 其他作者報道了更高的并發癥，如Phisitkul 等[16]報道了58.1%接受鎖定鋼板固定的脛骨近端復雜骨折患者出現并發癥，與上述研究不成比例。 此外，它們在脛骨近端的應用主要局限于雙髁骨折。 對鎖定鋼板的效用的調查正在進行中， 關于僅使用鎖定鋼板的固有穩定性存在爭議[17-18]。

鎖定鋼板治療單側脛骨平臺骨折的適應癥尚未被廣泛接受。 我們的項目采用鎖定鋼板，它提供了選擇使用所有鎖定螺釘、 所有普通螺釘或混合類型的設計。 另一項研究證實了其有效性，該研究包括31 例雙側脛骨平臺骨折， 其愈合率為94%，無內翻塌陷或機械并發癥[19]。

類似于Karunakar 等[6]的結果,我們的數據表明，當選擇使用筏螺釘治療外側脛骨平臺骨折時，在我們研究的2 種結構設計中， 沒有一種在統計基礎上優于其他任何一種。 在內側平臺不能提供支撐的情況下， 鎖定鋼板對于創建固定的懸臂梁非常重要。 然而，在我們的模型中，螺釘接受了足夠的內側和外側支撐， 因此螺釘結構類似于簡單的梁。 梁理論將預測兩種簡單梁之間的細微差別，一種是有兩個支撐的簡單梁， 類似于傳統的鋼板或螺釘穿過骨頭， 另一種是有一個固定的一端和支撐的一端，類似于鎖定鋼板。 我們的數據與這些預測是一致的， 而且無論該結構是使用鎖定螺釘(形成固定角度結構)還是使用標準的普通螺釘，都沒有顯示出顯著的差異。

由于2 組之間沒有統計學上的顯著差異，而且鎖定螺釘比普通螺釘要昂貴得多， 因此對于這種類型的骨折， 最具成本效益的選擇可能是使用普通螺釘。 一個例外可能是在明顯骨質疏松的標本中， 其固定角度的結構在臨床評估中顯示出改善的固定效果[20]。此外，為了均勻性，我們的研究模型沒有使用拉力螺釘， 可以推測這些額外的固定方法可能增加剛度并進一步抵抗平臺位移。 由于測試這樣一個模型會給我們的研究增加相當多的變異性， 我們選擇不研究拉力螺釘在這種情況下的效果。

我們的研究并非沒有局限性。 首先,尸體標本的使用并不等同于臨床實踐的經驗， 也不等同于一個良好的臨床試驗所產生的證據,在我們研究設計中應用的力分布， 雖然計算出在臨床人群中看到的近似值， 但不能準確地反映在體內觀察到的值。 其次， 我們的尸體標本在分析前沒有進行DEXA 掃描，因此沒有按照可能存在的骨質疏松程度進行分類。 我們相信，我們的隨機化過程減輕了與年齡或骨質量相關的混雜變量。 此外，年齡組的匹配如年齡和性別等因素可以增強整個研究設計，然而，這是不實際的。

總之， 研究無法確定脛骨平臺骨折固定的顯著差異。 數據表明，在對外側劈裂壓縮骨折應用鋼板時，在選擇使用筏螺釘結構時，通過鋼板放置鎖定螺釘與普通螺釘沒有顯著差異， 因此在軟骨下筏螺釘中使用鎖定螺釘缺乏令人信服的論據。