矩形髓内钉与Ender钉治疗胫腓骨骨折的临床应用及生物力学比较
作者：王新伟 吴岳嵩 王建华 王文良
单位：200433 上海，第二军医大学附属长海医院骨科
关键词：胫骨；腓骨；骨折固定术，髓内；矩形髓内钉；生物力学
中华创伤杂志990406 【摘要】 目的 为进一步探讨矩形髓内钉的生物力学机制，设计矩形髓内钉的临床应用及生物力学实验研究，并与Ender钉进行对比。方法 (1)临床应用研究：手术治疗胫腓骨骨折218例，其中矩形髓内钉固定132例(138侧)，Ender钉固定86例。比较两种钉术中窗口劈裂、钉端异位穿出率、插钉次数>2次率、术后成角畸形率及二次手术率等的差异。(2)生物力学实验：12对24根人体胫骨标本分为两组，以同一人体的左右侧作自身对照。左侧行矩形髓内钉固定，右侧行Ender钉固定。分别行扭转试验及三点弯曲试验，描绘负载-位移曲线，两组比较并统计学处理(t检验)，分别计算扭转刚度及弯曲刚度。结果 矩形髓内钉的窗口劈裂率、钉端异位穿出率、插钉>2次率、成角畸形率、二次手术率等均小于Ender钉(P<0.01)；矩形髓内钉的扭转负载及前、后弯曲负载大于Ender钉(P<0.01)，而侧方弯曲负载与Ender钉无显著性差异(P>0.05)，矩形髓内钉的内旋及外旋扭转刚度均为0.23N*m/度；Ender钉外旋刚度为0.06N*m/度，内旋刚度为0.07N*m/度。矩形髓内钉前→后弯曲刚度为205.40N*m/度，后→前弯曲刚度为78.00N*m/度，Ender钉前→后弯曲刚度为50.40N*m/度，后→前弯曲刚度为45.40N*m/度。结论 矩形髓内钉在手术操作及控制固定后再移位方面优于Ender钉，主要是由于其抗扭性能及前后抗弯性能的提高。
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Biomechanical and Clinical Study on Rectangle-shaped Intramedullary Nails and Ender Nails for Interfixation of Tibiofibular Fractures
WANG Xinwei, WU Yuesong, WANG Jianhua, et al.
Dept. of Orthopedics, Changhai Teaching Hospital, Second Military Medical University, Shanghai 200433
【Abstract】 Objective To evaluate the different biomechanical and clinical characteristics between Ender nail and rectangle-shaped intramedullary nail (RIN). Methods Clinical study: RIN was used in 138 tibiofibular fractures and Ender nailing in 86 tibiofibular fractures. The damage of nailing entry, deformity rate, and the rate of second operation, etc were evaluated. Biomechanical study: Twenty-four tibias of 12 healthy adult cadavers were fractured and fixed with Ender nail and RIN in the left and right sides separately. Torsion and three point bending tests were examined in two groups. The torsional moment-angle curve, bending load deflection curve and their stiffness were described and compared statistically. Results The rate of entry damage and deformity in RIN group was significantly less than that in the Ender nailing group (P<0.01). The torsional moment and anter-posterior loads of RIN were greater than those of the Ender nailing group (P<0.01). Conclusions The anti-torsion and anter-posterior anti-bending ability of RIN both in clinic and biomechanics are better than the Ender nail, while the lateral bending ability of two groups is the same.
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【Key words】 Tibia Fibula Fracture fixation, intramedullary Rectangle-shaped intramedullary nail Biomechanics
可屈性髓内钉内固定具有创伤小、固定可靠、能早期下床、骨愈合时间短、拔钉容易等特点[1-3]。矩形髓内钉(rectangle-shaped intramedullary nails,RIN)是我国学者于1977年设计的一种用于胫腓骨骨折治疗的可屈性髓内钉，同时具有坚强面和可屈面两种不同的力学结构性能的独有特征[3，4]，经国内数百家医院二十余年的临床应用，取得良好疗效。为了进一步探讨RIN钉临床疗效的生物力学机制，笔者比较了RIN钉与Ender钉的临床疗效及生物力学性能。
资料与方法
一、临床资料
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1993年9月～1997年8月，手术治疗胫腓骨骨折241例，获得随访218例(224侧)。RIN钉固定132例(138侧)，其中男92例(96侧)，女40例(42侧)；年龄21～84岁(平均42岁)。交通及工矿事故致伤81例(87侧)，生活伤(包括行走跌伤，自行车摔伤等)32例，其他伤19例；上1/3段骨折8例(10侧)，中1/3 107例(109侧)，下1/3 17例(19侧)；横行/短斜形骨折38例，螺旋形44例，粉碎性38例(40侧)，多段骨折12例(16侧)。Ender钉固定86例，其中男63例，女23例；年龄25～76岁(平均38岁)。交通及工矿事故致伤62例，生活伤18例，其他伤6例；上1/3段骨折6例，中1/3 61例，下1/3 19例；横行/短斜形骨折14例，螺旋形33例，粉碎性30例，多段骨折9例。随访6～36个月，平均16.8个月。
二、临床资料采集
1.术中资料采集包括：窗口劈裂率、钉端异位穿出率、插钉次数>2次率3项。
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2.术后资料采集包括：成角(侧方、前后、旋转)畸形率及二次手术率2项。二次手术仅指由于成角畸形而引起，按照Ramadier标准侧方成角>5°,前后或旋转成角>10°，且患者有要求者[5]。
三、生物力学材料与方法
1.标本制备：健康成年人猝死者新鲜胫骨标本12对24根，胫骨长度28.3～36.7 cm，平均(31.8±2.8) cm。其中男性8对[平均年龄(35±4.1)岁，身高(1.72±0.15) m，体重(58.4±5.2) kg]；女性4对[平均年龄(38±3.8)岁，身高(1.58±0.09) m，体重(50.8±3.6) kg]。标本在2个月内分批获得，当即剔除附着的软组织，测量胫骨长度，摄X线片以排除损伤及骨髓腔异常。-40℃冰箱保存，不超过40天。实验前24小时将标本置于4℃冷藏箱中解冻，实验前12小时浸于室温下体积分数为75%的酒精中，以去除异味。
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2.实验方法：12对24根标本分两组，按同一人体左右侧行自身对照，用钢锯锯成胫骨中段标准横行骨折，骨折间隙2mm。右侧行RIN钉固定，左侧行Ender钉固定。第一步，扭转试验：随机取其中6对标本，两端以聚乙树脂浇铸，自制夹具夹持。置于K-50型扭转试验机上，按胫骨的内旋与外旋两个方向匀速加载，每1°记录变形值，共测15°。每一方向测量3次，平均值作为该方向的扭转变形值，再将其换算为扭矩值(本实验中1N*m=400变形值)。测试过程中保持试件完整。描绘扭矩-扭角曲线，t检验分析并计算扭转刚度。第二步，弯曲试验(图1)：其余6对标本置于Instron万能液压试验机上，跨距定为20cm，按内→外、外→内、前→后、后→前4个方向行三点弯曲试验。每一方向测3次，最大弯曲变形达13cm时即停止试验，同一方向上的弯曲负载、桡位移3次平均值作为该方向上的弯曲负载、桡位移最终数据，将其换算为负载-角位移值[角位移(°)=arctg(桡位移)/(跨距)]。据此值描绘弯曲负载-位移曲线，t检验并分别计算弯曲刚度。
结 果
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一、临床资料结果
1.窗口劈裂率：RIN钉为4.3%，Ender钉为26.7%，二组有显著性差异(χ2检验,P<0.05)。
2.钉端异位穿出率：RIN钉4例(侧)(2.9%)，Ender钉19例(22.1%),二组有显著性差异(χ2检验，P<0.05)。
3.插钉>2次率：RIN钉组23例(侧)(16.7%)，Ender钉组61例(71.0%)，二组比较有显著性差异(χ2检验，P<0.01)。
4.成角畸形率：RIN钉组总成角畸形率为13.8%，Ender钉组26.7%，两组有显著性差异(χ2检验，P<0.01)。其中侧方成角畸形率:RIN钉组9.4%，Ender钉组11.6%，两组无显著性差异(χ2检验，P>0.05)。向后、向前及旋转成角畸形率：RIN钉组分别为2.1%，1.4%，0.7%；Ender钉组分别为9.3%，2.3%，3.5%。二组间有显著性差异(χ2检验，P<0.01)。见表1。
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5.二次手术率：RIN钉为1.5%(2例)，Ender钉组为7.0%(6例)，二组有显著性差异(χ2检验，P<0.01)。
二、生物力学测试结果
1.扭转试验结果：RIN钉的同向扭转负载(内旋/外旋)较Ender钉组大，两组差异非常显著(P<0.01)。见图2。RIN钉外旋扭转刚度为0.23 N.m/度，Ender钉为0.06 N.m/度，前者为后者的4倍;内旋扭转刚度RIN钉为0.23 N.m/度，Ender钉为0.07 N.m/度，前者为后者的3倍。
2.三点弯曲试验结果：RIN钉的侧方弯曲(内→外或外→内)负载与Ender钉无显著性差异(χ2，P>0.05)。见图3。RIN钉的前→后、后→前弯曲负载
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表1 RIN钉与Ender钉成角畸形 组别
向外成角
向内成角
向前成角
向后成角
旋转成角
<5°
5～10°
>10°
<5°
5～10°
>10
<5°
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5～10°
>10°
<5°
5～10°
>10°
<5°
5～10°
>10°
RIN钉
7
1
0
4
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1
0
1
1
0
3
0
0
1
0
0
Ender钉
5
1
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0
2
1
1
1
1
0
5
2
1
2
1
0
合计
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12
2
0
6
2
1
2
2
0
8
2
1
3
1
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0
均较Ender钉大，二组比较有显著性差异(χ2，P<0.01)。见图4。前→后弯曲刚度RIN钉为205.40 N.m/度,Ender钉为50.40 N.m/度，前者为后者的4倍；后→前弯曲刚度RIN钉为77.96 N.m/度，Ender钉为45.35 N.m/度，前者为后者的1.7倍。
图1 三点弯曲实验示意图
图2 RIN钉与Ender钉的扭矩-扭角曲线
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图3 RIN钉与Ender钉的侧方弯曲负载-位移曲线
讨 论
一、RIN钉与Ender钉的临床应用特点
可屈性髓内钉(flexible nails )有以下优点：(1)器械简单，操作简便；(2)创伤小，可保留骨折端软组织以提供稳定性和保存血供；(3)弹性固定使骨折端达到充分稳定，可早期解放关节进行功能训练，且不存在应力遮挡效应；(4)无须扩髓,利于骨折愈合[1-3]。但近年来许多作者[6-8]相继报告了Ender钉治疗胫腓骨骨折存在窗口劈裂、异位穿出、退钉、成角畸形等并发症。李宝昌等[7]报告Ender钉治疗153例胫骨骨折，窗口劈裂占18例，异位穿出4例，成角畸形25处。张光铂等[8]报告成角畸形率达33.5%。蔡加拉[9]认为，这是由于Ender钉截面为圆形，各向力学性能对等，预弯相对困难，且钉体易绕其中性轴旋转，穿钉角度及弧度设计较难掌握，常需多次调整角度插钉。
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图4 RIN钉与Ender钉的前后弯曲负载—位移曲线
RIN钉截面呈矩形，具有一钉二面结构，其可屈面面积惯性矩为Ender钉的一半，可屈性相当于Ender钉的2倍，厚度亦为Ender钉的一半，因而更易预弯，插钉更容易。本组Ender钉术中窗口劈裂率26.7%，钉端异位穿出率22.1%，成角畸形率26.7%，与文献报道一致。RIN钉的上述指标均较Ender钉小。有作者认为，下肢侧方成角大于5°，前后成角大于10°，将有碍旋转活动。本组成角畸形程度多小于上述范围。但因成角畸形而引起的手术失败在Ender钉组明显高于RIN钉组，RIN钉的插钉>2次率亦较Ender钉明显减低。
二、RIN钉与Ender钉治疗胫腓骨骨折的生物力学差异
笔者认为，RIN钉与Ender钉的生物力学性能差异是导致其临床疗效不同的一个最重要因素。与Ender钉相比，RIN钉的生物力学优势比较明显：
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1.符合胫骨解剖形态的设计：RIN钉在设计上高度符合胫骨的解剖特点：(1)髓腔冠状面上的“)(”状分布，符合胫骨髓腔两头大、中间小的特点；(2)胫骨髓腔最狭窄处，二钉相遇，合而为一，形成一个稳定的三角形结构，与胫骨髓腔截面形状一致；(3)RIN钉坚强面截面惯性矩为Ender钉的13.3倍[4]，且其坚强面恰好位于胫骨矢状位上，足以抵抗小腿后侧肌群的强大张力，有效预防前后成角畸形。
2.整体稳定的立体框架结构：本实验显示，RIN钉的侧方弯曲刚度与Ender钉相当，前后弯曲刚度为Ender钉的1.7～4.1倍，扭转刚度为Ender钉的4倍。笔者认为，RIN钉固定后强度增大的关键在于其“整体稳定的立体框架结构"。它包括：(1)弹性固定原理：RIN钉可屈面在胫骨髓腔内弯成弧形，自身的弹性使其在髓腔内有变直的趋向性，从而产生向骨质的弹力，形成其固定后的即时强度。同时，在髓腔最狭窄处，也即矩钉的最大弓背处，二钉相遇，合而为一，增加了固定后强度。Ender钉同样为弹性固定，但二钉在髓腔内相互交叉，弓背相离，各自独立，需靠多根钉充满髓腔才能达到其整体稳定性。(2)四点相嵌的固定：RIN钉在髓腔内形成两个“四点相嵌”，一是“)(”状分布，与骨皮质四点相嵌；二是RIN钉的矩形截面在钉-骨接触处亦形成四点相嵌，增大了其抗扭性能。(3)几何学稳定的空间分布：RIN钉在髓腔横截面上形成“V”形分布,这一V形结构使RIN钉体与胫骨的前后缘紧密相嵌，在空间上形成一个有一定弹性的三棱柱状体，大大增加了RIN钉的抗旋转性能和固定后强度。(4)与Ender钉相比，RIN钉材料分布更远离中性轴，极惯性矩更大[4]，抗旋转性能更强。(5)矩形面在髓腔矢状位形成一个10 mm×300 mm大小(以宽10 mm，长300 mm矩钉为为例)的内夹板结构，提高了抗扭及前后抗弯性能。
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*本课题为“九五”国家自然科学基金资助项目(No.39670728)
参考文献
1 罗先正,邱贵兴.髓内钉外科学.第1版.北京:人民卫生出版社，1997.1-39.
2 Donald AW, David S, Vincent LG, et al. Flexible medullary nailing of tibial shaft fractures. J Trauma ,1996, 26:1106-1107.
3 吴岳嵩,徐伯诚,范肃临,等.矩形髓内钉的设计及其临床应用.中华骨科杂志,1991,11:405-409.
4 吴岳嵩,张福保,王依晴.矩形髓内钉的设计及其生物力学分析.骨与关节损伤杂志,1991,6:213-214.
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5 Ramadier JO.胫骨开放性骨折.蔡承骅，译.国外医学创伤与外科基本问题分册,1983,1:31.
6 张雪非,丁玉林,余强,等.应用Ender 钉治疗胫骨干骨折的失败经验.中华骨科杂志,1992,12:250-251.
7 李宝昌,张文芳,伍荣,等.Ender钉治疗下肢骨折的并发症及其预防.中华骨科杂志,1994,3:174-176.
8 张光铂,曹永廉,林朋.Ender钉治疗下肢长骨骨折.中华创伤杂志,1992,8: 45-47.
9 蔡加拉.弹性髓内钉与矩形髓内钉治疗胫骨干骨折比较.广东医学,1997,18:443-444.
收稿日期：1998-09-21
修稿日期：1999-04-20, 百拇医药
单位：200433 上海，第二军医大学附属长海医院骨科
关键词：胫骨；腓骨；骨折固定术，髓内；矩形髓内钉；生物力学
中华创伤杂志990406 【摘要】 目的 为进一步探讨矩形髓内钉的生物力学机制，设计矩形髓内钉的临床应用及生物力学实验研究，并与Ender钉进行对比。方法 (1)临床应用研究：手术治疗胫腓骨骨折218例，其中矩形髓内钉固定132例(138侧)，Ender钉固定86例。比较两种钉术中窗口劈裂、钉端异位穿出率、插钉次数>2次率、术后成角畸形率及二次手术率等的差异。(2)生物力学实验：12对24根人体胫骨标本分为两组，以同一人体的左右侧作自身对照。左侧行矩形髓内钉固定，右侧行Ender钉固定。分别行扭转试验及三点弯曲试验，描绘负载-位移曲线，两组比较并统计学处理(t检验)，分别计算扭转刚度及弯曲刚度。结果 矩形髓内钉的窗口劈裂率、钉端异位穿出率、插钉>2次率、成角畸形率、二次手术率等均小于Ender钉(P<0.01)；矩形髓内钉的扭转负载及前、后弯曲负载大于Ender钉(P<0.01)，而侧方弯曲负载与Ender钉无显著性差异(P>0.05)，矩形髓内钉的内旋及外旋扭转刚度均为0.23N*m/度；Ender钉外旋刚度为0.06N*m/度，内旋刚度为0.07N*m/度。矩形髓内钉前→后弯曲刚度为205.40N*m/度，后→前弯曲刚度为78.00N*m/度，Ender钉前→后弯曲刚度为50.40N*m/度，后→前弯曲刚度为45.40N*m/度。结论 矩形髓内钉在手术操作及控制固定后再移位方面优于Ender钉，主要是由于其抗扭性能及前后抗弯性能的提高。
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Biomechanical and Clinical Study on Rectangle-shaped Intramedullary Nails and Ender Nails for Interfixation of Tibiofibular Fractures
WANG Xinwei, WU Yuesong, WANG Jianhua, et al.
Dept. of Orthopedics, Changhai Teaching Hospital, Second Military Medical University, Shanghai 200433
【Abstract】 Objective To evaluate the different biomechanical and clinical characteristics between Ender nail and rectangle-shaped intramedullary nail (RIN). Methods Clinical study: RIN was used in 138 tibiofibular fractures and Ender nailing in 86 tibiofibular fractures. The damage of nailing entry, deformity rate, and the rate of second operation, etc were evaluated. Biomechanical study: Twenty-four tibias of 12 healthy adult cadavers were fractured and fixed with Ender nail and RIN in the left and right sides separately. Torsion and three point bending tests were examined in two groups. The torsional moment-angle curve, bending load deflection curve and their stiffness were described and compared statistically. Results The rate of entry damage and deformity in RIN group was significantly less than that in the Ender nailing group (P<0.01). The torsional moment and anter-posterior loads of RIN were greater than those of the Ender nailing group (P<0.01). Conclusions The anti-torsion and anter-posterior anti-bending ability of RIN both in clinic and biomechanics are better than the Ender nail, while the lateral bending ability of two groups is the same.
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【Key words】 Tibia Fibula Fracture fixation, intramedullary Rectangle-shaped intramedullary nail Biomechanics
可屈性髓内钉内固定具有创伤小、固定可靠、能早期下床、骨愈合时间短、拔钉容易等特点[1-3]。矩形髓内钉(rectangle-shaped intramedullary nails,RIN)是我国学者于1977年设计的一种用于胫腓骨骨折治疗的可屈性髓内钉，同时具有坚强面和可屈面两种不同的力学结构性能的独有特征[3，4]，经国内数百家医院二十余年的临床应用，取得良好疗效。为了进一步探讨RIN钉临床疗效的生物力学机制，笔者比较了RIN钉与Ender钉的临床疗效及生物力学性能。
资料与方法
一、临床资料
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1993年9月～1997年8月，手术治疗胫腓骨骨折241例，获得随访218例(224侧)。RIN钉固定132例(138侧)，其中男92例(96侧)，女40例(42侧)；年龄21～84岁(平均42岁)。交通及工矿事故致伤81例(87侧)，生活伤(包括行走跌伤，自行车摔伤等)32例，其他伤19例；上1/3段骨折8例(10侧)，中1/3 107例(109侧)，下1/3 17例(19侧)；横行/短斜形骨折38例，螺旋形44例，粉碎性38例(40侧)，多段骨折12例(16侧)。Ender钉固定86例，其中男63例，女23例；年龄25～76岁(平均38岁)。交通及工矿事故致伤62例，生活伤18例，其他伤6例；上1/3段骨折6例，中1/3 61例，下1/3 19例；横行/短斜形骨折14例，螺旋形33例，粉碎性30例，多段骨折9例。随访6～36个月，平均16.8个月。
二、临床资料采集
1.术中资料采集包括：窗口劈裂率、钉端异位穿出率、插钉次数>2次率3项。
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2.术后资料采集包括：成角(侧方、前后、旋转)畸形率及二次手术率2项。二次手术仅指由于成角畸形而引起，按照Ramadier标准侧方成角>5°,前后或旋转成角>10°，且患者有要求者[5]。
三、生物力学材料与方法
1.标本制备：健康成年人猝死者新鲜胫骨标本12对24根，胫骨长度28.3～36.7 cm，平均(31.8±2.8) cm。其中男性8对[平均年龄(35±4.1)岁，身高(1.72±0.15) m，体重(58.4±5.2) kg]；女性4对[平均年龄(38±3.8)岁，身高(1.58±0.09) m，体重(50.8±3.6) kg]。标本在2个月内分批获得，当即剔除附着的软组织，测量胫骨长度，摄X线片以排除损伤及骨髓腔异常。-40℃冰箱保存，不超过40天。实验前24小时将标本置于4℃冷藏箱中解冻，实验前12小时浸于室温下体积分数为75%的酒精中，以去除异味。
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2.实验方法：12对24根标本分两组，按同一人体左右侧行自身对照，用钢锯锯成胫骨中段标准横行骨折，骨折间隙2mm。右侧行RIN钉固定，左侧行Ender钉固定。第一步，扭转试验：随机取其中6对标本，两端以聚乙树脂浇铸，自制夹具夹持。置于K-50型扭转试验机上，按胫骨的内旋与外旋两个方向匀速加载，每1°记录变形值，共测15°。每一方向测量3次，平均值作为该方向的扭转变形值，再将其换算为扭矩值(本实验中1N*m=400变形值)。测试过程中保持试件完整。描绘扭矩-扭角曲线，t检验分析并计算扭转刚度。第二步，弯曲试验(图1)：其余6对标本置于Instron万能液压试验机上，跨距定为20cm，按内→外、外→内、前→后、后→前4个方向行三点弯曲试验。每一方向测3次，最大弯曲变形达13cm时即停止试验，同一方向上的弯曲负载、桡位移3次平均值作为该方向上的弯曲负载、桡位移最终数据，将其换算为负载-角位移值[角位移(°)=arctg(桡位移)/(跨距)]。据此值描绘弯曲负载-位移曲线，t检验并分别计算弯曲刚度。
结 果
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一、临床资料结果
1.窗口劈裂率：RIN钉为4.3%，Ender钉为26.7%，二组有显著性差异(χ2检验,P<0.05)。
2.钉端异位穿出率：RIN钉4例(侧)(2.9%)，Ender钉19例(22.1%),二组有显著性差异(χ2检验，P<0.05)。
3.插钉>2次率：RIN钉组23例(侧)(16.7%)，Ender钉组61例(71.0%)，二组比较有显著性差异(χ2检验，P<0.01)。
4.成角畸形率：RIN钉组总成角畸形率为13.8%，Ender钉组26.7%，两组有显著性差异(χ2检验，P<0.01)。其中侧方成角畸形率:RIN钉组9.4%，Ender钉组11.6%，两组无显著性差异(χ2检验，P>0.05)。向后、向前及旋转成角畸形率：RIN钉组分别为2.1%，1.4%，0.7%；Ender钉组分别为9.3%，2.3%，3.5%。二组间有显著性差异(χ2检验，P<0.01)。见表1。
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5.二次手术率：RIN钉为1.5%(2例)，Ender钉组为7.0%(6例)，二组有显著性差异(χ2检验，P<0.01)。
二、生物力学测试结果
1.扭转试验结果：RIN钉的同向扭转负载(内旋/外旋)较Ender钉组大，两组差异非常显著(P<0.01)。见图2。RIN钉外旋扭转刚度为0.23 N.m/度，Ender钉为0.06 N.m/度，前者为后者的4倍;内旋扭转刚度RIN钉为0.23 N.m/度，Ender钉为0.07 N.m/度，前者为后者的3倍。
2.三点弯曲试验结果：RIN钉的侧方弯曲(内→外或外→内)负载与Ender钉无显著性差异(χ2，P>0.05)。见图3。RIN钉的前→后、后→前弯曲负载
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表1 RIN钉与Ender钉成角畸形 组别
向外成角
向内成角
向前成角
向后成角
旋转成角
<5°
5～10°
>10°
<5°
5～10°
>10
<5°
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5～10°
>10°
<5°
5～10°
>10°
<5°
5～10°
>10°
RIN钉
7
1
0
4
, 百拇医药
1
0
1
1
0
3
0
0
1
0
0
Ender钉
5
1
, 百拇医药
0
2
1
1
1
1
0
5
2
1
2
1
0
合计
, 百拇医药
12
2
0
6
2
1
2
2
0
8
2
1
3
1
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均较Ender钉大，二组比较有显著性差异(χ2，P<0.01)。见图4。前→后弯曲刚度RIN钉为205.40 N.m/度,Ender钉为50.40 N.m/度，前者为后者的4倍；后→前弯曲刚度RIN钉为77.96 N.m/度，Ender钉为45.35 N.m/度，前者为后者的1.7倍。
图1 三点弯曲实验示意图
图2 RIN钉与Ender钉的扭矩-扭角曲线
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图3 RIN钉与Ender钉的侧方弯曲负载-位移曲线
讨 论
一、RIN钉与Ender钉的临床应用特点
可屈性髓内钉(flexible nails )有以下优点：(1)器械简单，操作简便；(2)创伤小，可保留骨折端软组织以提供稳定性和保存血供；(3)弹性固定使骨折端达到充分稳定，可早期解放关节进行功能训练，且不存在应力遮挡效应；(4)无须扩髓,利于骨折愈合[1-3]。但近年来许多作者[6-8]相继报告了Ender钉治疗胫腓骨骨折存在窗口劈裂、异位穿出、退钉、成角畸形等并发症。李宝昌等[7]报告Ender钉治疗153例胫骨骨折，窗口劈裂占18例，异位穿出4例，成角畸形25处。张光铂等[8]报告成角畸形率达33.5%。蔡加拉[9]认为，这是由于Ender钉截面为圆形，各向力学性能对等，预弯相对困难，且钉体易绕其中性轴旋转，穿钉角度及弧度设计较难掌握，常需多次调整角度插钉。
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图4 RIN钉与Ender钉的前后弯曲负载—位移曲线
RIN钉截面呈矩形，具有一钉二面结构，其可屈面面积惯性矩为Ender钉的一半，可屈性相当于Ender钉的2倍，厚度亦为Ender钉的一半，因而更易预弯，插钉更容易。本组Ender钉术中窗口劈裂率26.7%，钉端异位穿出率22.1%，成角畸形率26.7%，与文献报道一致。RIN钉的上述指标均较Ender钉小。有作者认为，下肢侧方成角大于5°，前后成角大于10°，将有碍旋转活动。本组成角畸形程度多小于上述范围。但因成角畸形而引起的手术失败在Ender钉组明显高于RIN钉组，RIN钉的插钉>2次率亦较Ender钉明显减低。
二、RIN钉与Ender钉治疗胫腓骨骨折的生物力学差异
笔者认为，RIN钉与Ender钉的生物力学性能差异是导致其临床疗效不同的一个最重要因素。与Ender钉相比，RIN钉的生物力学优势比较明显：
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1.符合胫骨解剖形态的设计：RIN钉在设计上高度符合胫骨的解剖特点：(1)髓腔冠状面上的“)(”状分布，符合胫骨髓腔两头大、中间小的特点；(2)胫骨髓腔最狭窄处，二钉相遇，合而为一，形成一个稳定的三角形结构，与胫骨髓腔截面形状一致；(3)RIN钉坚强面截面惯性矩为Ender钉的13.3倍[4]，且其坚强面恰好位于胫骨矢状位上，足以抵抗小腿后侧肌群的强大张力，有效预防前后成角畸形。
2.整体稳定的立体框架结构：本实验显示，RIN钉的侧方弯曲刚度与Ender钉相当，前后弯曲刚度为Ender钉的1.7～4.1倍，扭转刚度为Ender钉的4倍。笔者认为，RIN钉固定后强度增大的关键在于其“整体稳定的立体框架结构"。它包括：(1)弹性固定原理：RIN钉可屈面在胫骨髓腔内弯成弧形，自身的弹性使其在髓腔内有变直的趋向性，从而产生向骨质的弹力，形成其固定后的即时强度。同时，在髓腔最狭窄处，也即矩钉的最大弓背处，二钉相遇，合而为一，增加了固定后强度。Ender钉同样为弹性固定，但二钉在髓腔内相互交叉，弓背相离，各自独立，需靠多根钉充满髓腔才能达到其整体稳定性。(2)四点相嵌的固定：RIN钉在髓腔内形成两个“四点相嵌”，一是“)(”状分布，与骨皮质四点相嵌；二是RIN钉的矩形截面在钉-骨接触处亦形成四点相嵌，增大了其抗扭性能。(3)几何学稳定的空间分布：RIN钉在髓腔横截面上形成“V”形分布,这一V形结构使RIN钉体与胫骨的前后缘紧密相嵌，在空间上形成一个有一定弹性的三棱柱状体，大大增加了RIN钉的抗旋转性能和固定后强度。(4)与Ender钉相比，RIN钉材料分布更远离中性轴，极惯性矩更大[4]，抗旋转性能更强。(5)矩形面在髓腔矢状位形成一个10 mm×300 mm大小(以宽10 mm，长300 mm矩钉为为例)的内夹板结构，提高了抗扭及前后抗弯性能。
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*本课题为“九五”国家自然科学基金资助项目(No.39670728)
参考文献
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2 Donald AW, David S, Vincent LG, et al. Flexible medullary nailing of tibial shaft fractures. J Trauma ,1996, 26:1106-1107.
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4 吴岳嵩,张福保,王依晴.矩形髓内钉的设计及其生物力学分析.骨与关节损伤杂志,1991,6:213-214.
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5 Ramadier JO.胫骨开放性骨折.蔡承骅，译.国外医学创伤与外科基本问题分册,1983,1:31.
6 张雪非,丁玉林,余强,等.应用Ender 钉治疗胫骨干骨折的失败经验.中华骨科杂志,1992,12:250-251.
7 李宝昌,张文芳,伍荣,等.Ender钉治疗下肢骨折的并发症及其预防.中华骨科杂志,1994,3:174-176.
8 张光铂,曹永廉,林朋.Ender钉治疗下肢长骨骨折.中华创伤杂志,1992,8: 45-47.
9 蔡加拉.弹性髓内钉与矩形髓内钉治疗胫骨干骨折比较.广东医学,1997,18:443-444.
收稿日期：1998-09-21
修稿日期：1999-04-20, 百拇医药