桥形钢板的研制与实验研究
作者：辛景义 张铁良 于顺禄 王志彬 赵欣 赵春英
单位：辛景义 张铁良 赵欣 赵春英(300211 天津医院创伤骨科)；于顺禄(300211 天津医院创伤病理科)；王志彬(300211 天津医院创伤生物力学室)
关键词：应力，物理；动物,实验；生物降解
中华骨科杂志000211
【摘要】目的为克服接骨板固定后骨吸收和骨结构紊乱，设计一种加垫的桥形钢板，通过动物实验比较新型钢板和普通加压钢板对骨折愈合和骨结构变化的影响。方法30只新西兰兔在双侧胫腓骨连接处截骨，右侧用直条钢板固定，左侧用有垫桥形钢板固定，在中央和两边螺孔内放置降解速度不同的高分子垫圈。术后5、10、15周分三批处死动物后测量骨折和螺钉间内、外径和骨皮质厚度并进行光镜和荧光观察。结果对照侧骨皮质变薄，骨髓腔扩大较实验组明显；组织学发现，实验组骨痂出现早，骨质吸收少，骨折局部改进快。结论加垫桥形钢板可以减少钢板对骨的应力遮挡效应，有利于骨折愈合。
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Experimental study of bridge plate with polyethylene washer
XIN Jingyi,ZHANG Tieliang,YU Shunlu,et al.
(Department of Orthopaedics， Tianjin Hospital， Tianjin 300211,China)
【 Abstract】 Objective In order to decrease stress shielding effect including osteoporosis and resorption of the bone after plate fixation，bridge plate padded with different absorption rates ultrahigh molecular polyethylene washers in its screw holes was designed and used in the fracture site. Methods A comparative study was done on thirty adult New Zealand rabbits in this experiment. Ordinary stress stainless steel plate and bridge plate padded with washer were fixed respectively on mid shaft of the tibia. The rabbits were sacrificed at 5，10 and 15 weeks. The fixed bone segments of both tibiae were removed for radiological and histological examination. Results The results showed that the severity of osteoporosis and resorption in experiment group were less than that in the control. Conclusion The bridge plate padded washers in its screw holes can reduce bone resorption caused by stress shielding and made the fracture union quickly.
, 百拇医药
【Key words】Stress,mechanical;Animals,laboratory;Biodegations
坚强接骨板固定后，在固定骨段发生骨量丧失和骨结构紊乱及骨力学性能下降的原因，目前看法尚不统一。有以下几种学说：一是应力遮挡效应[1]，即由于钢板弹性模量明显高于骨质，使固定段骨长期得不到生理应力刺激而发生骨结构改变；二是血运破坏[2]，包括钢板压迫、手术致软组织骨膜损伤；三是预应力[3]，即在钢板螺钉固定后，骨内产生与骨干长轴方向不同的应力。但不论哪种理论，均与钢板的刚性、钢板与骨干表面的接触面积和固定时间有关。
为了最大限度的减少上述因素对骨结构紊乱影响，我们设计了中央隆起、中部与边缘厚度不同的桥形钢板，并在不同部位螺孔内放置降解速度不同的高分子可降解垫圈。这样一方面可以避免骨压迫性坏死和降低钢板的刚性，缩短螺钉对骨质的非生理拉力的时间。另一方面由于中央与边缘螺孔内垫圈的降解速度存在时差，使固定强度随时间而发生变化，早期提供坚强固定，当骨折达到初步愈合后随着垫圈的降解，有利于应力通过骨折断面以便减少骨萎缩和骨质疏松的发生。
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材料与方法
一、动物骨折实验模型及骨折标本的制备
(一)实验钢板的设计：用316L不锈钢制成桥形和直形两种接骨板，桥形钢板长42mm、宽5.5mm；中央部隆起2mm、长14mm。靠近中央两螺孔部钢板最厚约2.4mm，螺孔为椭圆形，两边缘部厚1.2mm，螺孔为圆形(图1)。加压直形钢板42mm，宽5.5mm，螺孔直径2.6mm，中央两螺孔椭圆形为加压螺孔。螺钉长6.5mm,直径2.4mm，螺帽直径3mm(材质与钢板相同)。
图1桥形钢板示意图
(二)可吸收降解垫圈的合成和制作：与南开大学高分子研究所协作研制高分子垫圈。以L-丙交酯为单体，控制不同的聚合条件，不同湿度、温度及再结晶次数制成两种高分子和高旋光活性的聚L-乳酸，用美国Waters Associate GPC测定，相对分子质量分别为50.9和34.3。用X线衍射测定其图谱均出现三个峰，表明属于结晶高分子。
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体外在磷酸缓冲液中降解，16周时其相对分子质量下降了16.3%，失重5.1%。可吸收垫圈为圆形，垫圈外径5.5mm，内径2.5mm，厚1.5mm。
(三)家兔骨折模型的制备与观察的方法:选择健康成年新西兰兔30只,体重2.5～3.5kg，15%复方噻胺酮肌内注射0.5ml/kg，剃除双侧小腿毛，无菌条件下取小腿外侧切口，暴露胫骨。同一动物在双侧胫腓骨连接处截骨后，右侧用直条加压钢板，左侧用有垫桥形钢板固定。将螺钉穿入垫圈中央孔内，使垫圈位于螺帽和钢板之间，然后拧紧螺钉。靠近骨折断端螺孔放置降解速度快的垫圈，在钢板两端孔内放置降解速度相对较慢的垫圈。术后动物分笼饲养，允许自由活动。术后5、10、15周分三批处死，取材，每批10只。处死前1周从耳静脉注射四环素30ml/kg，分别在第5、10、15周拍摄X线片，动物处死后，观察可吸收垫圈的降解情况。在骨折区和两侧螺钉横断间截骨，测量内外径及双侧骨皮质厚度，并进行普通光镜和荧光观察。
(四)骨折标本的不脱钙切片的制备与观察：截取的胫骨干横断标本，置于体积分数70%酒精中4℃固定3d。然后分别置于体积分数80%、90%酒精中脱水，各24h，无水丙酮两次各3h，二甲苯两次各3h，浸于3∶7的甲基丙烯酸丁酯/甲酯16h后，包埋、固化于3∶7比例的半聚合的甲基丙烯酸丁酯/甲酯中；分割包埋块，采用JungK型(前西德Jung公司)重型切骨机，切7μm厚不脱钙连续切片4张。分别进行Gemisa、von Kossa染色，再分别采用光镜与荧光显微镜进行病理组织学与骨组织形态计量学观察。
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二、评价标准
(一)大体标本测量：用游标卡尺分别测量截骨处接骨板和双侧两螺钉间骨皮质厚度和胫骨内外径。
(二)放射学检查：在相同机器(型号为Philips Super M100，容量为1 250mA)相同X线强度(50kV 5 mAs)，100mm高度下摄X线片，了解骨折愈合情况，比较双侧胫骨骨密度的改变。
(三)组织学观察:常规制作标本，分别在光镜和荧光显微镜下，观察骨折愈合及骨质形态学改变及可吸收垫圈周围是否有炎性细胞浸润。
(四)统计学处理:用配对资料的t检验进行显著性测定。
结果
一、实验家兔骨折模型观察结果
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(一)大体胫骨中点截面计量(见表1,2)
表1 兔胫骨截骨平面处骨皮质厚度(mm,n=10) 术后
时间
截骨处接骨板下
t值
接骨板对侧
t值
桥形加垫
直形无垫
桥形加垫
直形无垫
5周
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1.42±0.38
1.34±0.26
0.21
1.70±0.57
1.64±0.56
0.10
10周
1.54±0.16
1.19±0.21
2.17＃＃
2.17±0.49
1.83±0.17
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0.69＃
15周
1.38±0.15
0.39±0.16
3.56＃＃
2.36±0.29
1.72±0.28
1.19＃
表2 兔胫骨髓腔内、外直径测量(mm,n=10) 术后
时间
髓腔内径
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t值
髓腔外径
t值
桥形加垫
直形无垫
桥形加垫
直形无垫
5周
3.98±0.37
4.16±0.53
0.47
7.07±0.94
7.19±1.15
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0.12
10周
3.55±0.22
4.36±0.52
2.54＃＃
6.93±0.35
7.72±0.67
2.16＃＃
15周
3.98±0.25
4.48±0.31
2.97＃＃
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7.12±0.39
7.79±0.12
2.72＃＃
注:＃P<0.05, ＃＃P< 0.01
(二)术后X线片观察:5周X线片示桥形钢板骨折部愈合良好；而直形钢板下骨折线仍清晰可见。双侧皮质骨厚度和髓腔直径差异无显著性意义(P>0.05)。
术后10周显示桥形钢板密度高于对侧，双侧皮质骨厚度和髓腔直径差别明显，桥形钢板下骨皮质厚度无改变，骨髓腔扩大程度低于对侧，而直条钢板下骨皮质变薄,髓腔明显扩大。
术后15周显示直条钢板下皮质骨严重松质骨化，吸收腔互相沟通，在部分区域皮质骨被分隔成许多岛状骨板。而桥形钢板表现不明显(图2)。
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a 桥形钢板仅表现为对侧皮质增厚,无明显骨结构改变
b 直形钢板下皮质骨骨质疏松,吸收腔互相沟通,在部分区域皮质骨被分割成许多岛状骨板
图 2两种钢板固定15周时骨结构改变比较
图3 对照钢板组术后15周骨皮质变薄,并有大的吸收腔隙 von Kossa ×40
图4 实验钢板组术后15周,骨皮质基本上与正常骨相似、骨皮质明显厚于对照;但还能见到少量吸收腔隙
与正在重建的骨单位 von Kossa ×40
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图5植入时间与重量吸收率的关系
二、实验家兔骨折模型的病理组织学与骨组织形态计量学观察
术后5周时，对照组钢板下与周边的皮质骨有明显的吸收陷窝。高倍镜下，对照组钢板下与钢板周围皮质骨吸收也十分明显，而新生骨生成相对较弱。
实验组钢板下骨皮质也有骨吸收，但较对照组相对较少。钢板下骨吸收重建也十分活跃，多数吸收腔隙已完成或新骨正在生成、完成哈佛系统的重建。高倍镜下，生骨性四环素荧光双标记沉着十分明显，腔隙已很小，完成了骨的重建。荧光镜下由骨外膜新生骨痂明显成熟、活跃。
术后10周，对照组钢板下骨皮质变的明显疏松，如同松质骨结构；原骨皮质的板层结构几乎全部消失。高倍镜下，对照组钢板下所见到的骨吸收陷窝更大，生骨也十分活跃。钢板下与钢板周边地区出现了“穿凿”样大块骨皮质吸收。
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实验组钢板下与钢板周围的皮质骨内的骨吸收明显少于对照组,保存了骨皮质的原有板层骨结构。再修复与完成的重建哈佛系统较多，四环素荧光标记出现也较多。
术后15周，钢板下出现大块“穿凿”样骨皮质吸收,已经没有正常的皮质骨结构，形成了大的贯通性骨吸收腔隙。高倍镜下，对照组钢板对侧的骨吸收腔隙大,低倍镜下，骨皮质变薄，并有大的吸收腔隙(图3)。
实验组钢板下虽有板层骨的排列紊乱,但基本上已经没有骨吸收腔隙。对照组骨皮质的结构紧密，有少量吸收腔隙与大量的新骨生成；皮质骨内哈佛系统改建的结构四环素荧光双标记线十分明显。低倍镜下，实验组骨皮质基本上与正常骨相似、骨皮质明显厚于对照组(图4)。将两种降解速度不同的垫圈分别在术后5，10，15周时取出，用1/10000分析天平称重并与植入前重量比较失重情况(图5)。
讨论
钢板固定术后骨质疏松与骨萎缩的原因，多数学者认为是坚强固定引起的应力遮挡效应所致，而且与钢板的厚度、刚性及固定的时间有直接关系。Hidaka等[4]报告32例前臂骨折去除钢板后7例再骨折。这是因为钢板固定部位以内的骨质长期不经受生理应力的刺激，使骨的重建受到影响，引起骨质疏松、萎缩。钢板取出后，轻微的暴力就会发生再骨折，而且接骨板的刚性越强，与骨质接触面积越大，固定的时间越长对骨质的影响越严重。因此近年来的研究主要是从这三个方面展开的。有限接触钢板的出现，减少骨与钢板间接触面积。徐莘香等[5]研制的梯形钢板不但降低了钢板的刚性也证实了不同厚度钢板下骨质疏松和骨吸收情况存在着差异。为了减少钢板的强度,Uhthoff等[6]提出使用钛合金钢板，O'sullivan等[7]建议使用可吸收接骨板，这种接骨板在骨折愈合时可缓慢降解，而刚度逐步下降，从而使骨干逐渐承受正常应力，既能避免应力遮挡引起的骨质疏松，又能防止突然移除内固定而导致再骨折的可能。但由于强度不够，尚不能用于治疗长骨干骨折,加之价格昂贵尚不能广泛应用于临床。1987年Park提出用超高分子量聚乙烯制成螺孔垫圈，希望通过垫圈蠕变使固定后期应力遮挡效应减弱或消失。并进行了体外实验,证明垫圈蠕变后固定刚度确实明显减弱。戴闽等[8]进行的动物实验证实,加放可吸收垫圈后,骨萎缩和骨质疏松确实有所改善。但如果钢板的形状无改变，无时差垫圈的吸收速度在同一时间降解固定强度就会随之下降，骨折存在再移位的危险。骨折愈合存在个体差别，同一种可吸收材料很难满足这一需要。降解过快则骨折尚未愈合，降解过慢也达不到减少应力遮挡作用的目的。而桥形钢板和两种不同的可吸收垫圈的结合就弥补了这一不足。桥形钢板与其它钢板相比具有以下优点：
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(一)钢板中部(骨折部)隆起不直接接触骨皮质，减少了钢板与骨质的接触面积，避免造成压迫性坏死，有利于骨折部供血。可缩短愈合时间。
(二)钢板中部厚，两边逐渐变薄、变窄，使钢板具有弹性。
(三)中央隆起后使中心轴向钢板一侧外移，骨折断面受力最均匀，防止了偏心加压现象，骨断面承受了更多的生理性压力，给骨折的愈合创造了良好条件。动物实验桥形钢板组骨折愈合时间明显低于对照组。
(四)使固定程度和降解时间成时差。手术后初始强度越靠近中央部越强，有利于固定。随着时间的推移，骨折初步愈合后，靠近中央螺钉下垫圈首先发生降解，5周后中间螺钉下垫圈开始降解，从而使钢板固定强度根据骨折固定和愈合的需要随时间转变，负重时应力通过骨折断面，以利于骨痂生长，减少骨萎缩、骨质疏松的发生。
经动物实验证实，固定后10～15周，动物胫骨的骨密度、骨皮质厚度，实验组均高于对照组(P<0.01),差异有非常显著性意义。此外，经过组织学检查，可吸收垫圈周围无明显炎性细胞浸润，也无明显炎性反应，不影响骨折愈合。
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参 考 文 献
1.Laftman P，Nilsson OS，Brosjo O，et al. Stress shielding by rigid fixation studied in osteotomized rabbit tibiae. Acta Orthop Scand，1989，60： 718- 722.
2.Perren SM，Cordey J，Rahn BA，et al. Early temporary porosis of bone induced by internal fixation implantes: a reaction to necrosis, not to stress protection? Clin Orthop，1988，( 232)：139-151.
3.刘保卫，卢世璧，王继芳.预应力对犬完整胫骨结构影响的实验研究.中华外科杂志，1995，33：374-377.
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4.Hidaka S,Gustilo RB. Refracture of bones of the forearm after plate removal.J Bone Joint Surg(Am)， 1984， 66:1241- 1243.
5.徐莘香,汪一，赵云鹤，等.梯形加压钢板固定治疗长骨干骨折愈合后与骨结构变化.中华骨科杂志,1990，增刊:2-4.
6.Uhthoff HK, Bardos DI, Liskova-Kiar M. The advantages of titanium allog over stainless stell plates for the internal fixation of fractures: an experimental study in dogs. J Bone Joint Surg(Br)， 1981， 63:427-484.
7.O'sullivan ME, Chao EY, Kelly PJ. The effects of fixation on fracture-healing. J Bone Joint Surg(Am)，1989，71:306-310.
8.戴闽，戴戎.应力松弛接骨板下皮质骨微循环影响的实验研究.中华骨科杂志，1998，18:484-487.
收稿日期:1999-04-14, 百拇医药
单位：辛景义 张铁良 赵欣 赵春英(300211 天津医院创伤骨科)；于顺禄(300211 天津医院创伤病理科)；王志彬(300211 天津医院创伤生物力学室)
关键词：应力，物理；动物,实验；生物降解
中华骨科杂志000211
【摘要】目的为克服接骨板固定后骨吸收和骨结构紊乱，设计一种加垫的桥形钢板，通过动物实验比较新型钢板和普通加压钢板对骨折愈合和骨结构变化的影响。方法30只新西兰兔在双侧胫腓骨连接处截骨，右侧用直条钢板固定，左侧用有垫桥形钢板固定，在中央和两边螺孔内放置降解速度不同的高分子垫圈。术后5、10、15周分三批处死动物后测量骨折和螺钉间内、外径和骨皮质厚度并进行光镜和荧光观察。结果对照侧骨皮质变薄，骨髓腔扩大较实验组明显；组织学发现，实验组骨痂出现早，骨质吸收少，骨折局部改进快。结论加垫桥形钢板可以减少钢板对骨的应力遮挡效应，有利于骨折愈合。
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Experimental study of bridge plate with polyethylene washer
XIN Jingyi,ZHANG Tieliang,YU Shunlu,et al.
(Department of Orthopaedics， Tianjin Hospital， Tianjin 300211,China)
【 Abstract】 Objective In order to decrease stress shielding effect including osteoporosis and resorption of the bone after plate fixation，bridge plate padded with different absorption rates ultrahigh molecular polyethylene washers in its screw holes was designed and used in the fracture site. Methods A comparative study was done on thirty adult New Zealand rabbits in this experiment. Ordinary stress stainless steel plate and bridge plate padded with washer were fixed respectively on mid shaft of the tibia. The rabbits were sacrificed at 5，10 and 15 weeks. The fixed bone segments of both tibiae were removed for radiological and histological examination. Results The results showed that the severity of osteoporosis and resorption in experiment group were less than that in the control. Conclusion The bridge plate padded washers in its screw holes can reduce bone resorption caused by stress shielding and made the fracture union quickly.
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【Key words】Stress,mechanical;Animals,laboratory;Biodegations
坚强接骨板固定后，在固定骨段发生骨量丧失和骨结构紊乱及骨力学性能下降的原因，目前看法尚不统一。有以下几种学说：一是应力遮挡效应[1]，即由于钢板弹性模量明显高于骨质，使固定段骨长期得不到生理应力刺激而发生骨结构改变；二是血运破坏[2]，包括钢板压迫、手术致软组织骨膜损伤；三是预应力[3]，即在钢板螺钉固定后，骨内产生与骨干长轴方向不同的应力。但不论哪种理论，均与钢板的刚性、钢板与骨干表面的接触面积和固定时间有关。
为了最大限度的减少上述因素对骨结构紊乱影响，我们设计了中央隆起、中部与边缘厚度不同的桥形钢板，并在不同部位螺孔内放置降解速度不同的高分子可降解垫圈。这样一方面可以避免骨压迫性坏死和降低钢板的刚性，缩短螺钉对骨质的非生理拉力的时间。另一方面由于中央与边缘螺孔内垫圈的降解速度存在时差，使固定强度随时间而发生变化，早期提供坚强固定，当骨折达到初步愈合后随着垫圈的降解，有利于应力通过骨折断面以便减少骨萎缩和骨质疏松的发生。
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材料与方法
一、动物骨折实验模型及骨折标本的制备
(一)实验钢板的设计：用316L不锈钢制成桥形和直形两种接骨板，桥形钢板长42mm、宽5.5mm；中央部隆起2mm、长14mm。靠近中央两螺孔部钢板最厚约2.4mm，螺孔为椭圆形，两边缘部厚1.2mm，螺孔为圆形(图1)。加压直形钢板42mm，宽5.5mm，螺孔直径2.6mm，中央两螺孔椭圆形为加压螺孔。螺钉长6.5mm,直径2.4mm，螺帽直径3mm(材质与钢板相同)。
图1桥形钢板示意图
(二)可吸收降解垫圈的合成和制作：与南开大学高分子研究所协作研制高分子垫圈。以L-丙交酯为单体，控制不同的聚合条件，不同湿度、温度及再结晶次数制成两种高分子和高旋光活性的聚L-乳酸，用美国Waters Associate GPC测定，相对分子质量分别为50.9和34.3。用X线衍射测定其图谱均出现三个峰，表明属于结晶高分子。
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体外在磷酸缓冲液中降解，16周时其相对分子质量下降了16.3%，失重5.1%。可吸收垫圈为圆形，垫圈外径5.5mm，内径2.5mm，厚1.5mm。
(三)家兔骨折模型的制备与观察的方法:选择健康成年新西兰兔30只,体重2.5～3.5kg，15%复方噻胺酮肌内注射0.5ml/kg，剃除双侧小腿毛，无菌条件下取小腿外侧切口，暴露胫骨。同一动物在双侧胫腓骨连接处截骨后，右侧用直条加压钢板，左侧用有垫桥形钢板固定。将螺钉穿入垫圈中央孔内，使垫圈位于螺帽和钢板之间，然后拧紧螺钉。靠近骨折断端螺孔放置降解速度快的垫圈，在钢板两端孔内放置降解速度相对较慢的垫圈。术后动物分笼饲养，允许自由活动。术后5、10、15周分三批处死，取材，每批10只。处死前1周从耳静脉注射四环素30ml/kg，分别在第5、10、15周拍摄X线片，动物处死后，观察可吸收垫圈的降解情况。在骨折区和两侧螺钉横断间截骨，测量内外径及双侧骨皮质厚度，并进行普通光镜和荧光观察。
(四)骨折标本的不脱钙切片的制备与观察：截取的胫骨干横断标本，置于体积分数70%酒精中4℃固定3d。然后分别置于体积分数80%、90%酒精中脱水，各24h，无水丙酮两次各3h，二甲苯两次各3h，浸于3∶7的甲基丙烯酸丁酯/甲酯16h后，包埋、固化于3∶7比例的半聚合的甲基丙烯酸丁酯/甲酯中；分割包埋块，采用JungK型(前西德Jung公司)重型切骨机，切7μm厚不脱钙连续切片4张。分别进行Gemisa、von Kossa染色，再分别采用光镜与荧光显微镜进行病理组织学与骨组织形态计量学观察。
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二、评价标准
(一)大体标本测量：用游标卡尺分别测量截骨处接骨板和双侧两螺钉间骨皮质厚度和胫骨内外径。
(二)放射学检查：在相同机器(型号为Philips Super M100，容量为1 250mA)相同X线强度(50kV 5 mAs)，100mm高度下摄X线片，了解骨折愈合情况，比较双侧胫骨骨密度的改变。
(三)组织学观察:常规制作标本，分别在光镜和荧光显微镜下，观察骨折愈合及骨质形态学改变及可吸收垫圈周围是否有炎性细胞浸润。
(四)统计学处理:用配对资料的t检验进行显著性测定。
结果
一、实验家兔骨折模型观察结果
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(一)大体胫骨中点截面计量(见表1,2)
表1 兔胫骨截骨平面处骨皮质厚度(mm,n=10) 术后
时间
截骨处接骨板下
t值
接骨板对侧
t值
桥形加垫
直形无垫
桥形加垫
直形无垫
5周
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1.42±0.38
1.34±0.26
0.21
1.70±0.57
1.64±0.56
0.10
10周
1.54±0.16
1.19±0.21
2.17＃＃
2.17±0.49
1.83±0.17
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0.69＃
15周
1.38±0.15
0.39±0.16
3.56＃＃
2.36±0.29
1.72±0.28
1.19＃
表2 兔胫骨髓腔内、外直径测量(mm,n=10) 术后
时间
髓腔内径
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t值
髓腔外径
t值
桥形加垫
直形无垫
桥形加垫
直形无垫
5周
3.98±0.37
4.16±0.53
0.47
7.07±0.94
7.19±1.15
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0.12
10周
3.55±0.22
4.36±0.52
2.54＃＃
6.93±0.35
7.72±0.67
2.16＃＃
15周
3.98±0.25
4.48±0.31
2.97＃＃
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7.12±0.39
7.79±0.12
2.72＃＃
注:＃P<0.05, ＃＃P< 0.01
(二)术后X线片观察:5周X线片示桥形钢板骨折部愈合良好；而直形钢板下骨折线仍清晰可见。双侧皮质骨厚度和髓腔直径差异无显著性意义(P>0.05)。
术后10周显示桥形钢板密度高于对侧，双侧皮质骨厚度和髓腔直径差别明显，桥形钢板下骨皮质厚度无改变，骨髓腔扩大程度低于对侧，而直条钢板下骨皮质变薄,髓腔明显扩大。
术后15周显示直条钢板下皮质骨严重松质骨化，吸收腔互相沟通，在部分区域皮质骨被分隔成许多岛状骨板。而桥形钢板表现不明显(图2)。
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a 桥形钢板仅表现为对侧皮质增厚,无明显骨结构改变
b 直形钢板下皮质骨骨质疏松,吸收腔互相沟通,在部分区域皮质骨被分割成许多岛状骨板
图 2两种钢板固定15周时骨结构改变比较
图3 对照钢板组术后15周骨皮质变薄,并有大的吸收腔隙 von Kossa ×40
图4 实验钢板组术后15周,骨皮质基本上与正常骨相似、骨皮质明显厚于对照;但还能见到少量吸收腔隙
与正在重建的骨单位 von Kossa ×40
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图5植入时间与重量吸收率的关系
二、实验家兔骨折模型的病理组织学与骨组织形态计量学观察
术后5周时，对照组钢板下与周边的皮质骨有明显的吸收陷窝。高倍镜下，对照组钢板下与钢板周围皮质骨吸收也十分明显，而新生骨生成相对较弱。
实验组钢板下骨皮质也有骨吸收，但较对照组相对较少。钢板下骨吸收重建也十分活跃，多数吸收腔隙已完成或新骨正在生成、完成哈佛系统的重建。高倍镜下，生骨性四环素荧光双标记沉着十分明显，腔隙已很小，完成了骨的重建。荧光镜下由骨外膜新生骨痂明显成熟、活跃。
术后10周，对照组钢板下骨皮质变的明显疏松，如同松质骨结构；原骨皮质的板层结构几乎全部消失。高倍镜下，对照组钢板下所见到的骨吸收陷窝更大，生骨也十分活跃。钢板下与钢板周边地区出现了“穿凿”样大块骨皮质吸收。
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实验组钢板下与钢板周围的皮质骨内的骨吸收明显少于对照组,保存了骨皮质的原有板层骨结构。再修复与完成的重建哈佛系统较多，四环素荧光标记出现也较多。
术后15周，钢板下出现大块“穿凿”样骨皮质吸收,已经没有正常的皮质骨结构，形成了大的贯通性骨吸收腔隙。高倍镜下，对照组钢板对侧的骨吸收腔隙大,低倍镜下，骨皮质变薄，并有大的吸收腔隙(图3)。
实验组钢板下虽有板层骨的排列紊乱,但基本上已经没有骨吸收腔隙。对照组骨皮质的结构紧密，有少量吸收腔隙与大量的新骨生成；皮质骨内哈佛系统改建的结构四环素荧光双标记线十分明显。低倍镜下，实验组骨皮质基本上与正常骨相似、骨皮质明显厚于对照组(图4)。将两种降解速度不同的垫圈分别在术后5，10，15周时取出，用1/10000分析天平称重并与植入前重量比较失重情况(图5)。
讨论
钢板固定术后骨质疏松与骨萎缩的原因，多数学者认为是坚强固定引起的应力遮挡效应所致，而且与钢板的厚度、刚性及固定的时间有直接关系。Hidaka等[4]报告32例前臂骨折去除钢板后7例再骨折。这是因为钢板固定部位以内的骨质长期不经受生理应力的刺激，使骨的重建受到影响，引起骨质疏松、萎缩。钢板取出后，轻微的暴力就会发生再骨折，而且接骨板的刚性越强，与骨质接触面积越大，固定的时间越长对骨质的影响越严重。因此近年来的研究主要是从这三个方面展开的。有限接触钢板的出现，减少骨与钢板间接触面积。徐莘香等[5]研制的梯形钢板不但降低了钢板的刚性也证实了不同厚度钢板下骨质疏松和骨吸收情况存在着差异。为了减少钢板的强度,Uhthoff等[6]提出使用钛合金钢板，O'sullivan等[7]建议使用可吸收接骨板，这种接骨板在骨折愈合时可缓慢降解，而刚度逐步下降，从而使骨干逐渐承受正常应力，既能避免应力遮挡引起的骨质疏松，又能防止突然移除内固定而导致再骨折的可能。但由于强度不够，尚不能用于治疗长骨干骨折,加之价格昂贵尚不能广泛应用于临床。1987年Park提出用超高分子量聚乙烯制成螺孔垫圈，希望通过垫圈蠕变使固定后期应力遮挡效应减弱或消失。并进行了体外实验,证明垫圈蠕变后固定刚度确实明显减弱。戴闽等[8]进行的动物实验证实,加放可吸收垫圈后,骨萎缩和骨质疏松确实有所改善。但如果钢板的形状无改变，无时差垫圈的吸收速度在同一时间降解固定强度就会随之下降，骨折存在再移位的危险。骨折愈合存在个体差别，同一种可吸收材料很难满足这一需要。降解过快则骨折尚未愈合，降解过慢也达不到减少应力遮挡作用的目的。而桥形钢板和两种不同的可吸收垫圈的结合就弥补了这一不足。桥形钢板与其它钢板相比具有以下优点：
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(一)钢板中部(骨折部)隆起不直接接触骨皮质，减少了钢板与骨质的接触面积，避免造成压迫性坏死，有利于骨折部供血。可缩短愈合时间。
(二)钢板中部厚，两边逐渐变薄、变窄，使钢板具有弹性。
(三)中央隆起后使中心轴向钢板一侧外移，骨折断面受力最均匀，防止了偏心加压现象，骨断面承受了更多的生理性压力，给骨折的愈合创造了良好条件。动物实验桥形钢板组骨折愈合时间明显低于对照组。
(四)使固定程度和降解时间成时差。手术后初始强度越靠近中央部越强，有利于固定。随着时间的推移，骨折初步愈合后，靠近中央螺钉下垫圈首先发生降解，5周后中间螺钉下垫圈开始降解，从而使钢板固定强度根据骨折固定和愈合的需要随时间转变，负重时应力通过骨折断面，以利于骨痂生长，减少骨萎缩、骨质疏松的发生。
经动物实验证实，固定后10～15周，动物胫骨的骨密度、骨皮质厚度，实验组均高于对照组(P<0.01),差异有非常显著性意义。此外，经过组织学检查，可吸收垫圈周围无明显炎性细胞浸润，也无明显炎性反应，不影响骨折愈合。
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参 考 文 献
1.Laftman P，Nilsson OS，Brosjo O，et al. Stress shielding by rigid fixation studied in osteotomized rabbit tibiae. Acta Orthop Scand，1989，60： 718- 722.
2.Perren SM，Cordey J，Rahn BA，et al. Early temporary porosis of bone induced by internal fixation implantes: a reaction to necrosis, not to stress protection? Clin Orthop，1988，( 232)：139-151.
3.刘保卫，卢世璧，王继芳.预应力对犬完整胫骨结构影响的实验研究.中华外科杂志，1995，33：374-377.
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4.Hidaka S,Gustilo RB. Refracture of bones of the forearm after plate removal.J Bone Joint Surg(Am)， 1984， 66:1241- 1243.
5.徐莘香,汪一，赵云鹤，等.梯形加压钢板固定治疗长骨干骨折愈合后与骨结构变化.中华骨科杂志,1990，增刊:2-4.
6.Uhthoff HK, Bardos DI, Liskova-Kiar M. The advantages of titanium allog over stainless stell plates for the internal fixation of fractures: an experimental study in dogs. J Bone Joint Surg(Br)， 1981， 63:427-484.
7.O'sullivan ME, Chao EY, Kelly PJ. The effects of fixation on fracture-healing. J Bone Joint Surg(Am)，1989，71:306-310.
8.戴闽，戴戎.应力松弛接骨板下皮质骨微循环影响的实验研究.中华骨科杂志，1998，18:484-487.
收稿日期:1999-04-14, 百拇医药