胫腓骨中段骨折夹板和钢板治疗的生物力学比较研究
摘要：胫腓骨中段骨折是骨科临床常见骨折之一，胫骨干上1/3呈三角形，下1/3呈四方形，中1/3是三角形和四方形骨干的移行部，最细弱，故胫腓骨中段的结构为力学薄弱点，易发生骨折。小夹板固定和钢板内固定均为临床治疗该骨折的常用治疗方法，两者各有其利弊，下文将对两种治法在生物力学方面有关问题进行简要分析。
关键词：胫腓骨骨折；夹板固定；钢板固定；生物力学
胫腓骨中段骨折是骨科常见损伤之一，胫骨干上1/3呈三角形，下1/3呈四方形，中1/3是三角形和四方形骨干的移行部，最细弱，为骨折好发部位。胫骨内侧仅有皮肤覆盖，易发生开放骨折。腓骨的上1/3交点及中下1/3交点均是两组肌肉附着区的临界点，也是相对活动与相对不动的临界点，随的张应力较大，在肌肉强力收缩下，可能容易使腓骨遭受损伤。
正常情况下，胫腓骨通过上下胫腓韧带及骨间膜将其连结在一起，形成一个完整的力学结构，身体的重量通过这一力学结构传递到足部。其中胫骨负担了85﹪以上载荷，是小腿的主要负重结构。胫骨骨干并非完全平直，而是有一向前内侧形成的10°左右的生理弧度，其髓腔上下宽、中间窄，狭部相对较短。正是由于这一特殊解剖结构，从而形成了胫骨前内侧为张力面，一旦骨折由于应力不平衡，极易导致移位和成角畸形。同时小腿肌肉均位于小腿后外侧，骨折后在胫骨的前内侧存在着张应力，由于受肌力不平衡和重力的影响，胫腓骨骨折是极不稳定的骨折，位置越低，稳定性越差。另外胫骨的营养血管由其上1/3后外侧滋养孔穿入髓腔，所以中下段骨折时，营养血管极易受损，导致下段骨折供血不足，发生延迟愈合或不愈合。
踝与膝两关节是在平行轴上的运动，故在治疗胫腓骨骨折时必须防止成角和旋转移位，保持膝、踝关节轴的平行一致。
胫腓骨干双骨折整复的关键是如何有效地控制两骨折端移位并相互靠拢，避免畸形愈合。从生物学角度分析，用小夹板固定不剥离骨折端的骨膜，可以最大限度地保护骨折断的血运，有利于骨折的愈合[1]；从力学角度分析，使用五块塑形木质夹板所产生的力有持续均衡作用，它吸收了中西医的优点，根据小腿解剖生理特点、骨折类型，适宜不同加压垫治疗。
夹板通过塑形后符合肢体生理弧度，通过纸棉压垫效应力、夹板的弹性固定力、扎带的约束力的作用，夹板与肢体更紧密地接触。一方面，肌肉的收缩可以引起骨折的再移位，另一方面，肌肉起着"肌肉夹板"的作用，限制骨折的移位。同时肌肉的收缩活动还可以加强局部外固定的稳定性，维持骨折整复后的位置[2]。小夹板、压垫应用大小相等、方向相反的外力来抵消骨折端移位的倾向力。把由于肌肉收缩活动而使骨折移位的消极因素转变为维持固定、矫正残余畸形的积极作用。随着肢体运动肌肉产生的内在动力，反复推挤移位的骨折端，迫使断端复位，而使畸形得到纠正[3]。小夹板固定给骨折端提供了相对稳定的弹性力学环境，对骨折端无应力遮挡效应或者说应力遮挡效应很小，对皮质骨血运亦无破坏，对骨折自然愈合的过程无干扰，最符合骨组织的生物适应性。经复位后小夹板与肢体长轴固定，骨折端无应力遮挡，小夹板不阻碍患者早期活动患肢所产生的肌肉收缩力和自重力传导。因此，达到了骨折端骨干纵轴方向上保持相对的运动。国外文献证实，骨折愈合早期骨折段控制性细微运动可以促进骨生长，加速骨折愈合[4]。微动可促进血肿吸收、骨膜反应性肥厚增生、骨细胞分化提前、血管再生丰富、骨痂生长及钙化迅速、愈合时问提前。而复位后的骨折端之间的相互嵌插，有助于骨折面紧密衔接，并且对断端之间起到持续轻缓的加压作用，刺激成骨细胞的生长一方面，防止了断端分离，使骨折端更加稳定；另一方面，在骨折端形成持续的压力应力刺激，促进骨折端成骨活跃，有利于骨痂进一步生长和骨骼的模造，确保骨愈合。
但用夹板固定胫腓骨中段骨折不能获得坚强的固定，不能早期下床负重，早期进行功能恢复锻炼以促进其恢复。同时还必须适时调整其松紧度，使骨折得到有效的固定，若骨折端不能处于一个稳定的环境将影响骨折的愈合。
必要的牵引力是对抗骨折重叠移位和短缩畸形的固定力。对于不稳定性骨折或骨折部软组织厚、肌张力强、膨体策略大，单纯使用夹板不能防止和矫正移位的倾向时，需要利用牵引来加以对抗。胫腓骨中段骨折常配合跟骨牵引，目前采用的是等张牵引，即在牵引的同时，积极地进行有节制的功能锻炼，在肌肉收缩与舒张活动时，牵引力与肌张力能较好地达到动态平衡，防止因过牵引赞成的骨端分离或因牵引重量不足致使断端又重叠移位。
由于致伤外力大多来自外侧，小腿肌群分布的特点，伤后肌肉收缩引起的骨折移位趋势也是向前内成角，故胫腓骨双骨折的移位趋势多为向前内成角。用钢板治疗胫腓骨中段骨折目前多采用动力加压钢板(DCP)，AO学派十分强调，骨干骨折钢板应置放于该骨的张力侧，但胫骨无固定张力侧，走路时，人体的重力线交替落于负重胫骨的内或外侧。但按上述损伤及移位机制看，此时胫骨的张力侧在其内侧，外侧是完整的软组织铰链。因而钢板置于胫骨内侧，既可使内侧的张应力转为压应力，又可利用其外侧的软组织铰链增强骨折复位后的紧密接触及稳定。另一方面，胫骨张力侧的骨膜严重破损，意味着局部血运的破坏，保护对侧完整的骨膜以保障其尚存的血供显然极其重要。但由于胫骨内侧面仅有一层皮肤覆盖，缺乏肌肉保护，若将钢板置于前内侧易出现皮肤破裂，或因钢板突起而赞成滑囊炎样征，因此习惯上均将钢板置于胫骨前外侧肌肉下。但《骨与关节损伤》笔者认为，若将钢板置于外侧，则不仅将仅存的来自骨膜的血运也完全破坏，也必然同时将滋养动脉破坏，危及髓内血供，大多数胫腓骨双骨折钢板应置于内侧。一些基层医院依此原则行胫骨钢板内固定的患者，疗效肯定。
生物力学研究表明骨折造成的骨断端应力状态的改变是影响骨折愈合最根本的力学因素，只有纠正这种改变，使其恢复到正常骨骼的应力水平，骨折才能良好的愈合。精确的复位是减少骨折端应力，促进骨折愈合的重要措施[5]。加压钢板固定可以使骨折断端紧密吻合，复位较精确，从而得到坚强固定。纵轴加压有利于骨痂的生长和骨骼的模造，加快骨折的愈合；同时患者可以早期下床负重，进行早期功能锻炼，加快恢复。
但加压钢板压力不易控制，压力过大有可能造成钢板下段骨折端压迫坏死，影响骨痂生长。局部骨皮质可因此萎缩变薄，钢板拆除后可发生再骨折。加压钢板固定属于偏离中心轴的固定，它并不能有效地消除有害应力的影响，同时还会产生应力集中和偏心性应力分布的现象。而且钢板弹性模量远大于骨皮质弹性模量，负重时产生的应力遮挡效应易至钢板下骨质疏松，既不利于骨折的愈合，卸除钢板后也易再骨折。除此以外钢板固定，手术创伤大，常需广泛剥离骨膜，破坏骨折断端的血运，不利于骨折的愈合。
夹板固定与钢板固定相比各有各优势所在，也各自存在其弊端。夹板固定可以尽可能地保护断端血运，应力遮挡效应较小，愈合后不易出现再骨折。但其不够坚强，也不够稳定，不能早点下床功能锻炼。用加压钢板固定可以使断端获得坚强的固定，可以早期进行下床功能恢复锻炼。但加压钢板固定将较大程度地破坏骨折断端的血运，同时由于其偏心受力产生的应力遮挡效应明显，易造成钢板下的骨质疏松，从而造成拆除钢板后的再骨折。
参考文献：
[1]王亦璁，主编.骨与关节损伤[M].第4版.人民卫生出版社，2008.
[2]常西海.小夹板外固定治疗闭合性胫腓骨骨折的体会[J].中国民康医学，2006，12，l8(12).
[3]张耀光，周敏，刘一帆，等.胫腓骨骨折内固定器材的选择与生物力学分析[J].中国临床解剖学杂志，2003，21(5).
[4]龚泽胜，梅香.胫腓骨骨折固定的选择[J].中国社区医师，2006(15).
[5]张家军，胡刚，王体沛.胫腓骨骨折治疗方法探讨[J].河北医药，2003，7，25(7).
编辑/孙杰, 百拇医药(周晓增)
关键词：胫腓骨骨折；夹板固定；钢板固定；生物力学
胫腓骨中段骨折是骨科常见损伤之一，胫骨干上1/3呈三角形，下1/3呈四方形，中1/3是三角形和四方形骨干的移行部，最细弱，为骨折好发部位。胫骨内侧仅有皮肤覆盖，易发生开放骨折。腓骨的上1/3交点及中下1/3交点均是两组肌肉附着区的临界点，也是相对活动与相对不动的临界点，随的张应力较大，在肌肉强力收缩下，可能容易使腓骨遭受损伤。
正常情况下，胫腓骨通过上下胫腓韧带及骨间膜将其连结在一起，形成一个完整的力学结构，身体的重量通过这一力学结构传递到足部。其中胫骨负担了85﹪以上载荷，是小腿的主要负重结构。胫骨骨干并非完全平直，而是有一向前内侧形成的10°左右的生理弧度，其髓腔上下宽、中间窄，狭部相对较短。正是由于这一特殊解剖结构，从而形成了胫骨前内侧为张力面，一旦骨折由于应力不平衡，极易导致移位和成角畸形。同时小腿肌肉均位于小腿后外侧，骨折后在胫骨的前内侧存在着张应力，由于受肌力不平衡和重力的影响，胫腓骨骨折是极不稳定的骨折，位置越低，稳定性越差。另外胫骨的营养血管由其上1/3后外侧滋养孔穿入髓腔，所以中下段骨折时，营养血管极易受损，导致下段骨折供血不足，发生延迟愈合或不愈合。
踝与膝两关节是在平行轴上的运动，故在治疗胫腓骨骨折时必须防止成角和旋转移位，保持膝、踝关节轴的平行一致。
胫腓骨干双骨折整复的关键是如何有效地控制两骨折端移位并相互靠拢，避免畸形愈合。从生物学角度分析，用小夹板固定不剥离骨折端的骨膜，可以最大限度地保护骨折断的血运，有利于骨折的愈合[1]；从力学角度分析，使用五块塑形木质夹板所产生的力有持续均衡作用，它吸收了中西医的优点，根据小腿解剖生理特点、骨折类型，适宜不同加压垫治疗。
夹板通过塑形后符合肢体生理弧度，通过纸棉压垫效应力、夹板的弹性固定力、扎带的约束力的作用，夹板与肢体更紧密地接触。一方面，肌肉的收缩可以引起骨折的再移位，另一方面，肌肉起着"肌肉夹板"的作用，限制骨折的移位。同时肌肉的收缩活动还可以加强局部外固定的稳定性，维持骨折整复后的位置[2]。小夹板、压垫应用大小相等、方向相反的外力来抵消骨折端移位的倾向力。把由于肌肉收缩活动而使骨折移位的消极因素转变为维持固定、矫正残余畸形的积极作用。随着肢体运动肌肉产生的内在动力，反复推挤移位的骨折端，迫使断端复位，而使畸形得到纠正[3]。小夹板固定给骨折端提供了相对稳定的弹性力学环境，对骨折端无应力遮挡效应或者说应力遮挡效应很小，对皮质骨血运亦无破坏，对骨折自然愈合的过程无干扰，最符合骨组织的生物适应性。经复位后小夹板与肢体长轴固定，骨折端无应力遮挡，小夹板不阻碍患者早期活动患肢所产生的肌肉收缩力和自重力传导。因此，达到了骨折端骨干纵轴方向上保持相对的运动。国外文献证实，骨折愈合早期骨折段控制性细微运动可以促进骨生长，加速骨折愈合[4]。微动可促进血肿吸收、骨膜反应性肥厚增生、骨细胞分化提前、血管再生丰富、骨痂生长及钙化迅速、愈合时问提前。而复位后的骨折端之间的相互嵌插，有助于骨折面紧密衔接，并且对断端之间起到持续轻缓的加压作用，刺激成骨细胞的生长一方面，防止了断端分离，使骨折端更加稳定；另一方面，在骨折端形成持续的压力应力刺激，促进骨折端成骨活跃，有利于骨痂进一步生长和骨骼的模造，确保骨愈合。
但用夹板固定胫腓骨中段骨折不能获得坚强的固定，不能早期下床负重，早期进行功能恢复锻炼以促进其恢复。同时还必须适时调整其松紧度，使骨折得到有效的固定，若骨折端不能处于一个稳定的环境将影响骨折的愈合。
必要的牵引力是对抗骨折重叠移位和短缩畸形的固定力。对于不稳定性骨折或骨折部软组织厚、肌张力强、膨体策略大，单纯使用夹板不能防止和矫正移位的倾向时，需要利用牵引来加以对抗。胫腓骨中段骨折常配合跟骨牵引，目前采用的是等张牵引，即在牵引的同时，积极地进行有节制的功能锻炼，在肌肉收缩与舒张活动时，牵引力与肌张力能较好地达到动态平衡，防止因过牵引赞成的骨端分离或因牵引重量不足致使断端又重叠移位。
由于致伤外力大多来自外侧，小腿肌群分布的特点，伤后肌肉收缩引起的骨折移位趋势也是向前内成角，故胫腓骨双骨折的移位趋势多为向前内成角。用钢板治疗胫腓骨中段骨折目前多采用动力加压钢板(DCP)，AO学派十分强调，骨干骨折钢板应置放于该骨的张力侧，但胫骨无固定张力侧，走路时，人体的重力线交替落于负重胫骨的内或外侧。但按上述损伤及移位机制看，此时胫骨的张力侧在其内侧，外侧是完整的软组织铰链。因而钢板置于胫骨内侧，既可使内侧的张应力转为压应力，又可利用其外侧的软组织铰链增强骨折复位后的紧密接触及稳定。另一方面，胫骨张力侧的骨膜严重破损，意味着局部血运的破坏，保护对侧完整的骨膜以保障其尚存的血供显然极其重要。但由于胫骨内侧面仅有一层皮肤覆盖，缺乏肌肉保护，若将钢板置于前内侧易出现皮肤破裂，或因钢板突起而赞成滑囊炎样征，因此习惯上均将钢板置于胫骨前外侧肌肉下。但《骨与关节损伤》笔者认为，若将钢板置于外侧，则不仅将仅存的来自骨膜的血运也完全破坏，也必然同时将滋养动脉破坏，危及髓内血供，大多数胫腓骨双骨折钢板应置于内侧。一些基层医院依此原则行胫骨钢板内固定的患者，疗效肯定。
生物力学研究表明骨折造成的骨断端应力状态的改变是影响骨折愈合最根本的力学因素，只有纠正这种改变，使其恢复到正常骨骼的应力水平，骨折才能良好的愈合。精确的复位是减少骨折端应力，促进骨折愈合的重要措施[5]。加压钢板固定可以使骨折断端紧密吻合，复位较精确，从而得到坚强固定。纵轴加压有利于骨痂的生长和骨骼的模造，加快骨折的愈合；同时患者可以早期下床负重，进行早期功能锻炼，加快恢复。
但加压钢板压力不易控制，压力过大有可能造成钢板下段骨折端压迫坏死，影响骨痂生长。局部骨皮质可因此萎缩变薄，钢板拆除后可发生再骨折。加压钢板固定属于偏离中心轴的固定，它并不能有效地消除有害应力的影响，同时还会产生应力集中和偏心性应力分布的现象。而且钢板弹性模量远大于骨皮质弹性模量，负重时产生的应力遮挡效应易至钢板下骨质疏松，既不利于骨折的愈合，卸除钢板后也易再骨折。除此以外钢板固定，手术创伤大，常需广泛剥离骨膜，破坏骨折断端的血运，不利于骨折的愈合。
夹板固定与钢板固定相比各有各优势所在，也各自存在其弊端。夹板固定可以尽可能地保护断端血运，应力遮挡效应较小，愈合后不易出现再骨折。但其不够坚强，也不够稳定，不能早点下床功能锻炼。用加压钢板固定可以使断端获得坚强的固定，可以早期进行下床功能恢复锻炼。但加压钢板固定将较大程度地破坏骨折断端的血运，同时由于其偏心受力产生的应力遮挡效应明显，易造成钢板下的骨质疏松，从而造成拆除钢板后的再骨折。
参考文献：
[1]王亦璁，主编.骨与关节损伤[M].第4版.人民卫生出版社，2008.
[2]常西海.小夹板外固定治疗闭合性胫腓骨骨折的体会[J].中国民康医学，2006，12，l8(12).
[3]张耀光，周敏，刘一帆，等.胫腓骨骨折内固定器材的选择与生物力学分析[J].中国临床解剖学杂志，2003，21(5).
[4]龚泽胜，梅香.胫腓骨骨折固定的选择[J].中国社区医师，2006(15).
[5]张家军，胡刚，王体沛.胫腓骨骨折治疗方法探讨[J].河北医药，2003，7，25(7).
编辑/孙杰, 百拇医药(周晓增)