陈 喆，袁 志，杨大钊，邓 岳，裴富强，毕 龙，姬传磊，高嘉锴

高能量损伤多合并四肢骨折[1]，且往往伴有严重软组织损伤；同时，青少年在生长发育的过程中也经常发生四肢长骨骨折[2];其临床表现多为局部肿胀、疼痛、重叠和成角移位等，若不及时复位和固定，会诱发骨折延迟愈合或不愈合[3]。对于此类骨折，临床多采取外科手术方式治疗，不同的固定材料和手术方式可取得不同的治疗效果[4]。其中，外固定架对患处早期有效地临时固定可明显降低致残、致死率。目前，临床中应用的外固定架普遍存在结构复杂、携带不便、操作繁琐等缺点。笔者根据锁定钢板外置原理设计出一款新型便携式外固定架，且已获得国家发明专利(专利号：ZL201210294473.8，生产厂家:中国航天发动机厂)。本研究拟在动物实验中验证其效果，报道如下。

1 材料与方法

1.1 实验动物成年新西兰健康、清洁级大白兔36只，雌雄不限，体重1.5～2.5 kg，购自中国人民解放军空军军医大学实验动物中心。采用单纯随机抽样的原则分成实验组和对照组，每组18只。

1.2 实验仪器和试剂X线检查仪由中国人民解放军空军军医大学附属第一医院放射科提供，电镜扫描仪由中国人民解放军空军军医大学基础教研室提供；HE染色试剂、电子万能试验机、电子扭转试验机由中国人民解放军空军军医大学附属第一医院骨科实验室提供。实验中所用机器均安装力学感应元件，可自动记录实验数据，输入自带计算机中处理并绘图。

1.3 模型制备异氟烷面罩吸入式麻醉。大白兔仰卧位固定于手术台上，下肢消毒、备皮，铺无菌巾。取右胫骨内侧约4 cm纵行切口。充分显露胫骨中段，于胫骨中上1/3处用骨刀制造斜行骨折(见图1A)，AO分型均为42-A2型，分别使用传统外固定架(对照组)和新型便携式外固定架(实验组)，见图1B、C。行骨折复位外固定术，见图1D～F。统计术中出血量及手术时间。术后每只兔肌肉注射青霉素40万U/d，连续3 d。

1.4 影像及组织学检查① X线检查：分别于术中及术后第4、8、12周行X线检查，观察骨折断端复位和愈合情况。② HE染色：分别于术后第4、8、12周对实验兔实施安乐死(实验组和对照组每个时间点各取6只)，并于骨折远、近端3 cm处取材，10%甲醛固定标本7 d，脱钙液脱钙、乙醇梯度脱水、石蜡包埋和切片，然后行HE染色，中性树胶封片，光镜下观察并拍照。③ 电镜扫描：利用第4周骨组织标本，骨刀沿胫骨干冠状面劈裂，3%戊二醛固定48 h，将标本用蒸馏水冲洗，乙腈梯度脱水，电子真空干燥，定向黏附于载物台上，真空喷金，扫描电镜观察拍照。

1.5 力学实验每次选取6个胫骨标本进行力学实验。① 纵向抗拔出实验：于胫骨表面涂抹义齿基托树脂固定，标本骨端固定于下位夹具，外架端固定于上位夹具，载于电子万能试验机，给予0～900 N垂直向上逐渐加载的拔出力，加载速度为10 mm/min。② 三点弯曲实验：选用外架同质钛合金棒材，分别置于两点间距为150 mm水平载物台上，持续施以棒材0～200 N纵向载荷，加载速度为5 mm/min。③ 水平抗扭转实验：于胫骨标本植入骨钉，固定于电子扭转试验机上，顺时针旋转骨钉，扭矩从0 N·m逐渐加载至50 N·m，转速为0.5 mm/min。

2 结果

两组手术过程均顺利。

2.1 两组手术指标比较手术时间、术中出血量实验组短(少)于对照组(P<0.05)，见表1。

2.2 骨折愈合的X线表现术后4周，实验组骨折线模糊，外骨痂桥接断端；对照组骨折线仍较清晰，未见明显的外骨痂桥接。术后8周，实验组骨折线已基本消失，外骨痂面积减少，骨折断端骨连接；对照组仍可见骨折线和大面积外骨痂。术后12周，实验组骨折完全愈合，对照组骨痂的重塑仍未结束。见图2。

2.3 HE染色观察骨折愈合组织学表现术后第4周两组骨小梁均明显增多，实验组骨小梁开始相互连接，骨折断端间出现板层骨，编织骨减少，软骨成分少见，对照组骨小梁较为分散，骨折断端间仍见大量软骨成分，编织骨开始增多。第8周骨凹陷处成骨细胞数量实验组少于对照组。第12周实验组骨折端纤维骨痂消失，由板层骨连接，骨塑形明显，对照组骨痂仍有纤维骨痂，内外骨痂开始塑形。见图3。

2.4 电镜观察新生骨组织形态术后第4周骨折处骨组织电镜扫描结果显示，实验组骨折断端已完全被新生骨小梁连接，编织骨开始减少，板层骨开始出现；对照组骨小梁形成速度相对较慢，未完全填充骨折断面。见图4。

图3 光镜观察骨折愈合组织学表现 HE×100 A～C.实验组术后4、8、12周；D～F.对照组术后4、8、12周

图4 电镜观察新生骨组织形态 A1、B1 HE×100,A2、B2 HE×500 A.对照组；B.实验组

2.5 力学实验见表2。① 纵向抗拔出实验：拔出最大力实验组高于对照组(P<0.05)，说明新型便携式外固定架在骨质中的抗拔出性能上有较明显优势。② 水平抗扭转实验：抗扭转最大扭矩实验组明显高于对照组，差异有统计学意义(P<0.01)，说明新型便携式外固定架的抗扭转能力较好。③ 三点弯曲实验：三点弯曲最大力两组比较差异无统计学意义(P>0.05)，说明新型便携式外固定架和传统外固定架在抗弯曲性能上无明显差异。

表2 两组外固定架力学实验结果比较

3 讨论

四肢长骨如股骨干、肱骨下1/3、胫骨下1/3及尺桡骨骨折多伴有骨折明显移位，并有软组织、随行血管及神经损伤，且不易固定，手术治疗愈合缓慢，其延迟愈合率为5%～17%[5]。虽然一部分骨折延长固定时间可以愈合,但由于患者长期卧床, 会引起患肢肌肉萎缩、关节僵硬、骨折畸形愈合等并发症,导致肢体功能障碍。在骨折治疗中外固定架可以起到维持骨折对位对线、控制损伤的作用，患者可早期进行功能锻炼,防止关节僵硬等并发症的发生，尤其对合并软组织损伤、感染的四肢骨折具有明显优势[3]。但是，目前针对四肢长骨骨折使用的外固定架仍有许多问题不容忽视，如：组成部件复杂，操作难度大，所需手术时间较长；部分固定架极为笨重，患者不能忍受，难以满足临床需求；强度不够，后期恢复易出现骨成角畸形[6]；材料费用昂贵，患者经济负担重等。

本课题组设计的新型便携式外固定架，旨在尽可能简化外固定架的零部件和组成部分，使其在保持原有力学功能的基础上，结构更简单，重量更轻、便于携带，适用于野外突发事故的医疗救援等；同时，安装到患者身上后更加容易接受并有利于医护人员护理。我们总结新型便携式外固定架有如下优点：① 外固定架可通过拆分组合，用于四肢及骨盆的临时固定，不需要携带大量单元件，非常适合野外及特殊场合的使用。② 外固定针通过螺纹、螺母与外固定架锁定结合，通过外固定针和外固定架的把持力维持骨折断端的稳定性；而传统外固定架多依靠轴线加压，其设计复杂，零部件较多，不易携带，且长期固定容易出现松动，导致骨折断端移位，固定失败。③ 外固定架中段设计有椭圆形长轴通孔，使外固定架可起到滑动加压的作用，进一步加强骨折断端的稳定性，并且可根据实际情况叠加使用，增加固定强度和长度，甚至实现跨关节固定。④ 在外固定架的两侧，有交叉孔设计，在保证便携性的基础上，可有效防止骨折断端的旋转移位，相比传统单臂外固定架骨折固定更可靠。⑤ 外固定架因其锁定效应，理论上在固定关节附近骨折时不需要跨关节固定，因此可以避免关节僵硬，影响关节功能。

由于新型便携式外固定架具有锁定加压和防旋转的功能，我们推测其固定骨折的能力应该更强，为此我们设计了新西兰大白兔胫骨中段骨缺损后外固定架固定治疗实验，并与传统外固定架治疗对照。在4、8周两个时间点，新型便携式外固定架固定治疗的骨折愈合速度要快于传统外固定架固定治疗。通过力学实验发现，抗扭转力、抗拔出能力新型便携式外固定架均强于传统外固定架，抗折弯能力两者没有区别。结果表明，新型便携式外固定架不但质量轻，而且在抗拔出、抗扭转方面要强于传统外固定架。

综上所述，新型便携式外固定架治疗四肢长骨骨折能简化手术操作，促进骨折愈合，同时成本低廉，易于改造，较适合临床进一步完善和推广。