不同工况加载至300N及600N后的第一跖骨基底部与内侧楔骨在测试位点的应变如表1所示，经方差分析，同等载荷下，无论完整状态、破坏状态和内固定状态下的第一骨基底和内侧楔骨测试点的应变各组间均存在差异（P＜0.05），用SNK-q检验法行两两比较。
表1 不同工况加载负荷后各测试点的应变（x±s, ??）
第一跖骨基底 内侧楔骨
300N 600N 300N 600N
工况1 -74.20±10.45 -138.64±11.59 -65.28±9.15 -115.47±10.41 工况2 -101.85±12.67 -181.57±16.85 -54.45±10.29 -97.57±11.47 工况3 -43.14±8.65 -70.26±9.79 -32.99±7.83 -56.37±10.82 工况4 -31.84±8.56 -55.14±10.21 -27.73±7.81 -45.38±9.20 工况5 -66.65±11.21 -109.40±14.01 -47.62±7.40 -78.40±10.23 F 50.43 96.91 19.40 45.13 P <0.05 <0.05 <0.05 <0.05
将破坏状态和完整状态进行比较（工况2与工况1相比），同等载荷下，第一跖骨基底测试位点的应变都有所增大，内侧楔骨测试位点的应变都有所减小，且差异均具有统计学意义（P＜0.05）。
将各内固定组进行比较，工况4与工况3相比，同等载荷下，第一跖骨基底与内侧楔骨测试位点的应变都有所增大，其中第一跖骨基底在300N载荷下无统计学意义（P＞0.05），在600N载荷下有统计学意义（P＜0.05）；而内侧楔骨300N和600N的载荷下均无统计学意义（P＞0.05）。工况5与工况3及工况4相比，同等载荷下，第一跖骨基底与内侧楔骨测试位点的应变也都有所增大，且在300N和600N载荷下均有统计学意义（P＜0.05）。 1.2 有限元分析结果
对模型加载600N的载荷后，不同内固定上的应力分布云图及各区域的最大应力值如图5所示：螺钉上的应力相对较为集中，最高应力出现在螺钉中部，为2.180×102N；钢板的应力相对分散，最高应力也较螺钉小，为1.207×102N，从应力云图可见除钢板本身外，钢板上的螺钉也分散了部分应力。骑缝钉应力分布也较为分散，最大应力出现在钉脚与骨面接触的区域，为1.817 ×102N。
图5 不同内固定表面的应力云图
三、讨论
1. 第一跖跗关节骨折脱位模型的建立
第一跖跗关节脱位按横断面上的方向可分为向背侧脱位和向跖侧脱位，与损伤方式、暴力大小、作用位点、韧带强度等因素有关。而临床上，背侧脱位较跖侧脱位常见。本实验中，我们切断了第一跖跗关节的背侧韧带和跖侧韧带，并在第一跖骨基底部关节内截骨，然后将标本倒置在力学加载机上通过前足足底加载一定的负荷，可观察到第一跖骨基底相对于内侧楔骨向背侧移位，且位移随载荷增大而增加，以此判断成功建立第一跖跗关节骨折脱位模型。在正常的步态周期中，足跟着地开始至站立末期跖跗关节受力逐渐增加，至摆动前期所承受的负荷处于最大，此时踝关节处于跖屈约15°的体位，但步态较大时，跖屈幅度会增大，而对处于极度跖屈状态的踝关节施加轴向负荷容易引起跖跗关节损伤，因此本实验中将踝关节置于跖屈30°的体位下进行轴向加载7,8。本实验将最高载荷设定为600N（正常成人的体重），事实上，在步态周期中跖跗关节所受的负荷远不止600N，但当载荷超过600N后，踝关节跖屈30°固定容易失败。
2. 第一跖跗关节骨折脱位对骨面的应力传导的影响
完整的跖跗关节是保证足部负荷传导的前提。在一个步态周期中，负荷应力在跖跗关节间的传导通常是矢状面、冠状面、水平面上几组应力相互作用的结果9，研究时通常仅对某一平面上的应力进行分析。本实验中，我们观察了跖屈30°时跖跗关节正常和骨折脱位
状态下沿骨结构长轴方向上的应力变化，结果显示：两种状态在相同的载荷下，内侧楔骨的应变均小于第一跖骨基底的应变；发生骨折脱位后，第一跖骨基底的应变将增大，而内侧楔骨的应变将减小。其中第一跖骨基底应变增大的原因可能是：当负荷通过跖骨头向跖骨基底传递时，由于跖骨基底处于骨折脱位状态，摆脱了将其和内侧楔骨作为一个整体的限制，因此在相同的载荷下表现出更大的形变；而内侧楔骨应变减小主要与跖跗关节面骨折脱位使负荷的传导受到限制有关。若该传导限制不及时纠正，可能会导致邻近跖骨头的应力和压力集中，继而引起足弓塌陷，转移性跖痛，邻近跖骨疲劳骨折等疾病10。 3. 不同内固定对第一跖跗关节骨面应力传导的影响
在骨折愈合过程中始终遵循着Wolff定律，即新骨形成取决于对承受应力的反应。然而，保证骨折愈合的坚强内固定与随之产生的应力遮挡效应却是一对矛盾体。一方面，坚强固定有利于维持骨折端的对位对线，保证骨折在愈合过程中应力的顺利传导；但另一方面，坚强的内固定若引起了过度的应力遮挡，会使骨折端缺少适度的应力，则可导致骨折的延迟愈合或不愈合。因此，本实验即要研究螺钉、钢板、骑缝钉三者坚强固定与应力遮挡效应的关系。
螺钉固定第一跖跗关节骨折脱位具有切口小，剥离骨膜有限，操作简单等优点，但对关节面的粉碎性骨折，却较难实现固定。此外，经关节固定也会对关节软骨面产生较大的损伤，每置入一枚直径3.5mm的螺钉将损伤2.0％-4.8％的关节面11。因此，临床上对第一跖跗关节损伤一般仅用一枚3.5mm的皮质骨螺钉固定。本研究结果显示：螺钉固定后骨面应力的传导会产生较大的影响，表现出应力遮挡效应，而在高载荷下，应力遮挡效应将更明显。有限元分析也显示，螺钉固定后，应力在螺钉表面的分布较为集中，最大应力出现在螺钉中部，并且比钢板和骑缝钉大。本实验在标本上完成螺钉固定的工况后，将螺钉取出后发现个别螺钉出现了弯曲的现象，提示与负重状态下螺钉上的应力过于集中有关。因此，第一跖跗关节骨折脱位行螺钉内固定后，要求患足禁止负重或在穿行走靴的前提下负重，否则应力过度集中于螺钉上，可产生与骨骼不协调变形，甚至断裂。而对愈合的患者在完全负重之前也应及时将螺钉取出。
钢板在跖跗关节的固定和融合中也都有着较广泛的应用12。支持钢板的学者认为钢板为跨关节固定，不会对关节面造成损伤，尤其适用于对关节面粉碎无法进行螺钉固定的患者。而患者若同时合并跖骨干、舟楔关节等部位的损伤，也可以选择长钢板跨两个关节固定13,14。然而钢板固定所需切口较大，固定后也容易和皮肤及皮下组织摩擦，影响伤口愈合，因此对软组织严重损伤的患者，使用钢板时需谨慎。本研究对模型采用1/4管型钢板固定，结果显示：钢板固定后，第一跖骨基底和内侧楔骨测试点骨面的瞬时总形变量最小，说明钢板固定
在该点的瞬时稳定性最好。但该应变与螺钉相比，仅在600N时第一跖骨基底部有显著性差异，这说明钢板的应力遮挡效应与螺钉表现相似，可能仅在高载荷下表现出更强的应力遮挡效应。本实验所选用的1/4管型钢板为不锈钢材料，具有较高的弹性模量，能使大部分应力通过钢板进行传导，而且钢板的设计与骨面服贴程度较好，增加了接触面积，有利于骨愈合早期维持关节面的对位对线15。有限元分析也显示，钢板较大的表面积及钢板上的螺钉能有效分散钢板所承担的应力，避免了应力过度集中，因而在负重时发生断裂的几率较小。近年来出现的锁定钢板在设计理念上与普通的钢板有很大的差异，锁定钢板并不与骨面紧密接触，而且作用在钢板上的应力能被每一枚螺钉分散，因此也不容易出现钉板断裂。但本研究所建模型为简单骨折模型，采用锁定钢板并不是最佳选择，因此未对锁定钢板固定下的应力传导进行研究。
骑缝钉在足部的截骨术和关节融合术中应用较多16。骑缝钉也属于跨关节固定，具有形体较小，对软组织的剥离程度较小等优势。但在第一跖跗关节骨折脱位的模型中，结果显示：骑缝钉加压后虽然也会对关节面的应力传导产生影响，但与钢板和螺钉相比，骑缝钉固定下第一跖骨基底与内侧楔骨测试位点的应变最高，应力遮挡效应不如钢板和螺钉明显，有限元分析也显示仅在钉脚与骨面接触的区域表现出一定的应力遮挡。虽然最大限度地保留了第一跖骨与内侧楔骨正常的生物力学环境，但从细胞生物力学角度看，并不利于骨折脱位的早期愈合，尤其是在关节面损伤的情况下若仍然采用骑缝钉固定，就意味着应力尚需要通过关节面进行传导，加剧关节软骨的损伤。因此，在第一跖跗关节骨折脱位时应慎用。 参考文献
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