鎖定重建接骨板治療髖臼橫行伴后壁骨折的生物力學研究

付久洋，吳嘯波

(1.華北理工大學，河北 唐山　063000；2.華北理工大學附屬骨科醫院，河北省創傷骨科中心，唐山市第二醫院，河北

唐山　063000)

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鎖定重建接骨板治療髖臼橫行伴后壁骨折的生物力學研究

付久洋1，2，吳嘯波2*

(1.華北理工大學，河北 唐山063000；2.華北理工大學附屬骨科醫院，河北省創傷骨科中心，唐山市第二醫院，河北

唐山063000)

摘要：目的研究髖臼橫行伴后壁骨折3種方式內固定的穩定性。方法9個完整骨盆的18個髖臼標本根據隨機數字法分為3組，建立髖臼橫行伴后壁骨折模型，行3種方式內固定：A組：后柱重建接骨板結合后壁2枚拉力螺釘固定；B組：后柱鎖定重建接骨板固定；C組：后柱重建接骨板結合后壁2枚拉力螺釘、前柱半螺紋松質骨拉力螺釘固定。于單足站立中立位進行軸向加載，觀察3組能承擔的最大負載和加載至2 200 N時后壁骨折塊的位移。結果A、B、C組能承擔的最大負載分別為(2 243.74±116.36) N、(2 769.05±131.42) N及(2 832.87±137.93) N，三組在加載至2 200 N時后壁骨折塊的位移分別為(2.15±0.26) mm、(0.45±0.05) mm及(0.53±0.07) mm。B、C兩組差異無統計學意義(P>0.05)。B、C兩組數據與A組比較，差異均有統計學意義(P<0.05，P<0.01)。結論鎖定重建接骨板固定髖臼橫行伴后壁骨折固定可靠，能夠滿足患者早期功能鍛煉的要求，具有較大臨床應用價值。

關鍵詞：髖臼；骨折；鎖定重建接骨板；內固定；生物力學

髖臼橫行伴后壁骨折是常見的高能量損傷所造成的涉及雙柱的復雜骨折，對于有明顯移位(>3 mm)者，需要手術解剖復位，牢固內固定治療，以最大限度地恢復關節功能[1-2]。由于這類骨折大多數可以通過單純后入路手術解剖復位，所以目前臨床多采用單純后入路復位和內固定治療這類骨折，但其內固定穩定性尚存爭議。現對髖臼橫行伴后壁骨折3種內固定方式的穩定性進行生物力學研究，以期為臨床治療提供生物力學依據。

1資料與方法

1.1標本的制備將9具成年防腐尸體標本(華北理工大學解剖學教研室提供)自第5腰椎水平及雙側股骨中上1/3交界處橫斷，徹底剝離第5腰椎上方的椎間盤，骨盆、股骨周圍肌肉及髖關節囊等軟組織，保留第5腰椎、骶髂關節及相連的韌帶，得完整骨盆標本(含雙側股骨上1/3段)9個，年齡為23～58 歲，平均(39.16±7.62) 歲。通過肉眼觀察及拍攝標本X線片，排除骨性異常及解剖學變異。采用Osteocore 3-EXA型骨密度儀測量骨密度，無骨質疏松。將標本置于-20℃冷藏，使用前用生理鹽水浸泡24 h。

1.2髖臼橫行伴后壁骨折模型的建立首先根據Olson[3]的髖臼后壁2/3骨折模型截取后壁骨折塊：骨盆單足站立位，做一條以髖臼中點為中心的縱向垂線，再經過髖臼中點向后壁方向標記出與縱向垂線為40°和90°角的兩條線，以這兩線之間為后壁范圍，再沿髖臼后緣與坐骨大切跡中外1/3畫一與髖臼后壁上下緣相交的弧形線，作為截骨標志，先用細克氏針向髖臼窩軟骨下鉆一排孔，再用手鋸、骨刀沿這些孔完整截骨，獲得橫行伴后壁骨折模型的后壁骨折塊；然后自髂腰肌溝中點到坐骨大切跡頂點，用手鋸截斷髖臼，并使截骨面平行于人體橫斷面，從而制作成髖臼橫行伴后壁骨折模型(見圖1)。

圖1　髖臼橫行伴后壁骨折模型

1.3標本的分組及內固定模型的制備將9個骨盆的18個髖臼標本根據隨機數字法分為A、B、C 3組，每組6個髖臼標本。A組采用后柱10孔普通重建接骨板結合后壁2枚拉力螺釘固定(見圖2)；B組采用后柱10孔鎖定重建接骨板固定后柱和后壁(見圖3)；C組采用后柱10孔普通重建接骨板結合后壁2枚拉力螺釘、前柱半螺紋松質骨拉力螺釘固定(見圖4)。

骨折解剖復位后，對接骨板進行良好塑形后沿髖臼后柱中線縱行放置，使之與骨皮質完全貼合，并使后壁骨折塊兩側鋼板等長，各組所用的螺釘直徑均相同，螺釘不可穿透髖關節或穿過骨折線，鎖定重建接骨板固定后壁的兩枚螺釘要單皮質固定并不進入關節，前柱拉力螺釘使用6.5 mm半螺紋松質骨拉力螺釘，以髂前上棘和坐骨大切跡頂點連線與髂結節和坐骨結節連線的交點為進釘點，沿前柱軸線方向固定。

1.4骨盆的加載體位和包埋本實驗采用Olson等[4]提出的骨盆單足站立中立位加載(見圖5)，即兩側髂嵴連線平行于地面，兩側髂前上棘與恥骨聯合平面垂直于地面，在額狀面上股骨相對于骨盆內收15°，在矢狀面上股骨豎直，且內旋5°～10°。

圖2　普通重建接骨板結合后壁2枚

圖3　鎖定重建接骨板固定橫行伴后壁骨折及外展肌的模擬

圖4　普通重建接骨板結合后壁2枚拉力螺釘、

圖5　骨盆標本的加載體位及夾具

用自凝型牙托粉于第5腰椎上方澆筑一直徑13.0 cm、高3.0 cm的負重平臺，該平臺平面在骨盆單足站立中立位時與水平面和加載平臺平面平行。將待測的股骨遠端放置于邊緣帶有圓孔的長方體形金屬夾具內，并使股骨與骨盆的位置維持于上述單足站立位，然后向夾具內灌注自凝牙托粉固定股骨遠端。用2個可以自由調節長度的鋼絲繩收緊器，一端連接髂骨翼上的鐵環，另一端連接同側股骨夾具上的圓孔，來模擬外展肌，并通過調節鋼絲繩收緊器來維持骨盆始終處于單足站立中立位。

1.5實驗方法實驗在美國BOSE 3500型生物力學試驗機上進行，骨盆上澆筑的負重平臺與實驗機上端的傳動桿相連，并將骨盆固定于單足站立位，將包埋于金屬盒內的股骨干固定于實驗機底座，通過用來模擬外展肌的2個鋼絲繩收緊器與骨盆相連，并使股骨在額狀面上相對于骨盆內收15°，在矢狀面上豎直且內旋5°～10°。實驗采用連續性軸向加載(加載速度為10 N/s)，直至內固定失效(骨折移位>3.00 mm)。加載過程中，通過調節模擬外展肌的2個鋼絲繩收緊器來保持骨盆處于單足站立中立位，用光柵位移傳感器測量方形區和后壁骨折斷端的移位，由于A組加載至(2 243.74±116.36) N時內固定已經失效，因此記錄下3組在加載至2 200 N時后壁骨折塊的位移和加載至內固定失效時的負載。

1.6觀察指標觀察3組在加載至2 200 N時各組后壁骨折塊的位移和內固定失效時的負載。

1.7統計學方法采用SPSS 19.0統計軟件進行單因素方差分析。

2結果

本次實驗過程中，各組標本夾具固定牢固，無松動，加載過程中無骶髂關節分離及關節脫位，骨盆標本無新增骨折，各組均加載至內固定失效(見圖6)，均未出現鋼板斷裂、螺釘折斷現象。三種內固定方法在加載至2 200 N時后壁骨折塊位移和加載至內固定失效時的最大負載見表1，對表1中三種內固定方法在加載至2 200 N時后壁骨折塊位移和加載至內固定失效時的最大負載進行Bartlett′s檢驗，得方差齊，再進行單因素方差分析得F=7.657，P<0.001，最后用LSD法兩兩比較，結果B、C兩組差異無統計學意義(P>0.05)，B、C兩組數據與A組比較，差異均有統計學意義(P<0.05，P<0.01)。

圖6　內固定失效時骨折端移位情況

3討論

髖臼橫行伴后壁骨折的發生率很高，但對這類骨折的生物力學研究報道卻極少。髖臼的生物力學研究傳統上使用離體骨盆標本進行實驗。近年來，很多學者采用有限元分析方法進行髖臼及其他骨骼系統的生物力學研究，在骨科的基礎和臨床研究中取得了很多科研成果，這種研究方法不需要

表1　3種內固定方法在加載至2 200 N時后壁骨折

使用大量的離體骨骼標本，具有方便、快捷的優點，并能夠較為準確地反映骨骼的生物力學特性[5-6]。但有限元分析是通過精確模擬人體組織結構來進行分析的，目前的計算機分析軟件尚不能完全、充分的模擬真實的骨骼情況，這種新的研究方法還需與傳統的研究方法相互結合，才能更有效、真實的反映出骨骼的生物力學特性，因此，傳統的采用離體骨骼標本進行的生物力學研究仍具有不可替代的作用。

髖臼橫行伴后壁骨折患者受傷時髖關節多處于屈曲90°并伴有輕度外展的體位，此時，屈曲的膝關節的前方受到暴力撞擊，暴力沿著股骨傳導至髖臼，造成髖臼橫行伴后壁骨折，或者在下肢內旋30°～50°同時伴有不同程度的外展時，暴力直接撞擊大轉子所致。由于同時有后壁和橫行骨折，故本實驗首先采用Olson后壁2/3骨折模型制作方法截取后壁骨折模型，然后模擬髖臼高位橫行骨折，自髂腰肌溝中點到坐骨大切跡頂點水平截斷髖臼，制作成髖臼橫行伴后壁骨折模型。這樣制作的骨折模型與受傷機制相符合，而且在進行生物力學實驗時能夠更準確的反映橫行伴后壁骨折內固定的穩定性。但本次實驗所采用的骨折模型不能完全模擬所有類型的髖臼橫行伴后壁骨折，使得實驗結果存在一定局限性，我們將在今后的研究中進一步完善。

髖臼橫行伴后壁骨折絕大多數都可以通過單一的后入路獲得解剖復位，因此很多學者為降低手術創傷，減少手術相關并發癥的發生，采用單一的后入路復位和內固定治療這種類型的髖臼骨折。經典的內固定方式是后柱普通重建接骨板結合前柱拉力螺釘內固定，本研究證實這種內固定方式穩定性強，固定牢靠，但前柱拉力螺釘在置入時，角度及進針點稍有不當就會導致螺釘進入關節造成嚴重的創傷性關節炎，或者穿出前方骨皮質損傷股動靜脈及股神經造成嚴重后果。為了避免這些嚴重并發癥的發生，有學者僅行后柱普通重建接骨板結合后壁拉力螺釘內固定，本研究發現這種內固定方式的穩定性較差，術后早期功能鍛煉容易出現內固定失效、骨折再移位從而影響治療效果。鎖定重建接骨板既具有角穩定性又可在各個平面進行精確塑形，適合在三維結構比較復雜的骨盆、髖臼部位使用，對伴有骨質疏松的老年髖臼骨折療效更加顯著[7]。本次實驗也證明，采用鎖定重建接骨板與采用經典的后柱普通重建接骨板結合前柱拉力螺釘內固定的穩定性無統計學差異，其內固定強度可以滿足臨床早期功能鍛煉的要求，而且可以避免在使用前柱拉力螺釘時容易出現的螺釘穿出前方骨皮質損傷股動靜脈及股神經等嚴重的后果，可最大程度的保護骨質的血運，使骨折迅速愈合[8]。同時鎖定重建接骨板可以對后壁骨折塊使用較短鎖定螺釘進行單皮質固定，達到牢靠內固定的同時避免了螺釘誤入髖關節所造成的嚴重的創傷性關節炎的發生。

在髖臼骨折的生物力學實驗中，使用半骨盆標本還是完整骨盆標本進行實驗會在一定程度上影響實驗結果。Bay等[9-10]學者通過大量實驗證明骨盆是一個整體，在受力時完整的骨盆可以發生形變，對所受的力進行傳導，發揮完整骨盆的荷載分散作用，而半骨盆標本則缺少這種作用。因此使用完整骨盆進行生物力學實驗更符合生理情況，所獲得的實驗數據和實驗結果更準確。實驗標本的固定方法和加載體位也會在一定程度上影響實驗結果。有學者使用萬能旋轉夾具固定實驗標本，這種固定方法方便、靈活，實驗時標本固定位置容易調整，但這種固定方式所能承受的實驗載荷有限，不能模擬髖臼實際承受的載荷，也不能加載到內固定失效。Sawaguchi等[11]采用雙足直立位，用于橫行骨折以外的髖臼骨折力學實驗，結果較好，但用于髖臼橫行骨折、橫型伴后壁骨折以及T型骨折，結果不準確[12]。Shazar等[13]采用髖臼指向上方的體位加載，用于髖臼橫行骨折固定內固定穩定性實驗可加載至內固定失效，但不適合用于伴有后壁骨折的橫行伴后壁骨折。本實驗采用Olson等提出的單足站立位，這種方法與人體生理情況下的受力情況相同，適合用于髖臼橫行伴后壁骨折內固定穩定性實驗，且可以加載至內固定失效。

本研究證實對于可以通過單純后入路解剖復位的髖臼橫行伴后壁骨折，采用后柱鎖定重建接骨板固定可以獲得堅強的內固定，能夠滿足臨床早期功能鍛煉的要求。

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實驗研究

Biomechanical Study of Acetabunlum Transverse and Posterior Wall Fractures Treated by Internal Fixation with Locking Reconstruction Plate

Fu Jiuyang，Wu Xiaobo

(Affiliated Orthopedics Hospital，North China University of Science and Technology，Hebei Orthopaedic Trauma Center，Second Hospital of Tangshan，Tangshan 063000，China)

Abstract：ObjectiveTo evaluate the stability of 3 different internal fixation methods for transverse and posterior wall fractures of the acetabulum.MethodsSeighteen acetabula of 9 whole pelvises were divided into 3 groups randomly.Models of transverse and posterior wall fracturesof acetabulum were established and then fixed with one of following three internal fixation methods：(Group A)posterior column locking reconstruction plate group，(Group B)posterior column common reconstruction plate withposterior wall 2 lag screwsgroup ，(Group C)anterior column lag screw and posterior column common reconstruction plate with posterior wall2 lag screws group.biomechanical tests are conducted in a single leg stance tomeasurethe maximal loads in the three groups and the displacements of the posterior wall fractures when the stress were loaded to 2 200 N on the three groups.ResultsThe maximal loads in Groups A，B，C were as follows：(2243.74±116.36) N，(2769.05±131.42) N，(2832.87±137.93) N.When the stress was loaded to 2 200 N on the three groups，the displacements of the posterior wall fractures were as follows：(2.15±0.26) mm，(0.45±0.05) mm，(0.53±0.07) mm.We found there was no significant difference between the Group B and the Group C(P>0.05).There was significant difference between Groups B，C and Groups A，(P<0.05，P<0.01).ConclusionFor the acetabular transverse and posterior wall fractures，locking reconstruction plate internal fixation methods can provide sufficient stability to satisfy the requirements of physical training at early stage，which gives great clinical values.

Key words：acetabulum；fracture；locking reconstruction plate；internal fixation；biomechanics

作者簡介：付久洋(1983- )，男，醫師，華北理工大學附屬骨科醫院，063000。

收稿日期：2015-08-10

基金項目：唐山市科學技術研究與發展指導計劃項目(12140210A-5)；*本文

通訊作者：吳嘯波

中圖分類號：R683.42

文獻標識碼：B

文章編號：1008-5572(2015)12-1088-05