髖臼橫行后壁骨折不同內固定方式的生物力學研究*

馬愛國，裴寶瑞，劉 斌，付久洋，許博文，吳嘯波

1.河北省創傷骨科中心，唐山市第二醫院(唐山 063000)；2.華北理工大學(唐山 063000)；3.河北醫科大學第三醫院(石家莊 050001)

·論 著·

髖臼橫行后壁骨折不同內固定方式的生物力學研究*

馬愛國1，裴寶瑞2，劉 斌2，付久洋2，許博文2，吳嘯波3△

1.河北省創傷骨科中心，唐山市第二醫院(唐山 063000)；2.華北理工大學(唐山 063000)；3.河北醫科大學第三醫院(石家莊 050001)

目的 探討不同內固定方式在髖臼橫行后壁骨折內固定中的生物力學穩定性，為臨床應用不同內固定方式治療髖臼橫行后壁骨折提供可靠的生物力學依據。方法 20具成人防腐尸體標本共40具半髖臼標本隨機數字表法分為4組，每組5具完整骨盆。A組：后柱重建鋼板聯合后壁螺釘固定；B組：后柱重建鋼板聯合前柱拉力螺釘及后壁螺釘固定；C組：前柱重建鋼板聯合后柱重建鋼板及后壁拉力螺釘固定；D組：后柱鎖定重建鋼板。應用生物力學實驗機分別對各組加載至骨折端固定失敗(移位>2 mm)并記錄各組的最大載荷，比較4組的生物力學穩定性。結果 髖臼橫行后壁骨折4種不同的內固定方式所能承載的最大載荷分別為：A組(823.89±106.27)N；B組(1 041.38±125.66)N；C組(1 210.19±116.27)N；D組(1 037.89±108.67)N，各組兩兩比較：A組所承載的最大載荷小于B、C、D組，差異有統計學意義(F=15.98；P=0.027)；C 組所承載的最大載荷大于B、D組，差異有統計學意義(P=0.015)；B、D組差異無統計學意義(P=0.571)。結論 內固定治療髖臼橫行后壁骨折時，應用前后柱雙鋼板、后柱鎖定重建鋼板及后柱重建鋼板聯合前柱拉力螺釘固定的生物力學穩定性均優于后柱單重建鋼板，其中前后柱雙鋼板固定的穩定性更強；后柱鎖定重建鋼板與后柱重建鋼板聯合前柱拉力螺釘所承載的最大載荷相似。

髖臼橫行后壁骨折；內固定；生物力學

髖臼橫行后壁骨折是常見的髖臼骨折類型之一，Letournel和Judet將髖臼骨折分成簡單和復雜兩種類型，其中髖臼橫行后壁骨折屬于復雜髖臼骨折類型[1]。該類型髖臼骨折常造成髖臼關節面的臺階征及頭臼匹配不良，保守治療往往預后不佳，需手術治療。目前臨床上對于關節面臺階征>3.0 mm者采取手術切開復位內固定治療[1-3]。目前治療髖臼橫行后壁骨折多采用經典的后柱重建鋼板聯合前柱拉力螺釘及后壁拉力螺釘，該方法因能夠提供足夠的生物力學穩定性而被廣泛應用于臨床[4]。然而該固定方式前柱拉力螺釘及后壁螺釘的置入存在螺釘置入關節的風險，雖然大量學者基于CT和尸骨標本研究提出安全置釘的角度和范圍，但臨床中應用仍存在難度[5-7]。近年來，隨著鎖定鋼板在四肢骨折的廣泛應用，該型鋼板存在角穩定性和單皮質固定等優點，但在髖臼骨折應用的相關報道不多。本研究通過比較4種不同內固定方式在治療髖臼橫行后壁骨折的生物力學穩定性，為臨床采用不同內固定方式治療髖臼橫行后壁骨折提供生物力學依據。

1 材料與方法

1.1 標本制備及實驗儀器

20具甲醛浸泡的新鮮成人尸骨標本(華北理工大學解剖教研室提供)，供體年齡25～45歲，平均37歲；標本近端自第5腰椎處橫斷遠端保留至雙股骨干近端1/3處。剔除髖關節周圍及股骨近端處的肌肉、韌帶等軟組織，保留雙側骶髂關節處的韌帶。采用X線片及骨密度測試儀排除骨質疏松、骨骼發育畸形，標本冷藏處理，生物力學實驗前生理鹽水浸泡至室溫。

鎖定重建鋼板、重建鋼板、6.5 mm前柱拉力螺釘(江蘇省常州市康輝醫療器械有限公司)，3500生物力學試驗機(Bose公司，美國)，Osteocore 3-DEXA 型骨密度儀(MEDILINK公司，法國)，KG-101光柵位移傳感器(帝爾公司，德國)，均由河北醫科大學骨科研究所提供。

1.2 骨折模型制備及分組固定

參照Olson[8]提出的髖臼后壁骨折模型的制備方法：自髖臼中心至髖臼后壁邊緣將髖臼壁等分成3份，其中髖臼外側2/3標記為截骨線；截骨范圍為與經髖臼中心縱向垂線成40°至90°角的髖臼后壁。克氏針沿截骨標志線鉆孔，利用手鋸及骨刀完成髖臼后壁骨折模型制備。根據Shazar髖臼橫行骨折模型制備的方法：前柱起自髂腰肌中點后至坐骨大切跡頂點為橫行骨折截骨標志線，利用手鋸完成橫行骨折模型制備。

將20具成人尸骨供體40具髖臼標本按隨機數字表法分成實驗組和對照組，每組均為5具髖臼標本。實驗組：10孔后柱鎖定重建鋼板，自坐骨結節橫跨后壁骨折線及橫行骨折線固定。A組：10孔后柱重建鋼板，自坐骨結節橫跨后壁骨折線及橫行骨折線固定，參照Wu等[7]提出的后壁安全置釘參考范圍置入兩枚后壁螺釘固定后壁。B組：10孔后柱重建鋼板，自坐骨結節橫跨后壁骨折線及橫行骨折線固定，參照Wu等[7]提出的后壁安全置釘參考范圍置入兩枚后壁螺釘固定后壁，依據Sen等[5]提出的拉力螺釘的置入方法置入6.5 mm前柱拉力螺釘固定前柱；C組：10孔后柱重建鋼板聯合后壁螺釘固定，前柱應用10孔前柱重建鋼板固定前柱；D組：10孔后柱鎖定重建鋼板聯合半皮質后壁鎖定螺釘固定。4組內固定見圖1。

1.3 生物力學實驗

第5腰椎上方澆筑一柱狀義齒牙托粉載重平臺，保持骨盆單足站立位時該平臺與地面平行；股骨近端包埋于一長方體金屬盒內，內用義齒牙托粉填充固定。坐骨結節內置入3枚相互垂直的克氏針模擬三維空間，調整固定于金屬盒內的股骨近端使其相對骨盆處于內收15°內旋10°，連接生物力學試驗機進行加載實驗。首先進行載荷為150 N預實驗3次，消除標本間的微動對實驗準確性的影響[9]。模擬人體單足站立位時作用于一側髖臼持續加載載荷直至骨折內固定失敗(骨折端位移>2 mm)，連續縱向垂直加壓(加載速度15 N/s)。讀取光柵位移傳感器并記錄內固定失敗時的載荷。標本加載見圖2。

圖1 各組不同內固定方式圖

注: A：后柱重建鋼板后壁螺釘固定組； B：后柱重建鋼板聯合前柱拉力螺釘后壁螺釘固定組； C：前、后柱重建鋼板后壁螺釘固定組；D：后柱鎖定重建鋼板后壁螺釘固定組

1.4 統計學方法

2 結果

髖臼橫行后壁骨折4種不同的內固定方式所能承載的最大載荷分別為：A組(823.89±106.27)N；B組(1 041.38±125.66)N；C組(1 210.19±116.27)N；D組(1 037.89±108.67)N，各組兩兩比較：A組所承載的最大載荷小于B、C、D組，差異有統計學意義(F=15.98；P=0.027)；C 組所承載的最大載荷大于B、D組，差異有統計學意義(P=0.015)；B、D組差異無統計學意義(P=0.571)(表1)。

圖2 標本實驗加載方式

注:與A組相比，*P<0.05

3 討論

目前，髖臼橫行后壁骨折治療的金標準為手術切開復位，治療的目的在于恢復關節面的完整性、髖臼和股骨頭的匹配[10-11]。髖臼橫行后壁骨折受傷機制為暴力作用于屈曲外展的髖關節時能量釋放于髖臼后側造成骨折端向后內側移位及旋轉。手術復位及內固定的關鍵在于復位骨折端的分離移位、糾正骨折遠端旋轉移位和恢復髖臼后壁的完整性，并利用內固定鋼板將復位的骨折塊與主骨固定。髖臼橫行后壁骨折骨折線累及髖臼前后柱，損傷暴力釋放于髖臼后柱。

國內外學者王慶賢等[11]和 Shazar等[12]認為，髖臼橫斷骨折應用前后柱雙鋼板固定的生物力學穩定性優于單柱鋼板聯合柱拉力螺釘固定。Giordano等[13]學者通過生物力學實驗認為，單柱重建鋼板聯合柱拉力螺釘固定的生物力學穩定性與雙柱固定穩定性相似，與雙柱固定相比，單柱固定在臨床實踐中能夠顯著減少手術創傷及出血等并發癥。近年來隨著鎖定鋼板的出現及在四肢骨折的廣泛應用[14]，該鋼板具有包括通過螺釘與鋼板的鎖定作用提供整體的角穩定性、支持半皮質螺釘固定等優點，目前正被逐漸應用于髖臼的手術固定。因此本實驗通過比較后柱單重建鋼板、前后柱雙重建鋼板、后柱重建鋼板聯合前柱拉力螺釘及后柱鎖定重建鋼板固定4種不同內固定方式的生物力學穩定性，為臨床治療髖臼橫行后壁骨折提供生物力學依據。

髖臼橫行骨折的骨折累積髖臼的前后柱，因此在選擇內固定方式時需進行前后柱的復位及固定。本研究顯示，B、C組所承載的最大載荷明顯大于A組，因此應用前后柱重建鋼板及后柱重建鋼板聯合前柱拉力螺釘對橫行骨折的前后柱進行固定的穩定性明顯優于后柱單鋼板固定。本實驗顯示，B、D組的穩定性相當，但小于C組所承載的最大載荷，應用后柱鎖定重建鋼板固定的生物力學穩定性與后柱重建鋼板聯合前柱拉力螺釘固定方式相似，但遜于前后柱雙鋼板組。國內外學者Wu等[5，7，14]提出后壁骨折及前后柱拉力螺釘的置入安全參考范圍，大大降低了手術置釘的難度，提高了手術效率，然而盡管如此，該技術仍需熟練髖臼骨折手術治療方法的高年資醫師來完成。因此我們認為，前后柱固定髖臼橫行后壁骨折是治療該型骨折的最佳內固定方式，雙柱固定能夠提供骨折內固定的最大生物力學穩定性。

骨盆是由雙側半骨盆通過前側恥骨聯合及后側骶髂關節相連接進而形成一閉環結構，人體站立位時重力線通過雙側髂股弓將人體的壓力傳導至股骨。單足站立位時人體股骨相對于骨盆處于內旋約5°～10°內收約15°，因此當進行生物力學實驗時，隨著載荷的不斷增加標本往往出現傾斜導致實驗失敗。Sawaguchi等[15]學者通過模擬雙足站立位進行生物力學實驗，該加載方式雖克服了標本的不穩定性，但在髖臼橫行骨折、T型骨折實驗時結果不準確。Shazar等[12]學者將半骨盆模型固定于生物力學實驗機，采用倒立位加載方式進行載荷實驗，但該方法對半骨盆及股骨夾具的要求較高導致實驗難以成功。本實驗選用Olson等[16]提出的單足站立位全骨盆垂直加載方式，通過索具模擬外展肌群克服加載時標本的傾斜。

三維有限元分析應用于髖臼骨折的生物力學研究與傳統的尸骨生物力學實驗不同，該方法可以充分模擬髖關節周圍肌肉、韌帶等軟組織在維持髖臼穩定性的作用。國內外學者Liu及Yildirim等[17-18]通過三維有限元分析髖臼骨折的不同固定方式的穩定性，證實了該技術的可行性。傳統的生物力學實驗采用真實的人體骨骼標本，更能夠準確的展現骨骼生物力學性質。因此，結合兩者的各自特點能夠更準確的體現髖臼骨折內固定的穩定性。

本研究顯示，應用鎖定重建鋼板與經典的內固定方式治療髖臼橫行后壁骨折生物力學穩定性相似，避免了前柱拉力螺釘及后壁螺釘進入關節的風險。此外，本研究采用離體骨骼進行實驗，供體標本數量有限，后續有待結合三維有限元分析研究。同時，本實驗內固定物為普通鎖定重建鋼板，鎖定螺釘均垂直于鋼板，未能選用萬向鎖定鋼板支持多方向螺釘置入，還需日后進一步完善。

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A Biomechanical Study on Different Internal Fixation of Acetabular Transverse Posterior Wall Fractures

MaAiguo1,PeiBaorui2,LiuBin2,FuJiuyang2,XuBowen2,WuXiaobo3△.

1.HebeiOrthopedicTraumaCenter,TheSecondPeople'sHospitalofTangshan,Tangshan063000,China; 2.NorthChinaUniversityofScienceandTechnology,Tangshan063000,China; 3.TheThirdAffiliatedHospitalofHebeiMedicalUniversity,Shijiazhuang050001,China

Objective To study the biomechanical stability of different internal fixation in acetabular transverse posterior wall fractures and offer reliable biomechanical basis for applying different fixation to the clinical treatment of acetabular transverse posterior wall fractures. Methods 40 half acetabular specimens of 20 antiseptic adult cadavers were randomly divided into four groups and each group consisted of five complete pelvis. The four groups were Group A with posterior column reconstruction plate combined with the rear wall screws, Group B with posterior column reconstruction plate combined with anterior column lag screw and the rear wall screws, Group C with the anterior column reconstruction plate combined with posterior column reconstruction plate and posterior wall of steel lag screws and Group D with locking reconstruction plate. The biomechanical testing machine was used to test the maximum load of each group by causing the fixation failure (displacement>2mm) in the fracture site. Then the biomechanical stability of the four groups was compared and analyzed. Results The maximum loads of four different fixation in the acetabular transverse posterior wall fracture were (823.89±106.27)N in Group A, (1 041.38±125.66)N in Group B, (1 210.19±116.27)N in Group C, and (1 037.89±108.67)N in Group D. The results of pairwise comparisons showed that the maximum load of Group A was significantly less than those of Group B, C and D respectively (F=15.98;P=0.027), the maximum load of Group C was significantly greater than those of Group B and D respectively (P=0.015), and there were no significant differences in the maximum load between Group B and D (P=0.571). Conclusion The biomechanical stability of double plates in both anterior and posterior columns, posterior column locking reconstruction plate, and posterior column reconstruction plate combined with anterior column lag screw is better than that of posterior column single reconstruction plate in the treatment of acetabular transverse posterior wall fractures. The fixation with double plates in both anterior and posterior columns is the most stable, and the maximum load of the posterior column locking reconstruction plate is similar to that of posterior column reconstruction plate combined with anterior column lag screw.

Acetabular transverse posterior wall fracture; Internal fixation; Biomechanics

http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1705.R.20161226.1128.002.html

10.3969/j.issn.1674-2257.2016.06.024

唐山市科技局科研項目(No：12140210A-5)

R687.3

A

△通信作者：吳嘯波，E-mail:drwuxiaobo@foxmail.com