付久洋，吳嘯波

(1.華北理工大學(xué)，河北 唐山　063000；2.華北理工大學(xué)附屬骨科醫(yī)院，河北省創(chuàng)傷骨科中心，唐山市第二醫(yī)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(xué)研究

付久洋1，2，吳嘯波2*

(1.華北理工大學(xué)，河北 唐山063000；2.華北理工大學(xué)附屬骨科醫(yī)院，河北省創(chuàng)傷骨科中心，唐山市第二醫(yī)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(nèi)固定的穩(wěn)定性。方法9個(gè)完整骨盆的18個(gè)髖臼標(biāo)本根據(jù)隨機(jī)數(shù)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(nèi)固定：A組：后柱重建接骨板結(jié)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(jié)合后壁2枚拉力螺釘、前柱半螺紋松質(zhì)骨拉力螺釘固定。于單足站立中立位進(jìn)行軸向加載，觀察3組能承擔(dān)的最大負(fù)載和加載至2 200 N時(shí)后壁骨折塊的位移。結(jié)果A、B、C組能承擔(dān)的最大負(fù)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(shí)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。B、C兩組數(shù)據(jù)與A組比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，P<0.01)。結(jié)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(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：髖臼；骨折；鎖定重建接骨板；內(nèi)固定；生物力學(xué)

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(fù)雜骨折，對(duì)于有明顯移位(>3 mm)者，需要手術(shù)解剖復(fù)位，牢固內(nèi)固定治療，以最大限度地恢復(fù)關(guān)節(jié)功能[1-2]。由于這類骨折大多數(shù)可以通過單純后入路手術(shù)解剖復(fù)位，所以目前臨床多采用單純后入路復(fù)位和內(nèi)固定治療這類骨折，但其內(nèi)固定穩(wěn)定性尚存爭(zhēng)議?，F(xiàn)對(duì)髖臼橫行伴后壁骨折3種內(nèi)固定方式的穩(wěn)定性進(jìn)行生物力學(xué)研究，以期為臨床治療提供生物力學(xué)依據(jù)。

1資料與方法

1.1標(biāo)本的制備將9具成年防腐尸體標(biāo)本(華北理工大學(xué)解剖學(xué)教研室提供)自第5腰椎水平及雙側(cè)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(guān)節(jié)囊等軟組織，保留第5腰椎、骶髂關(guān)節(jié)及相連的韌帶，得完整骨盆標(biāo)本(含雙側(cè)股骨上1/3段)9個(gè)，年齡為23～58 歲，平均(39.16±7.62) 歲。通過肉眼觀察及拍攝標(biāo)本X線片，排除骨性異常及解剖學(xué)變異。采用Osteocore 3-EXA型骨密度儀測(cè)量骨密度，無骨質(zhì)疏松。將標(biāo)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(jù)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(diǎn)為中心的縱向垂線，再經(jīng)過髖臼中點(diǎn)向后壁方向標(biāo)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(biāo)志，先用細(xì)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(diǎn)到坐骨大切跡頂點(diǎn)，用手鋸截?cái)囿y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(biāo)本的分組及內(nèi)固定模型的制備將9個(gè)骨盆的18個(gè)髖臼標(biāo)本根據(jù)隨機(jī)數(shù)字法分為A、B、C 3組，每組6個(gè)髖臼標(biāo)本。A組采用后柱10孔普通重建接骨板結(jié)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(jié)合后壁2枚拉力螺釘、前柱半螺紋松質(zhì)骨拉力螺釘固定(見圖4)。

骨折解剖復(fù)位后，對(duì)接骨板進(jìn)行良好塑形后沿髖臼后柱中線縱行放置，使之與骨皮質(zhì)完全貼合，并使后壁骨折塊兩側(cè)鋼板等長(zhǎng)，各組所用的螺釘直徑均相同，螺釘不可穿透髖關(guān)節(jié)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(zhì)固定并不進(jìn)入關(guān)節(jié)，前柱拉力螺釘使用6.5 mm半螺紋松質(zhì)骨拉力螺釘，以髂前上棘和坐骨大切跡頂點(diǎn)連線與髂結(jié)節(jié)和坐骨結(jié)節(jié)連線的交點(diǎn)為進(jìn)釘點(diǎn)，沿前柱軸線方向固定。

1.4骨盆的加載體位和包埋本實(shí)驗(yàn)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(cè)髂嵴連線平行于地面，兩側(cè)髂前上棘與恥骨聯(lián)合平面垂直于地面，在額狀面上股骨相對(duì)于骨盆內(nèi)收15°，在矢狀面上股骨豎直，且內(nèi)旋5°～10°。

圖2　普通重建接骨板結(jié)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(jié)合后壁2枚拉力螺釘、

圖5　骨盆標(biāo)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(fù)重平臺(tái)，該平臺(tái)平面在骨盆單足站立中立位時(shí)與水平面和加載平臺(tái)平面平行。將待測(cè)的股骨遠(yuǎn)端放置于邊緣帶有圓孔的長(zhǎng)方體形金屬夾具內(nèi)，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(nèi)灌注自凝牙托粉固定股骨遠(yuǎn)端。用2個(gè)可以自由調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的鋼絲繩收緊器，一端連接髂骨翼上的鐵環(huán)，另一端連接同側(cè)股骨夾具上的圓孔，來模擬外展肌，并通過調(diào)節(jié)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(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)在美國(guó)BOSE 3500型生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，骨盆上澆筑的負(fù)重平臺(tái)與實(shí)驗(yàn)機(jī)上端的傳動(dòng)桿相連，并將骨盆固定于單足站立位，將包埋于金屬盒內(nèi)的股骨干固定于實(shí)驗(yàn)機(jī)底座，通過用來模擬外展肌的2個(gè)鋼絲繩收緊器與骨盆相連，并使股骨在額狀面上相對(duì)于骨盆內(nèi)收15°，在矢狀面上豎直且內(nèi)旋5°～10°。實(shí)驗(yàn)采用連續(xù)性軸向加載(加載速度為10 N/s)，直至內(nèi)固定失效(骨折移位>3.00 mm)。加載過程中，通過調(diào)節(jié)模擬外展肌的2個(gè)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(cè)量方形區(qū)和后壁骨折斷端的移位，由于A組加載至(2 243.74±116.36) N時(shí)內(nèi)固定已經(jīng)失效，因此記錄下3組在加載至2 200 N時(shí)后壁骨折塊的位移和加載至內(nèi)固定失效時(shí)的負(fù)載。

1.6觀察指標(biāo)觀察3組在加載至2 200 N時(shí)各組后壁骨折塊的位移和內(nèi)固定失效時(shí)的負(fù)載。

1.7統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)過程中，各組標(biāo)本夾具固定牢固，無松動(dòng)，加載過程中無骶髂關(guān)節(jié)分離及關(guān)節(jié)脫位，骨盆標(biāo)本無新增骨折，各組均加載至內(nèi)固定失效(見圖6)，均未出現(xiàn)鋼板斷裂、螺釘折斷現(xiàn)象。三種內(nèi)固定方法在加載至2 200 N時(shí)后壁骨折塊位移和加載至內(nèi)固定失效時(shí)的最大負(fù)載見表1，對(duì)表1中三種內(nèi)固定方法在加載至2 200 N時(shí)后壁骨折塊位移和加載至內(nèi)固定失效時(shí)的最大負(fù)載進(jìn)行Bartlett′s檢驗(yàn)，得方差齊，再進(jìn)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(jié)果B、C兩組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，B、C兩組數(shù)據(jù)與A組比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，P<0.01)。

圖6　內(nèi)固定失效時(shí)骨折端移位情況

3討論

髖臼橫行伴后壁骨折的發(fā)生率很高，但對(duì)這類骨折的生物力學(xué)研究報(bào)道卻極少。髖臼的生物力學(xué)研究傳統(tǒng)上使用離體骨盆標(biāo)本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。近年來，很多學(xué)者采用有限元分析方法進(jìn)行髖臼及其他骨骼系統(tǒng)的生物力學(xué)研究，在骨科的基礎(chǔ)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(nèi)固定方法在加載至2 200 N時(shí)后壁骨折

使用大量的離體骨骼標(biāo)本，具有方便、快捷的優(yōu)點(diǎn)，并能夠較為準(zhǔn)確地反映骨骼的生物力學(xué)特性[5-6]。但有限元分析是通過精確模擬人體組織結(jié)構(gòu)來進(jìn)行分析的，目前的計(jì)算機(jī)分析軟件尚不能完全、充分的模擬真實(shí)的骨骼情況，這種新的研究方法還需與傳統(tǒng)的研究方法相互結(jié)合，才能更有效、真實(shí)的反映出骨骼的生物力學(xué)特性，因此，傳統(tǒng)的采用離體骨骼標(biāo)本進(jìn)行的生物力學(xué)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(shí)髖關(guān)節(jié)多處于屈曲90°并伴有輕度外展的體位，此時(shí)，屈曲的膝關(guān)節(jié)的前方受到暴力撞擊，暴力沿著股骨傳導(dǎo)至髖臼，造成髖臼橫行伴后壁骨折，或者在下肢內(nèi)旋30°～50°同時(shí)伴有不同程度的外展時(shí)，暴力直接撞擊大轉(zhuǎn)子所致。由于同時(shí)有后壁和橫行骨折，故本實(shí)驗(yàn)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(diǎn)到坐骨大切跡頂點(diǎn)水平截?cái)囿y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(jī)制相符合，而且在進(jìn)行生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠更準(zhǔn)確的反映橫行伴后壁骨折內(nèi)固定的穩(wěn)定性。但本次實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一定局限性，我們將在今后的研究中進(jìn)一步完善。

髖臼橫行伴后壁骨折絕大多數(shù)都可以通過單一的后入路獲得解剖復(fù)位，因此很多學(xué)者為降低手術(shù)創(chuàng)傷，減少手術(shù)相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生，采用單一的后入路復(fù)位和內(nèi)固定治療這種類型的髖臼骨折。經(jīng)典的內(nèi)固定方式是后柱普通重建接骨板結(jié)合前柱拉力螺釘內(nèi)固定，本研究證實(shí)這種內(nèi)固定方式穩(wěn)定性強(qiáng)，固定牢靠，但前柱拉力螺釘在置入時(shí)，角度及進(jìn)針點(diǎn)稍有不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致螺釘進(jìn)入關(guān)節(jié)造成嚴(yán)重的創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎，或者穿出前方骨皮質(zhì)損傷股動(dòng)靜脈及股神經(jīng)造成嚴(yán)重后果。為了避免這些嚴(yán)重并發(fā)癥的發(fā)生，有學(xué)者僅行后柱普通重建接骨板結(jié)合后壁拉力螺釘內(nèi)固定，本研究發(fā)現(xiàn)這種內(nèi)固定方式的穩(wěn)定性較差，術(shù)后早期功能鍛煉容易出現(xiàn)內(nèi)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(wěn)定性又可在各個(gè)平面進(jìn)行精確塑形，適合在三維結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的骨盆、髖臼部位使用，對(duì)伴有骨質(zhì)疏松的老年髖臼骨折療效更加顯著[7]。本次實(shí)驗(yàn)也證明，采用鎖定重建接骨板與采用經(jīng)典的后柱普通重建接骨板結(jié)合前柱拉力螺釘內(nèi)固定的穩(wěn)定性無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，其內(nèi)固定強(qiáng)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(shí)容易出現(xiàn)的螺釘穿出前方骨皮質(zhì)損傷股動(dòng)靜脈及股神經(jīng)等嚴(yán)重的后果，可最大程度的保護(hù)骨質(zhì)的血運(yùn)，使骨折迅速愈合[8]。同時(shí)鎖定重建接骨板可以對(duì)后壁骨折塊使用較短鎖定螺釘進(jìn)行單皮質(zhì)固定，達(dá)到牢靠?jī)?nèi)固定的同時(shí)避免了螺釘誤入髖關(guān)節(jié)所造成的嚴(yán)重的創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。

在髖臼骨折的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，使用半骨盆標(biāo)本還是完整骨盆標(biāo)本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)會(huì)在一定程度上影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。Bay等[9-10]學(xué)者通過大量實(shí)驗(yàn)證明骨盆是一個(gè)整體，在受力時(shí)完整的骨盆可以發(fā)生形變，對(duì)所受的力進(jìn)行傳導(dǎo)，發(fā)揮完整骨盆的荷載分散作用，而半骨盆標(biāo)本則缺少這種作用。因此使用完整骨盆進(jìn)行生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)更符合生理情況，所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)標(biāo)本的固定方法和加載體位也會(huì)在一定程度上影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。有學(xué)者使用萬能旋轉(zhuǎn)夾具固定實(shí)驗(yàn)標(biāo)本，這種固定方法方便、靈活，實(shí)驗(yàn)時(shí)標(biāo)本固定位置容易調(diào)整，但這種固定方式所能承受的實(shí)驗(yàn)載荷有限，不能模擬髖臼實(shí)際承受的載荷，也不能加載到內(nèi)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(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)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(jié)果不準(zhǔn)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(nèi)固定穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)可加載至內(nèi)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(shí)驗(yàn)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(nèi)固定穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，且可以加載至內(nèi)固定失效。

本研究證實(shí)對(duì)于可以通過單純后入路解剖復(fù)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(jiān)強(qiáng)的內(nèi)固定，能夠滿足臨床早期功能鍛煉的要求。

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實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)介：付久洋(1983- )，男，醫(yī)師，華北理工大學(xué)附屬骨科醫(yī)院，063000。

收稿日期：2015-08-10

基金項(xiàng)目：唐山市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展指導(dǎo)計(jì)劃項(xiàng)目(12140210A-5)；*本文

通訊作者：吳嘯波

中圖分類號(hào)：R683.42

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-5572(2015)12-1088-05