李飛 李力更吳嘯波 梁衛(wèi)東 洪建仁

（唐山市第二醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，河北唐山 063000）

髖臼后壁骨折三種內(nèi)固定方式的生物力學(xué)研究及臨床意義

李飛 李力更*吳嘯波 梁衛(wèi)東 洪建仁

（唐山市第二醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，河北唐山 063000）

背景：鎖定重建接骨板已應(yīng)用于髖臼后壁骨折的治療，但關(guān)于其固定髖臼后壁骨折生物力學(xué)穩(wěn)定性的研究報道甚少。

目的：比較鎖定重建接骨板、重建接骨板及單純拉力螺釘固定髖臼后壁骨折的生物力學(xué)穩(wěn)定性。

方法：取成人新鮮半骨盆標(biāo)本18個，制成髖臼后壁骨折模型，隨機分成三組。A組用2枚拉力螺釘固定，B組用重建接骨板固定，C組用鎖定重建接骨板固定。進(jìn)行軸向加載實驗，測定各組骨折的縱向位移、內(nèi)固定失效時的載荷及軸向剛度，以比較各內(nèi)固定方式的穩(wěn)定性。

結(jié)果：在相同載荷下，B組、C組骨折的縱向位移小于A組，B組、C組內(nèi)固定失效時的載荷及軸向剛度大于A組，有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05）；B 組與 C 組在縱向位移、內(nèi)固定失效時的載荷及軸向剛度之間無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）。

結(jié)論：鎖定重建接骨板與重建接骨板的內(nèi)固定穩(wěn)定性優(yōu)于單純拉力螺釘內(nèi)固定，鎖定重建接骨板與重建接骨板內(nèi)的固定穩(wěn)定性相似，均可用于髖臼后壁骨折的內(nèi)固定治療。

髖臼；后壁；骨折；內(nèi)固定；生物力學(xué)

Background:Locking reconstruction plates have been used to treat acetabular posterior wall fractures.But there are few reports on the biomechanic stability of acetabular posterior wall fractures fixed with locking reconstruction plate.

Objective:To compare the biomechanic stability of acetabular posterior wall fractures fixed with locking reconstruction plate,reconstruction plate or lag screw.

Methods:Acetabular posterior wall fractures were induced in 18 adult fresh semipelvis specimens,and then divided into three groups randomly.The fractures were fixed with two lag screws in group A,with reconstruction plate in group B,and with locking reconstruction plate in group C.The longitudinal displacements,loading of failed internal fixation and axial stiffness were measured by axial loading experiments and compared between groups.

Results:Under the same loading,longitudinal displacements of group B and C were shorter than that of group A(P＜0.05). The maximum load and axial stiffness of group B and C were larger than those of group A(P＜0.05).However,there were no significant differences in the longitudinal displacements,loading of failed internal fixation and axis stiffness between group B and C(P＞0.05).

Conclusions:For the acetabular posterior wall fractures,locking reconstruction plate and reconstruction plate internal fixation can provide greater stability than simple lag screws.And the biomechanic stability of internal fixation with locking reconstruction plate is similar to reconstruction plate.They can be used for internal fixation management of the posterior wall acetabular fractures.

髖臼骨折多為高能量損傷所致，常見于交通事故。髖臼后壁骨折在髖臼骨折中最多見，約占所有髖臼骨折的 1/4～1/3[1]。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為手術(shù)為治療移位型髖臼后壁骨折的首選[2-4]。手術(shù)治療既能恢復(fù)髖臼的解剖形態(tài)，且通過堅強內(nèi)固定可滿足髖關(guān)節(jié)早期功能鍛煉的需要，降低術(shù)后發(fā)生創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的幾率。內(nèi)固定物的選擇是手術(shù)治療的關(guān)鍵因素之一，但目前髖臼后壁骨折內(nèi)固定物的選擇仍存在爭議[5]。本實驗采用髖臼后壁骨折模型，以鎖定重建接骨板、重建接骨板、單純拉力螺釘三種內(nèi)固定方式進(jìn)行固定，對其進(jìn)行生物力學(xué)穩(wěn)定性的比較，旨在探索較為理想的內(nèi)固定方式，并為臨床治療髖臼后壁骨折提供生物力學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

CSS-44020型生物力學(xué)試驗機（長春試驗機研究所提供），Osteocore 3-DEXA 型骨密度儀（Medileink，Inc，F(xiàn)RA），成人骨盆標(biāo)本（河北聯(lián)合大學(xué)解剖教研室提供），內(nèi)固定器械（常州市康輝醫(yī)療器械有限公司提供）。

1.2 標(biāo)本制備

選取9具經(jīng)甲醛溶液浸泡的新鮮成人骨盆標(biāo)本，年齡為20～49歲，其中男性7具，女性2具。標(biāo)本包括近端1/3股骨干，經(jīng) X 線攝片排除骨骼疾病及髖臼發(fā)育畸形。用 Osteocore 3-DEXA 型骨密度儀進(jìn)行骨密度測量，排除骨質(zhì)疏松癥[6]。剔除肌肉、韌帶、關(guān)節(jié)囊等軟組織。使骨盆處于單足站立體位[7]，于坐骨結(jié)節(jié)處垂直于水平面、冠狀面及矢狀面各鉆入1枚克氏針，分別代表站立位三維坐標(biāo)平面，將骨盆從骶髂關(guān)節(jié)和恥骨聯(lián)合處分成左右兩個髖關(guān)節(jié)標(biāo)本。

1.3 髖臼后壁骨折模型的制作、分組與固定

圖1 髖臼后壁骨折范圍

參照 Olson 等[8]的實驗方法，以站立位髖臼頂點與髖臼中心連線開始，沿髖臼盂緣向下40°弧為截骨上緣線，至90°弧為截骨下緣線，將此50°弧的后壁關(guān)節(jié) 面縱向三 等分，取 中外 1/3 為截骨 內(nèi)緣線（圖 1）。先用克氏針按預(yù)定截骨線連續(xù)鉆孔，注意盡量減少對關(guān)節(jié)軟骨面的破壞，再用骨刀及線鋸將其截斷，制成髖臼后壁骨折模型。18個半骨盆標(biāo)本隨機分成A、B、C三組，每組6個。直視下骨折解剖復(fù)位后，A組用2枚拉力螺釘固定（圖2A），B組用8孔重建接骨板及6枚螺釘固定，其中后壁骨折塊兩端各用2枚螺釘固定，后壁骨折塊用2枚拉力螺釘經(jīng)接骨板固定（圖2B），螺釘固定依據(jù) Wu 等[9]提出的髖臼后壁各部位螺釘固定時的安全深度及角度。C組用8孔鎖定重建接骨板及6枚鎖定螺釘固定，其中后壁骨折塊兩端各用2枚鎖定螺釘固定，后壁骨折塊用2枚鎖定螺釘經(jīng)接骨板單皮質(zhì)固定（圖2C）。B、C組固定前接骨板均已塑形良好，鎖定重建接骨板塑形時用鎖定導(dǎo)向套筒保護，以防止塑形過程中破壞鎖定孔。塑形后經(jīng)驗證，套筒均旋轉(zhuǎn)自如。

1.4 生物力學(xué)測試

將近端 1/3 股骨干中立位固定于CSS-44020 型生物力學(xué)試驗機上端。以固定于坐骨結(jié)節(jié)處的3枚克式針?biāo)淼娜S坐標(biāo)平面為參照，調(diào)整髖關(guān)節(jié)標(biāo)本 ，模 擬 人 體 屈 髖 90°、內(nèi) 收 外 展 及 旋 轉(zhuǎn) 中 立 位[10]置于包埋盒中。用調(diào)制好的Ⅱ型義齒基托聚合物灌注成負(fù)重平臺（圖3A），待其完全固化堅硬后，將此平臺固定于試驗機底座上，進(jìn)行軸向壓縮試驗（圖3B）。以2 mm/min 加載速度、最大載荷為 600 N 進(jìn)行預(yù)加載處理3次，以消除標(biāo)本的蠕變、松弛等時間效應(yīng)影響。以負(fù)荷連續(xù)遞增的方式進(jìn)行加載，速度為 2 mm/min，用高精度數(shù)字顯示光柵位移傳感器測量骨折的縱向位移。每個標(biāo)本測試6次，取均值作為最終實驗數(shù)據(jù)。每次測試之間間隔 30 min，期間用生理鹽水浸潤的棉墊覆蓋，以減少外界環(huán)境改變對實驗標(biāo)本的影響。

1.5 主要觀察指標(biāo)

骨折的縱向位移、內(nèi)固定失效時的載荷及軸向剛度。

1.6 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 骨折的縱向位移與內(nèi)固定穩(wěn)定性

相同載荷下各組骨折縱向位移的程度可作為評估內(nèi)固定穩(wěn)定性的依據(jù)?？v向位移越大，內(nèi)固定穩(wěn)定性越差。結(jié)果顯示：相同載荷下，B、C組骨折的縱向位移小于 A 組，有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05，表 1），B 組與C組比較無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05，表1）。

2.2 內(nèi)固定失效時的載荷與內(nèi)固定穩(wěn)定性

圖2 髖臼后壁骨折的固定方法

圖3 生物力學(xué)試驗方法

關(guān)節(jié)面骨折移位＞3 mm是公認(rèn)的內(nèi)固定失效標(biāo)準(zhǔn)[11-12]。各組內(nèi)固定失效時的載荷可以反應(yīng)內(nèi)固定的穩(wěn)定性。內(nèi)固定失效時載荷越大，內(nèi)固定穩(wěn)定性越好。結(jié)果顯示：三組內(nèi)固定失效時的載荷分別為A組（683.54±5.73）N、B 組（912.01±4.22）N、C 組（931.88± 6.54）N。A 組小于 B、C 組，有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05），B組與C組比較無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）。

2.3 軸向剛度與內(nèi)固定穩(wěn)定性

內(nèi)固定的軸向剛度是指軸向載荷下內(nèi)固定抵抗形變保持關(guān)節(jié)穩(wěn)定的能力。軸向剛度越大，內(nèi)固定抵抗形變能力越強，髖關(guān)節(jié)越穩(wěn)定。按公式：EF=P/ ΔL（EF 為軸向剛度，P 為載荷，ΔL 為形變位移）。結(jié)果顯示：三組內(nèi)固定的軸向剛度分別為A組（239.89± 2.15）N/mm、B 組（351.46 ±1.35）N/mm、C 組（367.55± 2.06）N/mm。A 組 小于 B、C 組 ，有 統(tǒng)計 學(xué) 差異（P＜0.05），B 組與C 組比較無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）。

3 討論

髖臼骨折是高能量損傷中常見的關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，其解剖位置深，周圍有重要的血管神經(jīng)，臨床處理相對困難，早期常采用保守治療，畸形愈合、異位骨化、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等并發(fā)癥的發(fā)生率較高。隨著對髖臼解剖研究的深入，影像及內(nèi)固定技術(shù)的不斷發(fā)展，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為解剖復(fù)位和堅強內(nèi)固定為治療移位髖臼骨 折 的 首 選[13-15]。 髖 臼 后 壁 骨 折 在 髖 臼 骨 折 中 發(fā) 病率最高，Letournel[16]報道的 940 例髖臼骨折中，單純后壁骨折占24%，另有26%為后壁骨折合并其他類型的髖臼骨折。Baumgaertner[17]認(rèn)為，對于移位的髖臼后壁骨折，只有通過解剖復(fù)位和堅強內(nèi)固定，以最大限度恢復(fù)髖關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，才能保證遠(yuǎn)期療效。因此，選擇正確的內(nèi)固定方式對于確保髖關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)至關(guān)重要。

表1 髖臼后壁骨折不同內(nèi)固定后載荷與骨折縱向位移關(guān)系（，n=6）

表1 髖臼后壁骨折不同內(nèi)固定后載荷與骨折縱向位移關(guān)系（，n=6）

△：與A組相比較P＜0.05

項目A組B組C組F值P值200 N 0.74±0.09 0.53±0.06△0.47±0.06△4436.25 0.000 400 N 1.40±0.13 0.95±0.10△0.87±0.08△6906.67 0.000 600 N 2.61±0.16 1.67±0.14△1.55±0.14△5742.35 0.000 800 N 3.94±0.25 2.71±0.19△2.50±0.18△5853.32 0.000 1000 N 5.23±0.41 3.64±0.24△3.31±0.21△9485.10 0.000

早期有學(xué)者單純采用2枚拉力螺釘固定，雖然有創(chuàng)傷小、固定簡單的優(yōu)點，但術(shù)后需牽引維持，不能進(jìn)行關(guān)節(jié)的早期功能鍛煉，且螺釘松動、內(nèi)固定失效率高達(dá) 21%，常導(dǎo)致嚴(yán)重后果[18,19]。Matta[13]和 Moed 等[14]采用重建接骨板固定髖臼后壁骨折，髖關(guān)節(jié)功能應(yīng)用改良 Merle d'Aubigne 和 Postel評分系統(tǒng)評價，優(yōu)良率為84%～88%，明顯優(yōu)于單純拉力螺釘固定，但術(shù)后因固定效果不佳而導(dǎo)致的骨折復(fù)位丟失、畸形愈合、關(guān)節(jié)僵硬、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎發(fā)生的報道屢見不鮮[2,20]。近年來，鎖定重建接骨板在創(chuàng)傷骨科中倍受推崇，被廣泛應(yīng)用于四肢骨折的治療，尤其是干骺端骨折、節(jié)段粉碎性骨折及伴有骨質(zhì)疏松癥的骨折，取得了良好的臨床療效[21,22]。因此，國內(nèi)外學(xué)者開展了鎖定接骨板治療髖臼骨折的研究。Tadros[23]和 Tadros等[24]介紹了鎖定重建接骨板治療髖臼后壁骨折的內(nèi)固定技術(shù)，Mehin 等[25]通過生物力學(xué)實驗研究發(fā)現(xiàn)，采用鎖定重建接骨板固定髖臼橫行骨折可以獲得與傳統(tǒng)后柱重建接骨板加前柱拉力螺釘固定相似的力學(xué)穩(wěn)定性。張秋林等[26]報道采用鎖定重建接骨板治療 27 例髖臼骨折，復(fù)位質(zhì)量按 Matta評分的優(yōu)良率為 91.6%，髖關(guān)節(jié)功能 Harris評分的優(yōu)良率為 95.8%，雖然還缺乏大樣本、長期隨訪來進(jìn)一步驗證其臨床療效，但其為鎖定重建接骨板治療髖臼骨折提供了有益的探索。目前，關(guān)于鎖定重建接骨板固定髖臼后壁骨折穩(wěn)定性的相關(guān)研究報道較少，本實驗將其納入實驗對象進(jìn)行探討，為臨床內(nèi)固定方式的選擇提供理論依據(jù)。本研究結(jié)果顯示，鎖定重建接骨板與重建接骨板的內(nèi)固定穩(wěn)定性優(yōu)于單純拉力螺釘內(nèi)固定，鎖定重建接骨板與重建接骨板的內(nèi)固定穩(wěn)定性無統(tǒng)計學(xué)差異，結(jié)論認(rèn)為鎖定重建接骨板固定髖臼后壁骨折穩(wěn)定可靠。

Dalstra和 Huiskes[27]通過骨盆的三維有限元分析研究發(fā)現(xiàn)，正常情況下骨盆和髖臼載荷主要通過骨皮質(zhì)傳導(dǎo)，皮質(zhì)骨的應(yīng)力大約是骨小梁應(yīng)力的50倍，并且髖臼的應(yīng)力峰值主要集中在髖臼盂緣的骨性部分。尤其是髖臼后壁1/3骨折，其破壞了盂緣皮質(zhì)骨的完整性，導(dǎo)致載荷應(yīng)力不能正常傳導(dǎo)、局部載荷集中，對髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)行為影響最大[28]；并且其厚度較薄，處于髖臼危險區(qū)[29]內(nèi)，螺釘進(jìn)行固定時極易進(jìn)入關(guān)節(jié)腔；骨折移位時多需手術(shù)治療[8]。故本研究采用髖臼后壁1/3骨折模型進(jìn)行實驗，具有較強的研究價值。

髖臼后壁骨折通常發(fā)生在屈髖、屈膝或內(nèi)收時，來自膝關(guān)節(jié)前方的暴力經(jīng)股骨傳導(dǎo)至股骨頭撞擊髖臼后壁而導(dǎo)致骨折，常伴有髖關(guān)節(jié)后脫位。本研究于屈髖90°時進(jìn)行力學(xué)加載，使載荷直接作用于髖臼后壁上，以模擬髖臼后壁骨折的受傷機制。近年來，國內(nèi)外利用義齒基托聚合物固定實驗標(biāo)本的方法較為多見[25,30]，此類方法固定牢固，可承載更大的負(fù)荷，提高了研究結(jié)果的可靠性。本實驗采用Ⅱ型義齒基托聚合物灌注負(fù)重平臺，將此固定方法成功復(fù)制。Olson 和 Finkemeier[31]通過 實 驗發(fā)現(xiàn) ，治療髖 臼后壁骨折時，除應(yīng)用接骨板外，還需加用2枚螺釘固定后壁骨折塊，以達(dá)到堅強固定。故本研究的接骨板固定組均用2枚螺釘經(jīng)接骨板固定后壁骨折塊，使內(nèi)固定方式更加完善。

本研究采用離體骨折模型，直視下進(jìn)行解剖復(fù)位并固定，雖有效防止螺釘進(jìn)入關(guān)節(jié)，但由于剔除了髖關(guān)節(jié)周圍的肌肉、韌帶、關(guān)節(jié)囊等軟組織，無法模擬人體中軟組織對內(nèi)固定物所產(chǎn)生的影響，尤其是軟組織“合頁”對維持骨折塊的復(fù)位作用。鑒于此，我們將在后期采用三維有限元模型進(jìn)行相關(guān)研究，以彌補本實驗的不足。

髖臼后壁骨折的內(nèi)固定方式較多，常見的有：單純螺釘、重建接骨板、彈性接骨板、髖臼解剖接骨板、髖臼記憶合金三維內(nèi)固定系統(tǒng)、髖臼“M”形角度接骨板、鎖定重建接骨板、鎖定加壓接骨板、萬向鎖定接骨板等。臨床應(yīng)用最為廣泛的包括單純螺釘、重建接骨板及鎖定重建接骨板，故本實驗選用了這三種內(nèi)固定方式進(jìn)行對比。為探尋治療髖臼后壁骨折最理想的內(nèi)固定方式，我們將在后期實驗中對常見的內(nèi)固定方式進(jìn)行對比。

綜上所述，單純拉力螺釘?shù)膬?nèi)固定穩(wěn)定性差，鎖定重建接骨板可獲得與重建接骨板相似的內(nèi)固定穩(wěn)定性。①鎖定重建接骨板除具有普通重建接骨板易彎曲塑形的特點，還能起到角度固定的作用，對于塑形的要求相對較低，縮短了手術(shù)時間。②鎖定重建接骨板可單皮質(zhì)固定，減少了固定髖臼后壁骨折塊時螺釘進(jìn)入關(guān)節(jié)腔的幾率，降低了手術(shù)難度。③鎖定重建接骨板對松質(zhì)骨也具有良好的把持力，可能成為治療髖臼后壁骨折更理想的內(nèi)固定方式。

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Biomechanical study on three internal fixation methods for acetabular posterior wall fractures

LI Fei,LI Ligeng*,WU Xiaobo,LIANG Weidong,HONG Jianren
(Department of Orthopaedics and Traumatology,the 2nd Hospital of Tangshan,Tangshan 063000,Hebei,China)

Acetabulum;Posterior wall;Fracture;Internal fixation;Biomechanics

*通信作者：李力更，E-mail:liligengyz@gmail.com