前路钛板加方形区螺钉治疗髋臼双柱骨折的坐位生物力学分析

吴咏德，蔡贤华，刘曦明，张红喜

髋臼骨折是一种相对非常见的高能量损伤，常见于交通事故，人群整体发生率约为0.003%，约占骨折发生率的1% ～3%，病死率约5% ～20%，致残率高达50% ～60%［1］。髋骨内板薄弱区(方形区)是骨盆向双肢传递重力的重要一站［2］，骨折常为粉碎性并伴发股骨头中心性脱位，其中双柱骨折为方形区骨折中最常见的骨折［3－4］，目前固定后柱及方形区骨折块尚缺乏理想的内固定物。Farid［5］指出尽管我们手术重点是复位前后柱骨折，髋臼内壁方形区粉碎性骨折块复位及固定失败依然影响关节稳定。

后柱拉力螺钉［3］与骨盆缘弹簧板固定［6－7］对方形区骨折块固定有一定的临床效果，其中以重建钛板加1/3管型钛板使用较多且疗效较好［2－3］。在临床摸索中，我们发现前路钛板加方形区螺钉对涉及方形区骨折块固定有效，且可直视下置钉，操作安全，2005年以来已广泛用于多种方形区骨折(包括双柱骨折)，取得了满意疗效，但早期取坐位是否会影响内固定效果尚未完全阐明。本实验选取6具完整骨盆标本，制作波及方形区的双柱骨折(Letournal分类)模型，观察前路钛板加方形区螺钉与常规钛板加1/3管型钛板弹性固定术后坐位位力学特征，结果报告如下。

材料与方法

1 材料

选取6具经防腐保湿处理成人完整骨盆(由南方医科大学解剖教研室提供)，清除肌肉及盆腔脏器，X线及CT检查排除肿瘤、畸形及骨质破坏。上端保留L5、S1椎体，下端股骨干上1/3，保留骶骨，骶髂关节、髋关节囊、骶棘与骶结节韧带及闭孔内肌(图1a)。内固定材料选用AO重建板、1/3管形及钛质螺钉，ZWICKZ100材料机(德国ZWICKZ，精度0.1%，武汉理工大学力学测试中心)。

2 方法

2.1 双柱骨折模型制作与内固定:采用线锯和钢锯条在完整骨盆标本(A组)一侧制备高位髋臼双柱骨折模型(图1b～d)，首先复位前柱骨折，重建骨盆环的连续性，采用塑形后的6孔重建钛板沿髂嵴盆面固定前柱上骨折线。然后先后采用:(1)前路钛板加方形区螺钉组(B组，图2):重建板按骨盆弓状线塑形，但塑形时增加后侧钛板曲率半径，使钛板于方形区向盆腔内移约1/3～1/2钉孔，两端稍上翘并外翻。钛板两端用不少于2枚的3.5mm皮质骨螺钉固定，中间经钛板钉孔平行于方形区表面钻孔，并拧入3～5枚3.5mm皮质骨螺钉(即方形区螺钉)，长度应超过骨折线至少10mm;(2)重建钛板加1/3管型钛板内固定组(C组，图3)固定:将1/3管型钛板弯曲100°～110°，远端呈弓形表面固定后柱骨折块，近端固定在髂骨翼上［6］，其表面由经弓状线的重建钛板协助固定前柱。模型及内固定后均行X线片及CT加三维重建检查。

2.2 生物力学测定:L5、S1椎体用牙托粉包埋制作加载平台，模拟坐位［8］(图 4)固定标本于ZWICKZ100力学材料机上，测试前先预载100N，以消除骨组织松弛、蠕变、关节间隙及骨折复位微小差异等影响，然后按加载速率100N/min递增，加载至700N。采用循环多次测量的方法，每组标本6具。加载过程中，多功能数显千分表(日本三丰量具，武汉理工大学力学测试中心)测量A组及B、C组骨折侧后柱内壁水平的位移，ZwickZ100电子万能试验机横梁传感器测量骨盆轴向位移(图4)。每项数据分别测试3次，取其平均值，计算骨盆轴向刚度。

3 统计学处理

采用SPSS 13.0软件统计分析，方差齐性判断后，应用“配对样本 t检验”，P＜0.05表示差异显著，有统计学意义。

图1 标本及髋臼双柱骨折模型制作

图2 前路钛板加方形区螺钉固定标本(B组)

图3 重建钛板加1/3管型钛板固定标本(C组)

图4 模拟坐位加载

结 果

1 一般情况

髋臼骨折标本经B、C组内固定后，前、后柱骨折均得到即刻稳定，骶结节韧带、骶棘韧带及闭孔内肌明显绷紧，CT及X线片显示骨折已解剖复位(图4、图5)，B组后柱抗手动扭转、抗内移及抗分离作用较C组强。各组标本在力学测试过程中钛板螺钉无断裂，方形区螺钉无拔出及松动，但去除载荷后出现位移的髋臼与内固定恢复原状。

2 载荷与位移的关系

随着载荷由400N增加至700N，后柱内壁横向位移线性增加，A、B、C后柱内壁横向位移绝对值均在0.5mm以内，无明显统计学差异(P＞0.05)(表1);骨盆轴向压缩位移亦线性增加，呈现A组＜B组＜C组，B组与C组，A组与C组间比较有显著统计学差异(P＜0.01)，而B组与与A组接近(P＞0.05)(表2)。600N生理负荷下 A、B、C组骨盆轴向刚度分别为(221±59)、(188±14)、(130±7)N/mm，A组与B组比较:P=0.29;B组与C组及A组与C组比较:P＜0.05。B组与C组在骨盆轴向刚度上有显著差异，前者与正常骨盆接近，提示B组固定后骨盆整体稳定性显著增强。

表1 不同载荷(N)-后柱内壁横向位移(±s，mm)

表1 不同载荷(N)-后柱内壁横向位移(±s，mm)

A组与B组、B组与C组及A组与C组比较:P＞0.05

分组 不同载荷(N)400 500 600 700 A组0.26 ±0.17 0.28 ±0.18 0.32 ±0.14 0.35 ±0.15 0.18 ±0.07 0.20 ±0.06 0.21 ±0.05 0.22 ±0.06 B 组 0.23 ±0.09 0.27 ±0.10 0.29 ±0.11 0.32 ±0.12 C组

表2 不同载荷(N)-骨盆轴向位移(±s，mm)

表2 不同载荷(N)-骨盆轴向位移(±s，mm)

A组与B组比较:P＞0.05;B组与C组及A组与C组比较:P ＜0.05

分组 不同载荷(N)400 500 600 700 A组3.41 ±0.31 4.00 ±0.29 4.63 ±0.29 5.29 ±0.29 2.02 ±0.47 2.45 ±0.53 2.86 ±0.68 3.24 ±0.60 B 组 2.40 ±0.30 2.77 ±0.26 3.20 ±0.24 3.68 ±0.23 C组

讨 论

髋臼内壁方形区(亦称为四方体)解剖结构薄弱且临近股骨头［6］，文献报道国人最小厚度为(2.35 ±1.13)mm［9］，限制了这一区域的内固定类型。现有的髋臼骨折分类虽未单独罗列方形区骨折，但随老年社会的来临，方形区骨折却日益增多，治疗相当棘手［10］。

髋臼双柱骨折为内壁方形区骨折的典型代表，常为粉碎性，出于安全考虑，危险区基本上采取旷置的姑息治疗［6，11］，内壁方形区的骨性阻挡作用往往被忽略，治疗的重点往往只是恢复前后柱的连续性。吴啸波等［12］指出危险区内固定时螺钉过短，或者危险区内无螺钉固定，内固定不牢固。经前向后的拉力螺钉只能偏心固定后柱方形区骨折块，远离髋臼骨折放置螺钉将使内固定坚固程度降低约50%［13］。众多骨表面固定技术应用于此，其中以重建钛板加1/3管型钛板为代表的骨表面固定技术操作简单且能进行常规方法几乎无法实现的方形区髋臼窝部固定［6－7，14］。然而，无论是骨表面固定还是拉力螺钉，前提条件是对前后柱骨折块完整性要求较高［15－16］，对于后柱方形区粉碎性骨折块固定颇为困难。

而正常髋臼是人体重要的负重关节，稳定性的维持十分重要。站立位水平剪切力常导致内壁方形区骨块向真盆腔内移位［12，17］，而坐位时从杨安礼等［18］报道的完整骨盆髋臼内侧壁(方形区)应变值为压应变(屈曲)看，方形区骨块依然向真骨盆内移，因此针对站立位抗内壁剪切力内固定设计［19］对坐位时依然必要。方形区螺钉在直视下沿方形区表面植入半皮质螺钉，对方形区骨折块可阻挡水平剪切力，同时提拉力防止骨折块分离;对小骨折块依然可起到固定加压的作用，提高了对方形区骨折块的固定比率。在临床应用超过百例，无一例进入髋关节腔或断裂、松动，其主要原理是在有效固定前柱的基础上，利用特殊塑形的重建钛板对经钛板的3～5枚方形区螺钉动态扭矩力来实现其对后柱的多点直接内固定。

由于髋臼骨折术后1周即开始取坐位，坐位是进一步功能锻炼的重要过度阶段，对提高患者术后康复率至关重要，因此，可靠内固定方法必须满足术后骨折复位维持满意，髋关节稳定，才可能安全取坐位。实验表明:前路钛板加方形区螺钉组(B组)与重建钛板加1/3管型钛板内固定组(C组)在抗方形区内壁剪切力上作用无明显差异，且内移均在0.5mm以内，为解剖复位［20］。骨盆轴向刚度指骨盆抵抗轴向变形的能力，是衡量骨盆稳定性的重要指标之一［21－22］，正常骨盆轴向刚度虽然主要由骶髂关节产生，但是骨盆刚度跟骶髂关节刚度不能划等号［22］，髋关节同样参与了骨盆轴向位移。本实验选择6具骨盆标本先后行两种不同的内固定，给予屈服点以内的负荷测量(最大700N)，形变属于弹性形变，力学强度无变化［23］。更重要的是克服了采用不同标本所产生的差异对骨盆轴向刚度结果的影响，对同一骨盆而言，骨盆轴向刚度的差异反映的是内固定的稳定性。实验表明:前路钛板加方形区螺钉组(B组)固定后髋关节稳定性远远强于重建钛板加1/3管型钛板内固定组(C组)(P＜0.01)，与完整骨盆接近。

在静息状态下，双足站立位一侧髋关节承受的压力约为体重的1/3［24］，而坐位同站位承受的体重均为上半身重量。为了克服单从骨盆外形估计患者生理体重困难，实验为求与实际情况接近，故选择观察分析范围较大(400～700N)，对应的生理体重为:60～105kg。髋臼后柱有骶结节、骶棘韧带牵拉，有闭孔内肌、盆壁肌肉的支持，髋关节囊包裹，骨折时这些软组织并非全部破坏，以往研究中常简化了骨盆肌肉韧带等软组织的影响，而Vailas等［25］曾指出髋臼后壁骨折时在过渡区内髋关节囊的完整性决定了髋关节稳定与否，可见软组织的作用是不容忽略，本实验保留了骨盆部分重要韧带及肌肉，求充分模拟活体真实情况，具有临床指导意义。

值得一提的是，目前髋臼复杂骨折(包括双柱骨折)多采用双入路手术［6］，由于存在诸多术后并发症，采用单一前路进行双柱骨折的复位与内固定一直是骨科医生努力的方向之一［7，26］，但其面对的主要难题是后柱骨折块及方形区骨折块的固定困难。而方形区螺钉经方形区表面由前拉向后，实现了前入路固定后柱骨折块的效果，扩大了前入路的手术适应证。1/3管型钛板内固定单点弹性固定部分后柱骨折即可取得满意疗效，分析其原因主要是因为髋臼骨折愈合速度很快，这种内固定单独承担负重应力的时间较短。故一般认为髋臼骨折手术时机以伤后3～7d较好，或尽量以不超过2周为宜，否则手术难度将增加［27］。

综上所述，前路钛板加方形区螺钉固定扩大了前入路治疗髋臼双柱骨折的适应证，同时提高了目前认为的“方形区骨折块”的固定比率;生物力学实验证实前路钛板加方形区螺钉固定较常规钛板加1/3管型钛板内固定力学性能更为可靠，虽不如完整髋臼稳定，但其差异无显著性意义，这意味着前路钛板加方形区螺钉固定的使用术后可早期更安全取坐位。

［1］庄颜峰，吕琦，陈学明，等.严重骨盆骨折的初期救治体会［J］.中华创伤骨科杂志，2004，5(6):582 －583.

［2］卢志远，刘永灿，王天胜，等.在静力作用下人体两侧股骨与骨盆模型应力分布实验研究［J］.中国生物医学工程学报，1996，2(15):182 －188.

［3］ Pierannunzii L，Fischer F，Tagliabue L，et al.Acetabular both－column fractures:essentials of operative management［J］.Injury，2010，41(11):1145 －1149.

［4］ Matta JM.Fractures of the acetabulum:accuracy of reduction and clinical results in patients managed operatively within three weeks after the injury［J］.J Bone Joint Surg(Am)，1996，78(11):1632 －1645.

［5］ Farid YR.Cerclage wire－plate composite for fixation of quadrilateral plate fractures of the acetabulum:a checkrein and pulley technique［J］.J Orthop Trauma，2010，24(5):32－328.

［6］潘志军，陈海啸，洪华兴，等.髋臼骨折［M］.北京:科学技术文献出版社，2010:345－347.

［7］ El－khadrawe TA，Hammad AS，Hassaan AE.Indicators of outcome after internal fixation of complex acetabular fractures［J］.Alexandria J Med，2012 ，2(48):99 －107.

［8］高应超，郭征，付军，等.坐位骨盆的三维有限元分析［J］.中国组织工程研究与临床康复，2011，22(15):3997－4001.

［9］董建东，王友，朱振安，等.成人髋臼骨计算机三维重建及形态学测量［J］.中华外科杂志，2005，24(43):1583－1586.

［10］ White G，Kanakaris NK，Faour O，et al.Quadrilateral plate fractures of the acetabulum:an update［J］.Injury，2013，44(2):159－167.

［11］ Wang XQ，Cai JF，Cao XC，etal.A quantitative anatomic study of plate－screw fixation of the acetabular anterior column through an anterior approach［J］.Arch Orthop Trauma Surg，2010，130(2):257 －262.

［12］吴啸波，张奇，郭明珂，等.髋臼后柱骨折不同方式钢板内固定的稳定性研究［J］.第三军医大学学报，2010，7(32):665 －668.

［13］ Harnroongroj T，Asavamongkolkul A，Chareancholvanich K.Reconstruction of the pelvic brim and its role in the reduction accuracy of displaced T－shaped acetabular fracture［J］.J Med Assoc Thai，2000，83(5):483 －493.

［14］ Briffa N，Pearce R，Hill AM，et al.Outcomes of acetabular fracture fixation with ten years'follow － up［J］.J Bone Joint Surg(Br)，2011，93(2):229 －236.

［15］ Lin HH，Hung SH，Su YP，et al.Cerclage wiring in displaced associated anterior column and posterior hemitransverse acetabular fractures［J］.Injury，2012，43(6):917－920.

［16］ Vanderschot P.Treatment options of pelvic and acetabular fractures in patients with osteoporotic bone［J］.Injury，2007，38(4):497 －508.

［17］ Laflamme GY，Hebert－ Davies J，Rouleau D，et al.Internal fixation of osteopenic acetabular fractures involving the quadrilateral plate［J］.Injury，2011，42(10):1130 －1134.

［18］杨安礼，蔡珉巍，洪水棕，等，站坐位态骨盆应力分布的实验研究［J］.生物医学工程与临床，2002，4(6):206－208.

［19］刘云鹏，姜俊杰，孙瑞敏，等.解剖型髋臼三维重建钢板的研制与临床应用［J］.中华创伤杂志，2003，9(19):559－561.

［20］Matta JM.Fractures of the acetabulum:accuracy of reduction and clinical results in patients managed operatively with in three weeks after the injury［J］.J Bone Joint Surg(Am)，1996，78(11):1632 －1645.

［21］李明辉，刘洋，张红旗，等，不同部位骨盆骨静态弹性模量及其相关生物力学性质的测定［J］.生物医学工程研究，2012，2(31):95 －98.

［22］汪方，刘瑞，王秋根，等.垂直梯级载荷下人体全骨盆轴向刚度分析［J］.医用生物力学，2011，1(26):57－61.

［23］刘洋，陈方舟，梅红军，等.静止站立位正常骨盆的生物力学研究［J］.临床医学工程，2010，17(6):7－12.

［24］ Sawaguchi T，Brown TD，Rubash HE，et al.Stability of acetabular T type fractures after internal fixation:a cadaveric study［J］.Acta Orthop Scand，1984，55(6):601 －605.

［25］ Vailas JC，Hurwitz S，Wiesel SW.Posterior acetabular fracture－ dislocations:fragment size，joint capsule，and stability［J］.J Trauma，1989，29(11):1494 －1496.

［26］ Jeffcoat DM，Carroll EA，Huber FG，et al.Operative treatment of acetabular fractures in an older population through a limited ilioinguinal approach［J］.J Orthop Trauma，2012，26(5):284 －289.

［27］蔡贤华，陈庄洪，徐永年，等.不同髋臼骨折手术入路选择的相关性因素分析［J］.中国矫形外科杂志，2006，20(14):1526 －1528.