锁定重建接骨板治疗髋臼横行伴后壁骨折的生物力学研究

付久洋，吴啸波

(1.华北理工大学，河北 唐山　063000；2.华北理工大学附属骨科医院，河北省创伤骨科中心，唐山市第二医院，河北

唐山　063000)



锁定重建接骨板治疗髋臼横行伴后壁骨折的生物力学研究

付久洋1，2，吴啸波2*

(1.华北理工大学，河北 唐山063000；2.华北理工大学附属骨科医院，河北省创伤骨科中心，唐山市第二医院，河北

唐山063000)

摘要：目的研究髋臼横行伴后壁骨折3种方式内固定的稳定性。方法9个完整骨盆的18个髋臼标本根据随机数字法分为3组，建立髋臼横行伴后壁骨折模型，行3种方式内固定：A组：后柱重建接骨板结合后壁2枚拉力螺钉固定；B组：后柱锁定重建接骨板固定；C组：后柱重建接骨板结合后壁2枚拉力螺钉、前柱半螺纹松质骨拉力螺钉固定。于单足站立中立位进行轴向加载，观察3组能承担的最大负载和加载至2 200 N时后壁骨折块的位移。结果A、B、C组能承担的最大负载分别为(2 243.74±116.36) N、(2 769.05±131.42) N及(2 832.87±137.93) N，三组在加载至2 200 N时后壁骨折块的位移分别为(2.15±0.26) mm、(0.45±0.05) mm及(0.53±0.07) mm。B、C两组差异无统计学意义(P>0.05)。B、C两组数据与A组比较，差异均有统计学意义(P<0.05，P<0.01)。结论锁定重建接骨板固定髋臼横行伴后壁骨折固定可靠，能够满足患者早期功能锻炼的要求，具有较大临床应用价值。

关键词：髋臼；骨折；锁定重建接骨板；内固定；生物力学

髋臼横行伴后壁骨折是常见的高能量损伤所造成的涉及双柱的复杂骨折，对于有明显移位(>3 mm)者，需要手术解剖复位，牢固内固定治疗，以最大限度地恢复关节功能[1-2]。由于这类骨折大多数可以通过单纯后入路手术解剖复位，所以目前临床多采用单纯后入路复位和内固定治疗这类骨折，但其内固定稳定性尚存争议。现对髋臼横行伴后壁骨折3种内固定方式的稳定性进行生物力学研究，以期为临床治疗提供生物力学依据。

1资料与方法

1.1标本的制备将9具成年防腐尸体标本(华北理工大学解剖学教研室提供)自第5腰椎水平及双侧股骨中上1/3交界处横断，彻底剥离第5腰椎上方的椎间盘，骨盆、股骨周围肌肉及髋关节囊等软组织，保留第5腰椎、骶髂关节及相连的韧带，得完整骨盆标本(含双侧股骨上1/3段)9个，年龄为23～58 岁，平均(39.16±7.62) 岁。通过肉眼观察及拍摄标本X线片，排除骨性异常及解剖学变异。采用Osteocore 3-EXA型骨密度仪测量骨密度，无骨质疏松。将标本置于-20℃冷藏，使用前用生理盐水浸泡24 h。

1.2髋臼横行伴后壁骨折模型的建立首先根据Olson[3]的髋臼后壁2/3骨折模型截取后壁骨折块：骨盆单足站立位，做一条以髋臼中点为中心的纵向垂线，再经过髋臼中点向后壁方向标记出与纵向垂线为40°和90°角的两条线，以这两线之间为后壁范围，再沿髋臼后缘与坐骨大切迹中外1/3画一与髋臼后壁上下缘相交的弧形线，作为截骨标志，先用细克氏针向髋臼窝软骨下钻一排孔，再用手锯、骨刀沿这些孔完整截骨，获得横行伴后壁骨折模型的后壁骨折块；然后自髂腰肌沟中点到坐骨大切迹顶点，用手锯截断髋臼，并使截骨面平行于人体横断面，从而制作成髋臼横行伴后壁骨折模型(见图1)。

图1　髋臼横行伴后壁骨折模型

1.3标本的分组及内固定模型的制备将9个骨盆的18个髋臼标本根据随机数字法分为A、B、C 3组，每组6个髋臼标本。A组采用后柱10孔普通重建接骨板结合后壁2枚拉力螺钉固定(见图2)；B组采用后柱10孔锁定重建接骨板固定后柱和后壁(见图3)；C组采用后柱10孔普通重建接骨板结合后壁2枚拉力螺钉、前柱半螺纹松质骨拉力螺钉固定(见图4)。

骨折解剖复位后，对接骨板进行良好塑形后沿髋臼后柱中线纵行放置，使之与骨皮质完全贴合，并使后壁骨折块两侧钢板等长，各组所用的螺钉直径均相同，螺钉不可穿透髋关节或穿过骨折线，锁定重建接骨板固定后壁的两枚螺钉要单皮质固定并不进入关节，前柱拉力螺钉使用6.5 mm半螺纹松质骨拉力螺钉，以髂前上棘和坐骨大切迹顶点连线与髂结节和坐骨结节连线的交点为进钉点，沿前柱轴线方向固定。

1.4骨盆的加载体位和包埋本实验采用Olson等[4]提出的骨盆单足站立中立位加载(见图5)，即两侧髂嵴连线平行于地面，两侧髂前上棘与耻骨联合平面垂直于地面，在额状面上股骨相对于骨盆内收15°，在矢状面上股骨竖直，且内旋5°～10°。

图2　普通重建接骨板结合后壁2枚

图3　锁定重建接骨板固定横行伴后壁骨折及外展肌的模拟

图4　普通重建接骨板结合后壁2枚拉力螺钉、

图5　骨盆标本的加载体位及夹具

用自凝型牙托粉于第5腰椎上方浇筑一直径13.0 cm、高3.0 cm的负重平台，该平台平面在骨盆单足站立中立位时与水平面和加载平台平面平行。将待测的股骨远端放置于边缘带有圆孔的长方体形金属夹具内，并使股骨与骨盆的位置维持于上述单足站立位，然后向夹具内灌注自凝牙托粉固定股骨远端。用2个可以自由调节长度的钢丝绳收紧器，一端连接髂骨翼上的铁环，另一端连接同侧股骨夹具上的圆孔，来模拟外展肌，并通过调节钢丝绳收紧器来维持骨盆始终处于单足站立中立位。

1.5实验方法实验在美国BOSE 3500型生物力学试验机上进行，骨盆上浇筑的负重平台与实验机上端的传动杆相连，并将骨盆固定于单足站立位，将包埋于金属盒内的股骨干固定于实验机底座，通过用来模拟外展肌的2个钢丝绳收紧器与骨盆相连，并使股骨在额状面上相对于骨盆内收15°，在矢状面上竖直且内旋5°～10°。实验采用连续性轴向加载(加载速度为10 N/s)，直至内固定失效(骨折移位>3.00 mm)。加载过程中，通过调节模拟外展肌的2个钢丝绳收紧器来保持骨盆处于单足站立中立位，用光栅位移传感器测量方形区和后壁骨折断端的移位，由于A组加载至(2 243.74±116.36) N时内固定已经失效，因此记录下3组在加载至2 200 N时后壁骨折块的位移和加载至内固定失效时的负载。

1.6观察指标观察3组在加载至2 200 N时各组后壁骨折块的位移和内固定失效时的负载。

1.7统计学方法采用SPSS 19.0统计软件进行单因素方差分析。

2结果

本次实验过程中，各组标本夹具固定牢固，无松动，加载过程中无骶髂关节分离及关节脱位，骨盆标本无新增骨折，各组均加载至内固定失效(见图6)，均未出现钢板断裂、螺钉折断现象。三种内固定方法在加载至2 200 N时后壁骨折块位移和加载至内固定失效时的最大负载见表1，对表1中三种内固定方法在加载至2 200 N时后壁骨折块位移和加载至内固定失效时的最大负载进行Bartlett′s检验，得方差齐，再进行单因素方差分析得F=7.657，P<0.001，最后用LSD法两两比较，结果B、C两组差异无统计学意义(P>0.05)，B、C两组数据与A组比较，差异均有统计学意义(P<0.05，P<0.01)。

图6　内固定失效时骨折端移位情况

3讨论

髋臼横行伴后壁骨折的发生率很高，但对这类骨折的生物力学研究报道却极少。髋臼的生物力学研究传统上使用离体骨盆标本进行实验。近年来，很多学者采用有限元分析方法进行髋臼及其他骨骼系统的生物力学研究，在骨科的基础和临床研究中取得了很多科研成果，这种研究方法不需要

表1　3种内固定方法在加载至2 200 N时后壁骨折

使用大量的离体骨骼标本，具有方便、快捷的优点，并能够较为准确地反映骨骼的生物力学特性[5-6]。但有限元分析是通过精确模拟人体组织结构来进行分析的，目前的计算机分析软件尚不能完全、充分的模拟真实的骨骼情况，这种新的研究方法还需与传统的研究方法相互结合，才能更有效、真实的反映出骨骼的生物力学特性，因此，传统的采用离体骨骼标本进行的生物力学研究仍具有不可替代的作用。

髋臼横行伴后壁骨折患者受伤时髋关节多处于屈曲90°并伴有轻度外展的体位，此时，屈曲的膝关节的前方受到暴力撞击，暴力沿着股骨传导至髋臼，造成髋臼横行伴后壁骨折，或者在下肢内旋30°～50°同时伴有不同程度的外展时，暴力直接撞击大转子所致。由于同时有后壁和横行骨折，故本实验首先采用Olson后壁2/3骨折模型制作方法截取后壁骨折模型，然后模拟髋臼高位横行骨折，自髂腰肌沟中点到坐骨大切迹顶点水平截断髋臼，制作成髋臼横行伴后壁骨折模型。这样制作的骨折模型与受伤机制相符合，而且在进行生物力学实验时能够更准确的反映横行伴后壁骨折内固定的稳定性。但本次实验所采用的骨折模型不能完全模拟所有类型的髋臼横行伴后壁骨折，使得实验结果存在一定局限性，我们将在今后的研究中进一步完善。

髋臼横行伴后壁骨折绝大多数都可以通过单一的后入路获得解剖复位，因此很多学者为降低手术创伤，减少手术相关并发症的发生，采用单一的后入路复位和内固定治疗这种类型的髋臼骨折。经典的内固定方式是后柱普通重建接骨板结合前柱拉力螺钉内固定，本研究证实这种内固定方式稳定性强，固定牢靠，但前柱拉力螺钉在置入时，角度及进针点稍有不当就会导致螺钉进入关节造成严重的创伤性关节炎，或者穿出前方骨皮质损伤股动静脉及股神经造成严重后果。为了避免这些严重并发症的发生，有学者仅行后柱普通重建接骨板结合后壁拉力螺钉内固定，本研究发现这种内固定方式的稳定性较差，术后早期功能锻炼容易出现内固定失效、骨折再移位从而影响治疗效果。锁定重建接骨板既具有角稳定性又可在各个平面进行精确塑形，适合在三维结构比较复杂的骨盆、髋臼部位使用，对伴有骨质疏松的老年髋臼骨折疗效更加显著[7]。本次实验也证明，采用锁定重建接骨板与采用经典的后柱普通重建接骨板结合前柱拉力螺钉内固定的稳定性无统计学差异，其内固定强度可以满足临床早期功能锻炼的要求，而且可以避免在使用前柱拉力螺钉时容易出现的螺钉穿出前方骨皮质损伤股动静脉及股神经等严重的后果，可最大程度的保护骨质的血运，使骨折迅速愈合[8]。同时锁定重建接骨板可以对后壁骨折块使用较短锁定螺钉进行单皮质固定，达到牢靠内固定的同时避免了螺钉误入髋关节所造成的严重的创伤性关节炎的发生。

在髋臼骨折的生物力学实验中，使用半骨盆标本还是完整骨盆标本进行实验会在一定程度上影响实验结果。Bay等[9-10]学者通过大量实验证明骨盆是一个整体，在受力时完整的骨盆可以发生形变，对所受的力进行传导，发挥完整骨盆的荷载分散作用，而半骨盆标本则缺少这种作用。因此使用完整骨盆进行生物力学实验更符合生理情况，所获得的实验数据和实验结果更准确。实验标本的固定方法和加载体位也会在一定程度上影响实验结果。有学者使用万能旋转夹具固定实验标本，这种固定方法方便、灵活，实验时标本固定位置容易调整，但这种固定方式所能承受的实验载荷有限，不能模拟髋臼实际承受的载荷，也不能加载到内固定失效。Sawaguchi等[11]采用双足直立位，用于横行骨折以外的髋臼骨折力学实验，结果较好，但用于髋臼横行骨折、横型伴后壁骨折以及T型骨折，结果不准确[12]。Shazar等[13]采用髋臼指向上方的体位加载，用于髋臼横行骨折固定内固定稳定性实验可加载至内固定失效，但不适合用于伴有后壁骨折的横行伴后壁骨折。本实验采用Olson等提出的单足站立位，这种方法与人体生理情况下的受力情况相同，适合用于髋臼横行伴后壁骨折内固定稳定性实验，且可以加载至内固定失效。

本研究证实对于可以通过单纯后入路解剖复位的髋臼横行伴后壁骨折，采用后柱锁定重建接骨板固定可以获得坚强的内固定，能够满足临床早期功能锻炼的要求。

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实验研究

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

作者简介：付久洋(1983- )，男，医师，华北理工大学附属骨科医院，063000。

收稿日期：2015-08-10

基金项目：唐山市科学技术研究与发展指导计划项目(12140210A-5)；*本文

通讯作者：吴啸波

中图分类号：R683.42

文献标识码：B

文章编号：1008-5572(2015)12-1088-05