髋臼横行后壁骨折不同内固定方式的生物力学研究*

马爱国，裴宝瑞，刘 斌，付久洋，许博文，吴啸波

1.河北省创伤骨科中心，唐山市第二医院(唐山 063000)；2.华北理工大学(唐山 063000)；3.河北医科大学第三医院(石家庄 050001)

·论 著·

髋臼横行后壁骨折不同内固定方式的生物力学研究*

马爱国1，裴宝瑞2，刘 斌2，付久洋2，许博文2，吴啸波3△

1.河北省创伤骨科中心，唐山市第二医院(唐山 063000)；2.华北理工大学(唐山 063000)；3.河北医科大学第三医院(石家庄 050001)

目的 探讨不同内固定方式在髋臼横行后壁骨折内固定中的生物力学稳定性，为临床应用不同内固定方式治疗髋臼横行后壁骨折提供可靠的生物力学依据。方法 20具成人防腐尸体标本共40具半髋臼标本随机数字表法分为4组，每组5具完整骨盆。A组：后柱重建钢板联合后壁螺钉固定；B组：后柱重建钢板联合前柱拉力螺钉及后壁螺钉固定；C组：前柱重建钢板联合后柱重建钢板及后壁拉力螺钉固定；D组：后柱锁定重建钢板。应用生物力学实验机分别对各组加载至骨折端固定失败(移位>2 mm)并记录各组的最大载荷，比较4组的生物力学稳定性。结果 髋臼横行后壁骨折4种不同的内固定方式所能承载的最大载荷分别为：A组(823.89±106.27)N；B组(1 041.38±125.66)N；C组(1 210.19±116.27)N；D组(1 037.89±108.67)N，各组两两比较：A组所承载的最大载荷小于B、C、D组，差异有统计学意义(F=15.98；P=0.027)；C 组所承载的最大载荷大于B、D组，差异有统计学意义(P=0.015)；B、D组差异无统计学意义(P=0.571)。结论 内固定治疗髋臼横行后壁骨折时，应用前后柱双钢板、后柱锁定重建钢板及后柱重建钢板联合前柱拉力螺钉固定的生物力学稳定性均优于后柱单重建钢板，其中前后柱双钢板固定的稳定性更强；后柱锁定重建钢板与后柱重建钢板联合前柱拉力螺钉所承载的最大载荷相似。

髋臼横行后壁骨折；内固定；生物力学

髋臼横行后壁骨折是常见的髋臼骨折类型之一，Letournel和Judet将髋臼骨折分成简单和复杂两种类型，其中髋臼横行后壁骨折属于复杂髋臼骨折类型[1]。该类型髋臼骨折常造成髋臼关节面的台阶征及头臼匹配不良，保守治疗往往预后不佳，需手术治疗。目前临床上对于关节面台阶征>3.0 mm者采取手术切开复位内固定治疗[1-3]。目前治疗髋臼横行后壁骨折多采用经典的后柱重建钢板联合前柱拉力螺钉及后壁拉力螺钉，该方法因能够提供足够的生物力学稳定性而被广泛应用于临床[4]。然而该固定方式前柱拉力螺钉及后壁螺钉的置入存在螺钉置入关节的风险，虽然大量学者基于CT和尸骨标本研究提出安全置钉的角度和范围，但临床中应用仍存在难度[5-7]。近年来，随着锁定钢板在四肢骨折的广泛应用，该型钢板存在角稳定性和单皮质固定等优点，但在髋臼骨折应用的相关报道不多。本研究通过比较4种不同内固定方式在治疗髋臼横行后壁骨折的生物力学稳定性，为临床采用不同内固定方式治疗髋臼横行后壁骨折提供生物力学依据。

1 材料与方法

1.1 标本制备及实验仪器

20具甲醛浸泡的新鲜成人尸骨标本(华北理工大学解剖教研室提供)，供体年龄25～45岁，平均37岁；标本近端自第5腰椎处横断远端保留至双股骨干近端1/3处。剔除髋关节周围及股骨近端处的肌肉、韧带等软组织，保留双侧骶髂关节处的韧带。采用X线片及骨密度测试仪排除骨质疏松、骨骼发育畸形，标本冷藏处理，生物力学实验前生理盐水浸泡至室温。

锁定重建钢板、重建钢板、6.5 mm前柱拉力螺钉(江苏省常州市康辉医疗器械有限公司)，3500生物力学试验机(Bose公司，美国)，Osteocore 3-DEXA 型骨密度仪(MEDILINK公司，法国)，KG-101光栅位移传感器(帝尔公司，德国)，均由河北医科大学骨科研究所提供。

1.2 骨折模型制备及分组固定

参照Olson[8]提出的髋臼后壁骨折模型的制备方法：自髋臼中心至髋臼后壁边缘将髋臼壁等分成3份，其中髋臼外侧2/3标记为截骨线；截骨范围为与经髋臼中心纵向垂线成40°至90°角的髋臼后壁。克氏针沿截骨标志线钻孔，利用手锯及骨刀完成髋臼后壁骨折模型制备。根据Shazar髋臼横行骨折模型制备的方法：前柱起自髂腰肌中点后至坐骨大切迹顶点为横行骨折截骨标志线，利用手锯完成横行骨折模型制备。

将20具成人尸骨供体40具髋臼标本按随机数字表法分成实验组和对照组，每组均为5具髋臼标本。实验组：10孔后柱锁定重建钢板，自坐骨结节横跨后壁骨折线及横行骨折线固定。A组：10孔后柱重建钢板，自坐骨结节横跨后壁骨折线及横行骨折线固定，参照Wu等[7]提出的后壁安全置钉参考范围置入两枚后壁螺钉固定后壁。B组：10孔后柱重建钢板，自坐骨结节横跨后壁骨折线及横行骨折线固定，参照Wu等[7]提出的后壁安全置钉参考范围置入两枚后壁螺钉固定后壁，依据Sen等[5]提出的拉力螺钉的置入方法置入6.5 mm前柱拉力螺钉固定前柱；C组：10孔后柱重建钢板联合后壁螺钉固定，前柱应用10孔前柱重建钢板固定前柱；D组：10孔后柱锁定重建钢板联合半皮质后壁锁定螺钉固定。4组内固定见图1。

1.3 生物力学实验

第5腰椎上方浇筑一柱状义齿牙托粉载重平台，保持骨盆单足站立位时该平台与地面平行；股骨近端包埋于一长方体金属盒内，内用义齿牙托粉填充固定。坐骨结节内置入3枚相互垂直的克氏针模拟三维空间，调整固定于金属盒内的股骨近端使其相对骨盆处于内收15°内旋10°，连接生物力学试验机进行加载实验。首先进行载荷为150 N预实验3次，消除标本间的微动对实验准确性的影响[9]。模拟人体单足站立位时作用于一侧髋臼持续加载载荷直至骨折内固定失败(骨折端位移>2 mm)，连续纵向垂直加压(加载速度15 N/s)。读取光栅位移传感器并记录内固定失败时的载荷。标本加载见图2。

图1 各组不同内固定方式图

注: A：后柱重建钢板后壁螺钉固定组； B：后柱重建钢板联合前柱拉力螺钉后壁螺钉固定组； C：前、后柱重建钢板后壁螺钉固定组；D：后柱锁定重建钢板后壁螺钉固定组

1.4 统计学方法

2 结果

髋臼横行后壁骨折4种不同的内固定方式所能承载的最大载荷分别为：A组(823.89±106.27)N；B组(1 041.38±125.66)N；C组(1 210.19±116.27)N；D组(1 037.89±108.67)N，各组两两比较：A组所承载的最大载荷小于B、C、D组，差异有统计学意义(F=15.98；P=0.027)；C 组所承载的最大载荷大于B、D组，差异有统计学意义(P=0.015)；B、D组差异无统计学意义(P=0.571)(表1)。

图2 标本实验加载方式

注:与A组相比，*P<0.05

3 讨论

目前，髋臼横行后壁骨折治疗的金标准为手术切开复位，治疗的目的在于恢复关节面的完整性、髋臼和股骨头的匹配[10-11]。髋臼横行后壁骨折受伤机制为暴力作用于屈曲外展的髋关节时能量释放于髋臼后侧造成骨折端向后内侧移位及旋转。手术复位及内固定的关键在于复位骨折端的分离移位、纠正骨折远端旋转移位和恢复髋臼后壁的完整性，并利用内固定钢板将复位的骨折块与主骨固定。髋臼横行后壁骨折骨折线累及髋臼前后柱，损伤暴力释放于髋臼后柱。

国内外学者王庆贤等[11]和 Shazar等[12]认为，髋臼横断骨折应用前后柱双钢板固定的生物力学稳定性优于单柱钢板联合柱拉力螺钉固定。Giordano等[13]学者通过生物力学实验认为，单柱重建钢板联合柱拉力螺钉固定的生物力学稳定性与双柱固定稳定性相似，与双柱固定相比，单柱固定在临床实践中能够显著减少手术创伤及出血等并发症。近年来随着锁定钢板的出现及在四肢骨折的广泛应用[14]，该钢板具有包括通过螺钉与钢板的锁定作用提供整体的角稳定性、支持半皮质螺钉固定等优点，目前正被逐渐应用于髋臼的手术固定。因此本实验通过比较后柱单重建钢板、前后柱双重建钢板、后柱重建钢板联合前柱拉力螺钉及后柱锁定重建钢板固定4种不同内固定方式的生物力学稳定性，为临床治疗髋臼横行后壁骨折提供生物力学依据。

髋臼横行骨折的骨折累积髋臼的前后柱，因此在选择内固定方式时需进行前后柱的复位及固定。本研究显示，B、C组所承载的最大载荷明显大于A组，因此应用前后柱重建钢板及后柱重建钢板联合前柱拉力螺钉对横行骨折的前后柱进行固定的稳定性明显优于后柱单钢板固定。本实验显示，B、D组的稳定性相当，但小于C组所承载的最大载荷，应用后柱锁定重建钢板固定的生物力学稳定性与后柱重建钢板联合前柱拉力螺钉固定方式相似，但逊于前后柱双钢板组。国内外学者Wu等[5，7，14]提出后壁骨折及前后柱拉力螺钉的置入安全参考范围，大大降低了手术置钉的难度，提高了手术效率，然而尽管如此，该技术仍需熟练髋臼骨折手术治疗方法的高年资医师来完成。因此我们认为，前后柱固定髋臼横行后壁骨折是治疗该型骨折的最佳内固定方式，双柱固定能够提供骨折内固定的最大生物力学稳定性。

骨盆是由双侧半骨盆通过前侧耻骨联合及后侧骶髂关节相连接进而形成一闭环结构，人体站立位时重力线通过双侧髂股弓将人体的压力传导至股骨。单足站立位时人体股骨相对于骨盆处于内旋约5°～10°内收约15°，因此当进行生物力学实验时，随着载荷的不断增加标本往往出现倾斜导致实验失败。Sawaguchi等[15]学者通过模拟双足站立位进行生物力学实验，该加载方式虽克服了标本的不稳定性，但在髋臼横行骨折、T型骨折实验时结果不准确。Shazar等[12]学者将半骨盆模型固定于生物力学实验机，采用倒立位加载方式进行载荷实验，但该方法对半骨盆及股骨夹具的要求较高导致实验难以成功。本实验选用Olson等[16]提出的单足站立位全骨盆垂直加载方式，通过索具模拟外展肌群克服加载时标本的倾斜。

三维有限元分析应用于髋臼骨折的生物力学研究与传统的尸骨生物力学实验不同，该方法可以充分模拟髋关节周围肌肉、韧带等软组织在维持髋臼稳定性的作用。国内外学者Liu及Yildirim等[17-18]通过三维有限元分析髋臼骨折的不同固定方式的稳定性，证实了该技术的可行性。传统的生物力学实验采用真实的人体骨骼标本，更能够准确的展现骨骼生物力学性质。因此，结合两者的各自特点能够更准确的体现髋臼骨折内固定的稳定性。

本研究显示，应用锁定重建钢板与经典的内固定方式治疗髋臼横行后壁骨折生物力学稳定性相似，避免了前柱拉力螺钉及后壁螺钉进入关节的风险。此外，本研究采用离体骨骼进行实验，供体标本数量有限，后续有待结合三维有限元分析研究。同时，本实验内固定物为普通锁定重建钢板，锁定螺钉均垂直于钢板，未能选用万向锁定钢板支持多方向螺钉置入，还需日后进一步完善。

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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

唐山市科技局科研项目(No：12140210A-5)

R687.3

A

△通信作者：吴啸波，E-mail:drwuxiaobo@foxmail.com