髋臼后壁骨折三种内固定方式的生物力学研究及临床意义

李飞 李力更吴啸波 梁卫东 洪建仁

（唐山市第二医院创伤骨科，河北唐山 063000）

髋臼后壁骨折三种内固定方式的生物力学研究及临床意义

李飞 李力更*吴啸波 梁卫东 洪建仁

（唐山市第二医院创伤骨科，河北唐山 063000）

背景：锁定重建接骨板已应用于髋臼后壁骨折的治疗，但关于其固定髋臼后壁骨折生物力学稳定性的研究报道甚少。

目的：比较锁定重建接骨板、重建接骨板及单纯拉力螺钉固定髋臼后壁骨折的生物力学稳定性。

方法：取成人新鲜半骨盆标本18个，制成髋臼后壁骨折模型，随机分成三组。A组用2枚拉力螺钉固定，B组用重建接骨板固定，C组用锁定重建接骨板固定。进行轴向加载实验，测定各组骨折的纵向位移、内固定失效时的载荷及轴向刚度，以比较各内固定方式的稳定性。

结果：在相同载荷下，B组、C组骨折的纵向位移小于A组，B组、C组内固定失效时的载荷及轴向刚度大于A组，有统计学差异（P＜0.05）；B 组与 C 组在纵向位移、内固定失效时的载荷及轴向刚度之间无统计学差异（P＞0.05）。

结论：锁定重建接骨板与重建接骨板的内固定稳定性优于单纯拉力螺钉内固定，锁定重建接骨板与重建接骨板内的固定稳定性相似，均可用于髋臼后壁骨折的内固定治疗。

髋臼；后壁；骨折；内固定；生物力学

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.

髋臼骨折多为高能量损伤所致，常见于交通事故。髋臼后壁骨折在髋臼骨折中最多见，约占所有髋臼骨折的 1/4～1/3[1]。多数学者认为手术为治疗移位型髋臼后壁骨折的首选[2-4]。手术治疗既能恢复髋臼的解剖形态，且通过坚强内固定可满足髋关节早期功能锻炼的需要，降低术后发生创伤性关节炎的几率。内固定物的选择是手术治疗的关键因素之一，但目前髋臼后壁骨折内固定物的选择仍存在争议[5]。本实验采用髋臼后壁骨折模型，以锁定重建接骨板、重建接骨板、单纯拉力螺钉三种内固定方式进行固定，对其进行生物力学稳定性的比较，旨在探索较为理想的内固定方式，并为临床治疗髋臼后壁骨折提供生物力学依据。

1 材料与方法

1.1 仪器与材料

CSS-44020型生物力学试验机（长春试验机研究所提供），Osteocore 3-DEXA 型骨密度仪（Medileink，Inc，FRA），成人骨盆标本（河北联合大学解剖教研室提供），内固定器械（常州市康辉医疗器械有限公司提供）。

1.2 标本制备

选取9具经甲醛溶液浸泡的新鲜成人骨盆标本，年龄为20～49岁，其中男性7具，女性2具。标本包括近端1/3股骨干，经 X 线摄片排除骨骼疾病及髋臼发育畸形。用 Osteocore 3-DEXA 型骨密度仪进行骨密度测量，排除骨质疏松症[6]。剔除肌肉、韧带、关节囊等软组织。使骨盆处于单足站立体位[7]，于坐骨结节处垂直于水平面、冠状面及矢状面各钻入1枚克氏针，分别代表站立位三维坐标平面，将骨盆从骶髂关节和耻骨联合处分成左右两个髋关节标本。

1.3 髋臼后壁骨折模型的制作、分组与固定

图1 髋臼后壁骨折范围

参照 Olson 等[8]的实验方法，以站立位髋臼顶点与髋臼中心连线开始，沿髋臼盂缘向下40°弧为截骨上缘线，至90°弧为截骨下缘线，将此50°弧的后壁关节 面纵向三 等分，取 中外 1/3 为截骨 内缘线（图 1）。先用克氏针按预定截骨线连续钻孔，注意尽量减少对关节软骨面的破坏，再用骨刀及线锯将其截断，制成髋臼后壁骨折模型。18个半骨盆标本随机分成A、B、C三组，每组6个。直视下骨折解剖复位后，A组用2枚拉力螺钉固定（图2A），B组用8孔重建接骨板及6枚螺钉固定，其中后壁骨折块两端各用2枚螺钉固定，后壁骨折块用2枚拉力螺钉经接骨板固定（图2B），螺钉固定依据 Wu 等[9]提出的髋臼后壁各部位螺钉固定时的安全深度及角度。C组用8孔锁定重建接骨板及6枚锁定螺钉固定，其中后壁骨折块两端各用2枚锁定螺钉固定，后壁骨折块用2枚锁定螺钉经接骨板单皮质固定（图2C）。B、C组固定前接骨板均已塑形良好，锁定重建接骨板塑形时用锁定导向套筒保护，以防止塑形过程中破坏锁定孔。塑形后经验证，套筒均旋转自如。

1.4 生物力学测试

将近端 1/3 股骨干中立位固定于CSS-44020 型生物力学试验机上端。以固定于坐骨结节处的3枚克式针所代表的三维坐标平面为参照，调整髋关节标本 ，模 拟 人 体 屈 髋 90°、内 收 外 展 及 旋 转 中 立 位[10]置于包埋盒中。用调制好的Ⅱ型义齿基托聚合物灌注成负重平台（图3A），待其完全固化坚硬后，将此平台固定于试验机底座上，进行轴向压缩试验（图3B）。以2 mm/min 加载速度、最大载荷为 600 N 进行预加载处理3次，以消除标本的蠕变、松弛等时间效应影响。以负荷连续递增的方式进行加载，速度为 2 mm/min，用高精度数字显示光栅位移传感器测量骨折的纵向位移。每个标本测试6次，取均值作为最终实验数据。每次测试之间间隔 30 min，期间用生理盐水浸润的棉垫覆盖，以减少外界环境改变对实验标本的影响。

1.5 主要观察指标

骨折的纵向位移、内固定失效时的载荷及轴向刚度。

1.6 统计学处理

2 结果

2.1 骨折的纵向位移与内固定稳定性

相同载荷下各组骨折纵向位移的程度可作为评估内固定稳定性的依据。纵向位移越大，内固定稳定性越差。结果显示：相同载荷下，B、C组骨折的纵向位移小于 A 组，有统计学差异（P＜0.05，表 1），B 组与C组比较无统计学差异（P＞0.05，表1）。

2.2 内固定失效时的载荷与内固定稳定性

图2 髋臼后壁骨折的固定方法

图3 生物力学试验方法

关节面骨折移位＞3 mm是公认的内固定失效标准[11-12]。各组内固定失效时的载荷可以反应内固定的稳定性。内固定失效时载荷越大，内固定稳定性越好。结果显示：三组内固定失效时的载荷分别为A组（683.54±5.73）N、B 组（912.01±4.22）N、C 组（931.88± 6.54）N。A 组小于 B、C 组，有统计学差异（P＜0.05），B组与C组比较无统计学差异（P＞0.05）。

2.3 轴向刚度与内固定稳定性

内固定的轴向刚度是指轴向载荷下内固定抵抗形变保持关节稳定的能力。轴向刚度越大，内固定抵抗形变能力越强，髋关节越稳定。按公式：EF=P/ ΔL（EF 为轴向刚度，P 为载荷，ΔL 为形变位移）。结果显示：三组内固定的轴向刚度分别为A组（239.89± 2.15）N/mm、B 组（351.46 ±1.35）N/mm、C 组（367.55± 2.06）N/mm。A 组 小于 B、C 组 ，有 统计 学 差异（P＜0.05），B 组与C 组比较无统计学差异（P＞0.05）。

3 讨论

髋臼骨折是高能量损伤中常见的关节内骨折，其解剖位置深，周围有重要的血管神经，临床处理相对困难，早期常采用保守治疗，畸形愈合、异位骨化、创伤性关节炎等并发症的发生率较高。随着对髋臼解剖研究的深入，影像及内固定技术的不断发展，多数学者认为解剖复位和坚强内固定为治疗移位髋臼骨 折 的 首 选[13-15]。 髋 臼 后 壁 骨 折 在 髋 臼 骨 折 中 发 病率最高，Letournel[16]报道的 940 例髋臼骨折中，单纯后壁骨折占24%，另有26%为后壁骨折合并其他类型的髋臼骨折。Baumgaertner[17]认为，对于移位的髋臼后壁骨折，只有通过解剖复位和坚强内固定，以最大限度恢复髋关节的稳定性，才能保证远期疗效。因此，选择正确的内固定方式对于确保髋关节功能的恢复至关重要。

表1 髋臼后壁骨折不同内固定后载荷与骨折纵向位移关系（，n=6）

表1 髋臼后壁骨折不同内固定后载荷与骨折纵向位移关系（，n=6）

△：与A组相比较P＜0.05

项目A组B组C组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

早期有学者单纯采用2枚拉力螺钉固定，虽然有创伤小、固定简单的优点，但术后需牵引维持，不能进行关节的早期功能锻炼，且螺钉松动、内固定失效率高达 21%，常导致严重后果[18,19]。Matta[13]和 Moed 等[14]采用重建接骨板固定髋臼后壁骨折，髋关节功能应用改良 Merle d'Aubigne 和 Postel评分系统评价，优良率为84%～88%，明显优于单纯拉力螺钉固定，但术后因固定效果不佳而导致的骨折复位丢失、畸形愈合、关节僵硬、创伤性关节炎发生的报道屡见不鲜[2,20]。近年来，锁定重建接骨板在创伤骨科中倍受推崇，被广泛应用于四肢骨折的治疗，尤其是干骺端骨折、节段粉碎性骨折及伴有骨质疏松症的骨折，取得了良好的临床疗效[21,22]。因此，国内外学者开展了锁定接骨板治疗髋臼骨折的研究。Tadros[23]和 Tadros等[24]介绍了锁定重建接骨板治疗髋臼后壁骨折的内固定技术，Mehin 等[25]通过生物力学实验研究发现，采用锁定重建接骨板固定髋臼横行骨折可以获得与传统后柱重建接骨板加前柱拉力螺钉固定相似的力学稳定性。张秋林等[26]报道采用锁定重建接骨板治疗 27 例髋臼骨折，复位质量按 Matta评分的优良率为 91.6%，髋关节功能 Harris评分的优良率为 95.8%，虽然还缺乏大样本、长期随访来进一步验证其临床疗效，但其为锁定重建接骨板治疗髋臼骨折提供了有益的探索。目前，关于锁定重建接骨板固定髋臼后壁骨折稳定性的相关研究报道较少，本实验将其纳入实验对象进行探讨，为临床内固定方式的选择提供理论依据。本研究结果显示，锁定重建接骨板与重建接骨板的内固定稳定性优于单纯拉力螺钉内固定，锁定重建接骨板与重建接骨板的内固定稳定性无统计学差异，结论认为锁定重建接骨板固定髋臼后壁骨折稳定可靠。

Dalstra和 Huiskes[27]通过骨盆的三维有限元分析研究发现，正常情况下骨盆和髋臼载荷主要通过骨皮质传导，皮质骨的应力大约是骨小梁应力的50倍，并且髋臼的应力峰值主要集中在髋臼盂缘的骨性部分。尤其是髋臼后壁1/3骨折，其破坏了盂缘皮质骨的完整性，导致载荷应力不能正常传导、局部载荷集中，对髋关节生物力学行为影响最大[28]；并且其厚度较薄，处于髋臼危险区[29]内，螺钉进行固定时极易进入关节腔；骨折移位时多需手术治疗[8]。故本研究采用髋臼后壁1/3骨折模型进行实验，具有较强的研究价值。

髋臼后壁骨折通常发生在屈髋、屈膝或内收时，来自膝关节前方的暴力经股骨传导至股骨头撞击髋臼后壁而导致骨折，常伴有髋关节后脱位。本研究于屈髋90°时进行力学加载，使载荷直接作用于髋臼后壁上，以模拟髋臼后壁骨折的受伤机制。近年来，国内外利用义齿基托聚合物固定实验标本的方法较为多见[25,30]，此类方法固定牢固，可承载更大的负荷，提高了研究结果的可靠性。本实验采用Ⅱ型义齿基托聚合物灌注负重平台，将此固定方法成功复制。Olson 和 Finkemeier[31]通过 实 验发现 ，治疗髋 臼后壁骨折时，除应用接骨板外，还需加用2枚螺钉固定后壁骨折块，以达到坚强固定。故本研究的接骨板固定组均用2枚螺钉经接骨板固定后壁骨折块，使内固定方式更加完善。

本研究采用离体骨折模型，直视下进行解剖复位并固定，虽有效防止螺钉进入关节，但由于剔除了髋关节周围的肌肉、韧带、关节囊等软组织，无法模拟人体中软组织对内固定物所产生的影响，尤其是软组织“合页”对维持骨折块的复位作用。鉴于此，我们将在后期采用三维有限元模型进行相关研究，以弥补本实验的不足。

髋臼后壁骨折的内固定方式较多，常见的有：单纯螺钉、重建接骨板、弹性接骨板、髋臼解剖接骨板、髋臼记忆合金三维内固定系统、髋臼“M”形角度接骨板、锁定重建接骨板、锁定加压接骨板、万向锁定接骨板等。临床应用最为广泛的包括单纯螺钉、重建接骨板及锁定重建接骨板，故本实验选用了这三种内固定方式进行对比。为探寻治疗髋臼后壁骨折最理想的内固定方式，我们将在后期实验中对常见的内固定方式进行对比。

综上所述，单纯拉力螺钉的内固定稳定性差，锁定重建接骨板可获得与重建接骨板相似的内固定稳定性。①锁定重建接骨板除具有普通重建接骨板易弯曲塑形的特点，还能起到角度固定的作用，对于塑形的要求相对较低，缩短了手术时间。②锁定重建接骨板可单皮质固定，减少了固定髋臼后壁骨折块时螺钉进入关节腔的几率，降低了手术难度。③锁定重建接骨板对松质骨也具有良好的把持力，可能成为治疗髋臼后壁骨折更理想的内固定方式。

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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