三种内固定方法固定髋臼后壁骨折的力学研究

三种内固定方法固定髋臼后壁骨折的力学研究作者：李科伦，徐刚，陈志豪，季滢瑶，金亚平，黄忠胜，赵政 作者单位：(浙江省乐清市人民医院骨科，浙江 乐清 325600) 【摘要】 目的 研究不同比例髋臼后壁骨折不同内固定方法的固定强度，以确定最理想的内固定方法。方法 将 18 具骨盆标本制成左右配对的髋关节，随机分成三组，然后人为造成髋臼后壁关节面 1/3 骨折、 2/3 骨折、3/3 骨折。用两枚皮质骨螺钉、重建钢板以及重建钢板加两枚皮质骨螺钉三种内固定方式固定每一组骨折，屈髋 90对模型分别进行生物力学测试，测量各组骨折块的分离位移及分离 3 mm 时的载荷，以比较不同比例后壁骨折不同内固定方法的固定强度。结果 统计显示 1/3 比例骨折螺钉组与钢板、钢板加螺钉组间差别无意义(P0.05)，2/3、3/3 比例骨折螺钉组与钢板、钢板加螺钉组间差别有显著意义(P0.01)，而钢板组与钢板加螺钉组之间差别无意义 (P0.05) 。结论 髋臼后壁 1/3 比例骨折，单用两枚皮质骨螺钉固定已经足够；2/3 和 3/3 比例骨折以重建钢板内固定较为理想，在钢板之外再加两枚螺钉并不能增加内固定强度，反而增加了手术创伤及难度。 【关键词】 髋臼后壁；骨折；内固定；生物力学Biomechanical Evaluation on the Three Fixations of the Simulated Different Scale Fractures on the posterior Wall of Acetabulum LI Ke lun，XU Gang，CHEN Zhi hao，et al (Department of Orthopaedics，Yueqing First Hospital，Zhejiang 325600，China)Abstract：Objective To define the optimal internal fixation method by means of studying the strength of various internal fixations of simulated different scale fractures On posterior acetabular wall.Methods Eighteen cadaveric pelvis were made into hip jioints，divided into three groups randomly.Then cause the fracture of 1/3，2/3 and 3/3 articular surface of the posterior wall of acetabulum.The models were fixed with one of the three different methods：two cortical screws(CS)，reconstruction plate(RP)，and reconstruction plate plus two cortical screws(CSRP).Then tests were performed on each model with 90 flexion of the hip.Measure the displacements of the fragments and the loadings when the displacements were 3 mm.Results There is no significant difference between the CS and RP or RPCS(P0.05)in the group of 1/3 fracture，but with significance (P0.01)in the groups of 2/3 and 3/3 fractures，and no significance between the RP and RPCS(P 0.05).Conclusion It is enough stability when fix the 1/3 fracture with CS only；the ideal method of intemal fixation of 2/3 and 3/3 fracture of the posterior wall of acetabulum is RP，while RPCS is not stronger than RP only and it may add more operative trauma and difficulty to operate.Key words：posterior acetabular wall；fracture；internal fixation；biomechanics髋臼骨折常由高能量创伤引起，随着交通与工伤事故的增加，其发病率日趋增多。后壁骨折是最常见的一种髋臼骨折(屈膝位损伤) ，大约占所有髋臼骨折的1/41/3，Letournel1将其归为基本的髋臼骨折之一。对于移位的髋臼后壁骨折，近年来众多学者均主张手术治疗，目的是通过恢复关节面的正常解剖位置来保持关节的稳定以及恢复关节面的正常压力分布，从而减少创伤性关节炎的发生。但对不同面积的髋臼后壁骨折，究竟选择何种内固定方法，目前仍无定论2 。为此，本实验用截骨法建立不同比例面积的后壁骨折模型，分别用三种常用的内固定方式加以固定，然后进行生物力学稳定性测试，并予比较研究，以确定理想的内固定方法，为临床选择及早期功能锻炼提供参考。1 材料与方法1.1 髋臼后壁骨折模型的建立 选 18 具经防腐保湿处理的成人骨盆，包括髋关节和近侧 1/3 股骨干，排除骨骼疾病或髋臼发育不良，去除附骊的肌肉、关节囊、韧带等组织。从骶髂关节和耻骨联合处将骨盆分成左右两个髋关节，随机分成三组，每组 12 髋。上缘从髋臼顶点 30开始，沿髋臼缘向后基金项目：浙江省温州市医药卫生科学研究计划资助项目(2007013)到 90为骨折下缘，将这 60范围的后壁关节面纵向分为三等份。第一组髋关节用摆动锯做外侧 1/3 截骨，建立后壁 1/3 骨折模型；第二组髋关节截去外侧 2/3，制成后壁 2/3骨折；第三组去除外侧 3/3，形成后壁 3/3 骨折。见图 1。图 1 髋臼后壁不同面积骨折示意图1.2 内固定方法 每一组 12 具髋臼骨折模型中随机取出 4 具，将后壁骨折块单纯用两枚皮质骨螺钉(cortical screw，CS)固定，或直接用直径 3.5 mm 的 8 孔髋臼重建钢板(reconstruction plate，RP) 固定，或除了髋臼重建钢板之外另加两枚皮质骨螺钉(RPCS)固定。这样在各组中，每 4 具髋臼骨折模型均由同一种内固定方法固定，并且都采用两枚直径 3.5 mm 和长度 40 mm 皮质骨螺钉固定后壁骨折块。在直接用重建钢板固定中，板孔内共需拧入 6 枚皮质骨螺钉，其中远端两枚位于坐骨结节处，两枚固定骨折块，两枚位于骨折上方；而在钢板加螺钉的方式中也需要六枚皮质骨螺钉，首先单独用两枚皮质骨螺钉固定骨折块，再将 8 孔重建钢板置于螺钉的内侧，远近端板孔内同样各拧入两枚螺钉。内固定由同一人操作，髋臼重建钢板在使用前应塑形，以获得与骨表面的良好匹配；固定骨折块的两枚皮质骨螺钉需背离髋臼盂唇平面 3040，从而避免进入关节腔内(见图 23) 。图 2 髋臼后壁 2/3 比例骨折螺钉固定示意图图 3 髋臼后壁 3/3 比例骨折螺钉固定示意图1.3 力学测试 将髂骨嵌夹于可作不同方向调节的万能旋转夹具中，再将股骨干用夹具固定于加载平台上。力学测试采用 WE 100 万能材料试验机。将髋关节模型屈曲 90、内收外展及旋转中立位加载，使载荷直接作用于髋臼后壁上。载荷按 200 N 分级加载至800 N，加载速率控制在 1.5 mm/min，采用高精度数字显示光栅位移传感器和千分表同时测量骨折块的分离移位(精度达 0.01) ，根据骨块分离位移的程度确定各种内固定的强度。分级加载测试结束后改为连续加载，记录使骨块分离 3 mm 时所用的载荷( 见图 4)。图 4 WE 100 万能材料试验机加载实验1.4 统计学处理 用配伍组设计方差分析进行数据分析，Bartlett 法进行方差齐性检验。Newman Keuls 法(q 检验) 进行均数间两两比较。 P0.05 为差别有显著性意义。2 结 果2.1 不同比例的骨折与内固定的稳定性 对不同比例面积的后壁骨折模型采用三种方式内固定后进行分级载荷实验(见表 1)。在不同的载荷作用下，相同比例相同内固定方式的髋臼骨折位移随载荷的增加而增大。同一载荷条件下，相同比例不同内固定方式的骨折位移程度为 CSRP RPCS 经 q 检验，1/3 比例骨折的 CS、RP 以及 RPCS 组间差异无统计学意义(P0.05)，而 2/3 比例和 3/3 比例骨折的 CS 组分别与 RP、RP CS 组比较，骨块分离程度有高度统计学意义(P0.01)，但 RP 与 RPCS 间差别却无统计学意义(P0.05)。表 1 髋臼后壁不同比例骨折不同内固定后载荷与位移关系2.2 轴向刚度与内固定的稳定性 内固定的轴向刚度是指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，则抗形变能力越强，髋关节也越稳定。其力学公式是：轴向刚度 EFP/ L，其中 P 为载荷，L 为形变位移。对后壁骨折模型进行不同的内固定，其轴向刚度必然不同，稳定性也随之发生改变。AO 学组把骨折移位超过 3 mm 作为内固定失败的标准，因此本文把骨折移位 3 mm 所能承受的载荷作为最大载荷(见表 2)，由此可得出相同比例面积后壁骨折三种内固定方式的轴向刚度。在 1/3 比例骨折时，CS 的轴向刚度为(266.593.93) N/mm，RP 为(269.622.38) N/mm，RP CS 为(269.682.27) N/mm，经检验发现 CS、RP 和 RPCS 三种内固定之间差异无统计学意义(P0.05)。而在2/3 比例骨折与 3/3 比例骨折模型中，CS 的轴向刚度和 RP、RP CS 组间差别有显著统计学意义(P0.01)；而 RP 与 RPCS 之间差别无统计学意义(P0.05)。从表示内固定稳定性的轴向刚度来看，上述结论和分级加载所获得结论是一致的。表 2 不同比例骨折不同内固定后分离 3 mm 承受的最大载荷 (s)3 讨 论在所有的髋臼骨折中，后壁骨折所占比例最高。Letournel1报导在 940 例髋臼骨折中，孤立的后壁骨折占 24，另有 26合并有其他类型的后壁骨折。Chiu3报道在其研究的 111 例髋臼骨折中 36 例(32.4 )为孤立性后壁骨折。后壁骨折作为一种常见髋臼骨折，主要是在外力的作用下，股骨头与髋臼后壁撞击引起，如处理不当，易导致创伤性关节炎和关节功能障碍，从而降低了临床疗效。髋关节是人体的负重关节，其稳定性的维持主要依赖于髋臼的骨性阻挡作用，尤其是后壁阻挡作用更为重要。正常髋臼为一半圆形深窝，前倾 20，外倾 53，在后上方最强最深，股骨头被容纳其中并处于稳定的位置。髋臼后壁骨折后，分离移位造成后壁对股骨头的阻挡作用下降，必定会发生髋关节不稳；如果仅仅通过牵引等保守治疗既不能使关节内骨折解剖复位，也不能恢复后壁的阻挡作用和关节的稳定性，更无法进行早期功能锻炼4 。而髋关节不稳使头臼关节接触面积减小，出现应力分布不均，从而加速关节磨损和退变，最终将引起创伤性关节炎和关节功能障碍。Moed5发现，髋关节不稳患者创伤性关节炎的发生率明显升高；Letournel 6的临床研究也证实，髋关节不稳是导致关节软骨发生退变的重要原因。只有通过手术切开复位内固定治疗，可使移位的髋臼后壁骨块获得解剖复位，促使关节早期活动和磨造，进而有利于关节内软骨的愈合并提高疗效。Epstein 7对 150 例髋臼后壁骨折进行长期随访发现，保守治疗者 88疗效不满意，而手术治疗者仅为 37。在 Pantazopoulos 等8治疗观察的病例中，经手术解剖复位后90的患者有较好的临床疗效(术后 215 年，平均 7 年)，而留有 13 mm 错位者仅有50的患者有较好的疗效。所以，Letournel 6认为后壁骨折中如果骨折块足够大，即使股骨头复位，但由于缺少后部骨块的阻挡，仍有向后滑脱不稳的倾向；只有手术复位内固定，才能维持其完整性和稳定性，否则创伤性关节炎将不可避免。然而后壁骨折块究竟多大才能达到足够大，以往的文献中无统一标准。1988 年 Keith9首次用 CT 对尸体髋臼后壁骨折与关节的稳定性作相关研究，提出后壁骨折块在 20以下时关节稳定，超过 40则稳定性受累，应手术治疗；Vailas10模拟髋臼后壁骨折进行生物力学测试，结果骨折小于 25关节稳定，大于 50则关节不稳，并发现在稳定与不稳定骨折之间有一过渡区。他认为当骨折处于此区时，髋关节的稳定性将取决于后侧关节囊的完整性，若关节囊撕裂，则关节失去稳定性；而 Olson11发现，髋臼后壁骨折达 1/3 比例时已明显地改变了髋关节的载荷和接触特征，关节接触面积下降，髋臼顶部的接触压明显上升，表明髋臼后壁骨折使应力集中到了臼顶部，临床上这种情况如不加纠正，将不可避免地发生创伤性关节炎；宋朝晖等12通过研究人体在单足站立骨盆中立位时髋关节的受力情况，认为后壁骨折对髋关节生物力学影响从 1/3 骨折就已经开始，1/3 骨折时骨折片的大小约为 2.1 cm0.7 cm，占后壁实际面积的 16.45。由于 1/3骨折主要涉及后壁内外表面的皮质部分，骨折后破坏了皮质的完整性，导致负荷应力不能正常分散，局部应力集中，造成对髋关节生物力学行为影响率最大，因此主张将后壁骨折块占整个后壁的 1/3 以上作为手术标准。上述研究结果之间存在明显的差异，对其进一步分析可以看出：在 Keith9的实验中，关节不稳的评定是靠实验者徒手进行，比较粗糙，带有相当大的主观性；Vailas10在实验中将髋关节在 Keith 的基础上增加内旋 20，在此位置髋关节更具不稳倾向，故而其实验中不稳定关节比例偏大；而 Olson 和宋朝晖的实验设计主观成分较少，其结果较为客观可信。因此，我们也赞同将髋臼后壁 1/3 比例骨折作为手术与非手术的界限。然而，对于 1/3 比例面积以上的髋臼后壁骨折，究竟选择何种内固定方式才能最大程度地恢复髋关节的稳定性，临床上判断较为困难。倪善军4建立髋臼后壁大块骨折模型，分别用 CS、RP 和 RPCS 固定，屈髋 90进行生物力学测试，以确定其固定强度。实验表明：RP 和 RPCS 明显强于 CS，与临床观察相吻合；RP 和 RPCS 间的差别则无统计学意义(P0.05)。而孙玉强 13用 RPCS 固定髋臼后壁骨折 50 例后，认为钢板至少覆盖 50的骨折块，结合拉力螺钉的作用，能对抗轴向的压力，具有更强的生物力学强度。Olson14也提出，髋臼后壁骨折除用重建钢板外，需另外再加用两枚螺钉固定，才能真正达到坚强而有效的内固定，但尚无相关临床报道。本实验吸取了以往教训，用截骨法建立了三种不同比例面积的后壁骨折模型，同样采用了临床上常见的三种内固定方法(CS、RP、RPCS)固定，屈髋 90在万能材料试验机上进行生物力学测试，测定不同内固定方法的固定强度。结果发现：在 1/3 比例髋臼后壁骨折中，CS 、RP 以及 RPCS 之间差异无统计学意义(P0.05) ；但在 2/3 比例以上的后壁骨折内，RP 和 RPCS 的固定强度明显大于 CS，RP 和 RPCS 之间差异无统计意义(P0.05)。1988 年 Davy15 测得直腿抬高及扶单拐行走时髋臼后壁承受的载荷为体重的 1.5 倍，也就是说，一个 50 kg 体重的人其髋臼后壁受到的载荷大约是 735 N。在本实验中，固定 2/3 比例和 3/3 比例后壁骨折的皮质骨螺钉仅能承受 600 N 以下的最大载荷，显然不能满足内固定的需要。因此我们认为，后壁骨折块在 1/3 比例面积时，单纯用两枚皮质骨螺钉固定已经足够；而在 2/3 比例以上的骨折中，单用螺钉固定骨折块不够坚强，无法维持髋关节的稳定性，也无法早期进行功能锻炼。理想的内固定是用重建钢板，在钢板之外再加两枚螺钉并不能显著增加内固定的强度，反而将会增加手术创伤和手术时间，影响疗效并对患者无益。此外，临床上还有一类后壁骨折为粉碎性或压缩性骨折，内固定除用重建钢板外，还需加用弹性钢板2 。总之，为了减少医源性损伤，缩短手术时间，增加髋关节的稳定性，以及早期进行功能锻炼，对于不同比例面积的髋臼后壁骨折应当选用不同的内固定方法固定。本实验为临床上内固定方式的选择提供了生物力学依据。晋升网简介晋升网（）致力于成为医务工作者晋升职称心灵导师；是目前国内收录医学期刊、医学杂志最多最权威的医学学术平台；提供免费医学期刊在线阅读；网罗和甄选海量优秀医学论文检索，独立研发医学在线资源分享库和医学在线模拟考试库；整合刊类、标题、关键词检索及全文检索，并独家研发刊社管理和刊社加盟系统、在线投稿、在线查稿、在线阅读、远程审稿、在线下载等系统；聚刊社力量，建服务平台，让晋升网通过“专业”走入每一个医务人员的身边是我们不懈的追求目标；晋升网()标准 最便捷的晋升通道 最高效的学习方法 最丰富的医学文献 最权威的医学期刊最专业的医学服务【参考文献】1Letournel E.Acetabulum fractures：classification and managementJ.Clin Orthop Relat Res，1980，(151)：81 106.2Goulet JA，Rouleau JP，Mason DJ，et al.Comminuted fracture of the posterior wall of the acetabulumJ.J Bone Joint Surg(Am) ，1994，76(10) ：1457 1463.3Chiu FY，Lo WH，Chen TH，et al.Fractures of posterior wall of acetabulumJ.Arch Orthop Trauma Surg，1996，115(5)：273 275.4倪善军，孙俊英，王以进.髋臼后壁骨折内固定稳定性的生物力学研究J.医用生物力学，2004，19(1)：31 34.5Moed BR，Carr SE，Watson JT.Open reduction and internal fixation of posterior wall fractures of the acetabulumJ.Clin Orthop Relat Res，2000，(377)：57 67.6Letournel E，Judet R.Franctures of acetabulumM.2ed.New York： Springer Verlag，1993：138 140.7Epstein HC.Posterior fracture dislocations of the hip：Long term follow upJ.J Bone Joint Surg(Am)，1974，56(6)：1103 1127.8Pantazopoulos T，Nicolopoulos CS，Babis GC，et al.Surgical treatment of acetabular posterior wall fractures J.Injury ，1993，24(5) ：319 323.9Keith JE，Brashear HR，Gu