前路鈦板加方形區(qū)螺釘治療髖臼雙柱骨折的坐位生物力學(xué)分析

吳詠德，蔡賢華，劉曦明，張紅喜

髖臼骨折是一種相對(duì)非常見的高能量損傷，常見于交通事故，人群整體發(fā)生率約為0.003%，約占骨折發(fā)生率的1% ～3%，病死率約5% ～20%，致殘率高達(dá)50% ～60%［1］。髖骨內(nèi)板薄弱區(qū)(方形區(qū))是骨盆向雙肢傳遞重力的重要一站［2］，骨折常為粉碎性并伴發(fā)股骨頭中心性脫位，其中雙柱骨折為方形區(qū)骨折中最常見的骨折［3－4］，目前固定后柱及方形區(qū)骨折塊尚缺乏理想的內(nèi)固定物。Farid［5］指出盡管我們手術(shù)重點(diǎn)是復(fù)位前后柱骨折，髖臼內(nèi)壁方形區(qū)粉碎性骨折塊復(fù)位及固定失敗依然影響關(guān)節(jié)穩(wěn)定。

后柱拉力螺釘［3］與骨盆緣彈簧板固定［6－7］對(duì)方形區(qū)骨折塊固定有一定的臨床效果，其中以重建鈦板加1/3管型鈦板使用較多且療效較好［2－3］。在臨床摸索中，我們發(fā)現(xiàn)前路鈦板加方形區(qū)螺釘對(duì)涉及方形區(qū)骨折塊固定有效，且可直視下置釘，操作安全，2005年以來(lái)已廣泛用于多種方形區(qū)骨折(包括雙柱骨折)，取得了滿意療效，但早期取坐位是否會(huì)影響內(nèi)固定效果尚未完全闡明。本實(shí)驗(yàn)選取6具完整骨盆標(biāo)本，制作波及方形區(qū)的雙柱骨折(Letournal分類)模型，觀察前路鈦板加方形區(qū)螺釘與常規(guī)鈦板加1/3管型鈦板彈性固定術(shù)后坐位位力學(xué)特征，結(jié)果報(bào)告如下。

材料與方法

1 材料

選取6具經(jīng)防腐保濕處理成人完整骨盆(由南方醫(yī)科大學(xué)解剖教研室提供)，清除肌肉及盆腔臟器，X線及CT檢查排除腫瘤、畸形及骨質(zhì)破壞。上端保留L5、S1椎體，下端股骨干上1/3，保留骶骨，骶髂關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)囊、骶棘與骶結(jié)節(jié)韌帶及閉孔內(nèi)肌(圖1a)。內(nèi)固定材料選用AO重建板、1/3管形及鈦質(zhì)螺釘，ZWICKZ100材料機(jī)(德國(guó)ZWICKZ，精度0.1%，武漢理工大學(xué)力學(xué)測(cè)試中心)。

2 方法

2.1 雙柱骨折模型制作與內(nèi)固定:采用線鋸和鋼鋸條在完整骨盆標(biāo)本(A組)一側(cè)制備高位髖臼雙柱骨折模型(圖1b～d)，首先復(fù)位前柱骨折，重建骨盆環(huán)的連續(xù)性，采用塑形后的6孔重建鈦板沿髂嵴盆面固定前柱上骨折線。然后先后采用:(1)前路鈦板加方形區(qū)螺釘組(B組，圖2):重建板按骨盆弓狀線塑形，但塑形時(shí)增加后側(cè)鈦板曲率半徑，使鈦板于方形區(qū)向盆腔內(nèi)移約1/3～1/2釘孔，兩端稍上翹并外翻。鈦板兩端用不少于2枚的3.5mm皮質(zhì)骨螺釘固定，中間經(jīng)鈦板釘孔平行于方形區(qū)表面鉆孔，并擰入3～5枚3.5mm皮質(zhì)骨螺釘(即方形區(qū)螺釘)，長(zhǎng)度應(yīng)超過骨折線至少10mm;(2)重建鈦板加1/3管型鈦板內(nèi)固定組(C組，圖3)固定:將1/3管型鈦板彎曲100°～110°，遠(yuǎn)端呈弓形表面固定后柱骨折塊，近端固定在髂骨翼上［6］，其表面由經(jīng)弓狀線的重建鈦板協(xié)助固定前柱。模型及內(nèi)固定后均行X線片及CT加三維重建檢查。

2.2 生物力學(xué)測(cè)定:L5、S1椎體用牙托粉包埋制作加載平臺(tái)，模擬坐位［8］(圖 4)固定標(biāo)本于ZWICKZ100力學(xué)材料機(jī)上，測(cè)試前先預(yù)載100N，以消除骨組織松弛、蠕變、關(guān)節(jié)間隙及骨折復(fù)位微小差異等影響，然后按加載速率100N/min遞增，加載至700N。采用循環(huán)多次測(cè)量的方法，每組標(biāo)本6具。加載過程中，多功能數(shù)顯千分表(日本三豐量具，武漢理工大學(xué)力學(xué)測(cè)試中心)測(cè)量A組及B、C組骨折側(cè)后柱內(nèi)壁水平的位移，ZwickZ100電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)橫梁傳感器測(cè)量骨盆軸向位移(圖4)。每項(xiàng)數(shù)據(jù)分別測(cè)試3次，取其平均值，計(jì)算骨盆軸向剛度。

3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 13.0軟件統(tǒng)計(jì)分析，方差齊性判斷后，應(yīng)用“配對(duì)樣本 t檢驗(yàn)”，P＜0.05表示差異顯著，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 標(biāo)本及髖臼雙柱骨折模型制作

圖2 前路鈦板加方形區(qū)螺釘固定標(biāo)本(B組)

圖3 重建鈦板加1/3管型鈦板固定標(biāo)本(C組)

圖4 模擬坐位加載

結(jié) 果

1 一般情況

髖臼骨折標(biāo)本經(jīng)B、C組內(nèi)固定后，前、后柱骨折均得到即刻穩(wěn)定，骶結(jié)節(jié)韌帶、骶棘韌帶及閉孔內(nèi)肌明顯繃緊，CT及X線片顯示骨折已解剖復(fù)位(圖4、圖5)，B組后柱抗手動(dòng)扭轉(zhuǎn)、抗內(nèi)移及抗分離作用較C組強(qiáng)。各組標(biāo)本在力學(xué)測(cè)試過程中鈦板螺釘無(wú)斷裂，方形區(qū)螺釘無(wú)拔出及松動(dòng)，但去除載荷后出現(xiàn)位移的髖臼與內(nèi)固定恢復(fù)原狀。

2 載荷與位移的關(guān)系

隨著載荷由400N增加至700N，后柱內(nèi)壁橫向位移線性增加，A、B、C后柱內(nèi)壁橫向位移絕對(duì)值均在0.5mm以內(nèi)，無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)(表1);骨盆軸向壓縮位移亦線性增加，呈現(xiàn)A組＜B組＜C組，B組與C組，A組與C組間比較有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.01)，而B組與與A組接近(P＞0.05)(表2)。600N生理負(fù)荷下 A、B、C組骨盆軸向剛度分別為(221±59)、(188±14)、(130±7)N/mm，A組與B組比較:P=0.29;B組與C組及A組與C組比較:P＜0.05。B組與C組在骨盆軸向剛度上有顯著差異，前者與正常骨盆接近，提示B組固定后骨盆整體穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。

表1 不同載荷(N)-后柱內(nèi)壁橫向位移(±s，mm)

表1 不同載荷(N)-后柱內(nèi)壁橫向位移(±s，mm)

A組與B組、B組與C組及A組與C組比較:P＞0.05

分組 不同載荷(N)400 500 600 700 A組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 組 0.23 ±0.09 0.27 ±0.10 0.29 ±0.11 0.32 ±0.12 C組

表2 不同載荷(N)-骨盆軸向位移(±s，mm)

表2 不同載荷(N)-骨盆軸向位移(±s，mm)

A組與B組比較:P＞0.05;B組與C組及A組與C組比較:P ＜0.05

分組 不同載荷(N)400 500 600 700 A組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 組 2.40 ±0.30 2.77 ±0.26 3.20 ±0.24 3.68 ±0.23 C組

討 論

髖臼內(nèi)壁方形區(qū)(亦稱為四方體)解剖結(jié)構(gòu)薄弱且臨近股骨頭［6］，文獻(xiàn)報(bào)道國(guó)人最小厚度為(2.35 ±1.13)mm［9］，限制了這一區(qū)域的內(nèi)固定類型?，F(xiàn)有的髖臼骨折分類雖未單獨(dú)羅列方形區(qū)骨折，但隨老年社會(huì)的來(lái)臨，方形區(qū)骨折卻日益增多，治療相當(dāng)棘手［10］。

髖臼雙柱骨折為內(nèi)壁方形區(qū)骨折的典型代表，常為粉碎性，出于安全考慮，危險(xiǎn)區(qū)基本上采取曠置的姑息治療［6，11］，內(nèi)壁方形區(qū)的骨性阻擋作用往往被忽略，治療的重點(diǎn)往往只是恢復(fù)前后柱的連續(xù)性。吳嘯波等［12］指出危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)固定時(shí)螺釘過短，或者危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)無(wú)螺釘固定，內(nèi)固定不牢固。經(jīng)前向后的拉力螺釘只能偏心固定后柱方形區(qū)骨折塊，遠(yuǎn)離髖臼骨折放置螺釘將使內(nèi)固定堅(jiān)固程度降低約50%［13］。眾多骨表面固定技術(shù)應(yīng)用于此，其中以重建鈦板加1/3管型鈦板為代表的骨表面固定技術(shù)操作簡(jiǎn)單且能進(jìn)行常規(guī)方法幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)的方形區(qū)髖臼窩部固定［6－7，14］。然而，無(wú)論是骨表面固定還是拉力螺釘，前提條件是對(duì)前后柱骨折塊完整性要求較高［15－16］，對(duì)于后柱方形區(qū)粉碎性骨折塊固定頗為困難。

而正常髖臼是人體重要的負(fù)重關(guān)節(jié)，穩(wěn)定性的維持十分重要。站立位水平剪切力常導(dǎo)致內(nèi)壁方形區(qū)骨塊向真盆腔內(nèi)移位［12，17］，而坐位時(shí)從楊安禮等［18］報(bào)道的完整骨盆髖臼內(nèi)側(cè)壁(方形區(qū))應(yīng)變值為壓應(yīng)變(屈曲)看，方形區(qū)骨塊依然向真骨盆內(nèi)移，因此針對(duì)站立位抗內(nèi)壁剪切力內(nèi)固定設(shè)計(jì)［19］對(duì)坐位時(shí)依然必要。方形區(qū)螺釘在直視下沿方形區(qū)表面植入半皮質(zhì)螺釘，對(duì)方形區(qū)骨折塊可阻擋水平剪切力，同時(shí)提拉力防止骨折塊分離;對(duì)小骨折塊依然可起到固定加壓的作用，提高了對(duì)方形區(qū)骨折塊的固定比率。在臨床應(yīng)用超過百例，無(wú)一例進(jìn)入髖關(guān)節(jié)腔或斷裂、松動(dòng)，其主要原理是在有效固定前柱的基礎(chǔ)上，利用特殊塑形的重建鈦板對(duì)經(jīng)鈦板的3～5枚方形區(qū)螺釘動(dòng)態(tài)扭矩力來(lái)實(shí)現(xiàn)其對(duì)后柱的多點(diǎn)直接內(nèi)固定。

由于髖臼骨折術(shù)后1周即開始取坐位，坐位是進(jìn)一步功能鍛煉的重要過度階段，對(duì)提高患者術(shù)后康復(fù)率至關(guān)重要，因此，可靠?jī)?nèi)固定方法必須滿足術(shù)后骨折復(fù)位維持滿意，髖關(guān)節(jié)穩(wěn)定，才可能安全取坐位。實(shí)驗(yàn)表明:前路鈦板加方形區(qū)螺釘組(B組)與重建鈦板加1/3管型鈦板內(nèi)固定組(C組)在抗方形區(qū)內(nèi)壁剪切力上作用無(wú)明顯差異，且內(nèi)移均在0.5mm以內(nèi)，為解剖復(fù)位［20］。骨盆軸向剛度指骨盆抵抗軸向變形的能力，是衡量骨盆穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一［21－22］，正常骨盆軸向剛度雖然主要由骶髂關(guān)節(jié)產(chǎn)生，但是骨盆剛度跟骶髂關(guān)節(jié)剛度不能劃等號(hào)［22］，髖關(guān)節(jié)同樣參與了骨盆軸向位移。本實(shí)驗(yàn)選擇6具骨盆標(biāo)本先后行兩種不同的內(nèi)固定，給予屈服點(diǎn)以內(nèi)的負(fù)荷測(cè)量(最大700N)，形變屬于彈性形變，力學(xué)強(qiáng)度無(wú)變化［23］。更重要的是克服了采用不同標(biāo)本所產(chǎn)生的差異對(duì)骨盆軸向剛度結(jié)果的影響，對(duì)同一骨盆而言，骨盆軸向剛度的差異反映的是內(nèi)固定的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)表明:前路鈦板加方形區(qū)螺釘組(B組)固定后髖關(guān)節(jié)穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于重建鈦板加1/3管型鈦板內(nèi)固定組(C組)(P＜0.01)，與完整骨盆接近。

在靜息狀態(tài)下，雙足站立位一側(cè)髖關(guān)節(jié)承受的壓力約為體重的1/3［24］，而坐位同站位承受的體重均為上半身重量。為了克服單從骨盆外形估計(jì)患者生理體重困難，實(shí)驗(yàn)為求與實(shí)際情況接近，故選擇觀察分析范圍較大(400～700N)，對(duì)應(yīng)的生理體重為:60～105kg。髖臼后柱有骶結(jié)節(jié)、骶棘韌帶牽拉，有閉孔內(nèi)肌、盆壁肌肉的支持，髖關(guān)節(jié)囊包裹，骨折時(shí)這些軟組織并非全部破壞，以往研究中常簡(jiǎn)化了骨盆肌肉韌帶等軟組織的影響，而Vailas等［25］曾指出髖臼后壁骨折時(shí)在過渡區(qū)內(nèi)髖關(guān)節(jié)囊的完整性決定了髖關(guān)節(jié)穩(wěn)定與否，可見軟組織的作用是不容忽略，本實(shí)驗(yàn)保留了骨盆部分重要韌帶及肌肉，求充分模擬活體真實(shí)情況，具有臨床指導(dǎo)意義。

值得一提的是，目前髖臼復(fù)雜骨折(包括雙柱骨折)多采用雙入路手術(shù)［6］，由于存在諸多術(shù)后并發(fā)癥，采用單一前路進(jìn)行雙柱骨折的復(fù)位與內(nèi)固定一直是骨科醫(yī)生努力的方向之一［7，26］，但其面對(duì)的主要難題是后柱骨折塊及方形區(qū)骨折塊的固定困難。而方形區(qū)螺釘經(jīng)方形區(qū)表面由前拉向后，實(shí)現(xiàn)了前入路固定后柱骨折塊的效果，擴(kuò)大了前入路的手術(shù)適應(yīng)證。1/3管型鈦板內(nèi)固定單點(diǎn)彈性固定部分后柱骨折即可取得滿意療效，分析其原因主要是因?yàn)轶y臼骨折愈合速度很快，這種內(nèi)固定單獨(dú)承擔(dān)負(fù)重應(yīng)力的時(shí)間較短。故一般認(rèn)為髖臼骨折手術(shù)時(shí)機(jī)以傷后3～7d較好，或盡量以不超過2周為宜，否則手術(shù)難度將增加［27］。

綜上所述，前路鈦板加方形區(qū)螺釘固定擴(kuò)大了前入路治療髖臼雙柱骨折的適應(yīng)證，同時(shí)提高了目前認(rèn)為的“方形區(qū)骨折塊”的固定比率;生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)前路鈦板加方形區(qū)螺釘固定較常規(guī)鈦板加1/3管型鈦板內(nèi)固定力學(xué)性能更為可靠，雖不如完整髖臼穩(wěn)定，但其差異無(wú)顯著性意義，這意味著前路鈦板加方形區(qū)螺釘固定的使用術(shù)后可早期更安全取坐位。

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