锁定加压重建钢板不同途径内固定置入治疗髋臼横行骨折的生物力学比较

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0324

中国组织工程研究 ›› 2018, Vol. 22 ›› Issue (27): 4305-4310.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.0324

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锁定加压重建钢板不同途径内固定置入治疗髋臼横行骨折的生物力学比较

钟晓¹，贾叙锋²，黄光平²，周庆忠³

¹四川大学华西医院附属资阳医院(资阳市第一人民医院)骨科，四川省资阳市 641300；²简阳市人民医院骨科，四川省简阳市 641400；³西南医科大学附属医院骨科，四川省泸州市 641400

出版日期:2018-09-28 发布日期:2018-09-28
作者简介:钟晓，男，1978年生，四川省资阳市人，2002年川北医学院毕业，副主任医师，主要从事创伤及手显微外科的疾病诊治。
基金资助:
四川省成都市卫生和计划生育委员科研项目(2016035)

Comparison of the biomechanical characteristics of the locking reconstruction plate through different placement methods for transverse fracture of the acetabulum

Zhong Xiao¹, Jia Xu-feng², Huang Guang-ping², Zhou Qing-zhong³

¹Department of Orthopedics, West China Ziyang Hospital, Sichuan University (the First People’s Hospital of Ziyang), Ziyang 641300, Sichuan Province, China; ²Department of Orthopedics, the People’s Hospital of Jianyang City, Jianyang 641400, Sichuan Province, China; ³Department of Orthopedics, the Affiliated Hospital of Southwest Medical University, Luzhou 641400, Sichuan Province, China

Online:2018-09-28 Published:2018-09-28
About author:Zhong Xiao, Associate chief physician, Department of Orthopedics, West China Ziyang Hospital, Sichuan University (the First People’s Hospital of Ziyang), Ziyang 641300, Sichuan Province, China
Supported by:
the Research Project of Health and Family Planning Commission of Chengdu, Sichuan Province, No. 2016035

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

锁定重建钢板：除具有普通重建钢板的优点外，还具有稳定的内支架作用，可通过螺钉与钢板的锁定作用，将骨质、钢板锁定及螺钉形成一个整体，增强力学稳定性，显著降低术后内固定物松动、脱落、断裂等不良反应发生率；有效弥补了普通重建钢板的不足，具有极易弯曲可塑性，只需大致弧度贴近皮质骨，就可避免重建钢板固定时穿出皮质骨而引发的创伤性关节炎与复位丢失。

拉力螺钉：指的是螺钉所起的作用而不是特指某一种螺钉，可以是空心螺钉也可以是普通螺钉。

摘要

背景：将锁定重建钢板应用于髋臼骨折的内固定方式多种多样，不同的固定方式均有一定的优点，但目前关于不同内固定方式生物力学研究的报道不多见。

目的：对比锁定加压重建钢板不同内固定置入方式治疗髋臼横行骨折的生物力学差异。

方法：取40具成人半骨盆标本，制作髋臼横行骨折模型，随机分4组。单纯前柱固定组进行髂骨前柱锁定加压重建钢板内固定；单纯后柱固定组进行髂骨后柱锁定加压重建钢板内固定；前柱联合固定组进行髂骨前柱锁定加压重建钢板内固定，同时在髂骨后柱置入1枚拉力螺钉；后柱联合固定组进行髂骨后柱锁定加压重建钢板内固定，同时在髂骨前柱置入1枚拉力螺钉。检测4组骨盆标本分别在600，1 400，1 800 N载荷下的骨折端水平位移与纵向位移，计算轴向刚度。

结果与结论：①骨折端水平位移：在600，1 400，1 800 N载荷下，前柱联合固定组、后柱联合固定组骨折端水平位移小于单纯前柱固定组及单纯后柱固定组(P < 0.05)，前柱联合固定组与后柱联合固定组骨折端水平位移比较差异无显著性意义，单纯前柱固定组骨折端水平位移小于单纯后柱固定组(P < 0.05)；②骨折端纵向位移：在600，1 400，1 800 N载荷下，前柱联合固定组、后柱联合固定组骨折端纵向位移小于单纯前柱固定组及单纯后柱固定组(P < 0.05)，前柱联合固定组与后柱联合固定组骨折端纵向位移比较差异无显著性意义，单纯前柱固定组骨折端纵向位移小于单纯后柱固定组(P < 0.05)；③轴向刚度：在600，1 400，1 800 N载荷下，前柱联合固定组、后柱联合固定组轴向刚度大于单纯前柱固定组及单纯后柱固定组(P < 0.05)，前柱联合固定组与后柱联合固定组轴向刚度比较差异无显著性意义，单纯前柱固定组轴向刚度大于单纯后柱固定组(P < 0.05)；④提示对于髋臼横行骨折，采用锁定加压重建钢板联合拉力螺钉内固定的生物力学稳定性强于单纯锁定加压重建钢板内固定，并且行髂骨前柱锁定加压重建钢板内固定的生物力学稳定性强于髂骨后柱内固定。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0002-0119-2652(钟晓)

关键词: 锁定加压重建钢板, 内固定物, 髋臼横行骨折, 生物力学

Abstract:

BACKGROUND: Locking reconstruction plate is used in the internal fixation of acetabular fractures in a variety of ways, and different fixation methods have certain advantages. However, the biomechanical characteristics of different internal fixation methods are little reported.

OBJECTIVE: To compare the biomechanical differences of locking compression plate with different internal fixation methods in the treatment of acetabular transverse fracture.

METHODS: Forty adult semipelvic specimens were used to make the transverse acetabular fracture model, and then randomly divided into four groups. Anterior column fixation group received simple iliac anterior column locking reconstruction plate fixation; posterior column fixation group received locking compression plate fixation of anterior column reconstruction; the anterior column combined fixation group received iliac anterior column locking reconstruction plate fixation, while the posterior column implanted with one lag screw; posterior column combined fixation group received locking reconstruction plate internal fixation in the posterior column and one screw placement in the anterior column. The horizontal and longitudinal displacements of the fracture end under the loads of 600, 1 400 and 1 800 N were detected, and the axial stiffness was calculated.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The horizontal displacement of the fracture end under the loads of 600, 1 400 and 1 800 N in the anterior column and posterior column combined fixation groups was significantly lower than that in the anterior column and posterior column fixation groups (P < 0.05). There was no significant difference between anterior column and posterior column combined fixation groups, and the horizontal displacement in the anterior column fixation group was significantly smaller than that in the posterior column fixation group (P < 0.05). (2) The longitudinal displacement of the fracture end under the loads of 600, 1 400 and 1 800 N in the anterior column and posterior column combined fixation groups was significantly lower than that in the anterior column and posterior column fixation groups (P < 0.05). There was no significant difference between anterior column and posterior column combined fixation groups, and the longitudinal displacement in the anterior column fixation group was significantly smaller than that in the posterior column fixation group (P < 0.05). (3) The axial stiffness under the loads of 600, 1 400 and 1 800 N in the anterior column and posterior column combined fixation groups was significantly lower than that in the anterior column and posterior column fixation groups (P < 0.05). There was no significant difference between anterior column and posterior column combined fixation groups, and the longitudinal displacement in the anterior column fixation group was significantly smaller than that in the posterior column fixation group (P < 0.05). (4) These results indicate that for transverse acetabular fractures, locking compression plate combined with lag screw fixation shows better biomechanical stability than the single locking reconstruction plate internal fixation; and iliac bone anterior locking compression plate internal fixation reconstruction exhibits better biomechanical stability than the posterior column fixation.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Acetabulum, Fractures, Bone, Internal Fixators, Biomechanics, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

钟晓，贾叙锋，黄光平，周庆忠. 锁定加压重建钢板不同途径内固定置入治疗髋臼横行骨折的生物力学比较[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(27): 4305-4310.

Zhong Xiao, Jia Xu-feng, Huang Guang-ping, Zhou Qing-zhong. Comparison of the biomechanical characteristics of the locking reconstruction plate through different placement methods for transverse fracture of the acetabulum [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2018, 22(27): 4305-4310.

图/表（结果） 2

2.1 实验标本数量分析 实验加载过程中，单纯前柱固定组、单纯后柱固定组各有1例标本在加载至1 800 N时发生螺钉退出现象，其余标本未发生退钉、钢板断裂等现象。

2.2 各组标本骨折端水平位移的比较 见图1。

如表1所示，在600 N载荷下，前柱联合固定组、后柱联合固定组骨折端水平位移小于单纯前柱固定组、单纯后柱固定组(P < 0.05)，前柱联合固定组与后柱联合固定组骨折端水平位移比较差异无显著性意义，单纯前柱固定组骨折端水平位移小于单纯后柱固定组(P < 0.05)。

在1 400 N载荷下，前柱联合固定组、后柱联合固定组骨折端水平位移小于单纯前柱固定组、单纯后柱固定组 (P < 0.05)，前柱联合固定组与后柱联合固定组骨折端水平位移比较差异无显著性意义，单纯前柱固定组骨折端水平位移小于单纯后柱固定组(P < 0.05)。

在1 800 N载荷下，前柱联合固定组、后柱联合固定组骨折端水平位移小于单纯前柱固定组、单纯后柱固定组(P < 0.05)，前柱联合固定组与后柱联合固定组骨折端水平位移比较差异无显著性意义，单纯前柱固定组骨折端水平位移小于单纯后柱固定组(P < 0.05)。

2.3 各组标本骨折端纵向位移的比较 见图2。

如表2所示，在600 N载荷下，前柱联合固定组、后柱联合固定组骨折端纵向位移小于单纯前柱固定组、单纯后柱固定组 (P < 0.05)，前柱联合固定组与后柱联合固定组骨折端纵向位移比较差异无显著性意义，单纯前柱固定组骨折端纵向位移小于单纯后柱固定组(P < 0.05)。

在1 400 N载荷下，前柱联合固定组、后柱联合固定组骨折端纵向位移小于单纯前柱固定组、单纯后柱固定组 (P < 0.05)，前柱联合固定组与后柱联合固定组骨折端纵向位移比较差异无显著性意义，单纯前柱固定组骨折端纵向位移小于单纯后柱固定组(P < 0.05)。

在1 800 N载荷下，前柱联合固定组、后柱联合固定组骨折端纵向位移小于单纯前柱固定组、单纯后柱固定组 (P < 0.05)，前柱联合固定组与后柱联合固定组骨折端纵向位移比较差异无显著性意义，单纯前柱固定组骨折端纵向位移小于单纯后柱固定组(P < 0.05)。

2.4 各组标本轴向刚度的比较 见图3。

如表3所示，在600 N载荷下，前柱联合固定组、后柱联合固定组轴向刚度大于单纯前柱固定组、单纯后柱固定组(P < 0.05)，前柱联合固定组与后柱联合固定组轴向刚度比较差异无显著性意义，单纯前柱固定组轴向刚度大于单纯后柱固定组(P < 0.05)。

在1 400 N载荷下，前柱联合固定组、后柱联合固定组轴向刚度大于单纯前柱固定组、单纯后柱固定组(P < 0.05)，前柱联合固定组与后柱联合固定组骨折端纵向位移比较差异无显著性意义，单纯前柱固定组轴向刚度大于单纯后柱固定组(P < 0.05)。
在1 800 N载荷下，前柱联合固定组、后柱联合固定组轴向刚度大于单纯前柱固定组、单纯后柱固定组(P < 0.05)，前柱联合固定组与后柱联合固定组轴向刚度比较差异无显著性意义，单纯前柱固定组轴向刚度大于单纯后柱固定组(P < 0.05)。

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引言

髋臼横行骨折是髋臼骨折较常见的类型之一，大约占髋臼骨折的1/3，多由暴力损伤与髋关节负荷过重、活动度过大等引起，由于其解剖位置复杂，治疗难度较大，对于骨折发生移位且移位超过3 mm建议行手术切开复位内固定治疗^[1-3]。当前用于治疗髋臼骨折的内固定材料主要有重建钢板、拉力螺钉等。重建钢板两侧有V形凹口，可三维塑形，具有自动加压作用，适用于骨盆、锁骨及肩胛骨骨折。肖长青等^[4]对45例复杂髋臼骨折患者分别进行牵引治疗(对照组)与切开复位重建钢板内固定置入治疗(观察组)，通过Harris评分对比2组髋关节功能恢复情况，结果发现观察组髋关节功能恢复情况及患者复位满意率均明显高于对照组(P < 0.05)，得出采用切开复位重建钢板内固定置入治疗复杂髋臼骨折，能明显提高患者髋关节功能恢复优良率及复位满意率的结论。刘波^[5]证实重建钢板内固定置入治疗明显移位髋臼骨折疗效确切，固定牢靠，且并发症少，是比较理想的治疗方法。拉力螺钉为抓持对侧皮质骨的螺钉，加压后可使两骨片间产生压力，可用于关节内骨折、干骺端骨折的应用，在髋臼骨折治疗中多配合钢板实现骨折端的加压。通过临床经验总结出重建钢板具有抗剪切力强、稳定性高、可塑性强及术后钢板松动、断裂率低等优点，但是随着临床应用的增加，其缺点也逐渐暴露出来，如预弯精确度较低、螺钉易穿入关节腔、复位丢失等问题^[6-10]。

随着医疗器械及医疗技术的不断发展与进步，AO推出了新型内固定器械——锁定加压重建钢板，其不止对钢板本身的改进，更是一种理念的创新，被广泛应用于四肢长骨及干骺端骨折^[11-13]，近年被逐渐应用于髋臼骨折治疗，同时获得了较好的治疗效果^[14-16]。与普通重建钢板相比，锁定重建钢板除具有普通重建钢板的优点外，具有稳定的内支架作用，可通过螺钉与钢板的锁定作用，将骨质、钢板锁定及螺钉形成一个整体，增强力学稳定性，显著降低术后内固定物松动、脱落、断裂等不良反应发生率；有效弥补了普通重建钢板的不足，具有极易弯曲可塑性，只需大致弧度贴近皮质骨，就可避免重建钢板固定时穿出皮质骨而引发的创伤性关节炎与复位丢失^[17-18]。查阅文献发现，将锁定重建钢板应用于髋臼骨折的内固定方式多种多样，不同的固定方式均有一定的优点^[19-25]，但目前关于不同内固定方式生物力学研究的报道不多见，因此实验应用4种方法对髋臼骨折进行锁定加压重建钢板内固定治疗，分析其生物力学差异。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计 随机分组，生物力学分析实验。

1.2 时间及地点 于2016年12月至2017年6月在四川大学华西医院附属资阳医院完成。

1.3 材料

1.3.1 实验标本及处理 20具经甲醛溶液浸泡的新鲜成人骨盆标本，由四川大学华西医院附属资阳医院解剖实验室提供，其中男性12具，女性8具，年龄20-35岁。首先进行X射线及骨密度检查，确保所有标本无骨质疏松、骨骼发育畸形及其他骨骼病变。然后将20具标本沿矢状面切开耻骨联合与骶骨，获得40具半骨盆标本。将40具标本近端自L₅椎体横断，远端保留至双股骨干近近端1/3处，保持坐骨结节垂直于水平面，然后去除髋关节周围及股骨近端的肌肉与韧带等软组织。

1.3.2 主要内固定物及仪器锁定加压重建钢板(上海熙可医疗器械有限公司)，5-11孔，分左右，材料为不锈钢、钛合金；拉力螺钉(瑞士strykerTraum a AG史赛克(北京)医疗器械有限公司)，拉力内固定钛钉采用符合GB/T13810-2007标准的Ti6A14V钛合金材料制造，表面无着色；灭菌包装产品经⁶⁰Co射线辐照灭菌，十字槽旋动，螺纹外径2.0 mm，钛钉长度24 mm；生物力学试验机(上海协强仪器有限公司)；骨密度仪(北京豪斯胜达公司)；光栅位移传感器(天津诺沃泰克)。

1.4 方法

1.4.1 骨折模型的制作直视下在骨盆髋臼内画一条经臼顶的骨折线，将该线延伸到后柱，通过坐骨大切迹与坐骨棘连线中点偏上处，用0.5 mm厚的线锯在前柱通过髂前下棘与髂耻隆起中点偏下的位置切开半骨盆标本，由此制作髋臼横行骨折模型。

1.4.2 实验分组将40份髋臼横行骨折标本按随机数字表法分为4组，分别实施不同的锁定加压重建钢板内固定治疗，每组10个，并进行标记。

1.4.3 锁定加压重建钢板内固定方法^[26-27] 将4组骨折标本进行解剖复位，将锁定加压重建钢板进行塑形。单纯前柱固定组沿骨盆髂耻线放置锁定加压重建钢板，将锁定螺钉从耻骨结节处进入，沿耻骨上支逆行进入髂骨后柱进行固定；单纯后柱固定组骨盆髂耻线放置锁定加压重建钢板，将锁定螺钉从坐骨结节进入，在髂嵴前1/3处于股骨大转子连线接近髂嵴1/3处进入髂骨前柱进行固定；前柱联合固定组按单纯前柱固定组方法固定锁定加压重建钢板，同时在髂骨后柱顺行钉入1枚拉力螺钉；后柱联合固定组按单纯后柱固定组方法固定锁定加压重建钢板，同时在髂骨前柱顺时针钉入1枚拉力螺钉。

1.4.4 生物力学实验参照黄晓波等^[26]的方法进行生物力学测试。按照单足站立方式，首先将标本倒置，使股骨干垂直于水平面，并使其相对骨盆处于内收15°、内旋10°，在L₅椎体上方浇筑一柱状义齿牙托粉载重平台，使骨盆单足站立位时该平台与地面平行；将股骨近端包埋于一长方体金属盒内，内用义齿牙托粉进行填充固定。在标本坐骨结节内置入3枚相互垂直的克氏针，用以模拟三维空间，调整固定于金属盒内的股骨近端，连接生物力学试验机进行加载实验。首先加载为100 N载荷进行预实验3次，以消除标本间的微动对实验准确性的影响；然后以20 N/s的速率连续加载，分别加载至600，1 400，1 800 N，读取光栅位移传感器的骨折端水平位移与纵向位移，每个标本重复加载6次，取平均值。计算轴向刚度，轴向刚度=载荷/纵向位移。

1.5 主要观察指标 各组标本不同加载力下的骨折端水平位移、纵向位移与轴向刚度。

1.6 统计学分析 采取SPSS 16.0统计学软件进行计量资料t 检验，实验数据以x(_)±s表示，P < 0.05显示2组间差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

讨论

生物力学研究有助于人们更好地了解髋臼骨折后的生物力学环境改变，引导医师选择合适的内固定治疗方式。在研究髋臼骨折内固定的生物力学前，需要建立对应的体外骨折模型，然后进行内固定，模拟人体受力状态，进行生物力学测试。用于髋臼骨折内固定生物力学研究的材料有尸体与模型骨，两者各有优缺点^[27-30]，但尸体骨的生物力学特性更真实可靠，因此该研究选择尸体骨进行实验。

查阅近年文献发现，目前采用锁定加压重建钢板内固定治疗髋臼骨折的方式主要有髂骨前柱固定与髂骨后柱固定，不同的内固定方式均有一定的疗效^[31-33]。对钢板不同内固定方式生物力学研究的报道不多，有研究发现对于髋臼横行骨折，采用钢板内固定与钢板内固定联合拉力螺钉的生物力学稳定性无差异；也有研究显示后柱钢板联合前柱拉力螺钉内固定的刚度高于前柱钢板联合后柱拉力螺钉内固定，不同的研究所得的结果各异。但是有关锁定加压重建钢板不同内固定方式的生物力学较少，因此该研究主要针对锁定加压重建钢板不同内固定方式下的生物力学差异进行了研究。

此次研究选择了4种内固定方式，分别为单纯髂骨前柱锁定加压重建钢板内固定、单纯髂骨后柱锁定加压重建钢板内固定、髂骨前柱锁定加压重建钢板内固定联合髂骨后柱拉力螺钉内固定及髂骨后柱锁定加压重建钢板内固定联合髂骨前柱拉力螺钉内固定，通过生物力学试验机测试髋臼横形骨折标本的骨折端水平位移、纵向位移与轴向刚度。此次研究结果显示，在600，1 400，1 800 N载荷下，前柱联合固定组、后柱联合固定组骨折端水平位移及纵向位移均小于单纯前柱固定组、单纯后柱固定组(P < 0.05)，轴向刚度均大于单纯前柱固定组、单纯后柱固定组(P < 0.05)，说明锁定加压重建钢板联合拉力螺钉的生物力学稳定性强于单纯锁定加压重建钢板内固定，即采取髂骨前后柱同时固定的稳定性强于髂骨单柱固定，与孙玉强等^[34]、黄晓波等^[26]的研究结果一致。此文结果中在600，1 400， 1 800 N载荷下，单纯前柱固定组得骨折端水平位移、纵向位移均小于单纯后柱固定组(P < 0.05)，轴向刚度大于单纯后柱固定组(P < 0.05)，表明采用单纯髂骨前柱锁定加压重建钢板内固定的生物力学稳定性高于单纯髂骨后柱锁定加压重建钢板内固定，与黄晓波等^[26]的研究结果一致。但是对比髂骨前柱锁定加压重建钢板内固定联合髂骨后柱拉力螺钉内固定及髂骨后柱锁定加压重建钢板内固定联合髂骨前柱拉力螺钉内固定，此次研究未发现生物力学差异。但是在临床治疗中，还是应该根据骨折类型及手术切口选择适当的联合内固定方式。尽管联合固定的力学稳定性较高，但是在实验中仍发现拉力螺钉存在损伤周围血管、神经的风险，在对其进行内固定操作时要格外仔细。

目前关于髋臼骨折内固定的生物力学研究仍然存在许多问题^[35-36]：①首先实验条件和负荷参量不一致，如对于每种类型骨折，实验者设计的模型不同；②实验时采用的受力状态不同，从单腿站立状态到各种特殊的受力形式；③受力负荷不同，从150-2 000 N不等；④测量标准不同，有测量压力-形变的，有测量强度、疲劳的；⑤标本不统一，有尸体骨及不同种类的模型骨，在内固定把持方面存在差异，实验结果的临床意义亦存在疑问。综上所述，髋臼骨折内固定的生物力学研究还有很多问题需要进一步完善，而且目前得到的结果也只是作为临床治疗的参考与指导，而不能凌驾于临床之上。当然此次研究还存在一些不足与需要改进的地方：①由于标本数量的限制，采用骨盆标本为半骨盆，数量较少；②研究的标本采用的是单足站立加载模式，虽然可满足此次研究所设置载荷，但与传统的旋转夹固定相比，标本制作过程较繁琐；③实验载荷最高设置在了1 800 N，还需要再增加载荷量；④体内骨盆结构复杂，而体外实验尚不能完全展示体内结构。

结论：在体外髋臼骨折模型中，采用锁定加压重建钢板联合拉力螺钉内固定的生物力学稳定性强于单纯锁定加压重建钢板内固定，并且行髂骨前柱锁定加压重建钢板内固定的生物力学稳定性强于髂骨后柱内固定。但是此结论仅限于该实验，还需要更多的实验进行更深入的研究。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

锁定加压重建钢板不同途径内固定置入治疗髋臼横行骨折的生物力学比较

Comparison of the biomechanical characteristics of the locking reconstruction plate through different placement methods for transverse fracture of the acetabulum

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