恥骨聯合分離為主要表現的TileB1型骨盆損傷兩種內固定的力學穩定性研究

葛建華，張德綢，陳 歌，魯曉波，項 舟

（1西南醫科大學：附屬醫院骨與關節外科；2附屬中醫醫院心腦內科，四川瀘州 646000，3四川大學華西醫院骨科）

恥骨聯合分離系高能量損傷，占骨盆骨折24%。骨盆的前后擠壓暴力作用于骨盆恥骨聯合和骶髂關節，外旋暴力使一側或雙側髂骨承受旋轉應力，該應力超過機體組織的抗衡能力，引起相應的應力部位損傷，出現恥骨聯合“開書樣”分離，應力繼續作用，可引起骶髂前韌帶損傷斷裂，甚至骶棘韌帶斷裂、骶髂關節脫位、骶骨外側的縱裂骨折，即以恥骨聯合分離為主要損傷表現的Tile B1骨盆型損傷機制。然而，恥骨聯合分離可以吸收或緩沖前后擠壓或外旋的大部分能量和作用力，從一定程度上減低骨盆前環恥骨支及坐骨支骨折幾率或減輕其骨折后的移位程度，所以諸多Tile B1型骨盆損傷，骨折移位并不嚴重，而恥骨聯合分離成主要損傷表現，導致骨盆前環在冠狀面存在旋轉不穩定[1]。當恥骨聯合分離＞2.5 cm、恥骨聯合分離＞1 cm伴骨盆環的不穩定或旋轉不穩定伴下肢不等長＞1.5 cm、無法接受的骨盆旋轉畸形等需要手術處理[2-4]，鋼板與空心螺釘仍是該類骨盆損傷目前治療主要方法。本實驗通過骨盆標本生物力學測試，探討恥骨聯合分離兩種固定方式的穩定性，希望給臨床工作者提供科學數據，協助進一步認識該類骨盆損傷和優化的治療方案，同時為制定骨盆損傷處理指南提供依據。

1 實驗材料及方法

1.1 實驗儀器

萬能生物材料試驗機（日本島津公司AG-ISM20kN型），高清位移攝像裝置（深圳京航科技有限公司JHSM1400F）及配套數據分析軟件（四川大學力學測試中心），CCD三維光學平臺系統（運動平臺7STA02100A，平臺控制器7SC304，精密手動微調平臺MBZ-A），雙能X射線骨密度測量儀（美國通用公司，DPX-NT，SFDA），內固定材料及實驗配套器械（3.5 mm重建接骨板與配套螺釘、7.3 mm空心加壓螺釘，強生上海醫療器械有限公司），C形臂X射線機（德國Ziehm solo，分辨率1 k×1 k ×12 bit），義齒基托樹脂(Ⅱ型，上海新世紀齒科材料有限公司)等。

1.2 骨盆標本及制備

成人防腐尸體骨盆8具（男6具，女2具），由西南醫科大學解剖教研室提供，年齡35～62歲，平均50.2歲。標本自腰4～5平面至雙側股骨近端橫斷，剔除與本實驗無關的組織，保留雙側骶髂關節及附屬結構、雙側髖關節及附屬結構、恥骨聯合及附屬結構、雙側骶棘韌帶和雙側骶結節韌帶。福爾馬林液浸泡，儲存備用。

1.3 標本固定及夾具準備

依次編號，腰4、5椎體及雙側股骨用義齒基托樹脂包埋，凝固成形；自制澆灌模具，約15°角度底座（見圖1）。單足站立剪切負荷加載固定材料（模擬外展肌群抗衡骨盆傾斜）：標本髂骨緣，選5孔重建鋼板預彎塑形后鉆孔，數根直徑1.2 mm鋼絲，穿引后鏈接固定可調節螺栓（見圖2）。

圖1 制備的骨盆標本

圖2 力學試驗裝備圖解

1.4 生物力學測試

對照組：骨盆恥骨聯合相對緣放置標記球，保持雙側髂前上棘與恥骨聯合處于同一冠狀平面，固定生物材料試驗機上，安裝調節測試裝置（見圖3），預加載消除蠕變，勻速載負荷記錄雙足靜止站立恥骨聯合相對位移圖像及數據，卸載標本。骨盆標本一側包埋的股骨放于自制15°角度底座上，鋼絲螺栓鏈接模擬外展肌群抗衡骨盆傾斜，保持兩側髂嵴連線平行于地面，兩側髂前上棘與恥骨聯合平面垂直地面，股骨冠狀面相對骨盆內收15°，矢狀面內旋5-10°[5]（見圖4），勻速載負荷記錄單足靜止站立恥骨聯合相對位移圖像及數據后，卸載標本。

圖3 對照組標本3雙足站立力學測試

圖4 對照組標本3單足站立力學測試

Tile B1型損傷模型建立：鋸斷恥骨聯合4條韌帶及纖維軟骨環等，手術刀切斷并剝開雙側骶髂關節前韌帶，旋轉分離外力致恥骨聯合分離≥2.5 cm。

空心螺釘組：復位鉗協助復位骨盆恥骨聯合，標記進釘點為恥骨結節與恥骨上支移行處，出釘點為恥骨結節外緣前下方，導針自外上向內下傾斜約10°，自頭側向尾端傾斜5°[3]（見圖5）。2.5 mm克氏針低速鉆入，測量長度，鉆孔，沿導針擰入直徑7.3 mm長度55 mm空心螺釘。固定完畢，同前載負荷記錄雙足靜止站立及單足靜止站立恥骨聯合相對位移圖像及數據（見圖6），卸載標本，取出內固定。

圖5 標本1空心螺釘操作透視

圖6 標本1空心螺釘固定

鋼板組：復位鉗協助復位骨盆恥骨聯合，4孔重建鋼板置恥骨聯合上方，2.8 mm鉆頭在鋼板一端外側孔與恥骨下支方向一致鉆孔、測深，擰入3.5 mm皮質骨螺釘，同法在鋼板另一端擰入第二枚皮質骨螺釘，內側兩螺釘冠狀面上與恥骨聯合垂直線5°～10°外側成角（見圖7），螺釘長度28 mm、32 mm。固定完畢，同前載負荷記錄雙足靜止站立及單足靜止站立恥骨聯合相對位移圖像及數據（見圖8），卸載標本，取出內固定。

依次完成其余骨盆標本生物力學測試，實驗過程中保持骨盆標本濕潤。骨盆標本加載完畢，檢查骨盆環有無破損或骨折。

圖7 標本2鋼板固定操作透視

圖8 標本2鋼板固定

1.5 生物力學測試恥骨聯合的相對位移換算

生物力學測試為一組互相垂直的攝像頭分別采集位移圖像，再經坐標換算得到目標的三維位移情況，通過計算機處理軟件換算得出恥骨聯合上下/垂直方向位移數據、左右/水平方向位移數據、前后方向位移數據（四川大學力學測試中心協助完成）。

1.6 統計學方法

采取SPSS 22.0統計軟件包對數據進行分析，計量資料用x±s表示。所得數據先行正態分布和方差齊性檢驗，條件滿足后進行重復測量的方差分析，并用Bonferroni校正檢驗進行兩兩比較，P＜0.05為有統計學意義。

2 結 果

2.1 一般情況

肉眼觀察標本形態、軟組織及骨性結構無異常。X射透視：無骨折，結核、腫瘤等病變。

三組生物力學依次測試完畢，骨盆標本或骨盆內固定模型未發現骨折、韌帶及內固定物松動、斷裂，未見明顯解剖結構、形態異常等。

2.2 骨密度測定情況

雙能X射線骨密度測量儀取髖部周圍骨密度作為標準測量點，8具骨盆標本髖關節周圍BMD為（0.4256±0.0561）g/cm，同性骨峰值/T值為-4.3±0.6761。

2.3 三組雙足靜止站立生物力學數據結果

2.3.1 三組雙足靜止站立位載負荷恥骨聯合水平方向位移

重復測量方差分析結果顯示：各組間水平方向位移差異具有統計學意義（F=155.574，P＜0.05），不同載負荷間水平位移差異具有統計學意義（F=82.597，P＜0.05），且載負荷與組別間存在交互效應（F=49.595，P＜0.05）。對水平方向位移結果在各載負荷不同組別之間比較，結果顯示：不同載負荷下，鋼板組和空心釘組水平方向位移明顯高于對照組（P＜0.05），鋼板組水平方向位移明顯高于空心釘組（P＜0.05）。對水平方向位移結果進行各組內不同負荷點之間比較，結果顯示：鋼板600 N點水平位移值高于其他載負荷點（P＜0.05）（見表1）。

表1 三組雙足靜止站立位載負荷恥骨聯合水平方向位移（n=8，單位：mm）

2.3.2 三組雙足靜止站立位載負荷恥骨聯合前后方向位移

重復測量方差分析結果顯示：各組間前后方向位移差異具有統計學意義（F=84.887，P＜0.05），不同載負荷間前后位移比較差異具有統計學意義（F=17.780，P＜0.05），且載負荷與組別間存在交互效應（F=12.151，P＜0.05）。對前后方向位移結果在各載負荷不同組別之間比較，結果顯示：不同載負荷下，鋼板組和空心釘組前后方向位移明顯高于對照組（P＜0.05），鋼板組前后方向位移明顯高于空心釘組（P＜0.05）。對前后方向位移結果進行各組內不同負荷點之間比較，結果顯示：鋼板600 N點前后位移值高于其他載負荷點（P＜0.05）（見表2）。

表2 三組雙足靜止站立位載負荷恥骨聯合前后方向位移（n=8，單位：mm）

2.3.3 三組雙足靜止站立載負荷恥骨聯合上下方向的位移

重復測量方差分析結果顯示：各組間上下方向位移差異具有統計學意義（F=157.187，P＜0.05），不同載負荷間上下位移比較差異具有統計學意義（F=48.819，P＜0.05），且載負荷與組別間存在交互效應（F=15.482，P＜0.05）。對上下方向位移結果在各載負荷不同組別之間比較，結果顯示：不同載負荷下，鋼板組和空心釘組上下方向位移明顯高于對照組（P＜0.05），鋼板組上下方向位移明顯高于空心釘組（P＜0.05）。對上下方向位移結果進行各組內不同負荷點之間比較，結果顯示：鋼板400 N點上下位移值高于其他載負荷點（P＜0.05）（見表3）。

表3 三組雙足靜止站立載負荷恥骨聯合上下方向的位移（n=8，單位：mm）

2.4 三組單足靜止站立生物力學數據結果

2.4.1 三組單足靜止站立載負荷恥骨聯合水平方向的位移

重復測量方差分析結果顯示：各組間水平方向位移差異具有統計學意義（F=301.276，P＜0.05），不同載負荷間水平位移比較差異具有統計學意義（F=38.058，P＜0.05），且載負荷與組別間存在交互效應（F=26.883，P＜0.05）。對水平方向位移結果在各載負荷不同組別之間比較，結果顯示：不同載負荷下，鋼板組和空心釘組水平方向位移明顯高于對照組（P＜0.05），鋼板組水平方向位移明顯高于空心釘組（P＜0.05）。對水平方向位移結果進行各組內不同負荷點之間比較，結果顯示：鋼板400N點水平位移值高于其他載負荷點（P＜0.05）（見表4）。

表4 三組單足靜止站立位載負荷恥骨聯合水平方向位移（n=8，單位：mm）

2.4.2 三組單足靜止站立載負荷恥骨聯合前后方向的位移

重復測量方差分析結果顯示：各組間前后方向位移差異具有統計學意義（F=169.183，P＜0.05），不同載負荷間前后位移比較差異具有統計學意義（F=61.829，P＜0.05），且載負荷與組別間存在交互效應（F=18.995，P＜0.05）。對前后方向位移結果在各載負荷不同組別之間比較，結果顯示：不同載負荷下，鋼板組和空心釘組前后方向位移明顯高于對照組（P＜0.05），鋼板組前后方向位移明顯高于空心釘組（P＜0.05）。對前后方向位移結果進行各組內不同負荷點之間比較，結果顯示：鋼板400 N點前后位移值高于其他載負荷點（P＜0.05）（見表5）。

表5 三組單足靜止站立載負荷恥骨聯合前后方向的位移（n=8，單位：mm）

2.4.3 三組單足靜止站立載負荷恥骨聯合上下方向的位移

重復測量方差分析結果顯示：各組間上下方向位移差異具有統計學意義（F=52.439，P＜0.05），不同載負荷間上下位移比較差異具有統計學意義（F=14.477，P＜0.05），且載負荷與組別間存在交互效應（F=10.536，P＜0.05）。對上下方向位移結果在各載負荷不同組別之間比較，結果顯示：不同載負荷下，鋼板組和空心釘組上下方向位移明顯高于對照組（P＜0.05），空心釘組上下方向位移明顯高于鋼板組（P＜0.05）。對上下方向位移結果進行各組內不同負荷點之間比較，結果顯示：空心螺釘400 N點上下位移值高于其他載負荷點（P＜0.05）（見表6）。

表6 三組單足靜止站立載負荷恥骨聯合前后方向的位移（n=8，單位：mm）

3 討 論

3.1 實驗設計初衷

恥骨聯合分離為主要表現的Tile B1型損傷內固定以鋼板系統及空心螺釘系統為主，已廣為醫務工作者接受[6-7]，當前針對其生物力學研究報道多選擇單一方式載負荷位移測量，研究方法、研究內容及研究形式等相對單一，缺少進一步深入研究。

雙足靜止站立人體上半身重力通過后方骶股弓及前方副弓傳導，骨盆恥骨聯合受到一定的張應力，而人體在平地常速步態行走時，雙足負重相僅占一個步態周期的27%，且由于動態行走，軀體擺動，該期恥骨聯合承受動態的張應力及剪切應力[8]，單純雙足靜止站立實驗指標不足以充分證實恥骨聯合分離固定物所提供的生物力學穩定性，所以需要能代表人體在平地常速步態行走時恥骨聯合所承受應力的測試指標，單足靜止站立位，負重側半骨盆相對不動，對側半骨盆因重力有向下位移趨勢，恥骨聯合承受較大的剪切應力和壓應力，在沒有更好的可行的測試指標前，聯合單足靜態站立位恥骨聯合的應力測試不失為理想的指標。

骨盆環結構對骨盆環的穩定性影響極其復雜，雙足靜態站立位，后環結構對骨盆環的穩定性占60%，前環結構占40%，但動態位，前方結構對骨盆環穩定性影響更大[2]。研究發現，骨盆前環的穩定性影響并決定后環的載負荷及位移程度[9-11]。單前環分離，僅需前環固定，尤其TileB1型損傷，且內固定比外固定具有更加穩定和堅強的固定效果[12]。

針對載負荷大小，查閱相關文獻及預實驗：甲醛浸泡的尸體標本雙足靜止站立狀態下，骨盆標本彈性形變上限（即屈服點）男性2 860N，女性2 473N[13]；有學者認為骨盆標本載負荷進行有價值的反復多次力學測試，建議雙足站立位按人體重70 kg，上軀干占體重76.9%，即528N作為參考[14]；另Sch?ffler等測試單足站立載負荷選擇250 N（最大332 N）[15]。參考以上文獻結合本組預實驗結果，選擇雙足靜止站立和單足靜止站立最大載負荷分別是600 N和400 N，模擬人體生理狀態下不同內固定物等效性測定。

空心螺釘固定恥骨聯合分離出入點標記，廣為臨床醫師認可，該部位骨質較多、寬且厚，空心螺釘把持力大，手術操作安全，成人空心螺釘選擇直徑6.5 mm或7.3 mm[16-18]。鋼板固定該類損傷，當前仍推廣單塊4孔至6孔普通鋼板放置恥骨聯合上方[12,17,19-20]，鋼板螺釘應該與恥骨下支方向一致，使鋼板螺釘在恥骨下支骨質中把持力最有效和最大化。

3.2 生物力學實驗數據分析及指導意義

兩種體位下骨盆標本隨載負荷的增加，恥骨聯合間隙隨之增寬，即載負荷與恥骨聯合的分離位移呈正相關。

兩種體位，空心螺釘固定在恥骨聯合水平及前后方向的穩定性明顯優于鋼板固定（P＜0.05），但均不能達到對照組的穩定性。恥骨聯合主要由前、后、上、下韌帶等結構穩定，切斷這些韌帶后固定的空心螺釘位于該結構中心位置，從結構力學角度來看，中心位固定既穩定防旋又最大程度減少應力遮擋，對于恥骨聯合的力學平衡達到優化，另外該7.3 mm空心螺釘螺紋深度1.25 mm具有較強拉力效應，控制骨盆恥骨聯合分離，對抗恥骨聯合分離外旋張應力。

雙足靜止站立體位，恥骨聯合主要承受張應力，而在單足靜止站立體位，恥骨聯合則承受較大的剪切應力，本實驗對照組單足靜止站立體位恥骨聯合上下方向位移約是雙足站立體位的4～10倍。雙足靜止站立和單足靜止站立體位，空心螺釘固定恥骨聯合對抗上下方向剪切力應力明顯低于鋼板組。重建鋼板放置恥骨聯合上方，近似張力側，對抗恥骨聯合上下剪切應力主要依賴皮質骨螺釘與骨把持力所決定的鋼板與骨界面摩擦力；空心螺釘固定在恥骨聯合冠狀面及矢狀面均有約5°和10°成角，使其拉力效應因垂直方向剪切應力使其優勢減弱。

3.3 本研究不足

骨盆標本的生物力學測試，國內外80%以上均選用防腐標本，但防腐處理的標本與新鮮骨盆標本在生物力學性能上有差異，福爾馬林液浸泡的尸體骨標本，會使骨的鈣、磷等丟失，骨密度下降，同時骨的彈性模量增加[21]。理論上對實驗操作及實驗數據結果有影響。實驗標本樣本量偏小，骨盆標本反復多次力學測試，理論上對實驗結果有一定的影響。

4 結 論

本實驗生物力學測試對抗恥骨聯合水平、前后方向的張應力空心螺釘比鋼板提供更強力學穩定性；在對抗上下方向剪切應力重建鋼板較空心螺釘提供更堅強的穩定性；兩種內固定的穩定性仍無法達到完整骨盆的恥骨聯合穩定性。

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