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關于骨盆骨折生物力學的研究論文
關鍵詞：骨盆； 骨折固定術； 生物力學；
骨盆骨折是人體常見的骨折之一， 近年來隨著交通事故增多其發生概率有增多的趨勢， 且骨盆骨折易合并嚴重的并發癥， 如盆內臟器、血管、神經等重要結構的損傷及脂肪栓塞等。對于骨盆骨折的治療， 隨著醫療水平和設備的進步發展已有許多不同的固定和手術方式。骨盆是由一塊骶骨和兩塊髖骨組成的環形結構。其中髖骨由髂骨、坐骨和恥骨三塊骨在Y形軟骨處交匯融合而成。單獨的骶骨或髖骨沒有內在的穩定性， 但是人體的骨盆卻可以承受巨大的外力， 這主要是由于骨盆周圍的韌帶、肌肉等軟組織給骨盆提供了足夠的穩定性；骨盆中的骨性結構體現了骨盆的結構性；穩定性和結構性是骨盆生物力學最基本特性。現就骨盆穩定性的解剖學和生物力學概念以及骨盆骨折內固定方式生物力學的相關研究進行綜述， 旨在為骨盆骨折的診治提供新的思路。
1、骨盆解剖及穩定性
正常的骨盆是一由前方的恥骨聯合、兩側恥骨、坐骨和髂骨以及后方的骶尾骨組成的環形結構。維持骨盆環穩定的結構包括前方的恥骨聯合和后方骶髂關節周圍韌帶， 骨盆環由骶棘韌帶、骶結節韌帶和盆底的肌肉、筋膜結構加強穩定性。骨盆通過站立位的骶股弓和坐位的骶坐弓及其各自的副弓承載著來自上方脊柱和軀干的力量， 進而保持身體的平衡。由于人體大部分的重力經過髂骨和骶髂關節傳導到下肢， 所以主要的穩定性結構是骨盆后環， Franz等[1]經過研究發現盡管后側韌帶結構對于維持骨盆穩定性更加重要， 但前環也發揮著至關重要的作用。人體處于站立位時骨盆前環結構可以提供40%的穩定性[2].恥骨聯合通過纖維軟骨和纖維組織連接在一起， 在其上方有致密的韌帶、纖維軟骨交織， 下方有獨立弓狀韌帶， 這些骨性結構和韌帶共同維持了骨盆前環的穩定性。而后環的穩定性主要依靠骶髂關節及后環強大的韌帶復合體維持， 許多學者認為其中最強大的韌帶是骨間韌帶， 骨盆后方韌帶復合體將骨骼連接起以抵抗外力， 橫行的韌帶、骶髂后短韌帶、骶髂前韌帶、髂腰韌帶和骶棘韌帶等共同對抗橫向扭轉力， 而垂直走行的韌帶抵抗軸向的剪切力， 這些后方韌帶及后環骨性結構一起維持骨盆后環的穩定性。
在骨盆骨折患者的治療過程中及時盡早地判斷骨盆環的穩定性是非常重要的， 完全不穩性骨盆損傷多伴有盆腔內部臟器的損傷。骨盆骨折根本的治療目標是預防畸形愈合與不穩定發生， 穩定與部分不穩定性骨折患者， 在治療過程中只需要避免負重和預防畸形產生即可， 完全不穩定骨盆損傷則需要對骨盆前后環同時固定以恢復骨盆穩定性， 最終實現沒有畸形的愈合。
2、骨盆骨折損傷外力的類型
對于骨盆骨折， 常見的分類方法有： （1） 依據骨折的部位分型， 如骶尾骨骨折、髂骨骨折、恥骨骨折等； （2） 依據骨盆穩定性的Tile分型， 穩定且后環完整的為A型， 旋轉不穩定但垂直穩定的為B型 （B型又分為B1開書樣損傷、B2側方壓縮、B3對側側方壓縮） , 旋轉和垂直均不穩定的為C型 （C型又分為C1單側損傷、C2對側損傷、C3雙側損傷[3]） ; （3） 依據損傷外力的Young和Burgess分型， 側方擠壓損傷 （LC骨折） 、前后擠壓損傷 （APC骨折） 、垂直剪力損傷 （VS骨折） 和混合暴力損傷 （CM骨折） [4].
在臨床中骨盆骨折真正的受傷機制往往很復雜， 大多是由混合暴力造成的損傷。骨折外力分型有助于分析損傷的機制。APC骨折最常見的受傷機制是髂骨前部遭受直接暴力， 還有常見的機制是股骨外旋；這些暴力均可能造成部分或完全不穩定性骨盆骨折， 這取決于骶髂后韌帶是否撕裂。而LC骨折受傷機制主要是外力作用于髂骨和大轉子所致， 此類損傷常伴有髖臼橫行骨折， 若僅為單純的側方壓力， 后側韌帶結構會保持完整， 但即便后側韌帶保持完整， 顯著的側方擠壓也會導致半側骨盆出現向內、上旋轉， 出現雙下肢不等長現象， LC骨折造成的損傷作用強弱主要取決于骨骼和韌帶結構的相對強度。VS骨折一般會導致骨折端顯著移位同時伴有軟組織的廣泛撕脫傷， 嚴重的垂直剪切力可以造成開放性骨盆損傷。以上的損傷機制在臨床中多是共存的， 臨床中所見的骨折多是由多種損傷機制共同構成的CM骨折。
3、骨盆內固定的生物力學
穩定的骨盆骨折如果無明顯移位， 采取適當非手術治療， 不需進行手術固定便可恢復正常。部分不穩定的骨盆骨折會出現明顯的旋轉不穩定性， 但后方韌帶復合體損傷不大， 足以維持后環的穩定而不至于發生垂直不穩定， 此時通過手術固定前環更具治療意義， 在同時固定前后環的基礎上對此類骨盆損傷治療效果更好。垂直不穩定性的骨盆損傷導致前后環均不穩定， 需要復雜的固定以維持穩定， 前環損傷可通過內固定和外固定實現， 后環損傷則需要通過內固定實現。總之， 骨盆的環形結構是骨盆生物力學特征最主要的影響因素[5-6], 重建恢復骨盆環的完整性是骨盆骨折治療的重要原則。
3.1 骨盆前環固定生物力學
3.1.1 前方外固定
前方外固定手術常用于骨盆骨折患者血流動力學不穩定的緊急臨時固定、旋轉不穩定損傷的終極固定、完全不穩定骨盆骨折的后環已行內固定又需加強前環穩定性的情況。
Kim等[7]制備了Tile B模型， 選擇AO外固定支架與Orthofix進行生物力學試驗， 分別在髂嵴和髖臼上置釘， 得出結論為2種外固定架穩定性差異無統計學意義。夏羿凡等[8]通過3種不同外固定支架置釘方法對232例骨盆骨折患者術后并發癥發生率進行比較， 認為髂嵴固定作為急救的臨時處理時較為合適， 髖臼上固定可能更適合于將外固定支架作為最終治療的患者。Ponson等[9]對12種外固定架進行了生物力學試驗， 研究證實單純的外固定支架對于Tile C型骨折的穩定效果很小， 不能為骨盆提供足夠的穩定性。目前已有的生物力學研究證實外固定支架能夠維持骨盆環的穩定， 但對于旋轉不穩定的骶髂關節損傷， 外固定尚不能提供足夠的負重強度。
Mcbroom等[10]制備了不穩定性前后擠壓損傷的骨盆標本， 發現外固定支架能夠為骨盆提供穩定性， 但穩定性小于2塊接骨板的固定效果， 他們還測試了垂直剪切損傷， 認為外固定只能為后環提供有限的穩定性， 即使是外固定架再加上2塊恥骨聯合接骨板， 所能恢復的后環穩定性也十分有限。這強調了骨盆環結構完整性的重要性， 也促使許多學者們向驗證內固定穩定性優于外固定的方向進行相關的研究[11-12].
3.1.2 骨盆前環內固定
有研究表明對于開書樣和垂直不穩定型損傷， 恥骨聯合內固定比外固定能夠帶來更好的固定效果， 恥骨聯合內固定目前有多種方法。分別在恥骨聯合上方和前方進行雙接骨板固定比單接骨板固定能夠實現更好的穩定性， 且恥骨聯合鎖定接骨板固定并不比雙接骨板固定效果好[13].治療恥骨聯合分離的其他方法有鋼絲環扎法、外固定架等， 這些方法也能取得與雙接骨板固定相當的效果[14].內外固定治療均可用于治療前環損傷， 對于恥骨聯合分離， 接骨板內固定比外固定具有更好的生物力學剛度和強度， 但當恥骨支骨折遠離恥骨聯合時內固定優勢則不明顯。
3.2 骨盆后環內固定的生物力學
李升等[15]研發了一種新型可調式微創接骨板， 進行生物力學試驗發現其對骨盆后環固定效果明顯優于傳統的接骨板， 但比2枚骶髂螺釘固定效果稍弱。而Comstock等[16]用6具尸體制備不穩定的骨盆后環骨折模型， 分別應用骶髂螺釘、骶骨棒、前路接骨板、骶骨棒+骶髂螺釘4種內固定方式固定骨折， 通過生物力學及統計學分析得出僅單純的前路接骨板固定并不能為后環提供足夠穩定性的結論， 骶骨棒+骶髂螺釘固定則可以提供正常骨盆90%的穩定性， 進一步證明骨盆的穩定性主要由骨盆后環所決定。李斯銘等[17]也認為釘棒系統能夠對Tile B2型骨盆骨折進行有效固定， 且3枚螺釘于患側固定效果最好。
3.2.1 不穩定髂骨骨折
不穩定型髂骨骨折是骨盆后環骨折切開復位內固定的最佳適應證。近期有研究表明， 在3D打印導板的輔助下使用拉力螺釘固定不穩定髂骨骨折， 定位比較準確的同時可以得到足夠的穩定性[2,18].如果對骨盆緣和髂嵴再進行固定則能獲得更好的穩定。
3.2.2 新月形骨折
骶髂關節脫位伴上方髂嵴后緣的骨折， 骨折塊形似新月， 故被稱為新月形骨折。對于這種骨折， 手術采取前側或后側入路均可以很容易地顯露后側髂骨， 手術治療的關鍵在于維持后方骨塊的穩定[19], 根據術中情況可選取合適的鋼板和螺釘進行固定， 但當骨折線靠近骶髂螺釘的置釘部位時螺釘固定效果會比較差， 故常需聯合接骨板和螺釘進行固定。
3.2.3 骶髂關節脫位
廖文勝等[20]研究證實將H形接骨板和傳統的雙接骨板固定分別應用于骶髂關節分離的固定時， 前者抗旋轉和垂直位移的能力更強， 具有更好的力學穩定性。單純的骶髂關節韌帶撕脫對前后環均需固定， 目的是解剖復位并穩定固定骨折脫位。后方固定方法包括骶髂螺釘、骶髂關節前方接骨板、骶骨棒、跨髂骨接骨板。Zheng等[21]應用骶髂關節螺釘治療骶髂關節后脫位取得了較好的治療效果。Kraemer等[22]制備了骶髂關節脫位、恥骨聯合分離模型， 對12種內固定和外固定進行組合測試， 其中后環采取的固定方法有骶髂螺釘、骶髂關節雙接骨板和骶骨棒， 前環固定方法有骨盆前環外固定架、恥骨聯合上方接骨板、前下方接骨板和恥骨聯合雙接骨板， 發現恥骨聯合雙接骨板固定與任一后環固定方法進行組合均可獲得最佳剛度。說明前環在骨盆穩定性中的重要性。
3.2.4 骶骨骨折
臨床最常見的骶骨骨折常斜行穿過骶孔區， 骨折常會壓迫神經， 故對骨折端進行加壓固定并不是理想的治療方法。骶骨骨折有多種治療方法， 使用接骨板、骶骨棒、骶髂螺釘或切開直接復位內固定均可以達到較好的固定效果。但這些固定方式對于不穩定的骶骨骨折， 存在固定強度不足、骨折垂直穩定性較差等問題， 而利用腰椎-骨盆固定技術可以減少這些問題的出現[23-24].Hu等[25]采用腰椎-骨盆固定技術聯合骶髂螺釘三角固定治療不穩定型骶骨骨折， 發現該固定方法能相對減少局部軟組織的剝離， 取得了較為滿意的治療效果。就目前國內外相關文獻分析， 應用后路腰椎-骨盆相關的內固定方法治療不穩定型骶骨骨折固定效果較好， 是當前研究的熱點[25-26].
總之， 對于骨盆骨折， 內固定強度要高于外固定， 治療時注意骨盆完整性的重建， 前后環的固定不可偏廢。今后骨盆骨折的研究方向有可能集中于骨盆骨折微創復位、微創固定和術中監控定位等新技術的研究上。
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