关于骨盆骨折生物力学的研究论文
关键词：骨盆； 骨折固定术； 生物力学；
骨盆骨折是人体常见的骨折之一， 近年来随着交通事故增多其发生概率有增多的趋势， 且骨盆骨折易合并严重的并发症， 如盆内脏器、血管、神经等重要结构的损伤及脂肪栓塞等。对于骨盆骨折的治疗， 随着医疗水平和设备的进步发展已有许多不同的固定和手术方式。骨盆是由一块骶骨和两块髋骨组成的环形结构。其中髋骨由髂骨、坐骨和耻骨三块骨在Y形软骨处交汇融合而成。单独的骶骨或髋骨没有内在的稳定性， 但是人体的骨盆却可以承受巨大的外力， 这主要是由于骨盆周围的韧带、肌肉等软组织给骨盆提供了足够的稳定性；骨盆中的骨性结构体现了骨盆的结构性；稳定性和结构性是骨盆生物力学最基本特性。现就骨盆稳定性的解剖学和生物力学概念以及骨盆骨折内固定方式生物力学的相关研究进行综述， 旨在为骨盆骨折的诊治提供新的思路。
1、骨盆解剖及稳定性
正常的骨盆是一由前方的耻骨联合、两侧耻骨、坐骨和髂骨以及后方的骶尾骨组成的环形结构。维持骨盆环稳定的结构包括前方的耻骨联合和后方骶髂关节周围韧带， 骨盆环由骶棘韧带、骶结节韧带和盆底的肌肉、筋膜结构加强稳定性。骨盆通过站立位的骶股弓和坐位的骶坐弓及其各自的副弓承载着来自上方脊柱和躯干的力量， 进而保持身体的平衡。由于人体大部分的重力经过髂骨和骶髂关节传导到下肢， 所以主要的稳定性结构是骨盆后环， Franz等[1]经过研究发现尽管后侧韧带结构对于维持骨盆稳定性更加重要， 但前环也发挥着至关重要的作用。人体处于站立位时骨盆前环结构可以提供40%的稳定性[2].耻骨联合通过纤维软骨和纤维组织连接在一起， 在其上方有致密的韧带、纤维软骨交织， 下方有独立弓状韧带， 这些骨性结构和韧带共同维持了骨盆前环的稳定性。而后环的稳定性主要依靠骶髂关节及后环强大的韧带复合体维持， 许多学者认为其中最强大的韧带是骨间韧带， 骨盆后方韧带复合体将骨骼连接起以抵抗外力， 横行的韧带、骶髂后短韧带、骶髂前韧带、髂腰韧带和骶棘韧带等共同对抗横向扭转力， 而垂直走行的韧带抵抗轴向的剪切力， 这些后方韧带及后环骨性结构一起维持骨盆后环的稳定性。
在骨盆骨折患者的治疗过程中及时尽早地判断骨盆环的稳定性是非常重要的， 完全不稳性骨盆损伤多伴有盆腔内部脏器的损伤。骨盆骨折根本的治疗目标是预防畸形愈合与不稳定发生， 稳定与部分不稳定性骨折患者， 在治疗过程中只需要避免负重和预防畸形产生即可， 完全不稳定骨盆损伤则需要对骨盆前后环同时固定以恢复骨盆稳定性， 最终实现没有畸形的愈合。
2、骨盆骨折损伤外力的类型
对于骨盆骨折， 常见的分类方法有： （1） 依据骨折的部位分型， 如骶尾骨骨折、髂骨骨折、耻骨骨折等； （2） 依据骨盆稳定性的Tile分型， 稳定且后环完整的为A型， 旋转不稳定但垂直稳定的为B型 （B型又分为B1开书样损伤、B2侧方压缩、B3对侧侧方压缩） , 旋转和垂直均不稳定的为C型 （C型又分为C1单侧损伤、C2对侧损伤、C3双侧损伤[3]） ; （3） 依据损伤外力的Young和Burgess分型， 侧方挤压损伤 （LC骨折） 、前后挤压损伤 （APC骨折） 、垂直剪力损伤 （VS骨折） 和混合暴力损伤 （CM骨折） [4].
在临床中骨盆骨折真正的受伤机制往往很复杂， 大多是由混合暴力造成的`损伤。骨折外力分型有助于分析损伤的机制。APC骨折最常见的受伤机制是髂骨前部遭受直接暴力， 还有常见的机制是股骨外旋；这些暴力均可能造成部分或完全不稳定性骨盆骨折， 这取决于骶髂后韧带是否撕裂。而LC骨折受伤机制主要是外力作用于髂骨和大转子所致， 此类损伤常伴有髋臼横行骨折， 若仅为单纯的侧方压力， 后侧韧带结构会保持完整， 但即便后侧韧带保持完整， 显着的侧方挤压也会导致半侧骨盆出现向内、上旋转， 出现双下肢不等长现象， LC骨折造成的损伤作用强弱主要取决于骨骼和韧带结构的相对强度。VS骨折一般会导致骨折端显着移位同时伴有软组织的广泛撕脱伤， 严重的垂直剪切力可以造成开放性骨盆损伤。以上的损伤机制在临床中多是共存的， 临床中所见的骨折多是由多种损伤机制共同构成的CM骨折。
3、骨盆内固定的生物力学
稳定的骨盆骨折如果无明显移位， 采取适当非手术治疗， 不需进行手术固定便可恢复正常。部分不稳定的骨盆骨折会出现明显的旋转不稳定性， 但后方韧带复合体损伤不大， 足以维持后环的稳定而不至于发生垂直不稳定， 此时通过手术固定前环更具治疗意义， 在同时固定前后环的基础上对此类骨盆损伤治疗效果更好。垂直不稳定性的骨盆损伤导致前后环均不稳定， 需要复杂的固定以维持稳定， 前环损伤可通过内固定和外固定实现， 后环损伤则需要通过内固定实现。总之， 骨盆的环形结构是骨盆生物力学特征最主要的影响因素[5-6], 重建恢复骨盆环的完整性是骨盆骨折治疗的重要原则。
3.1 骨盆前环固定生物力学
3.1.1 前方外固定
前方外固定手术常用于骨盆骨折患者血流动力学不稳定的紧急临时固定、旋转不稳定损伤的终极固定、完全不稳定骨盆骨折的后环已行内固定又需加强前环稳定性的情况。
Kim等[7]制备了Tile B模型， 选择AO外固定支架与Orthofix进行生物力学试验， 分别在髂嵴和髋臼上置钉， 得出结论为2种外固定架稳定性差异无统计学意义。夏羿凡等[8]通过3种不同外固定支架置钉方法对232例骨盆骨折患者术后并发症发生率进行比较， 认为髂嵴固定作为急救的临时处理时较为合适， 髋臼上固定可能更适合于将外固定支架作为最终治疗的患者。Ponson等[9]对12种外固定架进行了生物力学试验， 研究证实单纯的外固定支架对于Tile C型骨折的稳定效果很小， 不能为骨盆提供足够的稳定性。目前已有的生物力学研究证实外固定支架能够维持骨盆环的稳定， 但对于旋转不稳定的骶髂关节损伤， 外固定尚不能提供足够的负重强度。
Mcbroom等[10]制备了不稳定性前后挤压损伤的骨盆标本， 发现外固定支架能够为骨盆提供稳定性， 但稳定性小于2块接骨板的固定效果， 他们还测试了垂直剪切损伤， 认为外固定只能为后环提供有限的稳定性， 即使是外固定架再加上2块耻骨联合接骨板， 所能恢复的后环稳定性也十分有限。这强调了骨盆环结构完整性的重要性， 也促使许多学者们向验证内固定稳定性优于外固定的方向进行相关的研究[11-12].
3.1.2 骨盆前环内固定
有研究表明对于开书样和垂直不稳定型损伤， 耻骨联合内固定比外固定能够带来更好的固定效果， 耻骨联合内固定目前有多种方法。分别在耻骨联合上方和前方进行双接骨板固定比单接骨板固定能够实现更好的稳定性， 且耻骨联合锁定接骨板固定并不比双接骨板固定效果好[13].治疗耻骨联合分离的其他方法有钢丝环扎法、外固定架等， 这些方法也能取得与双接骨板固定相当的效果[14].内外固定治疗均可用于治疗前环损伤， 对于耻骨联合分离， 接骨板内固定比外固定具有更好的生物力学刚度和强度， 但当耻骨支骨折远离耻骨联合时内固定优势则不明显。
3.2 骨盆后环内固定的生物力学
李升等[15]研发了一种新型可调式微创接骨板， 进行生物力学试验发现其对骨盆后环固定效果明显优于传统的接骨板， 但比2枚骶髂螺钉固定效果稍弱。而Comstock等[16]用6具尸体制备不稳定的骨盆后环骨折模型， 分别应用骶髂螺钉、骶骨棒、前路接骨板、骶骨棒+骶髂螺钉4种内固定方式固定骨折， 通过生物力学及统计学分析得出仅单纯的前路接骨板固定并不能为后环提供足够稳定性的结论， 骶骨棒+骶髂螺钉固定则可以提供正常骨盆90%的稳定性， 进一步证明骨盆的稳定性主要由骨盆后环所决定。李斯铭等[17]也认为钉棒系统能够对Tile B2型骨盆骨折进行有效固定， 且3枚螺钉于患侧固定效果最好。
3.2.1 不稳定髂骨骨折
不稳定型髂骨骨折是骨盆后环骨折切开复位内固定的最佳适应证。近期有研究表明， 在3D打印导板的辅助下使用拉力螺钉固定不稳定髂骨骨折， 定位比较准确的同时可以得到足够的稳定性[2,18].如果对骨盆缘和髂嵴再进行固定则能获得更好的稳定。
3.2.2 新月形骨折
骶髂关节脱位伴上方髂嵴后缘的骨折， 骨折块形似新月， 故被称为新月形骨折。对于这种骨折， 手术采取前侧或后侧入路均可以很容易地显露后侧髂骨， 手术治疗的关键在于维持后方骨块的稳定[19], 根据术中情况可选取合适的钢板和螺钉进行固定， 但当骨折线靠近骶髂螺钉的置钉部位时螺钉固定效果会比较差， 故常需联合接骨板和螺钉进行固定。
3.2.3 骶髂关节脱位
廖文胜等[20]研究证实将H形接骨板和传统的双接骨板固定分别应用于骶髂关节分离的固定时， 前者抗旋转和垂直位移的能力更强， 具有更好的力学稳定性。单纯的骶髂关节韧带撕脱对前后环均需固定， 目的是解剖复位并稳定固定骨折脱位。后方固定方法包括骶髂螺钉、骶髂关节前方接骨板、骶骨棒、跨髂骨接骨板。Zheng等[21]应用骶髂关节螺钉治疗骶髂关节后脱位取得了较好的治疗效果。Kraemer等[22]制备了骶髂关节脱位、耻骨联合分离模型， 对12种内固定和外固定进行组合测试， 其中后环采取的固定方法有骶髂螺钉、骶髂关节双接骨板和骶骨棒， 前环固定方法有骨盆前环外固定架、耻骨联合上方接骨板、前下方接骨板和耻骨联合双接骨板， 发现耻骨联合双接骨板固定与任一后环固定方法进行组合均可获得最佳刚度。说明前环在骨盆稳定性中的重要性。
3.2.4 骶骨骨折
临床最常见的骶骨骨折常斜行穿过骶孔区， 骨折常会压迫神经， 故对骨折端进行加压固定并不是理想的治疗方法。骶骨骨折有多种治疗方法， 使用接骨板、骶骨棒、骶髂螺钉或切开直接复位内固定均可以达到较好的固定效果。但这些固定方式对于不稳定的骶骨骨折， 存在固定强度不足、骨折垂直稳定性较差等问题， 而利用腰椎-骨盆固定技术可以减少这些问题的出现[23-24].Hu等[25]采用腰椎-骨盆固定技术联合骶髂螺钉三角固定治疗不稳定型骶骨骨折， 发现该固定方法能相对减少局部软组织的剥离， 取得了较为满意的治疗效果。就目前国内外相关文献分析， 应用后路腰椎-骨盆相关的内固定方法治疗不稳定型骶骨骨折固定效果较好， 是当前研究的热点[25-26].
总之， 对于骨盆骨折， 内固定强度要高于外固定， 治疗时注意骨盆完整性的重建， 前后环的固定不可偏废。今后骨盆骨折的研究方向有可能集中于骨盆骨折微创复位、微创固定和术中监控定位等新技术的研究上。
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