【摘要】隨著交通事故及工傷事故增多，骨盆骨折發病率逐年增多，目前已占骨折總例數的1%~3%，骨盆骨折病死率在5%~20%左右，致殘率高達 50%~60%。以往骨盆骨折以保守治療為主，20 世紀70年代廣泛應用骨盆外固定器，80 年代開展了切開復位內固定術治療不穩定骨盆骨折,近年來骨盆骨折手術治療方法不斷涌現，使穩定骨盆技術取得了突破性進展[1]。本文擬就骨盆環損傷和內固 定的生物力學研究進展作一綜述，以期對進一步提高骨盆骨折的診治水平提供力學上的參考。
【關鍵詞】 生物力學
1 正常骨盆的生物力學及致傷外力研究
骨盆環由各韌帶將髖骨與骶骨連接而成, 前環結構是恥骨聯合和恥骨支, 對骨盆的穩定作用占40% , 后環結構由骶髂關節、周圍韌帶、骶棘韌帶及骶結節韌帶構成, 其穩定作用占60%。骶髂后負重復合體的穩定除骶骨和髂骨外，還依賴于堅強韌帶，主要是骶髂韌帶，骶結節和骶棘韌帶的完整。
骨盆環損傷分為穩定性損傷和不穩定性損傷兩類。穩定的骨盆定義為在生理條件下的力作用于骨盆上而無明顯的移位;不穩定骨盆的定義為垂直方向的不 穩定，即后骶髂復合由于骨和韌帶的移位所造成的不穩定。Tile[2]認為，作用在骨盆上的暴力分為外旋暴力，內旋暴力和垂直剪切力3種。外旋暴力常由于 外力作用于髂后上棘或作用于單髖或雙髖上的強力外旋力所造成，并引起“開書型”損傷，即恥骨聯合分離。如外力進一步延伸，則可引起骶髂前韌帶和骶嵴韌帶損 傷;內旋暴力或側方擠壓力可由暴力直接作用在髂嵴上而產生半骨盆向內旋轉或所謂“桶柄式”骨折，或外力間接通過股骨頭作用于骨盆產生同側損傷;垂直剪力為 縱向暴力，可造成骨盆的縱向明顯移位和廣泛軟組織的破壞。外旋力造成的開書型損傷在外旋位是不穩定的，而內旋力或側方擠壓傷所造成的“關書型損傷”在內旋 位是不穩定的，但兩者在垂直平面上是穩定的。如骶髂后復合同時撕裂，則垂直亦不穩定，這將造成整個骨盆的不穩定。
2 骨盆環損傷治療的生物力學
目前對不穩定型骨盆環損傷手術復位內固定已逐漸成為治療原則。Letournal根據損傷部位將骨盆損傷分為前環和后環損傷。前環損傷：①單獨 恥骨聯合分離;②閉孔環或相鄰恥骨支縱行骨折;③髖臼骨折。后環損傷：①不累及骶髂關節的髂骨骨折;②半月形骨折—骶髂關節骨折錯位并累及髂骨或骶骨骨 折;③單純骶髂關節分離;④骶骨骨折。以下將分述前后環各種內固定方法的生物力學研究進展。
2.1 后環固定：后環的穩定主要依賴于骶髂關節復合體的穩定，90年代以來對圍繞骶髂關節復合體損傷的治療成為骨盆損傷研究的熱點。目前國內 外常用的后環損傷的內固定方法有：①利用骶骨棒將損傷的骨盆同對側的骨盆固定;②鋼板前方固定骶髂關節;③用松質骨拉力螺釘將髂骨經骶髂關節固定于 S1，2椎體等方法。Yinger等[3]對9種方法固定骶髂關節復合體的生物力學研究表明,2枚骶髂螺釘固定使骨盆后環獲得較大的縱向及旋轉穩定性。但 是最終哪種方法最為可靠不能肯定，因為骶髂關節的穩定性除與固定的方法和器械有關外，與其自身形狀、復位程度也有密切關系。Damian[4]等研究發 現，骶髂螺釘治療垂直不穩定骨折失敗主要與縱型骶骨骨折的復位和固定有關。Comstock等[5]對最常用的后路內固定技術治療的伴有一側恥骨支骨折的 不穩定骨盆骶髂關節脫位進行生物力學比較：4種內固定分別是骶髂關節螺釘、前路的骶髂關節鋼板、經髂骨棒及骶髂關節螺釘與骶骨棒的結合使用;與完整骨盆的 穩定性相比,單純后路內固定的抗軸向和扭曲負重可達70%~85%,骶髂關節螺釘與骶骨棒的結合固定可達90%，并認為后環牢固固定后，骨盆已足夠穩定， 前環可以不用固定。宋連新[6]生物力學研究表明，骶骨棒抗垂直剪切但幾乎不能抗扭轉，釘板固定抗垂直剪切及旋轉的強度均不及骶髂螺釘，骶髂螺釘在受損的 BC- 處形成“鋼結點”，抗剪切和旋轉優于骶骨棒及釘板固定。Sar等[7]描述了一種新的骶髂固定技術,將S1 椎弓根螺釘與髂后上棘處的髂骨板間螺釘通過2根棒和連接螺母連接,此技術與前路雙鋼板固定和骶髂螺釘固定比較,骨折移位10 mm的垂直疲勞負荷強度比鋼板高,比骶髂螺釘固定低;最大失效負荷比前路雙鋼板固定稍高,比骶髂螺釘固定低。Schildhauer[8]等設計的三角形 骨折連接(triangular osteosynthesis，TOS)方法，是在經下腰椎骨盆支撐的基礎上加用骶骨橫向固定裝置從而形成的三角形框架結構，適用于各型骶骨骨折，單腿站 立測試及循環負荷試驗表明，TOS是迄今為止最可靠的后環內固定方法，但其缺點是手術創傷較大。
綜覽國內外研究，骶髂關節螺釘固定已是目前固定骨盆后環較為常用的方法，對其研究頗多。盡量應用最大可能的粗螺釘固定骶髂關節以取得最大的穩定 性已得到肯定。關于骶髂關節螺釘放置的數量和位置對力學穩定的影響目前研究較多。2枚螺釘較1枚直徑相同的螺釘穩定已基本取得同一意見。 Zwienen[9]等實驗證實2枚螺釘均放置在S1和1枚在S1、1枚在S2的穩定性無明顯差異，他認為前一種技術相對較為安全。而 Berton[10]最近通過臨床研究認為，經S2的骶髂關節螺釘亦較為安全有效。隨著術中C臂透視的推廣以及一些國家手術室CT設備的配備，經皮骶髂關 節螺釘固定技術可最大限度降低醫源性損傷,不干擾骨折附近正常骨與軟組織, 達到以最少的內置物實現最大的穩定性的效果。司衛兵[11]等研究認為，對骨盆內固定后不同姿勢運動狀態下的應力/ 應變的改變以及應力遮擋率研究甚少，骶髂螺釘/ 骶骨棒和鋼板等內固定均屬于堅強固定, 應力遮擋率高, 對骨折后期的愈合及功能影響較大。而π棒可克服此缺點，對此值得臨床及生物力學方面的進一步觀察和研究。
不累及骶髂關節的髂骨后部骨折較為常見亦造成骨盆后環不穩。Simonian[12]對采用鋼板、拉力螺釘及鋼板與拉力螺釘聯用固定，進行實驗 研究證明, 不同內固定控制骨折端移位效果明顯不同, 拉力螺釘或重建鋼板可穩定骨折, 聯用可加強穩定。郭曉山[13]等運用“髂骨后柱螺釘”經皮固定髂骨后部骨折，認為此類固定是中心性固定，固定可靠。
2.2 前環固定：恥骨聯合分離一般采用鋼板固定，對于其不同的使用方法國外有較多的研究。Webb (1988) 用2 孔鋼板及長鋼板固定恥骨聯合分離,并通過測量男性恥骨聯合正常的旋轉活動, 認為2 孔鋼板只有在有張力下才能對骨盆有良好的支撐, 要早期負重應使用長鋼板比較理想。Torrnetta[14]用6 孔315mm 系列重建鋼板固定恥骨聯合, 若未合并其他損傷, 術后可以立即負重。MacAvoy[15]等在恥骨聯合上方用6 孔弧形鋼板, 聯用或不聯用前方4 孔鋼板, 結果顯示無差別。Simonian[16]設計了盒型鋼板(兩個2 孔的415mm 動力加壓鋼板平行放置, 一個位于恥骨結節上, 另一個埋入恥骨聯合中,兩者以2 枚615mm全螺紋釘鎖定)，并與2 孔、4孔、6 孔鋼板進行比較, 四者均能使聯合間隙小于破裂時狀態, 但只有盒型鋼板可使恥骨聯合移位明顯減少,恢復受傷前的關節關系, 并且盒型鋼板尤其適用于骨質疏松的病例。郭曉山[13]等報道，閉合復位經皮橫穿空心加壓螺釘固定恥骨聯合分離，固定較為可靠，但須生物力學的進一步驗 證。采用鋼板或髓內螺釘均可很好地控制恥骨上支的移位, Simonian[17]研究表明，鋼板的螺絲釘數目不管是4/6枚均不顯著改變恥骨支移位, 髓內螺釘的生物力學穩定性與鋼板相似, 其長度對恢復穩定程度無差別。Gansslen[18]報道了逆行恥骨支螺釘固定恥骨上支骨折獲得較好療效。
2.3 前后環同時固定與單純后環固定的比較：骶髂關節前后韌帶等復合結構是骨盆環的穩定性起重要作用, 前后環同時損傷時, 應盡快復位后環，目前已基本得到共識，前環是否需同時固定尚有爭議。垂直不穩定型骨折的生物力學顯示, 骨盆結構呈幾何可變體系, 受力時不能維持原有結構和形態, 因而穩定性差。當前后環同時固定時, 骨盆形成閉合環形結構, 可提高骨盆環的穩定性。因此多數學者認為，應同時固定前后環[6]。Zwienen[19]通過對Tile-C型骨盆骨折行前后環的固定后的循環加載實驗 表明，雖然固定后骨盆沒有達到完整骨盆穩定性，但已足夠能承受生理負荷，故能早期下地活動。
3 骨盆生物力學研究方法進展
骨盆骨、肌肉、韌帶等結構復雜，外形極不規則，受力機制研究困難，骨折類型多樣，因此骨盆的生物力學研究相對較為滯后。已有的研究，對于骨盆骨 折、損傷大多采用實驗力學的方法，通過構建骨盆骨折模型，然后在力學材料試驗機上進行三點折彎、扭曲、電測或者采用新近開始應用的壓敏膠片力學測試等方 法。但是，實驗力學的一個主要的缺點是對于骨折模型的制作比較復雜，比較困難。同時所制作的骨折模型對于實際骨折的應力分布需要進行太多的簡化，容易導致 實驗結果的偏差。因為骨盆的尸體模型非常有限，實驗力學測試中，不可能對所有類型骨盆骨折進行研究。由此造成實驗結果經常存在較大差異，給臨床醫師帶來許 多困惑。
20世紀60年代以來，隨著有限元分析技術在工程實踐中的應用日益廣泛，越來越多的生物醫學工作者嘗試把有限元分析技術應用到骨骼系統的力學評 價中來。有限元方法(The Finite Element Method (FEM))可以將復雜的幾何構型分解為具有簡單形狀的“有限”單位，通過計算機進行計算分析[20]。Garcia[21]在2000年即運用FEM分 析了垂直不穩定及固定的生物力學、人體組織工程力學研究的深入, 將會開發出更符合生物力學特點和生理要求的治療方法及內固定材料。
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