導語：如何才能寫好一篇肌肉的生物力學特性，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：髖關節肌肉模型；生物力學；膝關節

引言

人體髖關節的運送生物力學模型研究屬于運動生物力學研究范疇，而運動生物力學是運動科學中起步較晚，發展卻很迅速的一門學科，其研究范圍比較廣泛，主要包括生物與測量學、生物力學模型的建立和生物運動機制的電腦模擬等。其中，人體自身的研究是運動生物力學中一個重要的研究方向，主要通過建模來實現。

髖關節是人體最大的一個關節，其結構穩定性與活動度兼備，能夠高效地維持人身體的運動和平衡。髖關節是由盆骨和股骨兩部分組成，通過股骨頭和髖臼連接在一起，大概有二十條肌肉參與了髖關節的運動。近年來，髖關節在生物力學的基礎理論研究和骨科臨床的應用研究中都是非常受重視的環節。

1 髖關節力學模型和肌肉模型的概況

運動生物力學的能取得長足的進步，是與國內外學者不斷的努力換來的結果，從而誕生了許多人體關節模型研究的成熟理論。人體關節力學模型的建立主要包括以下幾個部分：肌肉力學的研究、關節周圍肌肉的簡化、關節肌骨力學模型的建立、模型調試和模型驗證。

肌肉張力-長度特性和肌肉張力-速度特性是肌肉得以正常收縮的兩個重要關系，兩者既相互制約又相互影響。1938年，經典Hill方程的得出，使人們第一次從量的角度認識到了肌肉張力-速度的變化關系。Huxley從橫橋和肌動蛋白理論的微觀角度得出了橫橋模型，其與Hill方程具有很強的相似度。兩者的正確性得到了后來學者的研究認同。肌肉是動作的主要肌肉（原動機）、肌肉不是動作的主動肌肉，在運動中被拉伸的這兩種形式是肌肉張力-長度特性的兩種表現方式。在等張條件下肌肉張力-長度曲線中最大作用力比較大，對應的肌肉比較長，在運動荷載相同的條件下獲得的肌肉張力-長度曲線中的最大力與同樣情況下用等長條件所獲得的的最大力相比有相當大地減少，骨骼肌不同工作條件下獲得的數據將不能進行合成。當前的關節的肌骨模型研究瓶頸主要在于完整的肌肉張力-長度-速度模型的建立，而不是將兩者孤立起來研究。

現在，研究關于下肢肌肉功能模型越來越多。2000年，一個解剖基人體下肢的生物動力模型有王西十、白瑞蒲所提出，該模型可以在仿真人體下肢運動的基礎之上，計算人體下肢的沖擊荷載或下肢節作用反力和肌肉群力，基本上堪稱一個完整的二維人體下肢解剖模型。

隨著人體動力學模型研究的不斷深入，人體動力學的建模正在走向由整體到局部、由簡單到復雜的發展道路。單純的肌肉張力-長度或肌肉張力-速度模型以滿足不了對肌肉的研究，并且模型中的參數越來越多，越來越精確。

2 肌肉力學模型的建立

2.1 肌肉生理特性分析

人體中的肌有多樣性，附著在髖關節周圍股骨和骨盆上的肌肉主要為骨骼肌，骨骼肌是髖關節運動的動力。骨骼肌主要由腹肌和福建兩部分組成，其中肌腱是肌腹與骨骼的連接部分，結締組織和肌外膜包裹在肌肉外邊，起保護作用。

近似于連鎖式的肌細胞排列而成肌纖維，又有多條肌纖維“捆綁”而成纖維素，二纖維素是肌肉產生張力的主要部分。梭形肌或菱形肌，是纖維束與肌長軸方向平行；半羽狀肌與羽狀肌，是與肌長軸成一定的夾角；這兩種類型按纖維束排列方向和與肌長軸關系把肌肉分成了兩種類型：單關節肌和多關節肌。單關節肌，顧名思義，即為直接穿過一個關節的肌肉，例如股四頭肌中的股中肌、肌內側肌等。膝關節的伸展與股中肌的伸展有直接關系，雙關節肌是穿過兩個關節的肌肉。多關節肌中最為常見的是雙關節肌，其主要存在于人體的下肢肌肉群中。雙關節肌的作用取決于關節中心到肌肉的垂直距離。若該距離較長，則具有較大的作用力臂和力矩。膝關節的功能主要通過股直肌實現，其力矩遠比髖關節大，屬于膝關節肌群范疇。而髖關節的功能主要表現在大腿的后群肌，后群肌的力臂又大于膝關節，故稱之為髖關節肌。關節的角度位置決定著雙關節肌的作用效率。股直肌對膝關節的伸膝效率增大，說明髖關節在伸展，如跑步中的后蹬階段。當髖關節屈時，伸膝運動就會受到抑制。雙關節肌在人體的運動過程中起到了儲存和釋放彈性的功能。起到減少單關節的做工量的主要作用的是下肢肌群中的雙關節肌。雙關節肌能夠利用一個關節做功另一個關節做負功來實現能量的儲存。

2.2 肌肉力學模型的分析

肌肉作為動物體最為主要的構成組織，具有極其重要的功能特性，最為主要的是能夠接受神經刺激產生收縮，進一步牽引兩端的骨骼實現相對運動。生物力學研究發現，影響肌肉張力大小的兩個最主要的因素是肌肉纖維的長度變化關系和肌肉纖維的收縮速度變化關系，另外還與許多生理學因素相關。該項發現對肌肉的發力過程研究來說具有十分重大的意義。

隨著人們對肌肉力學模型的研究不斷深入，運用數學、力學等交叉學科的研究手段對模型的建立和修改發揮著越來越重要的作用。張力-長度特性和張力-速度特性是肌肉運動變化規律中最為重要的兩個關系，也是肌肉力學建模中需要處理的兩項主要內容。肌肉力學模型的未來發展方向，必將是兩者關系的整合體。

3 結束語

綜合上述，進一步完善人體肌肉力學模型，使肌肉力學模型能夠充分反映肌肉收縮長度、速度和肌肉張力之間的變化關系；通過解剖學、生理學進一步清理髖關節周圍肌肉在不同動作、不同位置和同一動作的不同時間段所起到的作用，以及韌帶在運動過程中保護作用；將髖關節模型建立一個完善的空間三維模型，并和膝關節、踝關節的研究結合實現人體下肢運動的仿真。

參考文獻

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研究對象:115名競賽運動員,運動水平從二級到運動健將。

一、分析和討論:

疲勞特征的發現可引導出下面的計算方法:這115名運動員具有一定的運動水平,他們在起跑后速度和技術指標有著密切的相互影響、相互補償的關系,這樣可得出一次方程式,然后填入終點跑速度值,得出可計算的指標數據。比較獲得的指標數據和終點跑實際技術指標,就發現結果超出了一般跑的規律性,實際指標或多或少的符合運動員在非疲勞狀態下的技術指標。(表1)

計算公式:PTOPM=-5.288+4.38V(+-5.62),R=0.75

PTOPM表示負面力的縱向被加數;V表示跑的速度;R表示相互關系系數。現在把各項距離的終點跑速度值放入公式內,就可得到計算的負面力。(表2)

比較計算值和實際情況看出,在400米跑中實際的力不符合終點跑的速度。超出的力已被展示出來(方程式評價規格誤差=5.26)。這是由于疲勞的肌肉能夠產生更多有實際意義的力.顯然,就象用鐵制起跑器測量200米和800米起跑一樣,這樣的方法能減少制動階段力學結構中力的丟失,因為腿部力量做功發力大部分還是利用骨骼傳遞到踝關節。除了這些,這個方法還能幫助減少由于降低身體重心位于制動階段造成速度的損失,但對蹬地階段支撐腿收縮肌肉的能力還不能從根本上起到作用。可見,從正面的力和負面消極的力之間的聯系可以得出下面的公式:Pot=1.801+1.288Ptopm.(±9.06),r:0.76。

Pot=正面積極力的縱向因素,把負面消極力的影響和400米終點跑實際指標放入公式中,可以得出:正面積極力應該等于34.1Bt/kg。事實上,真正的數值少于38%,等于21.2±7.2 Bt/kg。

從上面的情況得出,對于400米沒有疲勞補償階段,跑的速度降低。疲勞肌肉低能力的收縮,在這種情況下不可避免的影響能力再生結構―必然加大后蹬能力,顯然這種結構能有效的提高活動能力,它表現出與肌肉生物力學特性的聯系―肌肉越堅硬有力,拉伸時間越短,就越能更多的利用聚集的機械力。在縮短制動階段的高速度跑更有利于肌肉其他性能使用的再生結構的出現。這些結構的加強,能有效的提高肌肉彈性能力,如腳底的屈伸運動。相反,運動員在支撐落地階段,當肌肉拉長的時間增大時,聚集的機械能力很大程度上分散到肌肉中去。

那么,400米跑在過大支撐階段是否違背了依賴于肌肉的速度―拉伸條件呢?我們注意看實際情況:在終點跑中制動時間提高了38%,達到80+15mc,但計算和反映出來的數據相比較,他們之間不存在實質上的差別,符合等于0.073和0.080。計算公式為:

Ttopm=0.126-0.009V(±0.009),r=-0.83

Ttopm-制動時間。這樣可以說明,制動時間符合終點跑的速度,并不是它違背了肌肉速度―拉伸條件。而真正造成終點跑的技術原因是肌肉的生物化學特點而不是動作技術的生物力學結構,在400米跑的最后階段,根據生物化學的測量結果,由于大量的乳酸積累而造成對神經細胞積極功能性的抑制,大量的降低 ATF和KPF在血液中的含量,而增加ADF的含量。

因此,我們可以更多的了解到,在疲勞狀態下支撐腿肌肉拉長和收縮的相互關系,擺在我們面前的許多重要的實際數據證明,提高局部肌肉的緊張強度與中距離跑的運動能力有著密切的關系。根據實驗結果得出,局部肌肉性能的提高,可以根據生物力學特性,更多的利用彈性特點有效的延緩跑的速度在終點跑階段的降落過程.

二、 研究結果:

1.在400米跑中出現的疲勞特征反映出違反了肌肉拉伸和收縮的相互關系。

2.證實提高局部肌肉的工作強度有利于在疲勞狀態下跑的運動效果。

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關鍵詞：人體脊柱；跌到沖擊載荷；力學響應特性

胸腰段是人體脊柱易發生骨折部位之一，約有79.5%的脊柱損傷為胸腰段骨折，且多由高處墜落所致。由于該處損傷機制十分復雜，治療費用昂貴，嚴重增加了患者家庭及社會的經濟負擔[1]。人體胸腰段有限元研究的主要方向為評價手術內固定與構建脊柱骨折模型，而關于脊柱保護器的研究集中于矯形治療脊柱側彎的領域。目前，臨床對脊柱保護器的正確運用仍缺乏相應有的有限元研究[2]。本研究通過建立脊柱胸腰段模型，設計并建立脊柱保護器及三維模型，根據生物力學原理分析人體脊柱骨折機制，探討保護人體胸腰段的有效途徑。現報道如下。

1資料與方法

1.1一般資料 選取中國力學虛擬人數據集切片，共9000張圖片，格式為冷凍切片。給予三維有限元分析，觀察單一樣本。

1.2方法 ①建立胸腰段三維模型：經中國力學虛擬人數據庫提取軟組織、骨等輪廓曲線，通過軟件構建人體軀干模型，包括簡化的軀干輪廓軟組織，骨盆、肋骨、骶骨、脊柱等輪廓曲線，軟組織應用Mooney-Rivlin超彈性材料，應用Hypermesh軟件將幾何面模型劃分成網格，建立人體軀干三維仿真模型，截取T11～L12節段模型為觀察對象。應用四面體單元劃分模型中軟組織與松質骨，三角形殼單元劃分皮質骨。②建立脊柱護具模型：運用Hypermesh軟件構建脊柱保護器模型，其形狀貼合腰背部、胸腹部與雙側肩部輪廓，下緣與骶尾部水平持平。選用1 cm厚海綿材料與厚度為3 mm的聚乙烯硬性材料，要求具有韌性。為固定脊柱保護器，模擬束縛帶，分別于腰部與肩關節前面兩側施以60N與80N的預緊力。③邊界條件與加載：對照組胸腰段模型未使用脊柱保護器，而觀察組應用脊柱保護器。兩組模型均模仿真人體自高處墜落時坐骨著地情形，重力加速度設為9.8 m/s2，人體落地瞬間速度設為2 m/s，地面與模型之間摩擦系數為0.5。④采樣等效應力單元：將胸腰椎橫斷面分為4個區，為中柱中心、前柱中心、后柱左右側中心。取4個區域等效應力并計算平均值，予以分析。

1.3觀察指標 對兩組模型目標單元等效應力及應變進行賦值、加載、運算。

1.4統計學方法 采用SPSS19.0統計軟件處理數據，采用Bartlett方差齊性檢驗模型中T11～L12椎體所受應力，P>0.1為滿足方差齊性；采用樣本t檢驗，P

2結果

2.1胸腰椎體所受應力變化情況 觀察組各椎體受力較對照組均勻平緩，且各椎體所受應力較對照組均呈不同程度的下降，其中T11椎體降幅最小，T12椎體降幅最大。應用脊柱保護器后總體上減輕了胸腰段椎體所受應力。兩組模型應力峰值最大的椎體均為L2，見表1。

2.2成對樣本分析 配對t檢驗發現，T12段與L2段P分別為0.21、0.13，均P0.05，故此處應用脊柱保護器o顯著差異，見表2。

3 討論

胸腰段位于活動的腰椎與固定的胸椎之間，包括T11、T12、L1、L2四個節段。胸椎與腰椎之間關節突關節排列在解剖結構上由冠狀位轉化為矢狀位，椎體受外力作用時其剛度迅速增加[3-4]。脊柱承受軀干與上肢垂直載荷后即刻傳至胸腰段生理彎曲，再經骨盆傳至雙側下肢，從而形成X形分布的應力，同時應力高度集中的X形中點正是胸腰段部位。由于自上肢傳導的有害應力過度集中于胸腰段，無法迅速分散至骨盆及雙下肢，故易造成胸腰段骨折[5]。

臨床研究表明[6]，正常情況下，人體重心部位是脊柱椎體前緣，依靠后部韌帶與肌肉的收縮力及椎體前方重力，形成一個力學天平，且支點為椎體。兩端正常條件下處于平衡狀態，但軀體受外力作用而導致重心前傾時，必然增加支點與重心之間的力臂，若需維持平衡狀態，后部韌帶與肌肉需產生強大的力量進行對抗[7]。脊柱保護器可盡量阻止重心前移，同時可增加后部肌肉后伸力量，以最大限度的平衡脊柱力學。本研究中脊柱保護器的主要作用原理如下[8]：①脊柱保護器可通過與腰圍良好的貼合，將腰腹區覆蓋，并均勻加壓周圍組織。腹部可作為密閉水囊，起到一定的緩沖作用，從而自椎旁肌分散并吸收由脊柱傳導的應力，最終減輕脊柱的應力。②脊柱保護器通過對軀干前傾的有效抑制，促使重心后移，可起到良好的平衡作用。③脊柱保護器可跨過包圍腹部的腰圍與雙肩的肩帶，通過預緊力對軀干起到束縛的作用，進而較好的分流應力。本研究發現，兩組椎體應力均分布于L2椎體后緣、椎板周緣、雙側上下關節突處及雙側椎弓根處，這與大多數學者關于胸腰段應力集中部位的研究結果相似。另外，觀察組各椎體所承受的應力較對照組明顯降低，其中T12與L2段降幅最為明顯，P均

綜上所述，基于有限元的分析結果，對比研究兩組模型沖擊下載荷力學的響應特性，運用脊柱保護器可有效分散、減小脊柱胸腰段不良應力，能夠較好的保護脊柱胸腰段，值得應用。

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關鍵詞： 運動生物力學；骨質疏松癥；干預時間

中圖分類號： G 804.6 文章編號：1009783X(2012)03028405 文獻標志碼： A

收稿日期：20100722

作者簡介：劉建宇(1978—)，男，湖南岳陽人，碩士，講師，研究方向為運動醫學；劉黎明1955—)，男，重慶人，教授，研究方向為體育教育。

作者單位：重慶三峽學院體育學院，重慶 404000

School of Physical Education,Chongqing Three Gorges University,Chongqing 404000,China. 絕經后骨質疏松癥是一種臨床上常見的難治性疾病，目前，藥物治療由于價格較昂貴,治療周期長而副作用多,使用有一定限制[1]。探索安全、方便、經濟的治療方式一直是醫學界的一大課題，選用非藥物手段預防或延緩骨質丟失越來越受到重視。本實驗通過運動干預的方法，觀察運動去勢大鼠骨質疏松癥椎體生物力學性能的影響，驗證運動防治原發性骨質疏松癥的療效，并進一步探討其機理。

1 材料與方法

1.1 實驗藥物

己烯雌酚片：上海信誼藥業有限公司生產，批號：030401。

1.2 實驗動物

四川大學實驗動物中心提供，共96只3月齡，體重（240±20）g的雌性SD大鼠。

1.3 造模方法

將96只大鼠按體重隨機分為A、B 2組，其中A組24只為假手術組（Sham組），B組72只為造模組。各組大鼠均以1%的硫賁妥鈉溶液按2.4 mL/kg腹腔注射麻醉。B組大鼠切除雙側卵巢，A組大鼠僅切除卵巢附近一小部分脂肪。術后均給予0.5%碘伏傷口外擦，肌肉注射青霉素鈉25萬單位/（只/d），連用3 d，以防感染。

1.4 分組

術后1周，將B組72只大鼠按體重隨機分為模型組(Model組)、己烯雌酚組(DES組)和運動組(EX組)，每組24只。所有大鼠自由進食、飲水，進食標準飼料由四川大學實驗動物中心提供。

1.5 干預措施

己烯雌酚組大鼠每日1次灌胃，按22.5 μg/（kgd）的量給藥，質量濃度為2.25 μg/mL，其余各組按體重灌服等量生理鹽水。假手術組和模型組僅灌服生理鹽水。運動組運動方式參照Bedford[2]的動物負荷標準，運動組大鼠術后第7日起在小動物跑臺上開始訓練，采取中等強度，即大鼠起始跑速12 m/min，持續時間20 min，隔日增加強度3 m/min，持續時間增加10 min，第2周起跑速達20 m/min，持續60 min將跑臺傾斜10°，維持此強度，5 d/w，每天運動分早晚2次。休息日各組照常灌藥(水)。

1.6 樣品收集及處理

采用不同方式干預各組大鼠后，分別于第8周末、12周末和16周末應用股動脈放血方法隨機處死每組大鼠8只，完整取出各組大鼠L3椎體。剪除椎體上下椎間盤、棘突及附件，并用細砂紙打磨成上下平面平行且與縱軸垂直的三棱柱，高度約為60 mm。各標本在制取過程中均用生理鹽水紗布包裹。將處理過的骨標本置于-20℃冰箱保存，測試前夜取出解凍。

1.7 觀察指標

椎體生物力學測試：椎體壓縮試驗，將椎體置于Instron萬能材料試驗機(四川大學高分子材料國家重點實驗室提供，美國Instron Co.生產)上，取加載速度1 mm/min進行測試，記錄其載荷變形曲線與應力應變曲線；椎體結構力學參數由載荷變形曲線獲得，材料力學參數由應力應變曲線獲得。

1.8 數據處理

2 實驗結果

2.1 第8周各組生物力學參數

2.1.1 第8周各組椎體結構力學參數

2.1.2 第8周各組椎體材料力學參數

3 討論

應用骨量、骨礦密度及骨質含量（骨礦物質和有機質）的變化來診斷骨質疏松癥、評價藥物療效曾被大量采用，并得到了較廣泛的公認；但這些指標僅是從“量”的角度描述了骨質的丟失，還不能準確反映骨內在性能的變化，必然存在一定偏差[34]。骨質量則是從“質”的角度對骨骼性能進行描述，它是骨的成分、構筑狀態及細微結構的綜合性概括[56]；因此，對骨質疏松性癥防治和機理研究，必須更加重視骨質疏松骨生物力學變化的影響，本實驗即選用骨生物力學性能，如此評價防治骨質疏松癥效果更準確，更有說服力。

3.1 雌激素改善椎體生物力學性能的效果

雌激素替代療法是臨床上防治絕經后骨質疏松的主要方法之一，雌激素可抑制骨質疏松的骨轉換率[7]，本實驗中，各時間段己烯雌酚組大鼠生物力學性能較模型組均有顯著變化(P

3.2 運動改善椎體生物力學性能及防治骨質疏松癥的效果

運動作為預防骨質疏松的一種手段，在實驗及臨床研究中已經越來越受到一些學者重視。大量研究證明中等強度的運動有利于骨量、骨強度及骨生物力學性能的提高[811]。本實驗結果表明，與假手術組相比，各時間段模型組大鼠椎體結構力學參數明顯變化(P

3.3 運動時長對改善椎體生物力學性能的影響

目前，運動時間長短對改善骨質疏松骨生物力學性能的相關報道未查閱到。本實驗結果中，隨著運動干預時間的延長，運動組多數參數數值上逐漸接近己烯雌酚組，有些參數甚至數值上超過，如破斷載荷和破斷強度，可部分說明隨著運動干預時間的延長，運動對大鼠椎體生物力學性能的影響不斷明顯，逐漸接近，甚至超過雌激素干預的影響。分析表7和表8可以得出，從第8周到第12周，大鼠椎體結構力學參數和材料力學參數多數數值上有下降趨勢，但第16周相比第12周，部分參數數值出現逆轉，甚至高于第8周，說明隨著時間的延長，去卵巢大鼠椎體的生物力學性能逐漸降低，但隨著運動干預時間的延長，大鼠椎體生物力學性能逐漸增強。雖然并無統計學意義，但已經表現出運動對大鼠椎體生物力學性能與時間呈相關關系的趨勢，這也為進一步研究運動干預時間的確定提供了方向。

4 結論

1)合理的運動干預能有效抑制去卵巢大鼠椎體生物力學性能下降，減少骨質丟失，減緩骨質量的降低速度。

2)隨運動防治骨質疏松癥干預時間延長，效果提升，實驗結果雖無統計學意義；但明顯呈現改善趨勢，可能與時長不夠有關，有待進一步研究。

3)運動是防治骨質疏松癥非藥物療法的重要手段，優勢明顯，可作為臨床防治骨質疏松癥的選擇。

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【關鍵詞】 脊柱滑脫；，，RF椎弓根螺釘系統，；，，，脊柱融合螺紋骨籠

摘要：目的觀察 RF椎弓根螺釘系統聯合應用脊柱融合螺紋骨籠治療脊柱滑脫癥的臨床效果。方法應用 RF椎弓根螺釘系統和脊柱融合螺紋骨籠治療脊柱滑脫癥32例，觀察其復位效果和臨床癥狀的緩解狀況，并與37例應用 Steffee鋼板復位固定后路植骨融合的病例進行比較。結果32例患者，有26例完全復位，6例部分復位，全部病例隨訪6~30個月，療效滿意，完全復位率及臨床癥狀緩解率均顯著高于 Steffee鋼板固定后路植骨融合術的病例 。結論RF系統和骨籠聯合應用治療脊柱滑脫癥，符合生物力學固定融合，是比較理想的治療方法之一，并且椎間植骨融合可能是進一步減少遠期并發癥的重要方法。

關鍵詞：脊柱滑脫； RF椎弓根螺釘系統 ； 脊柱融合螺紋骨籠

脊柱滑脫癥是脊柱外科常見病之一，融合和固定不穩定脊柱部位是治療的主要原則，隨著脊柱生物力學的發展、椎弓根螺釘系統和椎間融合器用于臨床，使不穩定脊柱部位的融合和固定更接近于正常的脊柱三維結構和生物力學特性，消除了畸形，提高了治愈率，2000~200402我們采用 RF椎弓根螺釘系統和脊柱融合螺紋骨籠（BAK）聯合應用治療腰椎滑脫32例，效果滿意，報告如下。

1 資料與方法

本組患者32例，男19例，女13例；年齡34~69歲，平均47.8歲；滑脫平面L4-57例，L5S125例；滑脫類型：峽部裂29例，退變型3例；2例患者感腰部酸痛不適，易感疲勞，勞累時明顯加重，其余病例均有下腰部疼痛，腰部活動受限，單側坐骨神經痛21例，17例病程較長者存在不同程度的間歇性破行和鞍區麻木癥狀；按Meyerdig四分類法分度：Ⅰ度1例，Ⅱ度8例，Ⅲ度17例，Ⅳ度6例；其中22例術前攝前屈位和后伸位X線片，了解滑脫平面動態滑移范圍，≤2 mm的患者3例，＞2 mm的患者19例；癥狀較輕的2例患者滑移范圍均＜2 mm；32例患者均于復位后行 RF鋼板固定和 BAK植骨融合。

回顧我院于1995~2003年應用 steffe鋼板治療腰椎滑脫69例，其中臨床資料完整并且獲得隨訪的37例作為對照組，37例患者中，峽部裂33例，退變型4例；按 Meyerdig四分類法分度Ⅰ度4例，Ⅱ度20例，Ⅲ度13例，；后路單純后方植骨融合9例，后路側后方橫突間植骨融合28例。

數據處理應用 χ2檢驗和 Fisher精確檢驗

2 結果

本組32例患者均未出現螺釘放置錯誤，傷口感染，1例患者出現術后刺激性疼痛，于3周后疼痛緩解；本組患者隨訪時間6~30個月，患者術后復位情況和術后臨床癥狀的緩解與對比組的比較見附表1。全部病例均未出現永久性神經損害，隨訪過程中均未出現椎弓根螺釘彎曲或者折斷、釘桿角度變小及復位矯正丟失。表1 兩組術后復位癥狀緩解情況（略）

3 討論

在椎弓根螺釘系統出現以前，腰椎滑脫的治療大多數采用保守治療，即使是手術也是減壓原位融合，療程長，假關節發生率高等合并癥多。自從 Steffee報告槽式鋼板椎弓根釘復位固定系統以來［1］，特別是RF椎弓根螺釘系統的出現，腰椎滑脫的治療進入了一個嶄新的時代。脊柱滑脫的癥狀與腰椎滑脫的程度不成正比，而與腰椎的可逆性滑脫關系密切［2~4］，因此不論滑脫的程度如何，只要經保守治療無效或臨床癥狀明顯均應采用手術治療。腰椎滑脫是否復位以及是否應盡量完全復位抑或是僅僅糾正可逆性滑動存在爭議，我們認為良好的復位可以恢復正常的脊柱三維結構的連續性和生物力學特性，減少了上下滑脫椎體之間的滑移剪力，有利于脊柱的穩定，有利于防止滑脫的進展［5］，有利于植骨融合成功率的提高，并且可以改善繼發性的肌肉、關節囊的病變而緩解下腰部疼痛，本組資料顯示 RF椎弓根螺釘系統治療組的臨床癥狀緩解率明顯高于 Steffee鋼板治療組，因此在徹底廣泛的減壓及牢固固定融合的基礎上，應把復位作為一個重要的原則，強調盡可能的完全復位。

Steffee鋼板雖然有復位能力，但由于其術中需安裝6枚螺釘，需二次安裝鋼板，增加了手術難度，并且由于其無縱向撐開能力，不能降低滑脫椎體之間的摩擦力，影響了復位效。RF椎弓根螺釘系統是一種較先進的腰椎滑脫治療器械，RF椎弓根螺釘系統的角度螺釘對重建和維持脊柱彎曲的角度精確而固定，明顯優于 AO、Steffee等其它器械［6］。亦有學者認為矯正應力過于集中于角度螺釘的成角部位而有造成斷釘的可能［7］，我們認為與其說是應力造成角度螺釘斷釘的可能。不如說是由于植骨融合的失敗而導致發生斷釘的可能。RF椎弓根螺釘系統的撐開提拉復位和重建腰椎生理彎曲的作用，使得其具有良好的三維空間復位重建脊柱穩定性的能力，并且其較少的固定節段，不受平面限制的方便植入，和良好的可調性以及可靠的緊固性，是 Steffee鋼板無法比擬的。

穩定脊柱是治療的根本目的，雖然 RF椎弓根螺釘系統具有良好的堅固性，但器械的固定只是暫時的，只有穩定的骨性融合才是永久的。RF器械的使用目的是復位和維持復位，以利于植骨融合，因為是單純植骨融合的假關節發生率較高，有報道為18%~81%，植骨融合的方法頗多，理論上同時行前路和后路植骨融合是最好的，但有研究表明單純前路或后路植骨融合與前路后路同時融合統計學上無明顯差異［8］。單純的后路H形植骨融合由于植骨塊吸收不利于后路廣泛徹底的去椎扳減壓而較少采用，目前應用較多的是后路側后方植骨和后路椎體間 BAK植骨，兩者的應用各有優缺點，應強調的是 BAK利用“撐開-張力帶”原理及本身的螺紋減少植骨塊的有害運動，植入物可以直接增加脊柱的穩定性，直接承受外來的應力，利于融合，融合后符合生物力學力的傳導，能夠承受多種力學變化；Chen等通過尸體實驗BAK有利于保持或增加椎間隙椎間孔的高度和容量，椎間隙的高度和容量保持有利于術后根性癥狀的恢復；并且椎間隙的融合符合脊柱生物學原理，保持了正常的生行力學特性，因此有理由認為椎間植骨融合可能是預防遠期并發癥的重要方法之一。另外，由于植骨的穩定性，患者可早期下床活動，早期生活自理，生活質量得以提高。但是放置 BAK創傷大手術困難，且椎管內操作較多有脊髓神經損傷可能，因此對于高齡患者我們認為采用創傷相對較小的后外側植骨融合較為穩妥。

因此我們認為，對于脊柱滑脫的治療，RF椎弓根螺釘系統聯合應用脊柱融合螺紋骨籠具有良好的復位、牢固的固定和融合的功能，維持了脊柱三維結構的連續性和正常的生物力學特性，并且脊柱融合螺紋骨籠的應用有可能減少遠期并發癥的發生，是一種較為理想的治療脊柱滑脫癥方法。

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篇6

【關鍵詞】 髖部骨折；髓內釘；內固定

隨著社會人口老齡化的加重，老年髖部骨折發生率呈明顯上升趨勢，且多數合并有心，肺，腦部疾病和糖尿病等，同時伴有骨質疏松。美國報道每年髖部骨折住院患者約有310000例，且成上升趨勢[1]。如行保守治療并發癥多，增加患者痛苦及護理困難。采取積極有效的處理，有利提高患者的生活質量，減少住院時間及費用等。隨著內固定材料及手術方法的改進，手術治療成為首選[2]。遼陽市第三人民醫院自2009年5月～2012年10月采用PFNA內固定治療老年患者股骨粗隆間骨折65例，經過隨訪，均取得滿意的效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本組65例，男性37例，女性28例。年齡在53～85歲間，平均69歲。受傷至手術時間3～10 d，平均6.5 d。致傷原因：跌倒37例，墜落傷13例，車禍15例，合并有內科疾患35例，均有不同程度的骨質疏松。按AO分類， A1 15例，A2 28例，A3 22 例。本組除外多發傷及合并嚴重內科疾患不能耐受手術的患者。

1.2 治療方法 入院后行基礎護理，下肢行皮牽引，踝泵治療及肌肉的收縮訓練預防下肢深靜脈血栓形成，完善術前檢查及心肺功能的評估。尤其雙下肢靜脈有無血栓情況。積極治療和控制各種內科疾患。保持血壓，血糖平穩。BP 140/90 mmHg之下，空腹血糖8 mmol/L水平，患者可耐受手術治療。

1.3 手術方法 在全麻或連硬外麻醉下仰臥位于牽引床上，在C臂監視下行手法整復，牽引固定，于股骨大粗隆頂點處向近端縱行切開皮膚長約5 cm，鈍性分離臀中肌，C臂監視正側位在頂點前1/3處，開口，入導針至股骨髓腔內，透視骨折位置良好，粗隆髓腔挫擴孔開髓，注意外側壁的保護和基底部的擴髓。先置入主釘，保持頸干角及前傾角位置良好，經導向器定位，打入旋轉刀片至股骨頭下方約0.5～1 cm。尖頂距

2 結果

本組65例患者獲得隨訪60例，術后2例半年內因內科疾患死亡，3例失訪。隨訪6～36個月，平均21個月。骨折愈合周期8～16周，平均13周。無骨折不愈合及髖內翻，股骨頸短縮，股骨頸切割等并發癥。未出現切口感染，下肢靜脈血栓形成，內固定斷裂，肺內感染等。關節恢復情況按Harris髖關節評分標準：功能47分，疼痛44分，活動度5分，畸形4分，總分100分。90～100分為優，80～90分為良，70～79分為中，低于70分為差。本組病例術后Harris評分優良率為85.7%，其中優66.7%，良19%，中14.3%，差0。

3 討論

股骨粗隆間骨折好發于老年人，隨著人口老齡化日益加重，該骨折發生率出現逐年上升趨勢。且多合并骨質疏松和內科疾患。以往治療上常采用牽引等保守治療，增加患者痛苦，生活質量下降，護理困難等。隨著內固定材料的不斷發展，骨折治療理念發生變化。由AO向BO發展。股骨轉之間骨折逐步由髓外固定改為髓內固定。對于骨質疏松的不穩定型股骨轉子間骨折，尤其是股骨外側壁破壞者，髓內固定更有優勢。PFNA作為髓內固定器械因其微創，固定強度高，符合生物力學特性等優點被很多學者采用。

3.1 保守治療以牽引治療為主，如骨牽引，皮牽引等，但需要臥床，可導致肺部，泌尿系感染及褥瘡，下肢靜脈血栓形成等并發癥。同時不穩定的固定可造成骨折移位，導致畸形愈合。但對有手術禁忌證的患者是一種有效辦法。

3.2 手術治療 應用到治療股骨粗隆間骨折的固定系統有多種，各有特點。而內固定物選擇不當是導致內固定失敗的重要原因[3]。可分為外固定架，釘板系統，髓內系統。

3.2.1 外固定架類和閉合復位多針固定：具有切口小，操作簡單，手術時間短，患者痛苦小，并發癥少，符合微創原則等。適用于Evans Ⅰ， Ⅱ，Ⅲa等穩定型骨折。但對于Ⅳ，Ⅴ骨折應慎用。同時術后因釘子暴露，有感染、穿衣和活動不便、及固定強度低、負重時間晚等缺點。

3.2.2 釘板類 有DHS，解剖鋼板，角鋼板，鎖定鋼板等，適用于大多數骨折，尤其是老年人。有作者對多種粗隆間骨折內固定方法比較后認為，DHS用于穩定型股骨粗隆間骨折能有效承受負重載荷，使患者早期負重。由于其屬于偏心固定，當內側骨質受破壞缺乏支撐時，作用于骨折端的張應力和壓應力集中于鋼板，從而導致內固定失敗。單獨用于不穩定性股骨粗隆間骨折，則可能發生扭轉和髖內翻畸形，鋼板斷裂，主釘切割，骨折不愈合等[4]。還有術中切口長、出血多、軟組織和骨質剝離范圍廣泛，術后患者臥床時間長，離床活動和負重時間晚等缺點。

3.2.3 髓內系統 當股骨近端內后側骨皮質連續性破壞，股骨距不能承擔壓力時，髓內固定是較好的選擇。且符合軸心固定。髓內固定靠近負重力線，利于載荷傳導，力臂縮短，更直接，更牢固，有生物力學優點。手術閉合操作，在C臂下骨折復位，有時復位困難可輔以小切口應用器械輔助復位，減少軟組織剝離和骨折端暴露，出血量少等優勢。目前髓內系統有Gamma釘，PHN，股骨重建釘等。PFNA是AO/ASIF在PFN的基礎上進行改進，設計簡單，實用。簡化了手術操作步驟，更重要的是它符合股骨近端的解剖和生物力學傳導方式，具有髓內中心位固定的力學優勢。螺旋刀頭使骨折端加壓，其形狀可以增加骨和內固定物之間的接觸，阻止或延緩旋轉導致的股骨頭切割，減少股骨頸內旋，抗拉，抗壓能力增加。可不擴髓打入，進入骨質采用自旋方式對骨質有填壓作用，骨質得到保留。鎖定后不易松動及退出。此外遠端鎖定與主釘距離較長，可較少股骨干壓力集中，減少局部應力遮擋，避免交界處骨折。而PFNA的設計符合亞洲老年人，主釘近端有抗旋轉、穩定性好、承載力強等特點。近端6度解剖夾角的設計利于髓內釘插入股骨近端髓腔，又具有操作簡單、手術時間短、出血量少等，符合生物力學要求，允許患者早期鍛煉及負重，減少骨折的并發癥的發生，是治療復雜股骨近端骨折優勢方法，尤其適用于A2，A3型不穩定骨折和骨質疏松的骨折。有文獻報道認為髓內固定較適合于老年人的骨質特點，尤其是轉之間粉碎骨折[5]。作者在治療中體會需要注意的是術前影像的評估，預判術中復位難易程度，以便制定合適的手術方案。術中的牽引復位，直接影響到手術的成功。穩定的復位提供有效的術后整體固定。大家接受的標準是Xray正位正常或輕度外翻

作者應用PFNA治療股骨粗隆間骨折體會，它具有操作簡便，骨折固定牢固，符合生物力學，骨折端穩定性好，可早期活動，負重，功能恢復快，減少臥床時間，并發癥少等優勢，便于護理，可明顯提高患者的生活質量。在治療股骨粗隆間骨折方面，尤其是不穩定的骨折具有獨特的優勢。

參 考 文 獻

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[7] 肖湘，張鐵良，馬寶通.“尖頂距”值與拉力螺釘切除股骨頭關系的臨床回顧性研究.中華創傷骨科雜志，2006，8（8）：722724.

篇7

【摘要】 ［目的］研制一種新型的齒輪撐開式脊柱復位固定板裝置（GDP），進行生物力學測試并評價其生物力學性能。［方法］采用醫用鈦合金制成GDP植入物，用不銹鋼制成專用工具。18具新鮮小牛腰椎標本隨機分為3組，對GDP組內固定進行載荷－應變、載荷－位移、強度、剛度、扭轉強度及極限承載能力測試，并與對照組（CD、Steffee）對比分析。［結果］齒輪撐開式脊柱復位固定板（GDP）組在載荷－應變、載荷－位移、強度、剛度、扭轉強度及極限承載能力方面均優于對照組，統計學分析有顯著性差異（P

【關鍵詞】 齒輪撐開式； 脊柱復位固定板（GDP）； 內固定； 生物力學

Abstract：［Objective］A new device of geardistraction plate (GDP) for spine reduction and fixation was designed and its biomechanical characteristics was evaluated.［Method］The GDP implants were made of titanium alloy (TC4，Ti6AL4V) and the instruments were made of stainless steel after design.Eighteen fresh calf lumbar specimens were randomly pided into three groups， the GDP group had a biomechanical test contrast to control group(CD， Steffee) in loadresponsive change， loaddisplacement， strength， stiffness， torsion intensity and ultimate strength.［Result］Results It is better than control group in loadresponsive change， loaddisplacement， strength， stiffness， torsion intensity and ultimate strength， there was a significant difference between them (P

Key words：gear distraction plate (GDP); fixation plate; internal fixation; biomechanics

目前用來治療脊柱骨折的后路內固定器械主要以釘棒系統為主，板式結構由于撐開作用差，復位骨折椎體的效果欠佳，因此臨床應用者愈來愈少，逐漸處于被淘汰的境地。為克服板式結構不能撐開的難題，作者在復習文獻的基礎上設計出一種新型的可撐開的脊柱后路復位固定板裝置即齒輪撐開式脊柱復位固定板（GDP）裝置，并通過離體生物力學對比研究了解GDP的生物力學特性，為臨床應用提供依據。

1 器械結構

GDP由帶齒條的固定板（帶有弧度）、齒狀撐開螺帽、椎弓根釘、橫向連接桿組成（圖1）。（1）固定板：為適應脊柱不同節段固定的需要，根據影像學測量固定板的設計長度為55～85 mm，弧度為－6.5°～20°，根據不同椎體的高度及臨床壓縮的程度，齒條的設計長度為10～30 mm，固定板厚5 mm，寬14 mm，固定板上有連接橫向連接桿的滑動槽;（2）齒狀撐開螺帽：為撐開椎體的關鍵部件，其齒輪與固定板的齒條吻合，中空內徑為6 mm，壁厚1 mm，齒高、寬各1 mm;（3）椎弓根螺釘：為錐形，基底部與六角錐面的螺母鑄為一體，外徑35～70 mm，長度20～55mm;（4）橫向連接桿為板式，寬4 mm，厚2 mm，長度25～45 mm，內有槽形孔，可以方便與固定板連接。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

采用新鮮小牛脊柱（T12～S1)標本共18具，平均年齡2.8個月（2～3個月），雄性13具，雌性5具，均屬隨機取樣，并剔除病理標本，X線片顯示為正常標本。

圖1 齒輪撐開式脊柱復位固定板裝置結構圖

2.2 標本制備

截取標本后仔細剔除局部附著肌肉，保留韌帶及關節突，然后密封保存在－20℃的冰柜中，測試前逐步解凍，實驗標本上下兩端澆灌骨水泥平臺，以便于精確加載，兩平臺之間平行度≤1°（圖2）。同時在脊柱L3前方（A測試點）和后側椎弓處（B測試點），按實驗力學要求分別粘貼應變式傳感器，應變要求預調范圍達到2 500 u±2%，靈敏度﹤2 uε，位移測量采用KG－101光柵數顯高精度測量儀，精度達到0.01%，并附以千分表監測。

圖2 脊柱內固定生物力學測試示意圖

2.3 標本分組

將標本分為實驗組（GDP）及對照組（CD、Steffee），每組各6具，（三組器械皆為同一廠家相同材料制造，長度相同）。損傷腰椎標本的制作，參照Panjabi［1］方法在標本上造成屈曲型壓縮骨折模型，拍攝X線片顯示脊柱不穩，然后安裝齒輪撐開式脊柱復位內固定板裝置加以固定。對照組分別用CD及Steffee鋼板固定。

2.4 生物力學測試

標本測試按軸向壓縮、前屈、后伸和側屈4種不同生理工況建立實驗力學模型。 腰椎載荷采用分級加載，由0～500 N加生理載荷，以100 N為分級載荷。加載速度應控制在1.4 mm/min的速率，加載重心在腰椎的力學對稱軸上。脊柱的垂直及水平位移用KG101高精度數顯光柵位移傳感器測量，應變由YJ14數字應變儀采集。實驗前加預載，以消除脊柱松弛，蠕變等時間效應影響，然后正式測試，30 s內采集一次數據，重復多次以提高精度，試驗過程中標本用生理鹽水保持濕潤新鮮狀態。

2.5 數據統計處理

脊柱生物力學試驗中的應變、位移、應力、扭矩、扭角等力學量先進行數據處理，從而得到一個滿意的估計值和置位區間。然后以線形回歸、方差分析，經最小二乘法處理。按數理統計加以檢驗，計算其相關參數、t檢驗、精度分析。計算統計分析采用標準的SPSS 10.0軟件在計算機上進行，設定顯著性水平為P

3 結 果

3.1 脊柱載荷－應變變化

腰椎上A、B測試點在不同載荷下載荷—應變曲線呈線性變化，應變隨載荷的增加而增大，卸載后基本恢復原狀。腰椎A、B測試點上GDP內固定椎體應變最小，而相應對照組（CD、Steffee）的應變較大，在脊柱不同的生理工況下（垂直壓縮、前屈、后伸、側屈），實驗組內固定的平均應變比CD組小13％，比Steffee組小22％。因此GDP器械固定明顯占有優勢，固定效果最好，并接近于脊柱正常水平，在相同的應變水平下，GDP器械所承受的載荷比其他類型固定要高的多，結果統計具有顯著意義（P

3.2 脊柱載荷－位移變化

脊柱在不同內固定器械固定下負荷后，脊柱會發生壓縮性位移和水平位移。本實驗18具標本在不同生理工況下載荷－位移變化結果發現隨著生理載荷的增加，脊柱縱向位移和水平位移呈線性變化增加，卸載后恢復原狀。3種不同器械的內固定都能達到牢固固定，引起的位移比較小，GDP組的平均壓縮位移比CD組小12％，比Steffee鋼板固定組小23％，兩兩相比有顯著性差異（P

3.3 椎體的強度變化

椎體的強度反映在椎體上的應力變化，根據胡克定律：椎體上的應力與應變成正比，而應變值由應變實驗而得，如果器械固定好，應力集中小，應力傳導通暢，如果固定不好，在椎體上引起的應力集中現象明顯且應力很大。本實驗中GDP器械組的應力最小，平均7.19 MPa，固定效果最好，最牢固；而CD組8.22 Mpa，Steffee鋼板組9.25 MPa，比CD組平均應力小13％，比Steffee鋼板組的平均應力小22％，兩兩相比統計顯示具有顯著性差異（P

3.4 脊柱的軸向剛度和水平剛度

這里所謂脊柱的軸向剛度是指脊柱在載荷作用下，脊柱抵抗軸向變形能力的大小；同樣脊柱的水平剛度是指抵抗水平剪切變形能力的大小。采用GDP器械固定組的軸向剛度最高，而CD固定組相對較差，兩者相差15％；與Steffee固定組兩者相差23％，兩兩比較，統計顯示兩者均顯顯著性差異（P

3.5 脊柱的扭轉力學性能

扭轉力學性能是指脊柱扭轉強度大小及扭轉角大小，它是衡量脊柱扭轉力學特性好壞的兩個力學變量。不同內固定器械抵抗扭轉的強度和剛度各不相同，一般來說，比較好的內固定器械能夠具有相當高的扭轉強度和剛度，抵抗扭矩能力很強。結果表明，GDP器械內固定在等量扭矩作用下，扭角最小，固定后不容易引起腰椎的扭轉變形，它比CD組的扭角變形小10％，比Steffee鋼板組的扭角變形小17％，說明GDP器械占有較高的優勢，抗變形能力強，抗扭轉性能好，統計分析顯示具有顯著性差異（P

3.6 腰椎的極限力學性能

根據試驗可以看到在很大載荷下2000～3000 N，椎體不斷壓縮變形，椎間盤不斷膨出變形，椎體中部向內凹陷，體液不斷滲出，在原來骨折處再裂開，發生再骨折，而內固定器械釘桿角明顯變小，器械開始變形，螺釘轉動發生攣曲變形。而對照組器械松動明顯，有的甚至滑動，椎體不斷骨折而破壞。結果顯示：GDP器械內固定時極限載荷最高為3 750 N，其次是CD組器械的極限載荷為3 050 N，Steffee器械為2 250 N，三者相比互相相差19％和40％，統計顯示具有顯著性差異（P

4 討 論

4.1 GDP裝置的特點

（1）解決了板式結構撐開困難的缺點，固定板內孔側壁上有齒條，齒狀撐開螺帽在齒條上滾動，螺帽的中孔容納椎弓根釘的尾部，帶動椎弓根釘向一側移動，這樣就實現了板式結構的撐開作用。齒條的長度為撐開間距，根據測量椎體及椎間隙的高度，我們設計齒條的長度為3 cm，保證有足夠的撐開間距，這樣可充分恢復壓縮椎體的高度；（2）固定板本身帶有弧度，根據不同脊柱節段，固定板的弧度設計為－5°、0°、5°、10°、15°、20°等多種弧度，使椎弓根釘與固定板之間形成不同的角度即“釘板角”，它對前柱和中柱的縱向撐開復位具有重要的作用。齒狀結構及釘板角的設計不僅彌補了以往釘板結構的椎弓根固定器缺乏縱向撐開力的不足，而且改變了以往釘板結構固定器椎弓根釘水平承載為仰角承載，分解了椎弓根釘頭端的壓縮負荷，這對減少術后彎釘、斷釘有重要意義［2］。GDP利用鋼板的弧度與脊柱骨折后凸畸形之間的凸面失偶現象，通過椎弓根釘的反牽作用，對脊柱產生一個過伸折頂復位（圖3）；加上齒狀撐開螺帽的縱向撐開復位作用，兩種復合力的結合，使GDP將傳統的椎弓根固定器以縱向撐開復位為主改變為折頂復位和縱向撐開復位的聯合復位。這種復位機制的改變不僅實現了均稱的三柱前凸牽開復位，而且同時降低了在復位過程中椎弓根釘的壓縮負荷，減少了術中復位引起的彎釘與釘的疲勞。術后GDP對固定區域的椎體仍產生一個持續向前的推力，增加后伸力矩來抵抗外傷后脊柱后凸所致的前屈力矩，這對防止后凸畸形復發，維持腰椎生理前凸均有重要意義。GDP在骨折椎體的折頂復位著力點并不是在椎板而是在椎弓根。椎弓根是椎體最堅固的部位，堪稱為“力核支柱”，一般不易發生骨折，是承受折頂復位的可靠基礎。因此對合并椎板骨折或實施椎板減壓后并不影響GDP的使用。

4.2 GDP生物力學特點

（1）GDP本身帶有圓滑的弧度，使應力傳導均勻；固定板與螺釘之間采用嵌入式連接，連接牢固且切跡低，使固定板緊貼脊柱后柱，有利于力的傳導；實驗證明在相同載荷下其載荷－應變，載荷－位移均較對照組小，而其軸向剛度與水平剛度高于對照組，統計分析顯示均有顯著性差異（P

本內固定板系統和目前臨床上應用的釘棒系統復位原理不盡相同，它不需要折彎和轉棒，屬于短節段固定器械，固定節段少，保留了脊柱大部分功能活動。

參考文獻

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［2］ Chen CS， Chen WJ， Cheng CK， et al. Failure analysis of broken pedicle screws on spinal instrumentation［J］. Med Engphys， 2005，6: 487-496.

篇8

基金項目：2010年國家社會科學基金重大項目(10ZD&052)。

作者簡介：李世昌（1956-），男，教授，博士研究生導師，研究方向：骨組織運動適應的生物學。

摘 要：通過雌性大鼠去卵巢模型來模擬女性絕經后的狀態，比較研究跳躍和游泳兩種不同方式運動對去卵巢大鼠骨的影響，以期為骨質疏松的預防發現更為有效的運動模式。將32只3月齡SD雌性大鼠隨機分為4組：假手術組、安靜組、游泳組和跳躍組。其中安靜組、游泳組和跳躍組行卵巢摘除手術，假手術組只行假手術(即不摘除卵巢)。8周后，測定各組大鼠體重、骨密度(BMD)、骨生物力學和骨代謝相關指標。結果發現：與安靜組比較，跳躍組大鼠股骨BMD、最大載荷、彈性載荷、破壞載荷、能量吸收和彈性應力均顯著性升高；跳躍組大鼠血清Ca和抗酒石酸酸性磷酸酶(STR-ACP)水平顯著性降低。與安靜組比較，游泳組大鼠除了血清Ca水平顯著性降低外(P

關 鍵 詞：運動生物化學；運動方式；骨質疏松；骨密度；生物力學；動物實驗

中圖分類號：G804.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7116(2012)02-0132-06

Effects of different ways of exercising on the bone mineral density and

bone biomechanical and metabolic indexes of ovariectomized rats

LI Shi-chang1，JI Liu1，LIU Ti-wei2，MA Tao3，CHEN Xiang-he1

（1.Key Laboratory of Adolescent Health Assessment and Exercise Intervention，Ministry of Education，College of Physical Education and Health，East China Normal University，Shanghai 200241，China；

2.Shanghai Xinhua Private Junior High School，Shanghai 200080，China；

3.Physical Education and Military Department，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，China）

Abstract: By using a model of female rat ovariectomy to simulate women’s postmenopausal state, the authors compared and studied the effects of such two different ways of exercising as jumping and swimming on the bones of ovariectomized rats, hoping to find a more effective mode of exercising for preventing osteoporosis. The authors divided 30 3 months old female SD rats randomly into 4 groups: a sham operated group, a calm group, a swimming group and a jumping group, in which the calm group, swimming group and jumping group were operated for ovariectomy, while the sham operated group was just subjected to a sham operation (i.e. no ovariectomy). 8 weeks later, the weight, bone mineral density (BMD), bone biomechanics and bone metabolism related indexes of the rats in various groups were measured. The author revealed the following findings: as compared with the calm group, the BMD, maximum load, elastic load, destructive load, energy absorption and elastic stress of the femur of the rats in the jumping group increased significantly; the levels of blood serum Ca and tartrate-resistant acid phosphatase (STR-ACP) of the rats in the jumping group decreased significantly; as compared with the calm group, except that the blood serum Ca level of the rats in the swimming group decreased significantly (P

Key words: sports biochemistry；way of exercising；osteoporosis；bone mineral density；biomechanics；animal experiment

骨質疏松是老年人中常見的一種慢性骨病，在絕經后的女性中發病率更高。絕經后婦女常發骨質疏松癥的原因主要是其卵巢分泌雌激素減少，進而導致一系列的反應所致。流行病學研究發現，體力勞動者骨密度(BMD)高于腦力勞動者，長年臥床者的BMD則會逐漸降低。運動作為一種經濟有效的預防骨質疏松癥的方法，越來越受到人們的重視。然而體育運動類型多種多樣，防治骨質疏松較合理的運動方式是什么？不同運動項目對于骨質疏松的防治效果有什么差別？有關這方面的比較研究目前還不多見，有必要進一步深入研究。

本研究通過大鼠去卵巢模擬女性絕經后的狀態，比較游泳和跳躍兩種不同的運動方式對于去卵巢大鼠骨代謝的影響，為預防老年人骨質疏松癥的發生提供理論上的支持。

1 材料和方法

1.1 實驗動物與分組

3月齡雌性SD大鼠32只，購于上海斯萊克實驗動物中心，平均體重280 g，隨機分為4組，即假手術組、安靜組、游泳組和跳躍組。其中安靜組、游泳組和跳躍組行卵巢摘除手術，假手術組只行假手術，不摘除卵巢。大鼠在25 ℃恒溫下分籠飼養，晝夜比1212，標準小鼠飼料，自由飲水、攝食。運動8周結束后進行相關指標測試。

1.2 大鼠跳躍運動模型的建立[1]

自制的大鼠電刺激箱，將大鼠放在底板上，由生理刺激器給予一定強度的電刺激，讓大鼠跳上箱子一側專門設制的平臺，休息20 s，然后以平臺的高度垂直將大鼠重新落到底板上。再次給予通電，刺激大鼠再次跳躍，如此循環，直到完成預定的跳躍次數。一般經幾次電刺激后，大鼠不需電刺激就會自動跳躍到一側的高處平臺上。

1.3 運動訓練安排

所有大鼠手術后適應1周。1周后各組運動情況安排如下：

假手術組和安靜組大鼠在飼養籠中自由活動。游泳組大鼠第1周前3 d游泳30 min，后3 d游40 min，從第2周開始每天游泳時間固定為45 min，每周訓練6 d，共訓練8周，游泳訓練的玻璃水池為50 cm×60 cm×90 cm，水深40 cm，水溫為(29±1) ℃。跳躍組大鼠適應性訓練3 d后，跳躍高度和次數逐漸遞增，第3周時跳躍高度達到48 cm(約為大鼠2.3倍的體長)，每天跳躍20次。每周訓練6 d，共訓練8周。

1.4 動物取材

經8周訓練，在最后1次訓練完休息24 h后，所有大鼠被斷頸椎處死。心臟取血約5~8 mL，置于10 mL離心管中，低溫離心機以4 000 r/min離心7 min，溫度控制在4 ℃，取血清置于5 mL凍存管內，放置于-80 ℃低溫冰箱內保存待測。取右側股骨及腰椎骨(L1～L5)，去除骨上附著的軟組織，用浸透生理鹽水的紗布包裹好，放于－20 ℃冰箱保存待測。

1.5 測試指標與方法

1)體重測定。

實驗過程中，每周日用電子稱測量各大鼠體重，并予以記錄。

2)血清生化指標測定[2]。

取出保存于－80 ℃冰箱中的血清，檢測血清鈣、磷、堿性磷酸酶(ALP)及抗酒石酸酸性磷酸酶(STR-ACP)的含量。試劑盒購自南京建成生物工程研究所，嚴格按照說明書進行操作。血鈣測定利用鄰甲酚酞絡合酮比色法；血磷利用孔雀綠直接顯色法進行測定，血清中ALP和STR-ACP利用酶標法檢測。

3)BMD測定。

從－20 ℃冰箱中取出股骨和腰椎骨，室溫自然解凍，用Hologic Discovery A骨密度儀掃描股骨和腰椎(L1～L4)BMD。

4)骨生物力學指標的測定。

將股骨放在津島AG―20KNA萬能材料實驗機上，各測試樣本放置的位置及方向前后保持一致，支點跨距為20 mm，調整上壓頭接近股骨，以2 mm/min速度進行三點彎曲試驗，直至骨折。股骨壓斷后，用游標卡尺量取股骨斷裂處橢圓橫截面外層長軸、外層短軸、內層長軸及內層短軸的長度。

用剪刀小心剪除第5腰椎上下椎間盤、椎弓及突起，并用細砂紙打磨成上下平面平行且與縱軸垂直的三棱柱。用游標卡尺測量椎體矢狀徑、冠狀徑和高度。然后將椎體置于津島AG―20KNA萬能材料實驗機上，調整上壓頭接近椎骨，以2 mm/min的加載速度進行壓縮實驗，直至出現椎體塌陷或壓縮性骨折時停止操作。

所測生物力學指標包括結構力學指標和材料力學指標，結構力學指標又包括最大荷載、彈性荷載、破壞載荷、最大撓度、彈性撓度、破壞撓度、剛性系數和能量吸收，在載荷-變形曲線上直接讀取和計算。材料力學指標包括最大應力、彈性應力、破壞應力、最大應變、彈性應變、破壞應變和彈性模量，通過結構力學指標結合骨的幾何形狀和尺寸計算得出。

1.6 數據處理

各組參數以均值±標準差表示，使用軟件 SPSS11.0進行統計分析，組間差異顯著性采用方差分析的LSD(ONE WAY-ANOVA)進行分析，以P

2 結果及分析

2.1 大鼠體重

各組大鼠在實驗后體重均有明顯增加，尤其是前3周，去卵巢大鼠體重增加的幅度比假手術組明顯要大。3周后，各組大鼠體重增長趨于緩慢，甚至有時游泳組和跳躍組大鼠體重出現負增長(如圖1)。各組大鼠最終體重比較，安靜組((426.67±35.16) g)、游泳組((389.50±13.13) g)和跳躍組((394.67±17.99) g)均顯著高于假手術組((347.16±9.43) g)；游泳組和跳躍組均低于安靜組，但統計分析，游泳組與安靜組大鼠體重差異存在顯著性(P0.05)。

2.2 大鼠股骨和腰椎骨(L1～L4)BMD

安靜組股骨和腰椎骨BMD明顯低于假手術組，且差異有非常顯著性(P

2.3 大鼠股骨生物力學指標

在結構力學指標方面，跳躍組大鼠股骨最大載荷、彈性載荷、破壞載荷及能量吸收均明顯高于安靜組大鼠；跳躍組大鼠股骨彈性載荷和能量吸收明顯高于游泳組大鼠；游泳組和假手術組各指標比安靜組有所升高，但差異沒有顯著性 (見表2)。

在材料力學指標方面，跳躍組大鼠股骨彈性應力明顯高于安靜組大鼠(P

2.4 大鼠血清Ca、P濃度和STR-ACP及ALP酶活力

跳躍組和游泳組血清中Ca濃度均明顯低于安靜組(P

3 討論

3.1 建立大鼠骨質疏松模型

Kalu[3]的報道顯示，去卵巢大鼠的骨丟失與女性絕經后的骨丟失過程相似。因此，可以將去卵巢大鼠作為女性絕經后骨質疏松模型進行研究，突破了以人做實驗的局限性，更有利于骨質疏松深層次的防治和研究。本實驗中，與假手術組相比，安靜組大鼠股骨和腰椎BMD均明顯降低(P

3.2 運動對去卵巢大鼠體重的影響

本研究發現，摘除卵巢后大鼠體重急劇上升，增長速度明顯快于假手術組，其中安靜組大鼠體重平均比假手術組高22.9%(P

有關研究表明，運動對大鼠去卵巢后體重的增加有一定的抑制作用，但這種抑制不能完全抵消摘除卵巢對體重的影響[5-6]。本研究也得出同樣的結果，與安靜組相比，跳躍組和游泳組大鼠體重都有所降低，其中游泳組體重平均比安靜組降低8.7%(P

3.3 運動對大鼠BMD、生物力學及骨代謝指標的影響

骨密度(BMD)測定對于早期診斷骨質疏松十分重要，是骨礦代謝中骨的量化指標。當BMD減少超過一定范圍時就會產生臨床上所表現的骨質疏松。如股骨頸BMD每減少一個標準差，其骨折危險性就增加2.6倍[8]。因此，精確檢測BMD，對于判斷骨量水平，預防骨質疏松造成的骨折具有十分重要的意義。

骨生物力學特性直接反映骨的內在質量和性能，它與骨量、骨體積、皮質骨厚度和松質骨小梁結構有密切關系，是對骨形態結構的綜合反映[9－12]。骨是由無機質與有機質兩大部分組成，無機質主要由無定形鈣磷混合物和鈣磷羥灰石晶體構成，有機質主要包括膠原蛋白、骨鈣蛋白、骨涎蛋白等。當成骨細胞活性超過破骨細胞時，新骨不斷形成，鈣不斷被沉積到骨上，骨量不斷增加。由于破骨細胞代謝，同時又有大量骨細胞被分解，釋放鈣、磷等礦物質到血液循環中。因此，通過測定血鈣、血磷的含量可間接了解骨代謝平衡的狀況。血漿中無機磷的含量水平影響骨吸收速率，血磷的穩定是骨生長和礦化的必要條件。由于血鈣與血磷濃度有密切關系，當血鈣以鈣鹽形式沉淀時，血鈣減少，相應地血磷的濃度會上升。

堿性磷酸酶(ALP)是最常用的評價骨形成和骨轉換的指標，是反應成骨細胞的活躍程度的生物標志物之一。ALP由成骨細胞分泌產生，主要存在于血清和骨中，而血清中ALP有50%來源于骨。當成骨活動增強時，成骨細胞分泌大量ALP，一部分參與骨的鈣化，一部分釋放到血液中。通常認為血液中ALP升高是由代償性骨形成增強引起的。血漿抗酒石酸酸性磷酸酶(STR-ACP)主要由破骨細胞產生釋放，主要存在于骨、前列腺、溶酶體、紅細胞、血小板及脾臟中。STR-ACP在骨吸收時對骨基質的溶解起重要作用，當骨吸收活躍時，反映在血中酶活性明顯升高。因此血漿中的STR-ACP水平可作為反映破骨細胞活性和骨吸收情況的重要指標。

大量的研究表明，運動對骨具有重要影響，適宜的運動能有效增加骨量，改善骨健康。但不同運動方式和運動強度對骨的影響也不盡相同。一般認為，垂直面上的剪切力對于骨代謝的作用效果優于側面對骨施加的載荷，在平時的運動訓練過程中承重練習和肌肉力量練習均能有效預防骨丟失，增加骨量。本研究中，跳躍組大鼠股骨在運動中有較強的垂直應力刺激作用，實驗結果顯示：與安靜組相比，跳躍組大鼠股骨BMD、最大載荷、彈性載荷、破壞載荷、能量吸收和彈性應力均顯著性升高，跳躍組大鼠血清Ca和STR-ACP水平也顯著性降低。這說明跳躍運動能提高去卵巢大鼠成骨細胞活性并能較好的抑制破骨細胞的代謝作用，從而抑制了血清STR-ACP水平的增加，有利于去卵巢大鼠骨細胞對鈣的吸收，從而降低大鼠血鈣的水平，促進骨鈣化，增加BMD，最終使骨的內在質量和性能的提高，表現為生物力學指標的改善。

與安靜組相比，游泳組大鼠除了血清Ca水平顯著性降低外，其他指標雖有相應變化趨勢，但不存在顯著性差異。這說明游泳運動對于去卵巢大鼠骨的刺激作用沒有跳躍運動明顯。分析其原因可能有以下兩個方面：跳躍時體重對下肢骨作用較大，屬于負重運動(WBPA，weight-bearing physical activity)，有縱向機械刺激。而游泳運動，盡管有骨骼肌的不斷收縮，肌肉對骨產生不斷的牽拉刺激，其刺激效果明顯的小于負重對骨的作用，屬于非負重運動(NWB，PA non-weight-bearing physical activity)。很多研究表明，WBPA比NWBPA對骨的刺激效果更明顯，如Emslander等[13]通過對21名跑步運動員、22名游泳運動員與20名非運動員的對照研究發現，跑步運動員的全身BMD和股骨頸BMD顯著高于其他兩組，而游泳運動員和非運動員之間沒有顯著性差別。

跳躍組大鼠下肢骨受到較強的地面反作用力，而游泳對于下肢骨的地面反作用力微乎其微。Pettersson等[14]比較研究了跳繩運動和足球運動對BMD影響的差異，他們發現跳繩運動組和足球運動組的BMD均顯著高于對照組，而且發現跳繩組的全身BMD和腰椎BMD均顯著高于足球組。以上說明跳躍運動時，骨在垂直面上所承受的載荷明顯大于其它運動方式，跳躍運動對于預防和治療骨質疏松具有良好的效果。

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篇9

關鍵詞：普拉提；核心肌群；核心力量

隨著健美操、瑜伽等大眾娛樂健身項目的廣為流傳，一種新型的健身項目開始備受矚目――普拉提。這是一種既吸收了東方運動項目（瑜伽、太極）的精髓，也引進了西方運動注重肌肉體能訓練的特點，在動靜平衡中達到愉悅身心、凈化心靈、強身健體、塑造體型等目的，是一項值得推廣的健身項目。

一、普拉提運動的概念和原則

1.普拉提運動的概念

狹義的普拉提是指在瑜伽的基礎上融入芭蕾舞蹈健美運動、體操，甚至中國的太極等東西方運動精粹發展而來的精準塑形運動。

廣義的普拉提指的是一種運動，主要是鍛煉人體深層的小肌肉，維持和改善外觀正常活動姿勢，達到身體平衡、伸展軀干和肢體的活動范圍和活動能力，強調對核心肌群的控制，加強人腦對肢體及骨骼肌肉組織的神經感應及支配，再配合正確的呼吸方法所進行的一項全身協調運動。

2.普拉提運動的原則

（1）呼吸原則。呼吸與運動相結合是普拉提運動的核心之一。普拉提采用的是橫向呼吸，并強調動作與呼吸的結合，特別強調練習時用流暢有意識的呼吸以達到增強身體控制與平衡，增進核心力量的目的。

（2）專注原則。普拉提不僅是身體的運動也是一種思想運動，練習時每個動作都應該是由頭腦控制的有意識的動作，每一個動作都要全神貫注體會肌肉的協調用力。

（3）控制原則。普拉提是有效伸展與施力的運動，所有動作皆來自能量區――身體的控制中樞。有控制才能避免傷害，適當的控制不僅能讓肌體進行更大范圍的運動，還可以使動作完成得更流暢。

（4）核心原則。普拉提的核心肌群有兩種：負責固定作用的局部穩定肌群和負責產生運動的綜合運動肌群。局部穩定肌群主要作用是在運動前穩定關節；綜合運動肌群主要作用是提供運動并且在產生更大力量時提供整體的穩定性。

（5）精準原則。普拉提所鍛煉的部位多為核心精細的內部肌群，這些部位是我們日常生活所鍛煉不到和難以體會的。因此，我們要通過大腦有意識的控制，通過精確運動才能產生正確的肌肉順序和骨骼排列，達到正確練習。

（6）流暢原則。普拉提是完整與優雅的運動，因此只有流暢的動作才能保證我們在完成普拉提的過程中很好地穩定我們的核心，達到運動效果。

二、普拉提運動對于提高核心穩定和核心力量的顯著作用

1.核心肌群的概念

核心部位肌群簡稱“核心肌群”，核心肌群位于身體的中段，包括腹直肌、腹橫肌、腹斜肌、背肌、下背肌、豎脊肌以及髖關節周圍的臀肌、旋髖肌和股后肌群等。核心肌群的生理機制：腰―骨盆―髖關節周圍的肌肉，這些肌群在人體運動中起著穩定重心、傳導力量、發力或減力等作用。

2.核心肌群的特性

從解剖學、生理學及力學角度來看，核心肌群主要是指人體的軀干，包括脊柱和骨盆以及附著在脊柱和骨盆上的許多肌肉。生物力學專家Panjabi1992年提出了維持脊椎穩定的三大系統：被動支持系統、主動收縮系統和中樞神經系統主導的動作控制系統。其中，主動收縮系統來自核心肌群，鞏固脊椎的基本結構，維持自然正中的生理彎曲曲線。

3.普拉提對于提高核心穩定和核心力量的顯著作用

所謂核心穩定是指在運動中控制軀干、骨盆部位肌肉的穩定姿態，為上下肢運動創造支點，并協調上下肢的發力，使力量的產生傳遞和控制達到最佳化。盡管核心部位的肌肉并不像四肢肌肉那樣，視覺上我們可見腿踢得高，動作幅度大，但核心肌群在此過程中擔負著穩定重心、環節發力、傳導力量等作用，同時也是整體發力的主要環節，對上下肢體的協同工作及整合用力起著承上啟下的樞紐作用。

由于核心肌群的肌肉位置深淺不一、大小不等，且工作特點較特殊，往往一般的體育鍛煉很難使核心部位的肌肉得到全面均衡的訓練。因此，常規性的體育鍛煉對核心部位表層的運動肌訓練得較多，而對深層穩定肌的訓練相對薄弱。在體育鍛煉中，普拉提能夠在提高本體感覺的基礎上，增強核心穩定及力量，具有不可替代的、獨特的作用。

綜上所述，普拉提運動對于核心肌群的訓練具有重要的作用。但不可忽視的是，作為人體的一種訓練形式，普拉提訓練體系基于解剖學、生物力學等運動人體科學理論基礎而建立，而同時，不同的運動項目又有其自身的特點。于是，如何基于不同的運動項目特點和需要來運用普拉提進行輔助訓練，則是需要進一步予以全面系統深入研究的問題。

參考文獻：

篇10

方法 使用三維有限元方法，建立Tile C型骨盆損傷（右側骶骨縱行骨折）模型，模擬使用3種骶髂螺釘固定方式進行固定，并在模擬站立位狀態下對骨盆后環的豎直穩定性和后旋穩定性進行量化和比較。

結果 S1、S2雙層面2枚骶髂螺釘固定組合的穩定性明顯優于S1或S2的單層面1枚骶髂螺釘；在S2層面1枚骶髂螺釘固定的穩定性優于S1層面。

結論 針對Tile C型骨盆損傷的單側骶骨縱行骨折，要盡可能選擇雙層面骶髂螺釘固定；如果使用單層面單枚骶髂螺釘固定治療該類骶骨骨折，最好選擇S2層面。

【關鍵詞】骨盆；骶骨骨折；骶髂螺釘；穩定性；三維有限元

Comparison of stability of sacroiliac screws in the treatment for unilateral Tile C sacral fractures between different modalities in a 3dimensional finite element model ZHAO Yong， ZHANG Shudong， SUN Tao， WANG Dan， LIAN Wei，LIU Yonghou，TAN Jiangwei，ZOU Dexin.Department of Orthopaedics， Yantaishan Hospital， Yantai 264008，China

Corresponding author：ZHAO Yong，Email：

【Abstract】Objective To study the stability of sacroiliac screws fixation for the treatment of unilateral vertical sacral fractures in order to provide pratical manipulation and reference for rapid insertion of sacroiliac screws in case of emergency. Methods A 3dimensional finite element model of Tile C pelvic ring injury （unilateral type DenisⅡfracture of sacrum）was made in a 36 year of a female patient. The unilateral sacral fractures were fixed in 3 types with sacroiliac screws in models respectively. The shift and angle displacement of the central superior surface of sacrum in the case of upright standing on both feet were measured and compared. Results The stability fixation with two sacroiliac screws for double planes of S1 and S2 segments was markedly superior to fixation with one sacroiliac screw for single plane of S1 or S2 segment； The vertical and rotational stability of sacroiliac screw fixation in S2 was superior to that in S1. Conclusions Fixation with two sacroiliac screws for double planes of S1 and S2 segments should be utilized for the fixation in unilateral sacral fractures of Tile C pelvic ring injury as possible. If only one sacroiliac screw is implanted， the fixation in S2 segment is more recommended than that in S1.

【Key words】Pelvis； Sacral fracture； Sacroiliac screw； Stability； 3dimensional finite element

高能量骨盆創傷是常見的急診重癥[1]，其中Tile C型的不穩定性骨盆骨折更是必須急診進行早期固定，從而有利于骨折復位并有效減少骨盆容積，壓迫骨折端阻止靜脈出血，盡快穩定血流動力學，降低病死率。雖然以Ganz鉗和前環外固定架為代表的外固定器操作相對簡便、快速，但其固定效果不確切，不便于護理也無法滿足患者進行早期功能鍛煉，故無法達到骨折的最終復位內固定的效果。然而，對骨盆骨折所合并的重要臟器損傷進行處置的同時往往也延誤了骨盆骨折的最終復位內固定，因而在患者生命得以保全的同時錯過了最佳的內固定手術時機，從而遺留畸形愈合、下腰痛、跛行等不可逆的骨盆骨折合并癥。因此，盡快盡早微創地實施骨盆損傷的內固定治療具有重大的臨床意義。Osterhoff等[2]報道其對剛入院的部分骨盆損傷病例快速進行了骨盆后環的骶髂螺釘固定，并取得了滿意的臨床療效。這為急診一期完成骨盆后環乃至整個骨盆環的穩定性重建提供了可能。如何在現有器械條件、操作技術的基礎上充分利用骶髂螺釘，在緊急恢復骨盆容量和減少出血的同時將螺釘固定的生物力學優勢最大化，避免內固定失效，便顯得頗具意義。基于此，本文以臨床多見的單側骶骨縱行骨折（Tile C型）作為研究對象，應用三維有限元技術對骶髂螺釘固定該類損傷進行研究及生物力學比較，以期找到骶髂螺釘的最佳固定方式，從而預置急診手術方案，最大限度地縮短術前計劃所用時間，并為急診臨床實踐的規范化提供參考。

1 資料與方法

模擬Tile C型骨盆骨折，針對不穩定性骨盆后環損傷（右側骶骨縱行骨折）模型使用骶髂螺釘或其組合（共3種）進行固定，并對后環螺釘復合體的平移和旋轉穩定性作出比較。

1.1 一般資料

對一例健康成年女性（36歲）進行X線、B超等檢查，排除骨盆損傷、腫瘤、畸形，采用64層螺旋CT（Philips， Netherlands）對其骨盆進行掃描，層厚1 mm，所得DICOM （Digital Imging and Communication in Medicine）數據資料通過工作站刻錄光盤。

1.2 三維有限元模型的建立

將CT圖像導入Mimics 10.1 （Materialise， Belgium）中，根據圖像數據中各種組織的灰度值差異及相關解剖學特征，通過閾值化操作等提取髂骨及骶骨的幾何結構，并重建精確的骨盆 3D 表面體模型，并以STL文件格式輸出。然后將STL文件格式的骨盆模型導入逆向工程軟件Rapidform Xor3 （INUS Inc， Korea）中去除掉噪點，生成無接縫的骨性結構的幾何模型。應用骶骨與髂骨之間的區域建立骶髂關節軟骨的實體模型，以兩側恥骨間空間填充生成恥骨聯合間盤。最后，一并以iges格式導入有限元軟件ABAQUS 6.9.1 （SIMULIA Inc， US），并對骶骨與髂骨采用四面體單元進行網格劃分，用以代表松質骨，對骶髂關節及恥骨聯合采用六面體網格劃分。因骨盆皮質的厚度（1～2 mm）相對骨盆的幾何尺寸較小，所以在松質骨表面生成一層殼單元用以模型皮質。韌帶在維持骨盆的穩定性方面起著重要作用，本研究中采用彈性連接單元模擬韌帶，其附著點根據解剖學定位。本研究所涉及的參數[3-8] 如表1表2所示，生成骨盆模型如圖1所示。

模擬骶髂螺釘固定的手術方式，在S1、S2兩個層面進行固定。兩種螺釘均系直徑為7.3 mm的空心釘。將經過正常骨盆模型的骶骨右側骶孔的面定義為骨折面。（模擬DenisⅡ型右側骶骨骨折）將螺釘分別與骶骨、髂骨、骶髂關節軟骨進行布爾運算，生成骨折固定模型。

模擬固定方式如下：①右側1枚骶髂螺釘對S1進行固定 （S1）、②右側1枚骶髂螺釘對S2進行固定 （S2）、③S1和S2各1枚骶髂螺釘自右側進行固定 （S12） 。示意圖見圖2。

1.3 三維有限元模型的約束與加載

本研究中，將骶骨和髂骨分別與骶髂關節以及雙側恥骨與恥骨聯合之間采用綁定約束。在雙側髖關節面與旋轉中心耦合，并將中心點的3個方向的平移自由度約束。將恥骨聯合與骶骨下緣置于同一水平面上，自骶骨上表面豎直向下加載600 N力載荷，模型站立位的人體體質量加載于骶骨的狀態。螺釘的遠端和近端分別與骨組織采用綁定連接以模擬完全的骨整合狀態，螺釘的光滑桿部分與骨組織之間設定為可滑動磨擦關系。

2 結果

本實驗所建立的正常骨盆有限元模型的應力分布特征與文獻[9-11]報道相一致，而且應力值范圍與文獻[4，12]研究結果相近，由此表明本研究中的模型能夠有效而可靠地反映骨盆的生物力學特性。

本研究結果顯示，雙層面2枚骶髂螺釘固定組合的穩定性明顯優于單層面1枚骶髂螺釘（即S12明顯優于S1、S2）。在豎直穩定性和后旋穩定性方面，S2均優于S1。見表3。

3 討論

骶髂螺釘是骨盆后環損傷的治療領域的重大進步，并已經成為不穩定型骨盆后環損傷最終固定的常用微創技術[13]，相比髓外固定，骶髂螺釘固定具有明顯的生物力學優勢[14]，但多個臨床報道顯示，骶髂螺釘并不都能達到穩定的固定。Keating等[15]使用骶髂螺釘技術獲得了84%的解剖復位或近解剖復位率，但是最終隨訪發現畸形愈合率高達44%。Griffin等[16]認為，對于縱形骶骨骨折，骶髂螺釘固定更易出現固定失效和復位丟失。因此，如何根據具體傷情、因時因地制宜地快速選擇有效的固定方式，最大限度地發揮骶髂螺釘的生物力學優勢，降低固定失敗率，這對于包括急診救治在內的骨盆外傷的相應處置就顯得尤為重要。

Tile C 型骨盆損傷的前環后環都嚴重失穩，所以前后兩環均需固定，由于后環穩定性占骨盆穩定性的60%，加之骨盆復位固定的順序為先后環再前環（這是復位能夠成功的必要條件），因此后環穩定性的快速重建便顯得尤為重要，而骶髂螺釘技術恰好順應這一臨床需求，可經皮透視下微創置入，在不加重原始損傷的同時為急診一期穩定后環提供了可能，進而急診完成的后環固定為全身情況改善后二期前環的復位固定又創造了條件。S1S2構成了骶髂關節的基礎，伴隨骶髂螺釘置入技術的成熟，希望對不同層面骶髂螺釘及其組合的穩定性進行比較研究，以期最省時地確定最佳急診治療策略。

需要指出的是，首先，雖然Tile C型骨盆損傷涉及前環不穩且需固定，但鑒于固定方式具有多樣性，加之前環的穩定性勢必影響后環的穩定性，因此本研究并沒有對前環損傷及固定進行模擬，而是保留了正常骨盆的前環狀態，雖然這樣得出的有關后環穩定性的相關數值均較小，但并不影響針對后環穩定性的多模型間的比較性研究；第二，本研究模擬切除所有肌肉但保留骨盆重要韌帶結構的骨盆，從而在最大限度模擬正常骨盆穩定性的前提下，排除不可預見的由肌肉收縮帶來的應力，避免影響測量的準確性[17]；第三，本研究所模擬的骨折線系一經過骶孔的直線，這樣既便于模型的標準化而利于比較，又能避免因骨折線的不規則而影響網格劃分及后續計算的準確性；第四，本研究規定正位觀恥骨聯合的上緣與骶骨下緣處同一水平面，較為準確地模擬了雙足站立的生理實際。

本研究發現，固定狀態下的正常完整的骨盆所產生的平移方向主要為受力方向。這與實體研究結果一致[17]。筆者發現，骨盆后環豎直方向的加載導致了其自上而下方向的平移（下移），且下移的主體是位于骶骨骨折線的內側部分，同時伴隨該下移主于矢狀面上的向后旋轉（后旋），而該主體在前后方向和內外方向的移位幾乎為零。因此，通過對3種后環螺釘復合體的豎直穩定性和后旋穩定性的比較可以反映出各種內固定方式的牢固程度。本研究結果顯示，雙層面2枚骶髂螺釘固定組合的穩定性明顯優于單層面1枚骶髂螺釘，這與Yinger等[14]和van Zwienen等[17]的研究結論相似，提示在臨床實際工作中針對單側骶骨骨折要盡可能選擇雙層面骶髂螺釘（S12）固定。

需要指出的是，本實驗結果顯示，在S2層面進行固定的豎直穩定性和后旋穩定性均要優于S1層面。因此，筆者建議，如果使用單層面骶髂螺釘固定方式治療單側骶骨縱行骨折，最好選擇S2層面。筆者所進行的放射解剖學研究顯示，正常狀態下骶骨的S2螺釘隧道比S1的短，S2的安全置釘空間也比S1小[18]。然而，S2層面的骨性結構呈水平走行，該層面更適合水平置入螺釘，這恰與加長骶髂螺釘的走行是一致的，也恰恰適合Tile C 型的骶骨縱行骨折[19]。而且，在骶骨伴有先天畸形時，骶髂螺釘也更加適合在具有安全置釘空間優勢的S2層面上進行固定[20-21]。因此，在Tile C 型骶骨骨折的治療中S2層面扮演了不可替代的重要角色。

本研究發現，完整骨盆骶骨中部的下移和后旋均明顯小于損傷并予固定的骨盆，本研究中任何一種后環螺釘復合體的穩定性都不及正常完整骨盆。因此，筆者認為，即便使用最牢固的固定方式也要盡量避免患部過早承重，從而最大限度地避免因內固定失效而導致的復位丟失。

應該看到，工業器具的結構相對簡單規則，而人體結構和生物力學材料特性卻復雜得多。因此起源于工業設計領域的有限元軟件對復雜結構的建模不可避免地存在簡化現象。所以盡管本研究的模型設計和建立能夠滿足比較性研究的需要，但筆者仍然希望隨著有限元相關技術的發展，其仿真程度會變得更高。同時，筆者希冀將來能通過基于新鮮尸體的實體測量研究對本計算生物力學研究進行有效的補充，從而更加有利于解釋和指導臨床實踐，這也同樣有益于有限元實驗方法的不斷完善。

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