經(jīng)后路傷椎椎弓根釘固定胸腰椎爆裂骨折的穩(wěn)定性

冀東興

(濰坊市益都中心醫(yī)院脊柱創(chuàng)傷骨科，山東 青州 262500)

胸腰椎骨折臨床中常見(jiàn)，由于胸腰椎是胸椎后凸和腰椎前凸的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因此是脊柱傷痛疾病常發(fā)生的區(qū)域〔1，2〕。目前，胸腰椎爆裂骨折的臨床治療中通常使用經(jīng)后路傷椎椎弓釘固定術(shù)，其能夠改善患者脊柱的穩(wěn)定性和恢復(fù)椎管的管徑〔3〕。經(jīng)后路傷椎椎弓釘固定術(shù)在胸腰椎爆裂骨折臨床中具有創(chuàng)傷和臨床風(fēng)險(xiǎn)小、并發(fā)癥少等優(yōu)點(diǎn)〔4，5〕。然而也有不同的觀點(diǎn)認(rèn)為，經(jīng)后路傷椎椎弓釘固定術(shù)在胸腰椎爆裂骨折臨床中存在一定問(wèn)題，如Sudo等〔6〕研究表明，經(jīng)后路傷椎椎弓釘固定術(shù)治療后內(nèi)固定失敗率仍然維持在9.4%～58.3%，術(shù)后矯正度誤差在3.3°～12.6°，椎弓根螺釘松動(dòng)斷裂發(fā)生率為7.3%。本研究旨在分析評(píng)價(jià)經(jīng)后路傷椎椎弓釘固定胸腰椎爆裂骨折的穩(wěn)定性。

1 材料和方法

1.1動(dòng)物實(shí)驗(yàn)材料 選取9份小牛胸腰椎(T11～L3)段標(biāo)本，由醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供，其中所有小牛胸腰椎都經(jīng)過(guò)X線檢查，并確定無(wú)其他椎體病變，在動(dòng)物模型構(gòu)建前將小牛胸腰椎去除所有肌肉組織，保持椎體結(jié)構(gòu)完整，并置于-20℃冰箱中冷凍保存。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 空心椎弓根釘脊柱內(nèi)固定系統(tǒng)(購(gòu)于辛迪斯醫(yī)療器械貿(mào)易有限公司)，其中該系統(tǒng)由空心椎弓根釘，3-D頭，鎖定帽，預(yù)彎固定棒組成，所有材料都由ISO5832-2純鈦材料制成。三維激光掃描儀由醫(yī)院骨科提供，生物材料試驗(yàn)機(jī)購(gòu)于上海企想檢測(cè)儀器公司，Geomagic 軟件系統(tǒng)購(gòu)于Geomagic公司。

1.3動(dòng)物模型的構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)分組 將9份小牛胸腰椎(T11-L3)段標(biāo)本，按照固定方式的不同分成三組(每組3份標(biāo)本，跨骨折椎體固定組、單側(cè)傷椎固定組和三椎體固定組)，其中跨骨折椎體固定組使用4釘固定方式，通過(guò)GSS行跨骨折椎體定；單側(cè)傷椎固定組使用5釘固定方式，通過(guò)GSS行跨骨折椎體固定的基礎(chǔ)上聯(lián)合單側(cè)傷椎固定；三椎體固定組通過(guò)6釘固定方法進(jìn)行三椎體固定。具體動(dòng)物模型的構(gòu)建過(guò)程包括以下2個(gè)環(huán)節(jié)〔7〕：①用聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥包埋小牛胸腰椎的上下段；②在撞擊實(shí)驗(yàn)前對(duì)傷椎L1段鉆孔，從而確保撞擊實(shí)驗(yàn)后，L1椎體及上下終板受到不同程度的損傷；③根據(jù)Panjabi實(shí)驗(yàn)的方法，用固定夾將小牛胸腰椎標(biāo)本以前屈10°的方式固定在落錘實(shí)驗(yàn)裝置上，用10 kg砝碼從1 m高度垂直撞擊標(biāo)本；④CT掃描檢 測(cè)腰胸椎爆裂骨折的情況，當(dāng)標(biāo)本具有一側(cè)傷椎椎弓根完整，或者一側(cè)終板完整可以認(rèn)定動(dòng)物模型構(gòu)建成功。

1.4生物力學(xué)測(cè)試〔8〕①將椎體標(biāo)本放置在生物材料試驗(yàn)機(jī)上，并將L3椎體固定包埋在設(shè)備底座；②加載100～400 N的力，調(diào)整壓縮率為25 mm/min后，進(jìn)行軸向壓縮測(cè)試；③應(yīng)用生物材料試驗(yàn)機(jī)計(jì)算椎體的軸向剛度(300 N)，在軸向剛度的計(jì)算過(guò)程中必須重復(fù)3次取平均值，以降低實(shí)驗(yàn)誤差。

1.5椎間活動(dòng)度的測(cè)量〔9〕①首先將L3椎體和L1、L2、T12椎體前端固定在加載盤(pán)座上；②對(duì)加載盤(pán)座上的椎體標(biāo)本施加方向相反、大小相等和平行的力，從而形成標(biāo)準(zhǔn)純力矩(以4 Nm載荷加載)，促使腰椎樣本進(jìn)行六個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)(前屈、后伸、右側(cè)彎、左側(cè)彎、右軸向旋轉(zhuǎn)、左軸向旋轉(zhuǎn))；③通過(guò)使用三維激光掃描儀記錄下椎體模型運(yùn)動(dòng)圖像，應(yīng)用Geomagic軟件分析圖像數(shù)據(jù)，并計(jì)算傷椎的活動(dòng)度，在活動(dòng)度的計(jì)算過(guò)程中必須重復(fù)3次取平均值，以降低實(shí)驗(yàn)誤差。

1.6扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試 在扭轉(zhuǎn)角度測(cè)試中，將固定狀態(tài)下的椎體標(biāo)本裝入夾具內(nèi)，并將夾具兩端置入扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上，分別施加5 Nm和10 Nm的扭矩，計(jì)算不同扭矩下椎體標(biāo)本的扭轉(zhuǎn)角度，重復(fù)3次取平均值。

1.7統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析、t檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

2.1三組標(biāo)本各狀態(tài)下軸向剛度對(duì)比 正常狀態(tài)和骨折狀態(tài)下，三組的軸向剛度比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，而固定狀態(tài)下三組的軸向剛度比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；固定狀態(tài)下單側(cè)傷椎固定組、三椎體固定組的軸向剛度明顯高于跨骨折椎體固定組(P<0.05)，且單側(cè)傷椎固定組、三椎體固定組的軸向剛度比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；固定狀態(tài)下三組的軸向剛度明顯高于骨折狀態(tài)(P<0.05)，見(jiàn)表1。

表1 各組椎體標(biāo)本軸向剛度指標(biāo)

與固定狀態(tài)跨骨折椎體固定組比較：1)P<0.05；與同組骨折狀態(tài)比較：2)P<0.05

2.2三組標(biāo)本正常狀態(tài)下椎間活動(dòng)度對(duì)比 正常狀態(tài)下，三組的椎體椎間活動(dòng)度(前屈、后伸、右側(cè)彎、左側(cè)彎、右軸向旋轉(zhuǎn)、左軸向旋轉(zhuǎn))比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見(jiàn)表2。

表2 各組正常狀態(tài)下椎體椎間活動(dòng)度

2.3三組標(biāo)本骨折狀態(tài)下椎間活動(dòng)度對(duì)比 骨折狀態(tài)下，三組的椎體椎間活動(dòng)度(前屈、后伸、右側(cè)彎、左側(cè)彎、右軸向旋轉(zhuǎn)、左軸向旋轉(zhuǎn))比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見(jiàn)表3。

表3 各組骨折狀態(tài)下椎體椎間活動(dòng)度

2.4三組標(biāo)本固定狀態(tài)下椎間活動(dòng)度對(duì)比 固定狀態(tài)下三組的椎體椎間活動(dòng)度(前屈、后伸、右側(cè)彎、左側(cè)彎、右軸向旋轉(zhuǎn)、左軸向旋轉(zhuǎn))比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，單側(cè)傷椎固定組、三椎體固定組的椎體椎間活動(dòng)度明顯低于跨骨折椎體固定組(P<0.05)，而單側(cè)傷椎固定組、三椎體固定組的椎體椎間活動(dòng)度比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見(jiàn)表4。

表4 各組固定狀態(tài)下椎體椎間活動(dòng)度

與跨骨折椎體固定組比較：1)P<0.05

2.5三組標(biāo)本固定狀態(tài)下不同扭矩的扭轉(zhuǎn)角度對(duì)比 三組在5 Nm、10 Nm的扭矩下扭轉(zhuǎn)角度比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；在5 Nm、10 Nm的扭矩下，單側(cè)傷椎固定組、三椎體固定組的扭轉(zhuǎn)角度顯著小于跨骨折椎體固定組(P<0.05)，而單側(cè)傷椎固定組、三椎體固定組的扭轉(zhuǎn)角度比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見(jiàn)表5。

表5 各組標(biāo)本在不同扭矩下的扭轉(zhuǎn)角度對(duì)比

與跨骨折椎體固定組比較：1)P<0.05

3 討 論

胸腰椎爆裂骨折通常是由于外力作用于人體胸腰椎段脊柱，導(dǎo)致腰椎段脊柱發(fā)生大量機(jī)械性損傷，繼而導(dǎo)致胸腰椎段脊柱出現(xiàn)放射狀爆裂，導(dǎo)致改變脊柱的整體構(gòu)造〔10〕，使脊柱的穩(wěn)定性下降，患者出現(xiàn)感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)障礙、神經(jīng)功能障礙、脊柱畸形和癱瘓等〔11〕。據(jù)2015年臨床數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)〔1〕，胸腰椎骨折占到了脊柱骨折的56.82%。然而胸腰椎骨折中危害最大和損傷最嚴(yán)重的是胸腰椎爆裂骨折，其能改變脊柱的整體構(gòu)造，導(dǎo)致脊柱的穩(wěn)定性下降，促使骨碎片異位進(jìn)入椎管內(nèi)，壓迫和損傷脊神經(jīng)和脊髓。Aono等〔12〕認(rèn)為人體胸腰椎在軸向外力影響下，胸腰椎間盤(pán)壓力短時(shí)間內(nèi)迅速升高，迫使胸腰椎體的終板出現(xiàn)裂縫并骨折。Li等〔13〕研究進(jìn)一步闡釋了椎內(nèi)壓升高理論，通過(guò)胸腰椎撞擊模擬實(shí)驗(yàn)分析出外力作用的動(dòng)能是胸腰椎爆裂骨折的核心因素，當(dāng)外力的動(dòng)能較小時(shí)，胸腰椎損傷以骨折為主。本研究成功構(gòu)建胸腰椎爆裂骨折，恰好驗(yàn)證了外力和動(dòng)能是引發(fā)胸腰椎爆裂骨折的關(guān)鍵因素。胸腰椎是胸椎后凸和腰椎前凸的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也是外力匯集的焦點(diǎn)，因此胸腰椎發(fā)生爆裂骨折成為常見(jiàn)類型〔14〕；同時(shí)Jeon等〔15〕通過(guò)人體解剖學(xué)的理論和手段，分析了胸腰椎的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)為了適應(yīng)人體運(yùn)動(dòng)的需求，胸腰椎椎弓根處的椎體后緣骨皮質(zhì)明顯變薄使得胸腰椎的穩(wěn)定性下降和活動(dòng)性增高，也是胸腰椎發(fā)生爆裂骨折的重要原因。

本研究表明應(yīng)用經(jīng)后路傷椎椎弓釘固定術(shù)能明顯提升椎體標(biāo)本的軸相剛度，從而加強(qiáng)了傷椎的穩(wěn)定性。Liu等〔16〕構(gòu)建了小牛腰椎爆裂模型，并應(yīng)用經(jīng)后路傷椎椎弓釘固定術(shù)實(shí)施4釘、6頂固定，通過(guò)生物力學(xué)仿真模擬實(shí)驗(yàn)得出6釘固定方式在傷椎力學(xué)分布和穩(wěn)定性上優(yōu)勢(shì)最為明顯。在本次研究中，分別應(yīng)用4釘、5釘和6釘固定的方式進(jìn)行比較研究，結(jié)果顯示單側(cè)傷椎固定組和三椎體固定組在椎體軸向剛度較跨骨折椎體固定組優(yōu)勢(shì)明顯，椎體軸向剛度顯著提高，整體提升了傷椎的穩(wěn)定性。另外本研究中固定狀態(tài)下單側(cè)傷椎固定組和三椎體固定組的椎體椎間活動(dòng)度明顯低于跨骨折椎體固定組，且在5 Nm、10 Nm的扭矩下的扭轉(zhuǎn)角度小于跨骨折椎體固定組。陳德喜等〔17〕臨床試驗(yàn)通過(guò)計(jì)算機(jī)力學(xué)模擬分析手段，證明了經(jīng)后路傷椎植入椎弓釘能平衡整體椎管的力學(xué)分布，能夠減少應(yīng)力對(duì)椎弓釘固定系統(tǒng)的影響，從而提高了傷椎的穩(wěn)定性，同時(shí)促進(jìn)椎體的康復(fù)。

綜上所述，經(jīng)后路傷椎椎弓釘固定術(shù)能充分滿足脊柱生物力學(xué)分布原則，能平衡椎體固定力系統(tǒng)的各種應(yīng)力分布，提升椎體和固定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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