3種不同內(nèi)固定方式在上胸椎剛度的試驗(yàn)研究*

楊立井，肖增明△，梁棟柱，賀聚良，劉 云

(1.廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院脊柱骨病外科，南寧 530022；2.南方醫(yī)科大學(xué)廣東省醫(yī)學(xué)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510515；3.廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院骨與軟組織外科，南寧 530021)

椎弓根螺釘固定在臨床上多應(yīng)用于脊柱后路手術(shù)，然而在下頸椎有使用前路椎弓根螺釘固定的報(bào)道，且取得了良好的臨床結(jié)果[1-4]。使用后路椎弓根釘棒系統(tǒng)(PTPSRS)行脊柱后路固定時(shí)，內(nèi)固定系統(tǒng)所有的椎弓根螺釘均通過椎弓根構(gòu)成全椎弓根螺釘固定，固定強(qiáng)度可靠。筆者根據(jù)解剖數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)一套上胸椎前路逆向椎弓根釘板內(nèi)固定系統(tǒng)(ATPSPS)，其包含兩枚由前向后的椎弓根釘及兩枚椎體釘。設(shè)計(jì)的初衷是希望借助前路椎弓根螺釘具有較長(zhǎng)的釘?shù)篱L(zhǎng)度及通過椎弓根這一關(guān)鍵骨性通道，以提高較普通椎體釘板系統(tǒng)(AVBSPS)的固定強(qiáng)度。本實(shí)驗(yàn)研究對(duì)比3種固定方式對(duì)脊柱穩(wěn)定性的影響。

1 材料與方法

1.1材料

1.1.1標(biāo)本 取12例含頸7-胸5的人非新鮮防腐尸體標(biāo)本，肉眼仔細(xì)檢查，確認(rèn)無脊柱畸形，椎體、前縱韌帶、肋骨、肋間肌肉等結(jié)構(gòu)無破壞，行X線片及CT檢查排除畸形、腫瘤等骨結(jié)構(gòu)破壞性病變。

1.1.2試劑 本實(shí)驗(yàn)固定標(biāo)本兩端所使用的材料為Ⅱ型義齒基托樹脂粉劑和Ⅱ型義齒基托樹脂液劑，由上海新世紀(jì)齒科材料有限公司生產(chǎn)，配制比例約為1∶1。

1.1.3儀器 實(shí)驗(yàn)使用的試驗(yàn)機(jī)為美國(guó)波音公司生產(chǎn)的ElectroForce 3510材料試驗(yàn)機(jī)，其使用配套軟件為WinTest系統(tǒng)，可施加壓力及拉力等干預(yù)措施，測(cè)量時(shí)可得出精確的載荷-位移數(shù)據(jù)。

圖1 試驗(yàn)所使用的3種內(nèi)固定器械

1.2方法

1.2.1標(biāo)本處理 將標(biāo)本于肋橫突關(guān)節(jié)外約1 cm處切斷肋骨并去除遠(yuǎn)端的肋骨及肌肉。仔細(xì)剔除椎旁肌，保護(hù)韌帶和關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊的完整。仔細(xì)去除椎體前方附著的軟組織，但注意保持前縱韌帶和肋橫突關(guān)節(jié)囊的完整。標(biāo)本范圍內(nèi)的硬脊膜囊、脊髓及肋間神經(jīng)根等保持原結(jié)構(gòu)，肋骨之間的肋間肌亦予保留。使用固定材料固定標(biāo)本的上下端，上端為頸7、下端為胸5。標(biāo)本處理期間，保持標(biāo)本的濕度，包埋后用薄膜塑料將標(biāo)本包裝好，避免風(fēng)干，常溫下放置，實(shí)驗(yàn)時(shí)拆開使用。

1.2.2標(biāo)本分組 12例標(biāo)本使用隨機(jī)數(shù)字表法分成3組，每組標(biāo)本使用1種內(nèi)固定方式，見圖1。AVBSPS組標(biāo)本使用的固定器械為前路普通椎體釘板系統(tǒng)，ATPSPS組標(biāo)本所使用的內(nèi)固定器械為前路椎弓根釘板系統(tǒng)，PTPSRS組使用的內(nèi)固定器械為后路椎弓根釘棒系統(tǒng)[5]，見圖1。

1.2.3標(biāo)本操作及測(cè)試 根據(jù)分組結(jié)果，測(cè)試各個(gè)標(biāo)本原始狀態(tài)下在軸向壓縮、前屈、后伸、左屈、右屈等5個(gè)方向上的剛度。于胸2椎體前方做一縱向開口槽，切除開口槽雙下端對(duì)應(yīng)的椎間盤組織，暴露軟骨終板并小心刮除，保持終板下骨結(jié)構(gòu)完整，模擬手術(shù)中胸2椎體次全切除，制作成損傷模型，并在上述5個(gè)方向上進(jìn)行剛度測(cè)試。測(cè)試完成后，取同具尸體與植骨槽等高度的兩根肋骨條作植骨塊填充骨槽，按分組編號(hào)選擇相應(yīng)的內(nèi)固定系統(tǒng)進(jìn)行安裝固定，之后再測(cè)試標(biāo)本在各個(gè)方向上的剛度，見圖2。

圖2 軸向壓縮剛度實(shí)驗(yàn)

1.2.4觀察指標(biāo) 測(cè)試并記錄各標(biāo)本在原始狀態(tài)、損傷狀態(tài)及安裝內(nèi)固定后在軸向壓縮、前屈、后伸、左側(cè)屈、右側(cè)屈等5個(gè)方向上的載荷-位移數(shù)據(jù)，通過所得數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)應(yīng)的剛度值。

表1 各組在各狀態(tài)下及各個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上的平均剛度值

2 結(jié) 果

各標(biāo)本行內(nèi)固定后，肉眼檢查未見螺釘未進(jìn)入椎管，椎弓根螺釘未穿破椎弓根及椎體。各標(biāo)本均順利完成各項(xiàng)測(cè)試，未見內(nèi)固定器械斷裂、下沉、松動(dòng)或脫出，均未發(fā)現(xiàn)應(yīng)力性骨折等。原始狀態(tài)及損傷狀態(tài)在軸向壓縮、前屈、后伸、左右屈等各個(gè)方向上的剛度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。3組內(nèi)固定后剛度均較原始狀態(tài)下剛度提高。軸向壓縮剛度PTPSRS組較原始模型提高約15%，ATPSPS組及AVBSPS組分別提高約9%和5%，3組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；前屈剛度各組較原始狀態(tài)亦有提高，ATPSPS組最大，較原始模型提高約18%，PTPSRS組及AVBSPS組相當(dāng)，分別提高約6%和7%，3組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；后伸剛度PTPSRS組最大，ATPSPS組次之，AVBSPS 組最小，分別提高約25%、12%、5%；左右屈剛度ATPSPS組和PTPSRS組相當(dāng)，大于AVBSPS組，見表1。

3 討 論

當(dāng)腫瘤、結(jié)核等造成脊柱的前中柱破壞時(shí)，這些病灶組織易向后方凸向椎管，導(dǎo)致脊髓壓迫和(或)脊柱失穩(wěn)，引起神經(jīng)功能受損，嚴(yán)重可導(dǎo)致截癱。正常生理狀態(tài)下，胸椎為后凸結(jié)構(gòu)，脊髓在椎管內(nèi)偏向腹側(cè)，前中柱破壞時(shí)，致壓物易壓迫靠近椎體后緣行走的脊髓，特別合并后凸成角畸形時(shí)，脊髓更容易受壓。研究顯示，生理?xiàng)l件下，脊柱前中柱承受負(fù)荷較后柱大，在模擬前中柱不穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)研究中，使用后路椎弓根系統(tǒng)固定模型后其穩(wěn)定性較原始模型減少約40%[6]。另一項(xiàng)研究表明，胸腰椎前中柱骨折后經(jīng)椎弓根釘系統(tǒng)固定不能使其恢復(fù)至原來的生物力學(xué)性能，椎體骨折累及范圍越大，單純靠后路椎弓根螺釘固定的力學(xué)性能越差，前中柱重建是減少后路內(nèi)固定器械承載的關(guān)鍵[7]。因此，行后路固定并對(duì)前中柱進(jìn)行有效重建，對(duì)減少遠(yuǎn)期內(nèi)固定失敗具有重要意義。上胸椎后路手術(shù)時(shí)，因解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過后路行前中柱病灶清除并對(duì)其重建難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，因而往往需再次行前路手術(shù)進(jìn)行病灶清除和重建。有學(xué)者認(rèn)為，上胸椎前中柱破壞導(dǎo)致脊髓受壓時(shí)，單純前路手術(shù)既能在直視下去除破壞的病灶組織而達(dá)到椎管減壓的目的，又能重建脊柱的序列及穩(wěn)定性[8]。在脊柱穩(wěn)定性的重建過程中，使用內(nèi)固定器械堅(jiān)強(qiáng)固定為局部骨性融合提供良好的環(huán)境[9]。影響內(nèi)固定系統(tǒng)固定強(qiáng)度有多方面的因素，如骨質(zhì)量、螺釘?shù)闹睆?、螺紋結(jié)構(gòu)、置入方向和深度等。

在體外，通過測(cè)定標(biāo)本在三維運(yùn)動(dòng)方向上活動(dòng)度改變來評(píng)價(jià)脊柱-內(nèi)固定復(fù)合體的穩(wěn)定性是一種可行的方法[10]。頸腰椎的活動(dòng)度較大，通過該方法測(cè)定是合適的，而對(duì)于有胸廓限制而活動(dòng)度較小的胸椎，特別是軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)非常小，若使用此方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則與體內(nèi)實(shí)際情況差距較大。因此，本實(shí)驗(yàn)未測(cè)定軸向旋轉(zhuǎn)，而測(cè)定軸向壓縮、前屈、后伸、左屈、右屈等5個(gè)方向的剛度，以比較不同內(nèi)固定方式的固定效果。剛度是指物體抵抗變形的能力，剛度可特定至各加載方向[11]。根據(jù)載荷-位移數(shù)據(jù)，可分別計(jì)算出各個(gè)方向的剛度值。剛度越大，脊柱-內(nèi)固定復(fù)合體固定越牢固，抗變形能力越強(qiáng)。對(duì)比安裝內(nèi)固定前后剛度變化，即可反映出某種內(nèi)固定方式對(duì)標(biāo)本穩(wěn)定性的影響。對(duì)比不同內(nèi)固定方式在相同條件下的剛度，即可反映出不同內(nèi)固定方式的固定強(qiáng)度。

在上胸椎行前中柱清除病灶后，重建脊柱穩(wěn)定性的方式有前路植骨內(nèi)固定[9,12]、后路椎弓根釘固定加前路鈦籠植骨融合[13-14]等方式。有研究表明后路椎弓根螺釘?shù)某跏脊潭◤?qiáng)度優(yōu)于前路鋼板[15]。前路手術(shù)并行內(nèi)固定安裝時(shí)，若能借助椎弓根螺釘?shù)墓潭▋?yōu)勢(shì)，理論上有助于提高脊柱-內(nèi)固定復(fù)合體的初始穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用ATPSPS時(shí)，在前屈剛度上優(yōu)于PTPSRS和AVBSPS。這說明前路椎弓根固定在前屈支撐能力相對(duì)于另外兩種固定方式具有一定的優(yōu)勢(shì)。在后伸剛度上，ATPSPS的固定強(qiáng)度不及PTPSRS，但卻比AVBSPS的剛度大，這證實(shí)了前路兩枚椎弓根螺釘具有更好的固定效果。在側(cè)方剛度上，ATPSPS和PTPSRS的固定能力相當(dāng)，均大于AVBSPS。在軸向壓縮剛度上，各組的垂直壓縮剛度均不同，PTPSRS的剛度值最大，ATPSPS次之，AVBSPS最小。筆者推斷，PTPSRS的4枚螺釘均通過椎弓根這一力核結(jié)構(gòu)，因此相對(duì)于其他兩種內(nèi)固定方式而言其剛度值較大，而ATPSPS的剛度大于AVBSPS的原因是其兩枚椎弓螺釘通過椎弓根并突破后方皮質(zhì)骨而具有更穩(wěn)當(dāng)?shù)墓潭ㄐЧ?/p>

本實(shí)驗(yàn)在體外模擬人體的部分運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)標(biāo)本已切除大部分肋骨及肌肉，消除了胸廓限制等的影響因素，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與體內(nèi)必然有一定的區(qū)別。

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