提高骨質疏松癥椎體椎弓根螺釘固定強度的技術研究進展

劉亮，孫崇毅

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院骨三科，哈爾濱 150081)

骨質疏松癥(osteoporosis，OP)是一種骨密度下降致骨強度下降、脆性增加、骨折風險增高的疾病，對我國老齡人口的骨骼健康造成極大危害[1]。隨著越來越多的老年患者因退行性或創(chuàng)傷性脊柱病變而接受手術治療，骨質疏松性骨內固定逐漸引起脊柱外科醫(yī)師的關注[2]。由于應力集中、微動等，OP患者椎弓根螺釘固定術后出現(xiàn)螺釘松動、位移甚至拔出的可能性較大。因此，需要特別關注應用于OP患者脊柱內固定手術器械的設計和技術的改進。20世紀50年代末，Boucher采用雙側椎弓根螺釘系統(tǒng)實現(xiàn)了多節(jié)段脊柱的融合固定，此系統(tǒng)在脊柱融合固定方面取得了很大進步，但在OP患者的骨質內實現(xiàn)最佳的螺釘固定強度仍值得關注[3]。為了提高OP患者椎弓根螺釘?shù)墓潭◤姸?拔出強度)，各國學者已進行了多種關于螺釘設計和手術技術的改進，螺釘設計包括用骨水泥增加釘骨界面間的強度[4-5]，改變螺釘直徑[6-7]、長度[8]、螺紋設計[9]和螺釘內徑的錐形設計[10]以及可膨脹螺釘?shù)倪x擇[11]等。螺釘設計對OP患者椎體椎弓根螺釘?shù)墓潭◤姸扔兄匾饔?，但手術技術的改進對手術操作有重要的指導意義。現(xiàn)就提高OP患者椎體椎弓根螺釘固定強度的技術研究進展予以綜述。

1 置入技術

在提高椎弓根螺釘?shù)墓潭◤姸葧r，首先應考慮通過改變椎弓根螺釘置入技術實現(xiàn)有效固定。引導孔的大小是非常重要的因素，“過大”的引導孔(大于螺釘直徑)將使螺釘與骨之間的把持力下降，而“較小”的引導孔(遠小于所使用的螺釘直徑)會加大置入螺釘?shù)呐ち?，在OP患者骨質內此作用力更明顯，從而增加了椎弓根骨折、螺釘松動、拔出的風險[10]。其他需要關注的技術還包括自攻螺釘與預攻引導孔的選擇[8,10]、置釘角度[12]、置釘深度[8,10,13]以及必要時的螺釘重新置入[4,12]等。

1.1引導孔的大小 螺釘旋入之前用開路錐預攻引導孔的大小對椎弓根螺釘?shù)墓潭ň哂兄匾饔?，特別是在骨質疏松性椎骨內[14]。Battula等[10]進行了一系列測試，目的是找出在低螺釘固定扭矩和高螺釘固定強度之間保持最佳平衡所需引導孔大小的臨界值，通過對螺釘外徑為70%、71.5%、73%和80%的引導孔進行拔出強度試驗，最終確定使用椎弓根螺釘外徑71.5%的引導孔可滿足所需的臨界引導孔大小。此研究結論雖對術者的手術操作無明顯影響，但可用于指導特殊的預攻引導孔所使用的開路錐的設計和研制，有利于手術器械的改進，最后可通過選擇合適大小的開路錐獲得理想的引導孔，從而取得低螺釘扭矩和高螺釘固定強度間的最佳平衡。

1.2預攻絲與自攻螺釘 置入螺釘前將引導孔預攻絲還是使用自攻螺釘對螺釘把持力的影響受到關注[9,15-17]。術中常用自攻螺釘，自攻螺釘在插入時切割螺紋路徑中的骨質，省時省力，縮短了手術時間[18]。Pfeiffer等[17]分別檢測10種不同設計的自攻螺釘或非自攻螺釘，發(fā)現(xiàn)大部分自攻螺釘在骨質疏松模型中可顯著提高螺釘?shù)陌殉至?，但自攻螺釘在旋入過程中會產生摩擦阻力，增加了低密度骨質內的螺釘扭矩和椎弓根骨折的風險。

在骨科手術中，引導孔的預攻絲是精確地在長骨上置釘?shù)囊环N方法，已應用于脊柱手術[17]，但其有效性仍存在爭議。Chen等[3]認為，與使用自攻螺釘相比，在插入螺釘前使用引導孔預攻絲會減弱螺釘把持力。Carmouche等[15]報道，在OP患者腰椎骨質中預攻絲會降低螺釘把持力，但胸椎固定中預攻絲和自攻螺釘兩種方法對螺釘把持力無明顯影響。此外，Thompson等[9]和Mehta等[16]也未發(fā)現(xiàn)引導孔預攻絲和自攻螺釘在螺釘拔出強度上的明顯差異。上述報道證實了自攻螺釘?shù)膬?yōu)勢，目前自攻螺釘已廣泛應用于臨床，且大多數(shù)情況下未行預攻絲，最終獲得了理想的固定效果，但對于骨質硬化的椎骨，為避免高螺釘扭矩和椎弓根劈裂的風險，必要時也需要進行預攻絲。

1.3置釘角度 椎弓根螺釘置入角度的選擇也能改變螺釘固定強度。Patel等[7]在代表正常骨、輕度骨質疏松性骨和嚴重骨質疏松性骨的人工骨模型中按矢狀角(與椎體矢狀面夾角)0°～40°的角度置釘，對螺釘?shù)陌殉至M行測試發(fā)現(xiàn)，在正常骨質模型中置釘方向與軸向拔出方向平行時把持力較大，在骨質疏松性骨模型中當螺釘置入方向與軸向拔出力呈10°角時把持力最佳，可能與骨質疏松骨質中骨-螺釘交界處的把持力較小有關，故在置釘時使螺釘置入方向與軸向拔出力成角度以增加螺釘與周圍骨質的嚙合面積來錨固螺釘，從而獲得更大把持力。

王永強和劉曉光[19]認為，平行終板置入椎弓根螺釘并不能獲得最佳的螺釘把持力；Yuan等[20]通過計算機導航技術，對兩種置釘方式(螺釘向脊柱尾側傾斜置入和平行上終板置入)進行了比較，最終發(fā)現(xiàn)螺釘向尾側傾斜置入時固定強度較高；Kuhns等[21]發(fā)現(xiàn)，當螺釘頭端斜向脊柱尾側23°時，不管是否使用骨水泥強化螺釘，其固定強度都有所增加。以上研究結果說明，在矢狀面上將螺釘傾斜旋入、置釘方向與椎體終板成角度可以提高螺釘?shù)墓潭◤姸龋赡芘c矢狀面上螺釘與終板呈一定角度置入椎體時，螺釘旋入距離延長、骨-釘接觸面積增加有關。

以上測試為骨模型中單螺釘置釘角度與拔出強度的關系，史可強等[22]采用斜行交叉置釘法(將兩螺釘自同一椎骨模型兩側椎弓根置入，一側螺釘與上終板呈5°～10°角，一側螺釘與下終板呈15°～20°角)所產生的拔出強度較平行終板置釘法顯著增加。此方法可能使螺釘與椎弓根四壁的骨質咬合程度顯著增加，從而相應提高了螺釘拔出強度。以上研究為術中置釘角度的選擇提供了試驗證據(jù)和理論依據(jù)，對術者的手術操作有一定的指導意義，但交叉置釘也存在一定的缺點，如角度把握困難、容易造成椎弓根骨折、易穿破損傷終板等，術中應根據(jù)患者骨質情況(有無OP及嚴重程度)、疾病性質(有無終板處骨折等)及術者的經驗和操作技術等合理選擇置釘角度。

1.4置釘深度 在解剖學上，置釘深度又稱骨-螺釘通道長度[23]，目前對椎弓根螺釘置釘深度的觀點不一，但普遍認為在一定范圍內增加椎弓根螺釘置入深度可增加螺釘拔出強度，因為螺釘置入深度代表了骨-螺釘接觸面的大小，直觀體現(xiàn)了對螺釘拔出強度的影響。Weinstein等[8]通過試驗證明，長度為35 mm的螺釘在椎弓根內所承受的彎曲力矩較40 mm和45 mm螺釘增加16%，降低了螺釘?shù)姆€(wěn)固性，故建議臨床盡量使用長度40 mm以上的螺釘。Polly等[24]認為，在輕度骨質疏松的椎體模型中同時增加椎弓根螺釘?shù)闹睆胶烷L度(螺釘直徑和長度的增加以不引起椎弓根劈裂、突破椎體前皮質為限)，可顯著增加螺釘?shù)陌纬鰪姸?，但在嚴重骨質疏松椎體模型中同時增加螺釘直徑和長度對螺釘?shù)陌纬鰪姸葻o顯著影響。也有研究指出，當螺釘進入椎弓根且位于椎體置釘軸線的80%深度時，固定強度已足夠，再延長置釘深度固定強度也無顯著增加，并且會增加穿透椎體前側皮質、損傷腹側血管的風險[25]。因此，可根據(jù)目標椎體影像學檢查(如CT、X線等)判斷置釘軸線的深度以確定螺釘長度，并指導手術者術前選擇合適長度的椎弓根螺釘。

1.5螺釘?shù)闹匦轮萌?術中術者有時會根據(jù)螺釘置入情況對螺釘進行必要的調整，如拔出后再次置入或調整方向后再次置入，這種操作是否會降低螺釘?shù)墓潭ㄐЧ源嬖谫|疑。Krishnan等[26]在骨質疏松模型中用單螺釘和雙螺釘結合橫連分別進行了螺釘重新置入的生物力學測試發(fā)現(xiàn)，更換較大直徑的螺釘可獲得足夠的螺釘固定強度。Manon等[27]通過骨質疏松模型中椎弓根螺釘翻修重置對拔出強度影響的生物力學研究認為，在一定范圍內椎弓根重置螺釘?shù)陌纬鰪姸入S螺釘直徑的增加而增大。Chen等[4]測試重度OP的低密度骨模型中螺釘撤出后，再次單獨置入螺釘和再次骨水泥強化下置入螺釘?shù)男Чl(fā)現(xiàn)，再次單獨置入螺釘后固定強度較拔出前下降了10%，與拔出前螺釘?shù)墓潭◤姸认啾龋撬鄰娀笾匦轮萌肼葆數(shù)墓潭◤姸葻o明顯差異。Ying等[13]的試驗發(fā)現(xiàn)，螺釘再次置入固化水泥不利于骨水泥界面的把持力，對固定強度有顯著的負面影響。由此可見，手術過程中調整螺釘位置，無論是否使用骨水泥強化，只要相應增加置入螺釘?shù)闹睆剑疾粫β葆敼潭ㄐЧa生較大影響，但除絕對必要外，應避免重新置入螺釘時使用骨水泥強化。

2 雙皮質固定

為了達到良好的固定效果，外科醫(yī)師通常將椎弓根螺釘突破椎體前皮質進行雙皮質固定來獲得更大的把持力，特別是在骨質疏松的椎體模型中，雙皮質螺釘固定所產生的拔出強度較單皮質固定顯著增加[6,8,12]。Zindrick等[28]研究表明，根據(jù)所使用螺釘置入深度的不同，穿過椎體前皮質的雙皮質置釘較僅將螺釘插入接近前皮質而不穿透前皮質的單皮質置釘?shù)墓潭◤姸仍黾?1%～120%。然而，當螺釘穿透椎體前皮質插入椎弓根螺釘時，必須特別小心，由于髂血管、主動脈、下腔靜脈等大血管緊鄰椎體前側，螺釘放置不當可能導致嚴重的大血管損傷。此外，Zindrick等[28]在測試中發(fā)現(xiàn)，當螺釘穿過椎體前皮質時，對螺釘施加一個周期性載荷，在此載荷下螺釘?shù)幕顒又行霓D移至遠側尖端，導致“雨刷”式微動，使椎前血管損傷以及椎弓根骨折的發(fā)生風險升高。因此，Kubaszewski等[29]建議，雙皮質固定可用于骶骨置釘(骶骨前側未緊鄰大血管)或迫切需要增強螺釘固定強度的情況(如嚴重骨質疏松時)。

3 椎弓根雙螺釘固定

在椎弓根螺釘?shù)呐R床應用中，一般習慣將一枚螺釘置入一個椎弓根內，但由于椎弓根冠狀面為橢圓形，可能在同一椎弓根內放置2枚螺釘進行固定。Carmouche等[15]選取胸腰段一個椎弓根內徑略大于平均值的脊柱標本，交叉置入2枚直徑為5 mm的椎弓根螺釘，并通過力學裝置測試對螺釘把持力影響的研究發(fā)現(xiàn)，雙螺釘固定強度優(yōu)于單枚直徑6 mm螺釘?shù)墓潭◤姸?，但固定強度僅增加了7.5%。據(jù)推測，這一結果可能由于螺釘系統(tǒng)體積增大，削弱了骨質疏松性椎弓根的骨質把持強度[30]。由于2枚螺釘在置入過程中會存在干擾，因此建議在不損傷椎弓根的情況下，使用2枚直徑4 mm螺釘而非直徑5 mm或以上螺釘進行交叉置入，這樣可以較為理想地提高螺釘?shù)墓潭◤姸取ｋp螺釘固定雖然能提高螺釘固定強度，但延長了手術時間，增加了置入難度，因此，術中可根據(jù)術者的經驗、習慣和操作熟練程度合理地選擇此種固定方法。

4 固定節(jié)段

固定節(jié)段的增加不僅可以提高螺釘?shù)恼w固定強度，也能相應降低每一枚螺釘所承受的應力。臨床研究表明，在胸腰椎骨折內固定時，經傷椎置釘?shù)?釘固定方法較跨傷椎的4釘固定方法的軸向抗扭轉力增加了近2倍，且屈伸、側彎抗扭轉力也有增加[31]。DeWald等[32]認為，在矯正OP脊柱后凸畸形時，最好選擇在畸形節(jié)段的上、下各3個節(jié)段同時進行椎弓根螺釘?shù)墓潭?，腰骶部矯形時可加用髂骨螺釘來相應增加固定強度。姜宇等[33]報道了18例經手術治療的繼發(fā)性胸腰段后凸畸形(因陳舊性骨質疏松性胸腰椎椎體壓縮骨折所致)的患者，選擇增加1個椎體節(jié)段行椎弓根螺釘固定，效果理想，遠期隨訪只出現(xiàn)1例部分螺釘松動。但固定節(jié)段的增加并不是無限制的，因為每增加一個固定節(jié)段就會喪失一個脊柱節(jié)段的活動度，目前針對OP胸腰椎骨折臨床一般采用經傷椎(包括上、下2個節(jié)段)的6釘固定或跨傷椎(包括上下各2個節(jié)段)的8釘固定方法，以獲取較理想的固定強度，并盡量減少脊柱活動度的丟失。

5 小 結

對于OP脊柱手術患者來說，獲取充分的椎弓根螺釘固定強度是一個持續(xù)的挑戰(zhàn)。目前對于提高OP患者椎體椎弓根螺釘固定強度的置釘技術的研究和改進還有不足，有些置釘技術(如置釘角度、椎弓根雙螺釘固定等)尚缺乏臨床應用中長期回顧性研究，因此需要進一步對各項技術進行歸納總結和對比研究。另一方面，以上置釘技術雖然在理論上為術者的選擇提供了依據(jù)，但也要根據(jù)術者的經驗、習慣、對各種技術優(yōu)缺點的評估以及患者骨質情況、椎弓根解剖特點等進行個體化選擇。目前，OP患者內固定術后螺釘松動仍是比較棘手的問題，如何進一步優(yōu)化術中置釘策略仍是今后研究的方向之一。