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，由于胸腰椎是胸椎后凸和腰椎前凸的轉(zhuǎn)折點，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，其能夠改善患者脊柱的穩(wěn)定性和恢復椎管的管徑〔3〕。經(jīng)后路傷椎椎弓釘固定術在胸腰椎爆裂骨折臨床中具有創(chuàng)傷和臨床風險小、并發(fā)癥少等優(yōu)點〔4，5〕。然而也有不同的觀點認為，經(jīng)后路傷椎椎弓釘固定術在胸腰椎爆裂骨折臨床中存在一定問題，如Sudo等〔6〕研究表明，經(jīng)后路傷椎椎弓釘固定術治療后內(nèi)固定失敗率仍然維持在9.4%～58.3%，術后矯正度誤差在3.3°～12.6°，椎弓根螺釘松動斷裂發(fā)生率為7.3%。本研究旨在分析評價經(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動物實驗材料 選取9份小牛胸腰椎(T11～L3)段標本，由醫(yī)院動物實驗中心提供，其中所有小牛胸腰椎都經(jīng)過X線檢查，并確定無其他椎體病變，在動物模型構(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實驗設備 空心椎弓根釘脊柱內(nèi)固定系統(tǒng)(購于辛迪斯醫(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，生物材料試驗機購于上海企想檢測儀器公司，Geomagic 軟件系統(tǒng)購于Geomagic公司。

1.3動物模型的構(gòu)建和實驗分組 將9份小牛胸腰椎(T11-L3)段標本，按照固定方式的不同分成三組(每組3份標本，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GSS行跨骨折椎體固定的基礎上聯(lián)合單側(cè)傷椎固定；三椎體固定組通過6釘固定方法進行三椎體固定。具體動物模型的構(gòu)建過程包括以下2個環(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在撞擊實驗前對傷椎L1段鉆孔，從而確保撞擊實驗后，L1椎體及上下終板受到不同程度的損傷；③根據(jù)Panjabi實驗的方法，用固定夾將小牛胸腰椎標本以前屈10°的方式固定在落錘實驗裝置上，用10 kg砝碼從1 m高度垂直撞擊標本；④CT掃描檢 測腰胸椎爆裂骨折的情況，當標本具有一側(cè)傷椎椎弓根完整，或者一側(cè)終板完整可以認定動物模型構(gòu)建成功。

1.4生物力學測試〔8〕①將椎體標本放置在生物材料試驗機上，并將L3椎體固定包埋在設備底座；②加載100～400 N的力，調(diào)整壓縮率為25 mm/min后，進行軸向壓縮測試；③應用生物材料試驗機計算椎體的軸向剛度(300 N)，在軸向剛度的計算過程中必須重復3次取平均值，以降低實驗誤差。

1.5椎間活動度的測量〔9〕①首先將L3椎體和L1、L2、T12椎體前端固定在加載盤座上；②對加載盤座上的椎體標本施加方向相反、大小相等和平行的力，從而形成標準純力矩(以4 Nm載荷加載)，促使腰椎樣本進行六個方向的運動(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通過使用三維激光掃描儀記錄下椎體模型運動圖像，應用Geomagic軟件分析圖像數(shù)據(jù)，并計算傷椎的活動度，在活動度的計算過程中必須重復3次取平均值，以降低實驗誤差。

1.6扭轉(zhuǎn)角度測試 在扭轉(zhuǎn)角度測試中，將固定狀態(tài)下的椎體標本裝入夾具內(nèi)，并將夾具兩端置入扭轉(zhuǎn)試驗機上，分別施加5 Nm和10 Nm的扭矩，計算不同扭矩下椎體標本的扭轉(zhuǎn)角度，重復3次取平均值。

1.7統(tǒng)計學方法 應用SPSS19.0軟件進行單因素方差分析、t檢驗。

2 結(jié) 果

2.1三組標本各狀態(tài)下軸向剛度對比 正常狀態(tài)和骨折狀態(tài)下，三組的軸向剛度比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，而固定狀態(tài)下三組的軸向剛度比較差異有統(tǒng)計學意義(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統(tǒng)計學意義(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)，見表1。

表1 各組椎體標本軸向剛度指標

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

2.2三組標本正常狀態(tài)下椎間活動度對比 正常狀態(tài)下，三組的椎體椎間活動度(前屈、后伸、右側(cè)彎、左側(cè)彎、右軸向旋轉(zhuǎn)、左軸向旋轉(zhuǎn))比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表2。

表2 各組正常狀態(tài)下椎體椎間活動度

2.3三組標本骨折狀態(tài)下椎間活動度對比 骨折狀態(tài)下，三組的椎體椎間活動度(前屈、后伸、右側(cè)彎、左側(cè)彎、右軸向旋轉(zhuǎn)、左軸向旋轉(zhuǎn))比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表3。

表3 各組骨折狀態(tài)下椎體椎間活動度

2.4三組標本固定狀態(tài)下椎間活動度對比 固定狀態(tài)下三組的椎體椎間活動度(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)計學意義(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度比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表4。

表4 各組固定狀態(tài)下椎體椎間活動度

與跨骨折椎體固定組比較：1)P<0.05

2.5三組標本固定狀態(tài)下不同扭矩的扭轉(zhuǎn)角度對比 三組在5 Nm、10 Nm的扭矩下扭轉(zhuǎn)角度比較差異有統(tǒng)計學意義(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)角度比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表5。

表5 各組標本在不同扭矩下的扭轉(zhuǎn)角度對比

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，導致腰椎段脊柱發(fā)生大量機械性損傷，繼而導致胸腰椎段脊柱出現(xiàn)放射狀爆裂，導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)感覺和運動障礙、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〔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重的是胸腰椎爆裂骨折，其能改變脊柱的整體構(gòu)造，導致脊柱的穩(wěn)定性下降，促使骨碎片異位進入椎管內(nèi)，壓迫和損傷脊神經(jīng)和脊髓。Aono等〔12〕認為人體胸腰椎在軸向外力影響下，胸腰椎間盤壓力短時間內(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〕研究進一步闡釋了椎內(nèi)壓升高理論，通過胸腰椎撞擊模擬實驗分析出外力作用的動能是胸腰椎爆裂骨折的核心因素，當外力的動能較小時，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，恰好驗證了外力和動能是引發(fā)胸腰椎爆裂骨折的關鍵因素。胸腰椎是胸椎后凸和腰椎前凸的轉(zhuǎn)折點，也是外力匯集的焦點，因此胸腰椎發(fā)生爆裂骨折成為常見類型〔14〕；同時Jeon等〔15〕通過人體解剖學的理論和手段，分析了胸腰椎的結(jié)構(gòu)特點，發(fā)現(xiàn)為了適應人體運動的需求，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。

本研究表明應用經(jīng)后路傷椎椎弓釘固定術能明顯提升椎體標本的軸相剛度，從而加強了傷椎的穩(wěn)定性。Liu等〔16〕構(gòu)建了小牛腰椎爆裂模型，并應用經(jīng)后路傷椎椎弓釘固定術實施4釘、6頂固定，通過生物力學仿真模擬實驗得出6釘固定方式在傷椎力學分布和穩(wěn)定性上優(yōu)勢最為明顯。在本次研究中，分別應用4釘、5釘和6釘固定的方式進行比較研究，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〕臨床試驗通過計算機力學模擬分析手段，證明了經(jīng)后路傷椎植入椎弓釘能平衡整體椎管的力學分布，能夠減少應力對椎弓釘固定系統(tǒng)的影響，從而提高了傷椎的穩(wěn)定性，同時促進椎體的康復。

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

1盧厚微，羅遠明.傷椎置釘治療胸腰椎單椎體爆裂性骨折的臨床觀察〔J〕.中國骨與關節(jié)損傷雜志，2011;26(5)：434-5.

2鄭圣鼐，姚慶強，王黎明，等.后路間接減壓內(nèi)固定術與前路減壓固定治療Magerl B型胸腰椎骨折的比較研究〔J〕.中國骨與關節(jié)損傷雜志，2010;25(11)：965-8.

3江 偉，劉 兵，余 游，等.經(jīng)皮椎弓根內(nèi)固定術治療胸腰椎骨折患者的療效觀察〔J〕.現(xiàn)代生物醫(yī)學進展，2015;15(21)：4112-4，4138.

4殷 剛，徐 鑒，胡銀梅，等.經(jīng)傷椎與不經(jīng)傷椎椎弓根釘內(nèi)固定治療胸腰椎骨折的對比研究〔J〕.寧夏醫(yī)科大學學報，2015;37(10)：1161-4，1169，封4.

5李 偉，王 雷，叢 杰，等.胸腰椎爆裂骨折的綜合分型與治療〔J〕.中國矯形外科雜志，2000;7(6)：538-40.

6Sudo H，Ito M，Kaneda K，etal.Anterior decompression and strut graft versus posterior decompression and pedicle screw fixation with vertebroplasty for osteoporotic thoracolumbar vertebral collapse with neurologic deficits〔J〕.Spine J，2013;13(12)：1726-32.

7李熙雷，車 武，董 健，等.經(jīng)傷椎單節(jié)段椎弓根螺釘固定治療胸腰椎爆裂骨折的生物力學研究〔J〕.中華創(chuàng)傷骨科雜志，2012;14(3)：225-7.

8McDonnell M，Shah KN，Paller DJ，etal.Biomechanical analysis of pedicle screw fixation for thoracolumbar burst fractures〔J〕.Orthopedics，2016;39(3)：e514-8.

9王世海，劉孟軍，位新維，等.顆粒骨打壓植骨在腰椎后路融合修復中的應用：隨機對照〔J〕.中國組織工程研究，2015;19(8)：1211-5.

10Raley DA，Mobbs RJ.Retrospective computed tomography scan analysis of percutaneously inserted pedicle screws for posterior transpedicular stabilization of the thoracic and lumbar spine：accuracy and complication rates〔J〕.Spine(Phila Pa 1976)，2012;37(12)：1092-100.

11Vanek P，Bradac O，Konopkova R，etal.Treatment of thoracolumbartrauma by short-segment percutaneous transpedicular screw instrumentation：prospective comparative study with a minimum 2year follow up〔J〕.J Neurosurg Spine，2014;20(2)：150-6.

12Aono H，Tobimatsu H，Ariga K，etal.Surgical outcomes of temporary short-segment instrumentation without augmentation forthoracolumbar burst fractures〔J〕.Injury，2016;47(6)：1337-44.

13Li K，Li Z，Ren X，etal.Effect of the percutaneous pedicle screw fixation at the fractured vertebra on the treatment ofthoracolumbar fractures〔J〕.Int Orthop，2016;40(6)：1103-10.

14梁天龍，蔣禮源，鄭小春，等.經(jīng)椎旁肌間隙入路傷椎植骨內(nèi)固定治療胸腰椎爆裂性骨折〔J〕.中國矯形外科雜志，2010;18(14)：1212-4.

15Jeon CH，Lee HD，Lee YS，etal.Is it beneficial to remove the pedicle screw instrument after successful posterior fusion of thoracolumbar burst fractures〔J〕?Spine(Phila Pa 1976)，2015;40(11)：E627-33.

16Liu Y，Li G，Dong T，etal.One-stage partial vertebrectomy，titanium mesh implantation and pedicle screw fixation in thetreatment of thoracolumbar burst fractures through a posterior approach〔J〕.Clinics (Sao Paulo)，2014;69(12)：804-8.

17陳德喜，郎繼孝，趙景明，等.經(jīng)傷椎椎弓根撬撥復位植骨結(jié)合椎弓根釘固定治療胸腰椎爆裂骨折的臨床研究〔J〕.中國矯形外科雜志，2012;20(18)：1714-6.