王春生，薛建琛，郭經(jīng)偉，宋少峰，郭 杰，劉欣偉，閆志旺

脊柱后路椎弓根螺釘系統(tǒng)作為穩(wěn)定脊柱“三柱”結(jié)構(gòu)的重要內(nèi)固定材料，常用于脊柱骨折、脊椎退行性疾病及脊柱矯形的治療[1]。隨著世界老齡化人口的不斷增多，患有不同程度骨質(zhì)疏松癥的患者越來越多。有研究表明，不同的骨密度對(duì)胸腰椎椎弓根螺釘內(nèi)固定的穩(wěn)定性有重要影響[2]。脊柱骨密度降低使常規(guī)椎弓根螺釘系統(tǒng)固定脊柱的穩(wěn)定性大打折扣，造成螺釘松動(dòng)、拔出等內(nèi)固定失敗或脊柱不穩(wěn)的報(bào)道屢見不鮮[3-4]，從而給患者的預(yù)后帶來巨大影響。為解決該問題，相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了各種各樣的研究與實(shí)踐，臨床上先后出現(xiàn)了弧形螺釘、可誘導(dǎo)螺釘、膨脹式椎弓根螺釘、可注入骨水泥椎弓根螺釘及釘?shù)缽?qiáng)化技術(shù)[5-7]，其中釘?shù)缽?qiáng)化技術(shù)在臨床上應(yīng)用最為廣泛。目前，在釘?shù)缽?qiáng)化技術(shù)方面的研究?jī)H限于注入骨水泥劑量以及部分釘?shù)缽?qiáng)化對(duì)椎弓根螺釘穩(wěn)定性的影響[8-9]，而對(duì)于椎弓根釘?shù)缽?qiáng)化部位的研究少之又少。臨床上對(duì)骨質(zhì)疏松性脊柱骨折患者進(jìn)行脊柱后路椎弓根螺釘內(nèi)固定時(shí)，常選擇強(qiáng)化椎體的釘?shù)纴碓鰪?qiáng)椎弓根螺釘系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)于具體強(qiáng)化椎弓根釘?shù)赖哪囊徊糠?，尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谘芯肯嗤瑥?qiáng)化條件下，強(qiáng)化椎弓根釘?shù)赖牟煌课粚?duì)椎弓根螺釘系統(tǒng)早期穩(wěn)定性的影響，為進(jìn)一步指導(dǎo)脊柱手術(shù)的操作提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1實(shí)驗(yàn)標(biāo)本：篩選30只生長(zhǎng)3～5年雌性綿羊脊柱標(biāo)本(胸12～骶1節(jié)段)，綿羊均來自河北察北牧場(chǎng)，常規(guī)牧場(chǎng)飼養(yǎng)，行雙側(cè)卵巢切除術(shù)，且術(shù)后1個(gè)月開始肌內(nèi)注射甲潑尼龍0.45 mg/(kg·d)，連續(xù)10個(gè)月建立骨質(zhì)疏松模型[10-11]。處死綿羊6 h內(nèi)將脊柱標(biāo)本送往實(shí)驗(yàn)室。分別在X線下常規(guī)透視，除外脊柱畸形及先天性脊柱疾病，通過雙能X線骨密度儀進(jìn)行檢查，確保骨密度T值在-2.5以下，證明造模成功。

1.1.2實(shí)驗(yàn)器材：椎弓根螺釘系統(tǒng)(常州華森醫(yī)療器械有限公司，螺釘直徑3.5 mm，螺紋長(zhǎng)度35 mm，螺距1.5 mm)，椎體強(qiáng)化工具包(蘇州愛得科技發(fā)展有限公司，型號(hào)：ZT-114.2X130)，骨水泥(北京邦塞科技有限公司)；雙能X線骨密度儀(康達(dá)洲際醫(yī)療有限公司，型號(hào)：KD-GRAND)、C形臂X線機(jī)(德國(guó)奇目成像醫(yī)療器材集團(tuán)，型號(hào)：ZIehm Vision RFD3D)、CT儀(美國(guó)GE-680公司)、HY-3080型生物力學(xué)機(jī)(上海衡儀精密儀器有限公司)、游標(biāo)卡尺(上海精密儀器有限公司，精確度為0.02 mm)、LPS-60DS型電子掃描儀(廣州市享潤(rùn)電子科技有限公司)；80型固定臺(tái)鉗(美科工具有限公司)，牽引固定架(自制)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1標(biāo)本制作：將造模成功的新鮮綿羊脊柱標(biāo)本放置實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)上，分別剔除脊柱椎旁肌肉，保留棘上韌帶、棘間韌帶、脊柱關(guān)節(jié)囊、纖維環(huán)等完整結(jié)構(gòu)。利用椎弓根螺釘置釘工具在標(biāo)本上置入4個(gè)釘?shù)溃肅形臂X線機(jī)檢驗(yàn)釘?shù)赖姆较蚧疽恢?。然后在建立的釘?shù)老轮萌霃?qiáng)化工具套筒(僅行腰4雙側(cè)椎弓根釘?shù)缽?qiáng)化)，將混合均勻的骨水泥，在C形臂X線機(jī)輔助下分別對(duì)兩側(cè)釘?shù)赖那?/3、中1/3、后1/3進(jìn)行定時(shí)(骨水泥粉末與液體開始混合后約4 min)、等量(約1.0 ml)骨水泥強(qiáng)化，確保骨水泥在椎弓根釘?shù)乐車浴皥F(tuán)狀”形式彌散。在骨水泥未凝固時(shí)置入相同規(guī)格的椎弓根螺釘，選擇合適長(zhǎng)度的連接棒，尾帽固定。常規(guī)CT掃描，確保骨水泥按照預(yù)定的釘?shù)啦课粡?qiáng)化。根據(jù)強(qiáng)化的部位，將實(shí)驗(yàn)標(biāo)本分為A組(強(qiáng)化釘?shù)狼?/3)、B組(強(qiáng)化釘?shù)乐?/3)、C組(強(qiáng)化釘?shù)篮?/3)3組，各10具。

1.2.2疲勞實(shí)驗(yàn)：將實(shí)驗(yàn)標(biāo)本從臺(tái)鉗上取下，切除腰3以上部分脊柱標(biāo)本。將標(biāo)本的末端進(jìn)行牙托粉包埋固定，臺(tái)鉗固定牙托粉模具，利用牽引固定架將標(biāo)本與生物力學(xué)機(jī)進(jìn)行牽引連接，然后分別對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)本進(jìn)行前屈、后伸、左側(cè)彎、右側(cè)彎活動(dòng)共計(jì)10 000次(每個(gè)方向2500次)。疲勞實(shí)驗(yàn)后測(cè)定脊柱標(biāo)本的最大活動(dòng)范圍、軸向壓縮剛度、螺釘最大拔出力及最大扭力。脊柱最大活動(dòng)范圍即脊柱標(biāo)本固定節(jié)段前屈、后伸、左側(cè)彎、右側(cè)彎4個(gè)方向的最大活動(dòng)范圍。將骶1椎體固定于生物力學(xué)機(jī)基座，腰3椎體植入環(huán)形螺釘，并用牽引鋼絲與之固定，通過自制的牽引固定架與生物力學(xué)機(jī)的另一端連接；通過生物力學(xué)機(jī)對(duì)脊柱標(biāo)本前屈、后伸、左側(cè)彎、右側(cè)彎4個(gè)方向進(jìn)行牽拉，測(cè)定4個(gè)方向的最大活動(dòng)范圍。將椎弓根釘棒固定節(jié)段的脊柱標(biāo)本固定于生物力學(xué)機(jī)的基座與頂座之間，測(cè)定其最大軸向壓縮剛度。拆除螺釘尾帽、連接棒，利用生物力學(xué)機(jī)測(cè)定腰4左側(cè)椎弓根螺釘?shù)妮S向最大拔出力及對(duì)側(cè)椎弓根螺釘?shù)淖畲笈ち?。?shí)驗(yàn)期間對(duì)脊柱標(biāo)本定期噴灑生理鹽水，保持標(biāo)本韌帶軟組織濕潤(rùn)程度。

2 結(jié)果

2.1椎弓根釘?shù)廊L(zhǎng)解剖學(xué)和CT影像學(xué)測(cè)量結(jié)果比較 30具脊柱標(biāo)本(腰4～5，每具4枚螺釘)完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定后，沿椎弓根釘?shù)婪较蚯懈?，進(jìn)行解剖學(xué)測(cè)量。對(duì)椎弓根釘?shù)澜馄蕦W(xué)與CT影像學(xué)測(cè)量長(zhǎng)度進(jìn)行比較，測(cè)量結(jié)果比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表1及圖1。說明椎弓根釘?shù)篱L(zhǎng)度的CT影像學(xué)測(cè)量與實(shí)際解剖學(xué)測(cè)量結(jié)果一致性良好。

表1 30具綿羊骨質(zhì)疏松模型脊柱標(biāo)本椎弓根釘?shù)澜馄蕦W(xué)與影像學(xué)測(cè)量長(zhǎng)度比較

2.23組脊柱標(biāo)本軸向壓縮剛度、螺釘最大拔出力及最大扭力比較 3組軸向壓縮剛度、螺釘最大拔出力及最大扭力比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)；B組和C組軸向壓縮剛度低于A組，且C組低于B組(P<0.01)；B組和C組螺釘最大拔出力及最大扭力均大于A組，且C組大于B組(P<0.01)。見表2。

表2 3組綿羊骨質(zhì)疏松模型脊柱標(biāo)本軸向壓縮剛度、螺釘最大拔出力及最大扭力比較

2.33組脊柱標(biāo)本各方向最大活動(dòng)范圍比較 3組各方向最大活動(dòng)范圍比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)；B組和C組前屈、后伸、左側(cè)彎、右側(cè)彎最大活動(dòng)范圍均小于A組，且C組小于B組(P<0.01)。見表3。

A組 B組 C組圖1 3組綿羊骨質(zhì)疏松模型脊柱標(biāo)本不同椎弓根釘?shù)缽?qiáng)化部位的CT矢狀位掃描圖A組強(qiáng)化釘?shù)狼?/3，B組強(qiáng)化釘?shù)乐?/3，C組強(qiáng)化釘?shù)篮?/3

表3 3組綿羊骨質(zhì)疏松模型脊柱標(biāo)本各方向最大活動(dòng)范圍比較

3 討論

椎弓根螺釘內(nèi)固定是脊柱后路手術(shù)中最常用的內(nèi)固定技術(shù)，因其能滿足脊柱“三柱”的穩(wěn)定性，且對(duì)于維持術(shù)后脊柱早期穩(wěn)定性具有無(wú)法取代的優(yōu)勢(shì)[12]。脊柱椎弓根螺釘主要依靠“骨界面”與螺紋的把持力增加固定的穩(wěn)定性[13-14]。常因患者骨質(zhì)疏松或脊柱畸形、置釘方向位置不理想需重新置釘，導(dǎo)致骨-螺釘界面把持力降低。章篩林等[15]研究表明，椎弓根釘?shù)缽?qiáng)化固定可明顯增強(qiáng)骨質(zhì)疏松脊柱的穩(wěn)定性。陳曉峰等[16]研究表明，二次置釘會(huì)導(dǎo)致骨松質(zhì)骨密度進(jìn)一步丟失，釘?shù)乐車g隙增大，需要更多的骨水泥填充才能獲得足夠的把持力。劉達(dá)等[17]認(rèn)為，椎弓根螺釘整體固化的穩(wěn)定性優(yōu)于局部固化。在實(shí)際臨床操作中，無(wú)法將整個(gè)椎體充分彌散骨水泥，而且骨水泥是不可吸收材料，對(duì)于患者的遠(yuǎn)期影響如何，也不明確。故在具體手術(shù)中，強(qiáng)化釘?shù)滥膫€(gè)部位更能增加脊柱的穩(wěn)定性，目前尚無(wú)確切結(jié)論[18-19]。就釘?shù)缽?qiáng)化技術(shù)而言，椎體及椎弓根釘?shù)廊L(zhǎng)強(qiáng)化肯定較單純椎弓根強(qiáng)化的抗拔出力和把持力好，但是在臨床實(shí)際操作中，因擔(dān)心骨水泥滲入椎管或側(cè)隱窩，鮮有整體強(qiáng)化椎弓根釘?shù)?，一般?huì)常規(guī)選擇強(qiáng)化椎體內(nèi)的釘?shù)?。至于?qiáng)化椎弓根釘?shù)乐械哪囊徊糠?，有的學(xué)者認(rèn)為應(yīng)強(qiáng)化釘?shù)赖那安?，有的認(rèn)為應(yīng)強(qiáng)化釘?shù)赖暮蟛?，目前尚未達(dá)成統(tǒng)一。因此，本實(shí)驗(yàn)觀察在同等劑量固化材料條件下，通過強(qiáng)化椎弓根釘?shù)赖牟煌课?，比較椎弓根螺釘系統(tǒng)的早期穩(wěn)定性。

本實(shí)驗(yàn)選用新鮮的綿羊骨質(zhì)疏松模型脊柱標(biāo)本，保留韌帶及關(guān)節(jié)囊，更好模擬人體的脊柱生物力學(xué)及對(duì)韌帶的影響。通過疲勞實(shí)驗(yàn)?zāi)M正常人的脊柱活動(dòng)，進(jìn)一步研究不同強(qiáng)化部位對(duì)椎弓根螺釘系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。軸向拔出力測(cè)定是用來評(píng)價(jià)椎弓根內(nèi)固定穩(wěn)定性的常用方法[20-21]。另外通過軸向壓縮剛度及最大扭力測(cè)定能夠從三維層面更好地評(píng)估椎弓根螺釘系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)只對(duì)腰4椎體的釘?shù)肋M(jìn)行強(qiáng)化，并未強(qiáng)化腰5椎體，旨在減少腰5對(duì)腰4椎體釘?shù)啦煌课粡?qiáng)化的影響。

本實(shí)驗(yàn)研究表明，強(qiáng)化釘?shù)狼?/3時(shí)，螺釘?shù)淖畲蟀纬隽?、最大扭力最小，軸向壓縮剛度最大；強(qiáng)化釘?shù)篮?/3時(shí)，螺釘?shù)淖畲蟀纬隽?、最大扭力最大，軸向壓縮剛度最??；強(qiáng)化釘?shù)乐?/3時(shí)，居中。因此，釘?shù)缽?qiáng)化越向椎體后緣，把持力越大，內(nèi)固定穩(wěn)定性越好。前屈、后伸、左右側(cè)彎是人體脊柱活動(dòng)最基本的4種方式，通過疲勞實(shí)驗(yàn)可以模擬人體在脊柱活動(dòng)時(shí)椎弓根螺釘內(nèi)固定所承受的應(yīng)力。本研究結(jié)果顯示，強(qiáng)化釘?shù)狼?/3、中1/3、后1/3，脊柱4個(gè)方向最大活動(dòng)范圍依次減小，反映出釘?shù)缽?qiáng)化后椎弓根螺釘系統(tǒng)的穩(wěn)定性依次增大；3組中強(qiáng)化釘?shù)篮?/3，內(nèi)固定穩(wěn)定性最好，強(qiáng)化釘?shù)狼?/3，穩(wěn)定性最差。究其原因可能與椎弓根的距離有關(guān)，脊柱進(jìn)行后路椎弓根螺釘內(nèi)固定時(shí)，椎弓根螺釘把持力的60%集中于椎弓根本身[22]。強(qiáng)化部位越靠近椎體后方，其與脊柱椎弓根的距離就越小，相當(dāng)于延長(zhǎng)了椎弓根的有效長(zhǎng)度，從而使脊柱骨質(zhì)對(duì)螺釘?shù)陌殉至υ龃蟆?/p>

本研究旨在為臨床如何確定骨水泥強(qiáng)化部位提供參考。此外，釘?shù)缽?qiáng)化的穩(wěn)定性還與骨水泥的注入量、彌散方式等有關(guān)系[23]。在臨床進(jìn)行釘?shù)缽?qiáng)化時(shí)，應(yīng)盡量貼近螺釘?shù)母窟M(jìn)行強(qiáng)化，可有效增大螺釘?shù)陌纬隽?，增加?nèi)固定的穩(wěn)定性。但是越接近螺釘?shù)母繌?qiáng)化，骨水泥進(jìn)入椎管的可能性越大，尤其是椎體爆裂性骨折患者，應(yīng)引起術(shù)者的注意。

本實(shí)驗(yàn)僅從生物力學(xué)角度分析強(qiáng)化部位對(duì)椎弓根螺釘內(nèi)固定穩(wěn)定性的影響。對(duì)于骨質(zhì)疏松性胸腰椎骨折患者而言，在行椎弓根螺釘內(nèi)固定釘?shù)缽?qiáng)化時(shí)，強(qiáng)化部位越接近椎弓根部位，拔出力越大，固定越穩(wěn)定。但臨床治療時(shí)還應(yīng)根據(jù)骨質(zhì)疏松性胸腰椎骨折患者具體骨折情況，選擇合適的釘?shù)缽?qiáng)化部位，同時(shí)還需考慮骨水泥的注入量、彌散方式等情況。