腰椎前路椎間融合手術中關節突螺釘與椎弓根螺釘的生物力學比較

聶志紅，侯英諾，孔凡磊，趙素香，樊格林，張子檀(河北省邢臺市人民醫院脊柱骨科，河北 邢臺 054031)

·論著·

腰椎前路椎間融合手術中關節突螺釘與椎弓根螺釘的生物力學比較

聶志紅，侯英諾，孔凡磊，趙素香，樊格林，張子檀
(河北省邢臺市人民醫院脊柱骨科，河北 邢臺 054031)

目的探討關節突螺釘(translaminar facet screw，TFS)與椎弓根螺釘(pedicle screw，PS)在前路椎間融合術(anterior lumbar interbody fusion,ALIF)中的力學穩定性，以及2種后路固定螺釘在ALIF對相鄰節段的影響是否一致。方法采用正常成人新鮮尸體腰椎標本,將16具標本隨機分為無手術組(intact)、ALIF組、ALIF+TFS組、ALIF+PS組,在400N壓力和75N/m速率件下，比較各組剛度、相鄰節段活動度和椎間盤壓力。結果與intact組比較，ALIF組在前屈度、側彎度、軸向旋轉度方面增加，而后伸度減少。在ALIF+TFS組、ALIF+PS組和ALIF組的比較中，ALIF組在前屈度、側彎度、軸向旋轉度方面明顯增加，而TFS固定和PS固定提供的穩定性相當(差異無統計學意義)，但TFS在椎間盤壓力方面對相鄰節段影響更小。結論TFS固定可以與PS固定提供同樣的力學穩定性，TFS固定是2節段ALIF理想的固定方法。

腰椎；前路椎間融合；關節突螺釘；椎弓根螺釘

10.3969/j.issn.1007-3205.2014.08.008

腰椎前路椎間融合(anteriorlumbarinterbodyfusion,ALIF)和后路椎間融合越來越多地應用于治療腰椎疾病[1-3]。在臨床應用中，椎弓根釘固定可以提供堅強的內固定，一直以來被視為黃金標準，術后療效肯定[4]，但椎弓根固定技術也存在很多缺點，如廣泛的肌肉損傷、可能存在的神經損傷以及手術時間和手術費用增加。相比之下，關節突螺釘固定技術更簡單、安全、創傷更小、成本低廉，并且生物力學證實其是可靠選擇之一[5]。在臨床上，ALIF手術多為2節段或多節段手術，因此，我們在新鮮尸體上，對關節突螺釘固定(translaminarfactorscrew,TFS)和椎弓根釘固定(pediclescrew,PS)技術在2節段ALIF手術中的生物力學影響進行了研究。報告如下。

1 資料與方法

1.1 樣本制作：由河北醫科大學解剖學教研室提供12具新鮮尸體的腰椎標本，男性8例，女性8例，年齡42～78歲，平均(51.2 ±8.3)歲。保持腰1～5的完整性。隨機分為無手術(Intact)組、單純ALIF組、ALIF+PS組、ALIF+TFS組。常規拍攝正側位X線片，除外骨骼發育異常。切除多余的肌肉軟組織，保留完整的韌帶、椎間盤。

1.2 生物學測量：將標本的腰5和腰1分別連接在WDW-4100電子萬能試驗機上。此裝置模擬脊柱在功能位置上前曲、后伸、側彎以及軸向扭轉活動，并測量在各個功能位置上的受力、活動情況。給予矢狀位400N的壓力預加載，以消除標本松弛、蠕動導致的時間延時影響。保持400N壓力，通過軸向轉動裝置，以75N/m速率，將標本分別向前屈、后伸、左側彎曲、右側彎曲、軸向旋轉等6個方向活動。自腰1～5每個椎體上安裝12個紅外記錄器，記錄各個方向的椎體活動。在每個髓核內放置壓力傳感器。首先測量完整腰椎的活動情況，然后測量2節段經PS和TFS后ALIF手術的活動情況。2種螺釘的放置方式與常規臨床手術方式相同。

2 結 果

2.1 固定節段的剛度:ALIF組較Intact組前屈、側彎以及軸向旋轉時的剛度明顯增強(P<0.05)，但在后伸時較弱(P<0.05)；ALIF+TFS組和ALIF+PS組與Intact組和ALIF組比較，內固定的各項剛度測量明顯增強(P<0.05)；ALIF+TFS組與ALIF+PS組的剛度比較差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。

GroupsFlexionExtensionLateralbendingAxialrotationIntact2．89±0．312．20±0．261．91±0．462．19±0．13ALIF6．05±1．91?1．78±0．63?3．13±1．02?2．76±0．24?ALIF+TFS7．86±1．33?#7．38±1．16?#6．76±1．28?#5．95±1．06?#ALIF+PS7．64±1．17?#7．50±1．05?#6．68±0．94?#6．05±1．22?# F22．500111．92252．26452．779 P0．0000．0000．0000．000

*P<0.05vsintact group #P<0.05vsALIF group byqtest
ALIF：anterior lumbar interbody fusion；TLS：translaminar facet screw；PS：pedicle screw

2.2 相鄰節段的活動度:對上位椎體，ALIF組、ALIF+TFS組和ALIF+PS組較Intact組前屈度、側彎度、軸向旋轉度增加，后伸度減少，ALIF+TFS組和ALIF+PS組各椎體活動度又較ALIF組增強(P<0.05)；ALIF+TFS組與ALIF+PS組之間差異無統計學意義(P>0.05)。見表2。

對下位椎體，ALIF組與Inact組各項活動度改變差異無統計學意義；ALIF+TFS組和ALIF+PS組前屈、后伸、側彎和軸向旋轉4個活動度均較ALIF組增強(P<0.05)。ALIF+TFS與ALIF+PS組之間差異無統計學意義(P>0.05)。見表3。

2.3 椎間盤壓力測試：對于上位相鄰椎間盤內壓力，ALIF組較Intact組前屈、側彎、軸向旋轉壓力增強(P<0.05)；ALIF+TFS組和ALIF+PS組較Intact組和ALIF組均明顯增強(P<0.05)；ALIF+PS組前屈較ALIF+TFS組壓力增強(P<0.05)，ALIF+TFS組與ALIF+PS組之間各椎體盤間壓力差異無統計學意義(P>0.05)。見表4。

對于下位相鄰椎間盤內壓力，ALIF+TFS組和ALIF+PS組較Intact組和ALIF組均明顯增強(P<0.05)；ALIF+TFS組與ALIF+PS組之間各椎體盤間壓力差異無統計學意義(P>0.05)。見表5。

GroupsFlexionExtensionLateralbendingAxialrotationIntact3．55±0．622．83±0．775．11±0．842．09±0．58ALIF4．31±0．48?2．06±0．81?6．41±0．70?2．63±0．42?ALIF+TFS5．96±0．55?#5．31±0．68?#7．96±0．92?#4．97±0．94?#ALIF+PS6．35±0．61?#5．78±0．33?#7．99±1．1?#5．41±0．57?# F42．85259．21219．15153．754 P0．0000．0000．0000．000

*P<0.05vsintact group #P<0.05vsALIF group byqtest
ALIF：anterior lumbar interbody fusion；TLS：translaminar facet screw；PS：pedicle screw

GroupsFlexionExtensionLateralbendingAxialrotationIntact5．18±0．812．94±0．345．41±0．632．73±0．17ALIF5．22±0．672．70±0．425．41±0．832．86±0．48ALIF+TFS6．46±0．68?#3．13±0．77?#6．44±0．58?#4．18±0．49?#ALIF+PS6．50±0．62?#3．21±0．44?#6．52±0．71?#4．30±0．44?# F9．49911．0086．96232．558 P0．0010．0010．0030．000

*P<0.05vsintact group #P<0.05vsALIF group byqtest
ALIF：anterior lumbar interbody fusion；TLS：translaminar facet screw；PS：pedicle screw

GroupsFlexionExtensionLateralbendingAxialrotationIntact0．91±0．420．75±0．440．73±0．470．74±0．46ALIF1．41±0．52?0．75±0．281．05±0．62?1．13±0．58?ALIF+TFS1．57±0．44?#1．43±0．37?#1．39±0．60?#1．41±0．69?#ALIF+PS1．92±0．73?#△1．28±0．37?#1．36±0．52?#1．44±0．47?# F5．0183．8763．3292．958 P0．0120．0290．0340．000

*P<0.05vsintact group #P<0.05vsALIF group △P<0.05vsALIF+PS group byqtest
ALIF：anterior lumbar interbody fusion；TLS：translaminar facet screw；PS：pedicle screw

GroupsFlexionExtensionLateralbendingAxialrotationIntact0．91±0．110．93±0．210．72±0．090．94±0．13ALIF0．99±0．170．87±0．050．73±0．070．96±0．14ALIF+TLS1．19±0．19?#1．08±0．23?#0．84±0．16?#1．19±0．21?#ALIF+PS1．19±0．21?#1．11±0．21?#1．94±0．18?#1．24±0．22?# F5．8323．351143．9576．623 P0．0070．0380．0000．004

*P<0.05vsintact group #P<0.05vsALIF group byqtest
ALIF：anterior lumbar interbody fusion；TLS：translaminar facet screw；PS：pedicle screw

3 討 論

本研究通過比較2種內固定ALIF手術，為臨床醫師在考慮手術治療方式時提供了參考依據。在剛度方面，前屈、軸向旋轉及側彎時，單純ALIF組比Intact組要強一些，而后伸弱一些。在2個節段的ALIF手術中后伸不穩定性的增加可能與前縱韌帶、前半部分纖維環的切除有關。在臨床上，ALIF結合后路椎弓根內固定術式被認為是此類手術的黃金標準。本研究結果顯示，2種內固定方式在剛度及穩定性方面確實明顯改善，但2種內固定方式比較沒有明顯差異。這與曾忠友等[6]所做的后路融合內固定生物力學研究結果所一致。研究結果展示了關節突螺釘的優勢，取得同樣的穩定性，關節突螺釘固定只需2枚螺釘，椎弓根螺釘需要4枚螺釘。

相鄰節段退變是ALIF手術中常見的并發癥，上位間盤活動度、壓力增加，而下位間盤受影響較小[7-8]。本研究上位間盤在前屈、側彎及軸向旋轉時的活動度，間盤內壓力在2個節段ALIF手術后與無手術時明顯增加，而后伸時降低，這是由于后伸時不穩定性影響了手術節段的剛性降低導致的。下位椎間盤的椎間盤壓力和椎體活動度方面，單純ALIF組與Intact組差異無統計學意義。

結合后路內固定的ALIF手術后剛度明顯改善，相鄰節段椎體活動度及椎間盤的壓力增加，說明內固定術后給相鄰節段帶來明顯影響。不同方式內固定對活動度、椎間盤壓力影響不明顯。但是椎弓根螺釘固定對相鄰節段的影響要比關節突螺釘固定的影響大，盡管許多學者對椎弓根釘置釘技術進行改良[9]，但椎弓根螺釘對軟組織顯露范圍大的缺點仍無法根本解決。上位相鄰節段的活動度椎間盤壓力的增加數據表明，在2個階段ALIF手術中，無論是單純ALIF手術還是結合內固定的ALIF手術對上位關節突的影響都比對下位相鄰節段的影響大。

本研究只統計在剛剛完成手術后的臨床狀態，沒有涉及到Cage沉降、纖維環松弛、固定釘松動等帶來的影響，然而這些影響因素均有可能影響脊柱的穩定性以及預后，并最終導致實驗結果改變。本研究亦將人體肌肉綜合的運動簡化為單一的受力改變，這也會對最終結果產生影響。需要進一步的完善研究。

綜上所述，關節突螺釘固定能提供同樣的穩定性，具有手術創傷小、費用低廉等優勢，并且對相鄰節段的影響更小。

[1] TANG S,XU W,REBHOLZ BJ.Anterior lumbar interbody fusion combined with percutaneous pedicle screw fixation for degenerative lumbar instability:minimum four-year follow-up[J].Turk Neurosurg,2012,22(2):156-160.

[2] RAHN KA,SHUGART RM,WYLIE MW,et al.The effect of lordosis,disc height change,subsidence,and transitional segment on stand-alone anterior lumbar interbody fusion using a nontapered threaded device[J].Am J Orthop (Belle Mead NJ),2010,39(12):E124-129.

[3] JIANG SD,CHEN JW,JIANG LS.Which procedure is better for lumbar interbody fusion:anterior lumbar interbody fusion or transforaminal lumbar interbody fusion? [J].Arch Orthop Trauma Surg,2012,132(9):1259-1266.

[4] 黃隆,何立江.腰椎后路髓核摘除、植骨融合內固定術治療腰椎間盤突出癥合并腰椎不穩的有效性[J].河北醫科大學學報,2011,32(7):831-833.

[5] SETHI A,MUZUMDAR AM,INGALHALIKAR A,et al.Biomechanical analysis of a novel posterior construct in a transforaminal lumbar interbody fusion model an in vitro study[J].Spine J,2011,11(9):863-869.

[6] 曾忠友,吳鵬,陳國軍,等.腰椎雙節段不同固定方式穩定性的生物力學研究[J].中華創傷雜志,2014,30(2):170-176.

[7] YAN JZ,QIU GX,WU ZH,et al.Finite element analysis in adjacent segment degeneration after lumbar fusion[J].Int J Med Robot,2011,7(1):96-100.

[8] TANG S,REBHOLZ BJ.Does anterior lumbar interbody fusion promote adjacent degeneration in degenerative disc disease? A finite element study[J].J Orthop Sci,2011,16(2):221-228.

[9] 牛云峰,許金松,劉金榜,等.保留小關節囊的改良椎弓根螺釘固定技術在腰椎外科手術中的應用[J].中國脊柱脊髓雜志,2013,23(11):989-992.

(本文編輯：趙麗潔)

本刊關于對作者所投稿件查重的說明

為了保證雜志的質量，我們將采用科技期刊學術不端文獻檢測系統對作者所投稿件查重，凡不符合要求的稿件一律退稿。故要求作者務必以電子郵件的形式投稿，本刊投稿信箱為hbydxb@126.com，電子版稿件中需注明作者的聯系方式(手機號及E-mail)。今后本刊編輯部不再受理作者的紙質稿件。

敬請理解與合作！

《河北醫科大學學報》編輯部

BIOMECHANICALCOMPARISONOFTRANSLAMINARFACETSCREWANDPEDICLESCREWINANTERIORLUMBARINTERBODYFUSIONSURGERY

NIEZhihong,HOUYingnuo,KONGFanlei,ZHAOSuxiang,FANGelin,ZHANGZitan
(DepartmentofOrthopeadicSurgery,thePeople′sHospitalofXingtai,HebeiProvince,Xingtai054031,China)

ObjectiveToexplorethemechanicalstabilityoftranslaminarfacetscrew(TFS)andpediclescrew(PS)inanteriorlumbarinterbodyfusion(ALIF)andwhetherthetwoposteriorinstrumentationshavethesameinfluenceontheadjacentsegmentsintwolevelanteriorlumbarinterbodyfusion.MethodsNormaladulthumanfreshcorpseswereusedasspinesamples,16lumbarspineswererandomedintonosurgerygroup(intact),ALIFgroup,ALIF+TFSgroupandALIF+PSgroup.Under400Ncompressivepreloadand75N/mspeed,comparisonswereperformedinthestiffness,motionrangeofadjacentsegmentsandintervertebraldiscpressureamongdifferentgroups.ResultsComparedwithintactgroup,ALIFgroupshowedincreaseinflexion,lateralbendingaxialrotation,butdecreaseinextension.ComparisonsamongALIFgroup,ALIF+TFSgroupandALIF+PSgroup,ALIFgroupalsoshowedincreaseinflexion,lateralbending，axialrotation,andthefixationstabilitybyTFSandPSweresimilar,thedifferencewasnosignificant,butTFSexertedlesscompressivestressontheadjacentsegmentsofintervertebraldiscs.ConclusionTFScanprovidethestabilityequivalenttoPSintwo-segmentALIF,TFSistheidealchoiceintheoperation.

lumbarvertebrae;anteriorlumbarinterbodyfusion;translaminarfacetscrew;pediclescrew

2014-04-02；

2014-06-13

聶志紅(1971-)，男，河北邢臺人，河北省邢臺市人民醫院副主任醫師，醫學博士，從事脊柱外科疾病診治研究。

R681.5

A

1007-3205(2014)08-0889-04