3種不同內固定方式在上胸椎剛度的試驗研究*

楊立井，肖增明△，梁棟柱，賀聚良，劉 云

(1.廣西醫科大學第一附屬醫院脊柱骨病外科，南寧 530022；2.南方醫科大學廣東省醫學生物力學實驗室，廣州 510515；3.廣西醫科大學附屬腫瘤醫院骨與軟組織外科，南寧 530021)

椎弓根螺釘固定在臨床上多應用于脊柱后路手術，然而在下頸椎有使用前路椎弓根螺釘固定的報道，且取得了良好的臨床結果[1-4]。使用后路椎弓根釘棒系統(PTPSRS)行脊柱后路固定時，內固定系統所有的椎弓根螺釘均通過椎弓根構成全椎弓根螺釘固定，固定強度可靠。筆者根據解剖數據，設計一套上胸椎前路逆向椎弓根釘板內固定系統(ATPSPS)，其包含兩枚由前向后的椎弓根釘及兩枚椎體釘。設計的初衷是希望借助前路椎弓根螺釘具有較長的釘道長度及通過椎弓根這一關鍵骨性通道，以提高較普通椎體釘板系統(AVBSPS)的固定強度。本實驗研究對比3種固定方式對脊柱穩定性的影響。

1 材料與方法

1.1材料

1.1.1標本 取12例含頸7-胸5的人非新鮮防腐尸體標本，肉眼仔細檢查，確認無脊柱畸形，椎體、前縱韌帶、肋骨、肋間肌肉等結構無破壞，行X線片及CT檢查排除畸形、腫瘤等骨結構破壞性病變。

1.1.2試劑 本實驗固定標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，由上海新世紀齒科材料有限公司生產，配制比例約為1∶1。

1.1.3儀器 實驗使用的試驗機為美國波音公司生產的ElectroForce 3510材料試驗機，其使用配套軟件為WinTest系統，可施加壓力及拉力等干預措施，測量時可得出精確的載荷-位移數據。

圖1 試驗所使用的3種內固定器械

1.2方法

1.2.1標本處理 將標本于肋橫突關節外約1 cm處切斷肋骨并去除遠端的肋骨及肌肉。仔細剔除椎旁肌，保護韌帶和關節突關節囊的完整。仔細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節囊的完整。標本范圍內的硬脊膜囊、脊髓及肋間神經根等保持原結構，肋骨之間的肋間肌亦予保留。使用固定材料固定標本的上下端，上端為頸7、下端為胸5。標本處理期間，保持標本的濕度，包埋后用薄膜塑料將標本包裝好，避免風干，常溫下放置，實驗時拆開使用。

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

1.2.3標本操作及測試 根據分組結果，測試各個標本原始狀態下在軸向壓縮、前屈、后伸、左屈、右屈等5個方向上的剛度。于胸2椎體前方做一縱向開口槽，切除開口槽雙下端對應的椎間盤組織，暴露軟骨終板并小心刮除，保持終板下骨結構完整，模擬手術中胸2椎體次全切除，制作成損傷模型，并在上述5個方向上進行剛度測試。測試完成后，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，按分組編號選擇相應的內固定系統進行安裝固定，之后再測試標本在各個方向上的剛度，見圖2。

圖2 軸向壓縮剛度實驗

1.2.4觀察指標 測試并記錄各標本在原始狀態、損傷狀態及安裝內固定后在軸向壓縮、前屈、后伸、左側屈、右側屈等5個方向上的載荷-位移數據，通過所得數據計算對應的剛度值。

表1 各組在各狀態下及各個運動方向上的平均剛度值

2 結 果

各標本行內固定后，肉眼檢查未見螺釘未進入椎管，椎弓根螺釘未穿破椎弓根及椎體。各標本均順利完成各項測試，未見內固定器械斷裂、下沉、松動或脫出，均未發現應力性骨折等。原始狀態及損傷狀態在軸向壓縮、前屈、后伸、左右屈等各個方向上的剛度差異無統計學意義(P>0.05)。3組內固定后剛度均較原始狀態下剛度提高。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組間差異有統計學意義(P<0.05)；前屈剛度各組較原始狀態亦有提高，ATPSPS組最大，較原始模型提高約18%，PTPSRS組及AVBSPS組相當，分別提高約6%和7%，3組間差異有統計學意義(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，大于AVBSPS組，見表1。

3 討 論

當腫瘤、結核等造成脊柱的前中柱破壞時，這些病灶組織易向后方凸向椎管，導致脊髓壓迫和(或)脊柱失穩，引起神經功能受損，嚴重可導致截癱。正常生理狀態下，胸椎為后凸結構，脊髓在椎管內偏向腹側，前中柱破壞時，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，脊髓更容易受壓。研究顯示，生理條件下，脊柱前中柱承受負荷較后柱大，在模擬前中柱不穩定的實驗研究中，使用后路椎弓根系統固定模型后其穩定性較原始模型減少約40%[6]。另一項研究表明，胸腰椎前中柱骨折后經椎弓根釘系統固定不能使其恢復至原來的生物力學性能，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性能越差，前中柱重建是減少后路內固定器械承載的關鍵[7]。因此，行后路固定并對前中柱進行有效重建，對減少遠期內固定失敗具有重要意義。上胸椎后路手術時，因解剖結構復雜，通過后路行前中柱病灶清除并對其重建難度大、風險高，因而往往需再次行前路手術進行病灶清除和重建。有學者認為，上胸椎前中柱破壞導致脊髓受壓時，單純前路手術既能在直視下去除破壞的病灶組織而達到椎管減壓的目的，又能重建脊柱的序列及穩定性[8]。在脊柱穩定性的重建過程中，使用內固定器械堅強固定為局部骨性融合提供良好的環境[9]。影響內固定系統固定強度有多方面的因素，如骨質量、螺釘的直徑、螺紋結構、置入方向和深度等。

在體外，通過測定標本在三維運動方向上活動度改變來評價脊柱-內固定復合體的穩定性是一種可行的方法[10]。頸腰椎的活動度較大，通過該方法測定是合適的，而對于有胸廓限制而活動度較小的胸椎，特別是軸向旋轉運動非常小，若使用此方法進行實驗，則與體內實際情況差距較大。因此，本實驗未測定軸向旋轉，而測定軸向壓縮、前屈、后伸、左屈、右屈等5個方向的剛度，以比較不同內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]。根據載荷-位移數據，可分別計算出各個方向的剛度值。剛度越大，脊柱-內固定復合體固定越牢固，抗變形能力越強。對比安裝內固定前后剛度變化，即可反映出某種內固定方式對標本穩定性的影響。對比不同內固定方式在相同條件下的剛度，即可反映出不同內固定方式的固定強度。

在上胸椎行前中柱清除病灶后，重建脊柱穩定性的方式有前路植骨內固定[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的初始固定強度優于前路鋼板[15]。前路手術并行內固定安裝時，若能借助椎弓根螺釘的固定優勢，理論上有助于提高脊柱-內固定復合體的初始穩定性。本實驗結果表明，使用ATPSPS時，在前屈剛度上優于PTPSRS和AVBSPS。這說明前路椎弓根固定在前屈支撐能力相對于另外兩種固定方式具有一定的優勢。在后伸剛度上，ATPSPS的固定強度不及PTPSRS，但卻比AVBSPS的剛度大，這證實了前路兩枚椎弓根螺釘具有更好的固定效果。在側方剛度上，ATPSPS和PTPSRS的固定能力相當，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構，因此相對于其他兩種內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骨而具有更穩當的固定效果。

本實驗在體外模擬人體的部分運動，實驗標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，因此實驗結果與體內必然有一定的區別。

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