三種后路內(nèi)固定手術(shù)治療胸腰段骨折的生物力學(xué)對(duì)比

朱 童，馬 林，花雙林，秦 洪

·論 著·

三種后路內(nèi)固定手術(shù)治療胸腰段骨折的生物力學(xué)對(duì)比

朱 童，馬 林，花雙林，秦 洪

目的 比較椎弓根螺釘經(jīng)傷椎短節(jié)段、經(jīng)傷椎三節(jié)段與跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段三種固定狀態(tài)治療胸腰段骨折的生物力學(xué)差異。方法 選取新鮮家豬脊柱標(biāo)本(T13～L5)16具，隨機(jī)數(shù)字表法分為正常組、經(jīng)傷椎短節(jié)段組、經(jīng)傷椎三節(jié)段組和跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段組各4具，除正常組外均制備為L(zhǎng)2椎體爆裂性三柱骨折模型，而后使用椎弓根螺釘分別模擬經(jīng)傷椎短節(jié)段固定、經(jīng)傷椎三節(jié)段固定及跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段固定三種狀態(tài)。使用脊柱三維運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)在四組模型上模擬人體脊柱前屈、后伸、側(cè)屈和旋轉(zhuǎn)活動(dòng)，比較不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下四組傷椎上下相鄰節(jié)段的運(yùn)動(dòng)范圍(range of motion,ROM)及不同載荷下四組標(biāo)本的軸向壓縮剛度。結(jié)果 經(jīng)傷椎三節(jié)段組與跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段組在前屈[(1.19±0.27°) vs. (1.29±0.48)°]、后伸[(1.13±0.34) ° vs. (1.02±0.46)°]、左右側(cè)屈[(2.01±0.66)° vs.(1.94±0.61)°]及左右旋轉(zhuǎn)[(2.48±0.50)° vs. (2.59±0.48)°]的ROM上差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；經(jīng)傷椎三節(jié)段組與經(jīng)傷椎短節(jié)段組在前屈[(1.19±0.27)°vs. (2.50±0.41)°]、后伸[(1.13±0.34)° vs. (1.70±0.44)°]、左右側(cè)屈[(2.01±0.66)° vs. (3.44±0.85)°]及左右旋轉(zhuǎn)[(2.48±0.50)° vs. (3.24±0.65)°]的ROM前者顯著低于后者，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。經(jīng)傷椎三節(jié)段組與跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段組的軸向壓縮剛度[(194.12±99.83)N/mm vs. (238.36±96.01)N/mm)]差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；經(jīng)傷椎三節(jié)段組的軸向壓縮剛度顯著高于經(jīng)傷椎短節(jié)段組[(194.12±99.83)N/mm vs. (157.91±52.87)N/mm)]，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論 對(duì)于胸腰段爆裂性三柱骨折，經(jīng)傷椎三節(jié)段固定與跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段固定均可獲得良好的力學(xué)穩(wěn)定性，但前者椎體固定數(shù)量少于后者，脊柱活動(dòng)度更佳，值得臨床推廣。

胸腰椎骨折； 后路； 內(nèi)固定； 生物力學(xué)

材料與方法

1 標(biāo)本制備

本研究經(jīng)泰州市醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)同意，選取1周歲新鮮家豬脊柱標(biāo)本(T13～L5，第二軍醫(yī)大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供)16具，雄性8例，雌性8例，平均體質(zhì)量(91.2±3.2)kg。實(shí)驗(yàn)前拍攝標(biāo)本正側(cè)位X線片證實(shí)無(wú)外傷、腫瘤及嚴(yán)重退行性變等缺陷。標(biāo)本用多層保鮮膜密封包扎后放置于-20℃低溫環(huán)境中保存，測(cè)試前12h取出于室溫下自然解凍，仔細(xì)剔除標(biāo)本上附著的肌肉，避免破壞前縱韌帶、后縱韌帶、黃韌帶、棘突間韌帶和上下關(guān)節(jié)突的關(guān)節(jié)囊，保證脊柱主要韌帶及關(guān)節(jié)突的解剖完整性。將T13和L5兩段椎體包埋于聚甲基丙烯酸甲酯中，并在棘突和椎體分別置入3個(gè)普通螺釘以增強(qiáng)固定性，見圖1。

圖1 標(biāo)本包埋后正側(cè)面觀

2 分組及模型制備

參考王洪偉等[3]研究中的分組方法，將標(biāo)本按照隨機(jī)數(shù)表法分為正常組、經(jīng)傷椎短節(jié)段組、經(jīng)傷椎三節(jié)段組和跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段組各4具，除正常組外，其余標(biāo)本制備L2椎體損傷模型，具體步驟：首先用2mm細(xì)電鉆對(duì)L2椎體外側(cè)壁及前壁的骨皮質(zhì)進(jìn)行預(yù)損傷，然后根據(jù)Panjabi落錘實(shí)驗(yàn)原理[4]，將標(biāo)本下端固定，保持上端骨水泥平臺(tái)前屈10°，距骨水泥平臺(tái)1m處用15kg砝碼作自由落體撞擊標(biāo)本，使L2椎體及上下終板損傷，而后切除棘間韌帶、棘上韌帶及黃韌帶，破壞關(guān)節(jié)囊，切除小關(guān)節(jié)。拍攝模型正側(cè)位X線片及CT，可見椎體塌陷、爆裂、骨碎片突入椎管。實(shí)驗(yàn)所用鈦合金椎弓根螺釘購(gòu)自捷邁得生物材料科技有限公司，型號(hào)5.5mm×50mm。經(jīng)傷椎短節(jié)段組于L1、L2和L3各置入1對(duì)椎弓根螺釘；經(jīng)傷椎三節(jié)段組于T14、L1、L2和L3各置入1對(duì)椎弓根螺釘；跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段組于T14、L1、L3和L4各置入1對(duì)椎弓根螺釘。所有進(jìn)針點(diǎn)位于橫突中部水平延長(zhǎng)線與關(guān)節(jié)突表面的垂直延長(zhǎng)線的交點(diǎn)，沿矢狀面向前并與椎體上下終板平行，進(jìn)針深度為椎體前后徑的50%～60%,見圖2。

圖2 a.經(jīng)傷椎短節(jié)段固定;b.經(jīng)傷椎三節(jié)段固定;c.跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段固定

3 脊柱穩(wěn)定性測(cè)試

采用脊柱三維運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)(上海創(chuàng)迅醫(yī)療器械有限公司，圖3)，將標(biāo)本固定后于L1、L2和L3椎體及棘突各放置3枚標(biāo)志物進(jìn)行后伸、前屈、左右側(cè)屈和左右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，加載力矩最大為5N·m，通過(guò)Maptek 8820激光三維掃描儀(天河道云科技有限公司)記錄模型的空間變化，再由Geomagic11.0圖像處理軟件進(jìn)行分析計(jì)算L1～L3節(jié)段脊柱在各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)范圍(range of motion,ROM)，每個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)重復(fù)加載3次取平均值。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每隔3min用生理鹽水噴灑標(biāo)本保持其濕潤(rùn)防止組織脫水從而影響數(shù)據(jù)真實(shí)性。

圖3 脊柱三維運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)

4 脊柱壓縮剛度測(cè)試

完成脊柱穩(wěn)定性測(cè)試后，采用WDW-50萬(wàn)能材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)(濟(jì)南川佰儀器設(shè)備有限公司，圖4)，將標(biāo)本固定后加載垂直負(fù)荷，最大載荷400N，加載速度3cm/min，按照公式EF=P/△P(EF為脊柱壓縮剛度，P為軸向載荷，△P為軸向位移)，數(shù)值越大即剛度越大，脊柱穩(wěn)定性越好[5]。

圖4 WDW-50萬(wàn)能材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)

5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

結(jié) 果

1 四組脊柱穩(wěn)定性比較

經(jīng)傷椎短節(jié)段組、經(jīng)傷椎三節(jié)段組和跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段組各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下ROM均小于正常組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。經(jīng)傷椎三節(jié)段組與跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段組在前屈、后伸、左右側(cè)屈及左右旋轉(zhuǎn)的ROM上差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；經(jīng)傷椎三節(jié)段組前屈、后伸、左右側(cè)屈及左右旋轉(zhuǎn)的ROM顯著低于經(jīng)傷椎短節(jié)段組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表1。

2 四組脊柱壓縮剛度比較

經(jīng)傷椎三節(jié)段組、跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段組與正常組的軸向壓縮剛度兩兩比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；經(jīng)傷椎三節(jié)段組的軸向壓縮剛度顯著高于經(jīng)傷椎短節(jié)段組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表2。

表1 四組脊柱穩(wěn)定性比較

與經(jīng)傷椎三節(jié)段組相比：aP<0.05

表2 四組脊柱壓縮剛度比較

與經(jīng)傷椎三節(jié)段組相比：aP<0.05

討 論

胸腰段骨折通常指T11～L3節(jié)段發(fā)生的骨折，從解剖學(xué)角度來(lái)看，此段椎體的小關(guān)節(jié)突的關(guān)節(jié)面由冠狀面轉(zhuǎn)換成矢狀面，構(gòu)成人體正常生理彎曲，胸椎相對(duì)固定而腰椎活動(dòng)較大使該部位成為脊柱骨折的好發(fā)部位[6]。此外，高齡患者往往合并不同程度的骨質(zhì)疏松，大大增加了爆裂性骨折的發(fā)生概率[7]。椎弓根螺釘內(nèi)固定目前仍是治療胸腰段椎體爆裂性骨折最有效的手術(shù)方法之一。目前，椎弓根螺釘最常用的2種后路內(nèi)固定方式為經(jīng)傷椎和跨傷椎兩種，對(duì)于程度較輕的椎體骨折，兩者均可表現(xiàn)出良好的生物力學(xué)穩(wěn)定性[8]。然而，對(duì)于累及三柱的嚴(yán)重?fù)p傷，跨傷椎固定的術(shù)后脊柱整體穩(wěn)定性優(yōu)于經(jīng)傷椎短節(jié)段固定，同時(shí)經(jīng)傷椎置釘存在骨折片移位造成進(jìn)一步損傷的風(fēng)險(xiǎn)[9]。但跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段同樣存在弊端，目前對(duì)于脊柱骨折內(nèi)固定手術(shù)的要求不僅僅局限于術(shù)后脊柱的穩(wěn)定性，還要求盡可能恢復(fù)正常活動(dòng)性，跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段內(nèi)固定由于多固定了一個(gè)椎體從而降低了活動(dòng)度，術(shù)后一定程度上影響患者的生活質(zhì)量[10]。在兩者的基礎(chǔ)上，F(xiàn)arrokhi等[11]提出了經(jīng)傷椎三節(jié)段內(nèi)固定方式，理論上由于多保留了傷椎下位的一個(gè)運(yùn)動(dòng)節(jié)段，其脊柱的活動(dòng)度要優(yōu)于跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段固定，但其應(yīng)用于嚴(yán)重胸腰段骨折的生物力學(xué)穩(wěn)定性臨床尚存在爭(zhēng)議。

從本次研究的結(jié)果來(lái)看，經(jīng)傷椎三節(jié)段組與跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段組在前屈、后伸、左右側(cè)屈及左右旋轉(zhuǎn)的ROM上差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；經(jīng)傷椎三節(jié)段組前屈、后伸、左右側(cè)屈及左右旋轉(zhuǎn)的ROM顯著低于經(jīng)傷椎短節(jié)段組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。軸向壓縮剛度是指標(biāo)本于軸向負(fù)荷下抗變形能力的大小，經(jīng)傷椎三節(jié)段組與跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段組的軸向壓縮剛度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；經(jīng)傷椎三節(jié)段組的軸向壓縮剛度顯著高于經(jīng)傷椎短節(jié)段組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與劉上樓等[12]的結(jié)果基本一致，充分證實(shí)了嚴(yán)重三柱損傷采用經(jīng)傷椎3節(jié)段固定可獲得良好的力學(xué)穩(wěn)定性和抗壓強(qiáng)度，同時(shí)因?yàn)樯俟潭艘粋€(gè)椎體從而保留了傷椎下位的一個(gè)運(yùn)動(dòng)節(jié)段，大大提高了患者術(shù)后生活質(zhì)量。本研究仍存在以下三點(diǎn)不足：(1)骨折類型局限，本研究模型均為較嚴(yán)重的三柱損傷模型，對(duì)于二柱損傷該結(jié)論是否適用仍有待進(jìn)一步探究。可在今后的實(shí)驗(yàn)中增加標(biāo)本數(shù)量，從骨折AO分型及損傷程度入手進(jìn)行分組比較；(2)由于取材困難，本研究標(biāo)本為家豬脊柱，與人體相比存在一定差異，主要體現(xiàn)在力學(xué)結(jié)構(gòu)與承重強(qiáng)度兩方面，若要將該結(jié)論應(yīng)用于臨床仍需人體標(biāo)本進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)；(3)本實(shí)驗(yàn)僅采用純力偶加載，未能給予肌肉和體重因素的伴隨載荷，因此存在一定誤差。

綜上所述，對(duì)于胸腰段爆裂性三柱骨折，單純經(jīng)傷椎短節(jié)段固定穩(wěn)定性較差。而經(jīng)傷椎三節(jié)段固定與跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段固定均可獲得術(shù)后即刻良好的力學(xué)穩(wěn)定性，但前者椎體固定數(shù)量少于后者，脊柱活動(dòng)度更佳，值得臨床推廣。

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(本文編輯： 郭 衛(wèi))

Comparison of biomechanics among three different internal fixation operations in thoracolumbar fractures

ZHUTong,MALin,HUAShuang-lin,QINHong

(Jiangyan Hospital of Traditional Chinese Medicine,Taizhou 225300,China)

Objective To compare the biomechanics data among three different internal fixation operations in thoracolumbar fractures. Methods Thirty-two cases of fresh pig spinal specimens(T13-L5) were selected and randomly divided into normal group(4 cases),transvertebral short segment group(4 cases),three segments group(4 cases) and long segment group(4 cases). They were made into thoracolumbar fractures models and corresponding internal fixation except the normal group. The axial compression stiffness and range of motion(ROM) of flexion,extension,lateral flexion and rotation were compared among the four groups. Results There was no significant difference in the ROM of flexion[(1.19±0.27)°vs. (1.29±0.48)°],extension[(1.13±0.34)°vs. (1.02±0.46)°],lateral flexion[(2.01±0.66)°vs. (1.94±0.61)°] and rotation[(2.48±0.50)°vs. (2.59±0.48)°] between the three segments group and the long segment group(P>0.05); the ROM of flexion[(1.19±0.27)°vs. (2.50±0.41)°],extension[(1.13±0.34)°vs. (1.70±0.44)°],lateral flexion[(2.01±0.66)°vs. (3.44±0.85)°] and rotation[(2.48±0.50)°vs. (3.24±0.65)°] in the three segments group were lower than those of the transvertebral short segment group(P<0.05). There was no significant difference in axial compression stiffness between the three segments group and the long segment group[(194.12±99.83) N/mm vs. (238.36±96.01) N/mm,P>0.05]; the axial compression stiffness of the three segments group was higher than that of the transvertebral short segment group[(194.12±99.83) N/mm vs (157.91±52.87) N/mm,P<0.05]. Conclusion Both three segments fixation and long segment fixation show excellent spinal stability in burst thoracolumbar fractures. However, three segments fixation fixes less vertebrae with more flexibility.

thoracolumbar fracture; posterior approach; internal fixation; biomechanics

1009-4237(2017)05-0334-04

R 683.2

A

10.3969/j.issn.1009-4237.2017.05.004

225300 江蘇，泰州市姜堰中醫(yī)院

胸腰椎爆裂性骨折是最常見的急性脊柱創(chuàng)傷類型之一，目前經(jīng)后路椎弓根螺釘內(nèi)固定是臨床上首選的手術(shù)方案。內(nèi)固定手術(shù)治療的目的不僅在于提高傷椎的穩(wěn)定性，更要保證脊椎的整體穩(wěn)定性及活動(dòng)度[1]。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于三柱損傷的胸腰段骨折，跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段固定的穩(wěn)定性顯著優(yōu)于經(jīng)傷椎短節(jié)段固定，但影響了脊柱的活動(dòng)度[2]。與跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段固定相比，經(jīng)傷椎三節(jié)段固定因?yàn)樯俟潭艘粋€(gè)椎體從而多保留了傷椎下位的一個(gè)運(yùn)動(dòng)節(jié)段，理論上脊柱活動(dòng)度更佳，但目前尚缺乏兩種固定狀態(tài)的生物力學(xué)分析。本研究選取家豬脊柱標(biāo)本16具，通過(guò)分組試驗(yàn)，旨在綜合評(píng)估胸腰椎爆裂性骨折在經(jīng)傷椎短節(jié)段固定、經(jīng)傷椎三節(jié)段固定和跨傷椎長(zhǎng)節(jié)段固定三種狀態(tài)下的穩(wěn)定性及脊柱活動(dòng)度。現(xiàn)報(bào)告如下。

2016-07-29)