冀东兴

(潍坊市益都中心医院脊柱创伤骨科，山东 青州 262500)

胸腰椎骨折临床中常见，由于胸腰椎是胸椎后凸和腰椎前凸的转折点，因此是脊柱伤痛疾病常发生的区域〔1，2〕。目前，胸腰椎爆裂骨折的临床治疗中通常使用经后路伤椎椎弓钉固定术，其能够改善患者脊柱的稳定性和恢复椎管的管径〔3〕。经后路伤椎椎弓钉固定术在胸腰椎爆裂骨折临床中具有创伤和临床风险小、并发症少等优点〔4，5〕。然而也有不同的观点认为，经后路伤椎椎弓钉固定术在胸腰椎爆裂骨折临床中存在一定问题，如Sudo等〔6〕研究表明，经后路伤椎椎弓钉固定术治疗后内固定失败率仍然维持在9.4%～58.3%，术后矫正度误差在3.3°～12.6°，椎弓根螺钉松动断裂发生率为7.3%。本研究旨在分析评价经后路伤椎椎弓钉固定胸腰椎爆裂骨折的稳定性。

1 材料和方法

1.1动物实验材料 选取9份小牛胸腰椎(T11～L3)段标本，由医院动物实验中心提供，其中所有小牛胸腰椎都经过X线检查，并确定无其他椎体病变，在动物模型构建前将小牛胸腰椎去除所有肌肉组织，保持椎体结构完整，并置于-20℃冰箱中冷冻保存。

1.2实验设备 空心椎弓根钉脊柱内固定系统(购于辛迪斯医疗器械贸易有限公司)，其中该系统由空心椎弓根钉，3-D头，锁定帽，预弯固定棒组成，所有材料都由ISO5832-2纯钛材料制成。三维激光扫描仪由医院骨科提供，生物材料试验机购于上海企想检测仪器公司，Geomagic 软件系统购于Geomagic公司。

1.3动物模型的构建和实验分组 将9份小牛胸腰椎(T11-L3)段标本，按照固定方式的不同分成三组(每组3份标本，跨骨折椎体固定组、单侧伤椎固定组和三椎体固定组)，其中跨骨折椎体固定组使用4钉固定方式，通过GSS行跨骨折椎体定；单侧伤椎固定组使用5钉固定方式，通过GSS行跨骨折椎体固定的基础上联合单侧伤椎固定；三椎体固定组通过6钉固定方法进行三椎体固定。具体动物模型的构建过程包括以下2个环节〔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在撞击实验前对伤椎L1段钻孔，从而确保撞击实验后，L1椎体及上下终板受到不同程度的损伤；③根据Panjabi实验的方法，用固定夹将小牛胸腰椎标本以前屈10°的方式固定在落锤实验装置上，用10 kg砝码从1 m高度垂直撞击标本；④CT扫描检 测腰胸椎爆裂骨折的情况，当标本具有一侧伤椎椎弓根完整，或者一侧终板完整可以认定动物模型构建成功。

1.4生物力学测试〔8〕①将椎体标本放置在生物材料试验机上，并将L3椎体固定包埋在设备底座；②加载100～400 N的力，调整压缩率为25 mm/min后，进行轴向压缩测试；③应用生物材料试验机计算椎体的轴向刚度(300 N)，在轴向刚度的计算过程中必须重复3次取平均值，以降低实验误差。

1.5椎间活动度的测量〔9〕①首先将L3椎体和L1、L2、T12椎体前端固定在加载盘座上；②对加载盘座上的椎体标本施加方向相反、大小相等和平行的力，从而形成标准纯力矩(以4 Nm载荷加载)，促使腰椎样本进行六个方向的运动(前屈、后伸、右侧弯、左侧弯、右轴向旋转、左轴向旋转)；③通过使用三维激光扫描仪记录下椎体模型运动图像，应用Geomagic软件分析图像数据，并计算伤椎的活动度，在活动度的计算过程中必须重复3次取平均值，以降低实验误差。

1.6扭转角度测试 在扭转角度测试中，将固定状态下的椎体标本装入夹具内，并将夹具两端置入扭转试验机上，分别施加5 Nm和10 Nm的扭矩，计算不同扭矩下椎体标本的扭转角度，重复3次取平均值。

1.7统计学方法 应用SPSS19.0软件进行单因素方差分析、t检验。

2 结 果

2.1三组标本各状态下轴向刚度对比 正常状态和骨折状态下，三组的轴向刚度比较差异无统计学意义(P>0.05)，而固定状态下三组的轴向刚度比较差异有统计学意义(P<0.05)；固定状态下单侧伤椎固定组、三椎体固定组的轴向刚度明显高于跨骨折椎体固定组(P<0.05)，且单侧伤椎固定组、三椎体固定组的轴向刚度比较差异无统计学意义(P>0.05)；固定状态下三组的轴向刚度明显高于骨折状态(P<0.05)，见表1。

表1 各组椎体标本轴向刚度指标

与固定状态跨骨折椎体固定组比较：1)P<0.05；与同组骨折状态比较：2)P<0.05

2.2三组标本正常状态下椎间活动度对比 正常状态下，三组的椎体椎间活动度(前屈、后伸、右侧弯、左侧弯、右轴向旋转、左轴向旋转)比较差异无统计学意义(P>0.05)，见表2。

表2 各组正常状态下椎体椎间活动度

2.3三组标本骨折状态下椎间活动度对比 骨折状态下，三组的椎体椎间活动度(前屈、后伸、右侧弯、左侧弯、右轴向旋转、左轴向旋转)比较差异无统计学意义(P>0.05)，见表3。

表3 各组骨折状态下椎体椎间活动度

2.4三组标本固定状态下椎间活动度对比 固定状态下三组的椎体椎间活动度(前屈、后伸、右侧弯、左侧弯、右轴向旋转、左轴向旋转)比较差异有统计学意义(P<0.05)，单侧伤椎固定组、三椎体固定组的椎体椎间活动度明显低于跨骨折椎体固定组(P<0.05)，而单侧伤椎固定组、三椎体固定组的椎体椎间活动度比较差异无统计学意义(P>0.05)，见表4。

表4 各组固定状态下椎体椎间活动度

与跨骨折椎体固定组比较：1)P<0.05

2.5三组标本固定状态下不同扭矩的扭转角度对比 三组在5 Nm、10 Nm的扭矩下扭转角度比较差异有统计学意义(P<0.05)；在5 Nm、10 Nm的扭矩下，单侧伤椎固定组、三椎体固定组的扭转角度显著小于跨骨折椎体固定组(P<0.05)，而单侧伤椎固定组、三椎体固定组的扭转角度比较差异无统计学意义(P>0.05)，见表5。

表5 各组标本在不同扭矩下的扭转角度对比

与跨骨折椎体固定组比较：1)P<0.05

3 讨 论

胸腰椎爆裂骨折通常是由于外力作用于人体胸腰椎段脊柱，导致腰椎段脊柱发生大量机械性损伤，继而导致胸腰椎段脊柱出现放射状爆裂，导致改变脊柱的整体构造〔10〕，使脊柱的稳定性下降，患者出现感觉和运动障碍、神经功能障碍、脊柱畸形和瘫痪等〔11〕。据2015年临床数据统计〔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损伤最严重的是胸腰椎爆裂骨折，其能改变脊柱的整体构造，导致脊柱的稳定性下降，促使骨碎片异位进入椎管内，压迫和损伤脊神经和脊髓。Aono等〔12〕认为人体胸腰椎在轴向外力影响下，胸腰椎间盘压力短时间内迅速升高，迫使胸腰椎体的终板出现裂缝并骨折。Li等〔13〕研究进一步阐释了椎内压升高理论，通过胸腰椎撞击模拟实验分析出外力作用的动能是胸腰椎爆裂骨折的核心因素，当外力的动能较小时，胸腰椎损伤以骨折为主。本研究成功构建胸腰椎爆裂骨折，恰好验证了外力和动能是引发胸腰椎爆裂骨折的关键因素。胸腰椎是胸椎后凸和腰椎前凸的转折点，也是外力汇集的焦点，因此胸腰椎发生爆裂骨折成为常见类型〔14〕；同时Jeon等〔15〕通过人体解剖学的理论和手段，分析了胸腰椎的结构特点，发现为了适应人体运动的需求，胸腰椎椎弓根处的椎体后缘骨皮质明显变薄使得胸腰椎的稳定性下降和活动性增高，也是胸腰椎发生爆裂骨折的重要原因。

本研究表明应用经后路伤椎椎弓钉固定术能明显提升椎体标本的轴相刚度，从而加强了伤椎的稳定性。Liu等〔16〕构建了小牛腰椎爆裂模型，并应用经后路伤椎椎弓钉固定术实施4钉、6顶固定，通过生物力学仿真模拟实验得出6钉固定方式在伤椎力学分布和稳定性上优势最为明显。在本次研究中，分别应用4钉、5钉和6钉固定的方式进行比较研究，结果显示单侧伤椎固定组和三椎体固定组在椎体轴向刚度较跨骨折椎体固定组优势明显，椎体轴向刚度显著提高，整体提升了伤椎的稳定性。另外本研究中固定状态下单侧伤椎固定组和三椎体固定组的椎体椎间活动度明显低于跨骨折椎体固定组，且在5 Nm、10 Nm的扭矩下的扭转角度小于跨骨折椎体固定组。陈德喜等〔17〕临床试验通过计算机力学模拟分析手段，证明了经后路伤椎植入椎弓钉能平衡整体椎管的力学分布，能够减少应力对椎弓钉固定系统的影响，从而提高了伤椎的稳定性，同时促进椎体的康复。

综上所述，经后路伤椎椎弓钉固定术能充分满足脊柱生物力学分布原则，能平衡椎体固定力系统的各种应力分布，提升椎体和固定系统的稳定性。

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