五种经椎弓根内固定器的生物力学对比研究
五种经椎弓根内固定器的生物力学对比研究
潘显明 胡修德 谭映军 张波 权毅 黄钢 李延 陈孟诗
摘 要 目的 观察抗旋转复位内固定器(anti-rotation reduction internal fixators, ARRIF)与其他4种经椎弓根内固定器的生物力学差异，为进入临床应用获取实验依据。 方法 10具新鲜健康成人T11～L3脊柱标本，分为5组，分别使用ARRIF、AF、RF、 Dick钉、Steffee钢板，在屈曲压缩骨折模型、屈曲牵张型损伤模型上测试内固定器的抗压缩、抗屈伸、抗侧弯、抗旋转能力。 结果 ARRIF、AF、RF抗轴压较强，ARRIF、AF抗屈伸较强，ARRIF、AF、Steffee钢板抗侧弯能力较强，ARRIF、RF、Steffee钢板抗扭转能力较强。 结论 ARRIF在不同脊柱骨折模型中具有确实的三维固定作用，其他经椎弓根内固定器以AF、RF三维固定作用较为确实。
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关键词：内固定器；脊柱骨折；生物力学；对比研究
胸腰椎骨折应用经椎弓根内固定器进行固定，具有创伤较小、固定节段短等优点，巳为广大骨科医师接受。但临床上观察到部分病人手术后仍出现复位不全、复位丢失、断钉、断杆等情况[1]。出现这些并发症既有器械本身和操作技术的因素，也有生物力学的因素。因此，自Dick钉[2]和Steffee钢板应用于临床后，近年来，人们还相继研制出了RF、AF、APF和滚花钉等[3，4]。但对于这些短节段的经椎弓根内固定器的生物力学对比实验研究国内尚未见报道。再者，有些器械结构较为复杂，操作费时。在多年应用其他器械的基础上，笔者设计出结构简单、连接牢靠、操作方便的抗旋转复位内固定器(anti-rotation reduction internal fixators, ARRIF),以便为胸腰段脊柱骨折提供一种新的内固定器。
材料与方法
, 百拇医药
1. 实验材料：10具新鲜健康成年人T11～L3椎体标本，年龄23～30岁。剔除所有附着的肌肉，保留棘上、棘间韧带与前纵韧带和关节囊，用双层塑料袋封装，置于-20℃的冰箱内保存。Dick钉和Steffee钢板为张家港骨科医疗器械一厂生产，AF及RF由北京奥斯比利克新技术开发有限公司提供，ARRIF委托成都精密仪器厂生产(317L)。仪器有广州试验仪器厂生产的WD-10A型生物力学测试仪和成都新浦传感器有限公司生产的称重传感器，以及青山机械厂生产的NJ-50型扭转试验机。
2. ARRIF的结构与复位固定原理：(1) ARRIF由2根斜头的六角螺纹杆(一半为螺纹杆，一半为六角杆)，2根撑开套筒，2根直头椎弓根螺钉，2根斜头六方孔椎弓根螺钉，2颗半球形螺帽组成。钉杆连接的一端为六方孔与六角杆的插入式连接，此结构具有抗旋转功能，另一端为带角度的卵圆孔与椎弓根螺钉、螺帽的连接，杆为直杆，直径为8 mm，因此，该内固定器的整体结构坚强(图1)。卵圆孔稍大于螺钉直径，便于螺钉被卵圆孔套入，适用于矫正25°旋转、30°压缩畸形以内的脊柱骨折(经计算椎体前方完全压缩时成角约35°)。(2)复位固定的原理是在骨折上位椎体的椎弓根内拧入直头椎弓根螺钉，在下位椎体的椎弓根内拧入斜头六方孔椎弓根螺钉，将六角杆插入六方孔内，调整撑开套筒的位置，使卵圆孔能对准直头椎弓根螺钉，将直钉套入，并拧紧螺帽，在螺帽拧紧的过程中，可纠正成角畸形及旋转畸形；调节撑开套筒，可纠正骨折椎体的压缩畸形。因此，整个复位固定过程仅需拧动撑开套筒和半球形螺帽2个元件[5]。
, 百拇医药
图1 ARRIF结构图
3.标本准备：实验前摄X线片证实椎体结构是否正常，剔除结构异常的标本。测试前标本在室温下解冻，两端用方形夹具夹持，夹具上有2个孔，分别插入2根直径6.5 mm的斯氏针作固定，空隙处用自凝牙托粉充填使固定更为牢靠。将10具标本分成5组，每组2具标本，分别使用AF、RF、Dick钉、Steffee钢板、ARRIF固定T12和L2的椎弓根。骨折模型按Panjabi法制成屈曲压缩骨折模型(二柱损伤)和屈曲牵张型损伤模型(三柱损伤)。
4. 测试方法：每次测试前检查内固定器各螺帽，确认无松动后再测试。屈伸及侧弯的测试，将标本横卧，两端支撑的距离为20 cm，用自制的加载头在标本中间进行加载。所有测试标本的应力加载速度为1 mm/min。测试顺序：(1)完整标本组：垂直加载应力500 N，了解内固定物的安装是否正确以及标本是否损坏。(2)屈曲压缩骨折模型组：轴向加载应力为3 000 N，屈伸加载应力为1 000 N，左右侧弯加载应力为500 N；重复3次，得6组数据。(3)扭转组：左右分别各旋转20°，每2°记录相应的扭力矩，左右相加后取平均值；同样也重复3次，得6组数据。(4)屈曲牵张型损伤组：垂直加载应力5 000 N。结果由记录仪记录成曲线，再转换成数据，对结果进行分析。实验完成后，取出内固定器，锯开标本，观察内固定器是否变形、断裂，以及椎体中钉道状况。
, 百拇医药
5.统计学处理：采用SPSS 9.0进行统计学分析, 5种内固定器的生物力学水平采用方差分析和t检验，P<0.05为差异有显著性意义。
结果
1. 完整标本组：所有标本在500 N加载3次的情况下，各内固定器标本复合物的椎弓根的结构完整，器械无松动。
2.屈曲压缩骨折模型组：结果见表1。当Dick钉及Steffee钢板应力加载至2 240 N和2 050 N时，楔形骨块被挤出0.5 cm和0.8 cm。卸载后发现钉杆连接处出现松动。RF在1 000 N前屈应力作用后，卸载时发现连接杆在U形槽内向后部分滑脱，而ARRIF和AF则无松动。
3.扭转组：结果见表2。Dick钉及AF抗扭转较差，特别是初始抗扭转能力较差；Steffee钢板的抗扭转的能力最强，ARRIF、RF次之。卸载后见Dick钉有多个螺帽出现松动，而ARRIF及 AF则无螺帽松动。
, 百拇医药
4.屈曲牵张型损伤模型组：在5 000 N压应力作用下，ARRIF、AF无松动及损坏；Dick钉及Steffee钢板分别在2 000 N、2 800 N时，楔形骨块被挤出0.5 cm；RF则在4 500 N以上，骨块才被挤出。5种内固定器标本复合物在4 500 N压应力作用下，楔形变加重，椎体有不同程度的骨髓流出，但在大体上未见椎体的骨皮质骨折，也未见器械的损坏，钉道稍宽，形态尚完整。
讨 论
顾剑辉等[6]发现，在3 500 N的压应力下椎体开始破坏。为了避免开始测试时标本就遭到破坏，笔者设计了3 000 N和5 000 N轴向压应力组，且逐步加载应力；将骨折模型设计成屈曲压缩骨折模型和屈曲牵张型损伤模型两种，分别代表二柱和三柱损伤，观察ARRIF与其他4种内固定器的生物力学差异。结果表明，ARRIF、AF、RF抗轴压较强；ARRIF、AF抗屈伸较强；ARRIF、AF、Steffee钢板抗侧弯能力较强；Steffee钢板抗扭转能力最强，ARRIF、AF其次。从力学的角度分析，钉杆连接处为力核，力核处所受的应力最大[7]。因此，要使内固定器的固定效果确实，必须改进力核的结构，使连接结构更为牢靠。本实验的结果显示，ARRIF与AF的力核结构坚强。5 000 N的压应力，各内固定器没有损坏，说明ARRIF的机械强度较好，能够应用于人体。Dick[2]在其FI(Dick钉原型)的生物力学测试时发现，在 5 Nm的
, 百拇医药
表1 5种内固定器在不同应力加载下松动时的应力范围(N，X±s)
固定方式
标本数
应力方式
3000 N轴压
1000 N前屈
1000 N后伸
500 N侧弯
ARRIF
2
3000±0
1000±0
, 百拇医药
1000±0
500±0
AF
2
3000±0*
1000±0*
1000±0*
500±0*
RF
2
3000±0*
, 百拇医药 763±60**
628±33**
226±26**
Dick钉
2
2560±73**
590±36**
623±24**
340±20**
Steffee钢板
, http://www.100md.com 2
2100±83**
554±28**
550±40**
500±0*
注：在一种应力加载情况下，每个标本重复测3次。与ARRIF比较：*P>0.05 **P<0.01表2 5种内固定器在不同转角时的抗扭力矩(Nm，X±s)
固定方式
标本数
旋转角度
, 百拇医药 2°
4°
6°
8°
10°
12°
14°
16°
18°
20°
Dick钉
2
0.55±
, 百拇医药 0.90±
1.20±
1.40±
1.45±
1.55±
1.75±
1.85±
2.10±
2.35±
2
0.12*
0.13*
, http://www.100md.com
0.14**
0.20**
0.21**
0.11**
0.15**
0.18**
0.19**
0.17**
Steffee钢板
2
, http://www.100md.com
0.80±
1.25±
1.65±
3.80±
4.70±
6.50±
8.40±
10.5±
12.7±
15.6±
2
0.11**
, 百拇医药 0.13**
0.25**
0.22**
0.34**
0.33**
0.44**
0.42**
0.48**
0.42**
AF
, 百拇医药
2
0.10±
0.12±
0.15±
0.20±
0.22±
0.70±
1.70±
2.60±
3.80±
5.30±
2
0.04**
, 百拇医药
0.03**
0.04**
0.08**
0.08**
0.06**
0.11**
0.11**
0.21**
0.24**
RF
, 百拇医药
2
1.20±
2.10±
3.10±
4.30±
5.60±
6.80±
8.30±
9.70±
11.2±
12.7±
2
0.13**
, 百拇医药
0.16**
0.29**
0.22**
0.37**
0.34**
0.48**
0.48**
0.32**
0.37**
ARRIF
, 百拇医药
2
0.50±
1.10±
1.90±
3.00±
4.00±
5.30±
6.40±
7.90±
8.30±
9.50±
2
0.12
, 百拇医药
0.22
0.18
0.26
0.36
0.24
0.42
0.44
0.48
0.46
注：在一种应力加载情况下，每个标本重复测3次。与ARRIF比较：*P>0.05 **P<0.01 前屈力矩、屈1°，10 Nm、2.9°，15 Nm、6.1°,20 Nm、6.6°。Steffee钢板则是钉板结合，钉上的两端螺帽为半球面，固定依靠两螺帽的夹持，轴压时钉杆连接容易松动，可能为槽形沟对椎弓根螺钉无支撑所致。RF也有松动，说明力核的坚强程度与内固定器的抗轴向压缩能力有重要关系。
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ARRIF的抗旋转功能依赖其独特的六角螺纹杆、六方孔与六角杆的插入式连接，确保了连接的稳定性；AF抗旋转作用不强，可能是连杆结构为3个构件组成，虽然加了连杆也不能有较好的抗旋转作用。在各内固定器连接牢靠后，在扭力矩的初始阶段，骨折模型与内固定器复合物的抗扭力矩能准确反映内固定器的抗扭转能力，在较大的扭力矩作用下，由于在椎弓根的截面积大于椎弓根螺钉的截面积，或因椎体骨质较为疏松，其内部的松质骨被部分破坏，尽管内固定器没有松动，也可出现抗扭力矩的减小。本实验表明，ARRIF、RF、Steffee钢板的初始抗扭力矩较大，而Dick钉、AF则较小。据报道，椎体后方的关节突是抗扭转的主要解剖因素，L1～S1 旋转角度活体测量为30°，尸体测试则为20°左右[8]，平均每个小关节突的活动范围有6°(尸体上为4°)左右。实验中所用的标本共有5节椎体，4个椎间隙，内固定器的固定占去了2个间隙，那么，扭转角度在8°以内时，所有标本内固定器复合物的抗力矩的反作用力中都含有固定节段上下关节突的反作用力；在扭转角度大于8°时，抗扭力矩的产生则完全依赖于内固定器的反作用力，此时如内固定器不松动，则可能是内固定器使上下关节突内的软骨轻度损伤，或椎弓根螺钉在椎体内的微切割后，增大了旋转的范围。影响内固定器的抗力矩因素主要有两个，一个是钉杆连接处的力核，另一个是杆的完整性。5种内固定器中，AF的连杆由3个构件构成，因而连杆的结构不完整，Dick钉的力核由侧方螺帽加压而构成，因而结构不够坚强。实验中发现这两种内固定器的抗扭力矩较小，与结构上的缺陷不无关系。
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正常腰椎承受最大的前屈和侧弯力矩为200 Nm，最大的旋转力矩为6 Nm。站立或坐位时，腰椎载荷为400 N，应力通过椎弓根螺钉传导的距离为1.5 cm,可产生6 Nm的力矩[9]。因此，器械本身的抗前屈及抗旋转能力对于维持脊柱骨折术后的稳定显得尤为重要，如器械本身的这些结构不强，骨折处得不到稳定，势必会出现复位丢失、断钉、断杆等并发症。临床上，胸腰椎骨折的病人因生活或护理，常需要翻身，骨折处经常受到扭力矩的作用。经计算，骨折处最小可受到2 Nm以上的扭力矩的作用。任何内固定器在体内都是一直受到低应力的作用，长期的低应力作用，也可以发生金属疲劳断裂。本实验仅回答了急性应力时的状态，没有疲劳实验的结果。因此，要回答断钉、断杆的问题，还需进行疲劳力学的实验。
作者单位：潘显明(610083 成都军区总医院骨科)
胡修德(610083 成都军区总医院骨科)
谭映军(610083 成都军区总医院骨科)
, http://www.100md.com
张波(610083 成都军区总医院骨科)
权毅(610083 成都军区总医院骨科)
黄钢(610083 成都军区总医院骨科)
李延(610083 成都军区总医院骨科)
陈孟诗(610083 成都军区总医院骨科)
参考文献
1，杨惠林,唐天驷,朱国良,等.胸腰椎骨折经椎弓根内固定治疗中的失误和并发症的分析.中华骨科杂志,1996,16:356-359.
2，Dick W.The “Fixatuer Interne” as a versatile implant for spine surgery.Spine,1987,12:882-899.
, 百拇医药
3，邹德威,海涌,马华松,等.胸腰段不稳定骨折的RF椎弓根螺钉固定.中华外科杂志,1992,30:722-725.
4，邹德威,海涌,马华松.AF三维椎弓根螺钉系统的研制及其临床应用.中华外科杂志,1995,33:219-221.
5，潘显明,张波,黄钢,等.ARRIF的研制及生物力学的测试.西南国防医药,2000,10:143-146.
6，顾剑辉,侍德,张其恭,等.胸腰椎骨折不同内固定系统力学效果对比研究.中华外科杂志,1991,29:737-748.
7，徐又佳,郑祖根.四种经椎弓根内固定器固定原理探讨.中华骨科杂志,1998,18:101-104.
8，Gunzburg R,Hutton W,Fraser R,et al.Axial rotation of the lumbar spine and the effect of flexion-an in vitro and in vivo biomechanical study.Spine ,1991,16:23-28.
9，Koichiro O,Kozo S,Eiji A,et al.Stability of transpedicle screwing for the osteoporotic spine-an in vitro study of mechanicale stability. Spine,1993,18:2240-2245., http://www.100md.com
潘显明 胡修德 谭映军 张波 权毅 黄钢 李延 陈孟诗
摘 要 目的 观察抗旋转复位内固定器(anti-rotation reduction internal fixators, ARRIF)与其他4种经椎弓根内固定器的生物力学差异，为进入临床应用获取实验依据。 方法 10具新鲜健康成人T11～L3脊柱标本，分为5组，分别使用ARRIF、AF、RF、 Dick钉、Steffee钢板，在屈曲压缩骨折模型、屈曲牵张型损伤模型上测试内固定器的抗压缩、抗屈伸、抗侧弯、抗旋转能力。 结果 ARRIF、AF、RF抗轴压较强，ARRIF、AF抗屈伸较强，ARRIF、AF、Steffee钢板抗侧弯能力较强，ARRIF、RF、Steffee钢板抗扭转能力较强。 结论 ARRIF在不同脊柱骨折模型中具有确实的三维固定作用，其他经椎弓根内固定器以AF、RF三维固定作用较为确实。
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关键词：内固定器；脊柱骨折；生物力学；对比研究
胸腰椎骨折应用经椎弓根内固定器进行固定，具有创伤较小、固定节段短等优点，巳为广大骨科医师接受。但临床上观察到部分病人手术后仍出现复位不全、复位丢失、断钉、断杆等情况[1]。出现这些并发症既有器械本身和操作技术的因素，也有生物力学的因素。因此，自Dick钉[2]和Steffee钢板应用于临床后，近年来，人们还相继研制出了RF、AF、APF和滚花钉等[3，4]。但对于这些短节段的经椎弓根内固定器的生物力学对比实验研究国内尚未见报道。再者，有些器械结构较为复杂，操作费时。在多年应用其他器械的基础上，笔者设计出结构简单、连接牢靠、操作方便的抗旋转复位内固定器(anti-rotation reduction internal fixators, ARRIF),以便为胸腰段脊柱骨折提供一种新的内固定器。
材料与方法
, 百拇医药
1. 实验材料：10具新鲜健康成年人T11～L3椎体标本，年龄23～30岁。剔除所有附着的肌肉，保留棘上、棘间韧带与前纵韧带和关节囊，用双层塑料袋封装，置于-20℃的冰箱内保存。Dick钉和Steffee钢板为张家港骨科医疗器械一厂生产，AF及RF由北京奥斯比利克新技术开发有限公司提供，ARRIF委托成都精密仪器厂生产(317L)。仪器有广州试验仪器厂生产的WD-10A型生物力学测试仪和成都新浦传感器有限公司生产的称重传感器，以及青山机械厂生产的NJ-50型扭转试验机。
2. ARRIF的结构与复位固定原理：(1) ARRIF由2根斜头的六角螺纹杆(一半为螺纹杆，一半为六角杆)，2根撑开套筒，2根直头椎弓根螺钉，2根斜头六方孔椎弓根螺钉，2颗半球形螺帽组成。钉杆连接的一端为六方孔与六角杆的插入式连接，此结构具有抗旋转功能，另一端为带角度的卵圆孔与椎弓根螺钉、螺帽的连接，杆为直杆，直径为8 mm，因此，该内固定器的整体结构坚强(图1)。卵圆孔稍大于螺钉直径，便于螺钉被卵圆孔套入，适用于矫正25°旋转、30°压缩畸形以内的脊柱骨折(经计算椎体前方完全压缩时成角约35°)。(2)复位固定的原理是在骨折上位椎体的椎弓根内拧入直头椎弓根螺钉，在下位椎体的椎弓根内拧入斜头六方孔椎弓根螺钉，将六角杆插入六方孔内，调整撑开套筒的位置，使卵圆孔能对准直头椎弓根螺钉，将直钉套入，并拧紧螺帽，在螺帽拧紧的过程中，可纠正成角畸形及旋转畸形；调节撑开套筒，可纠正骨折椎体的压缩畸形。因此，整个复位固定过程仅需拧动撑开套筒和半球形螺帽2个元件[5]。
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图1 ARRIF结构图
3.标本准备：实验前摄X线片证实椎体结构是否正常，剔除结构异常的标本。测试前标本在室温下解冻，两端用方形夹具夹持，夹具上有2个孔，分别插入2根直径6.5 mm的斯氏针作固定，空隙处用自凝牙托粉充填使固定更为牢靠。将10具标本分成5组，每组2具标本，分别使用AF、RF、Dick钉、Steffee钢板、ARRIF固定T12和L2的椎弓根。骨折模型按Panjabi法制成屈曲压缩骨折模型(二柱损伤)和屈曲牵张型损伤模型(三柱损伤)。
4. 测试方法：每次测试前检查内固定器各螺帽，确认无松动后再测试。屈伸及侧弯的测试，将标本横卧，两端支撑的距离为20 cm，用自制的加载头在标本中间进行加载。所有测试标本的应力加载速度为1 mm/min。测试顺序：(1)完整标本组：垂直加载应力500 N，了解内固定物的安装是否正确以及标本是否损坏。(2)屈曲压缩骨折模型组：轴向加载应力为3 000 N，屈伸加载应力为1 000 N，左右侧弯加载应力为500 N；重复3次，得6组数据。(3)扭转组：左右分别各旋转20°，每2°记录相应的扭力矩，左右相加后取平均值；同样也重复3次，得6组数据。(4)屈曲牵张型损伤组：垂直加载应力5 000 N。结果由记录仪记录成曲线，再转换成数据，对结果进行分析。实验完成后，取出内固定器，锯开标本，观察内固定器是否变形、断裂，以及椎体中钉道状况。
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5.统计学处理：采用SPSS 9.0进行统计学分析, 5种内固定器的生物力学水平采用方差分析和t检验，P<0.05为差异有显著性意义。
结果
1. 完整标本组：所有标本在500 N加载3次的情况下，各内固定器标本复合物的椎弓根的结构完整，器械无松动。
2.屈曲压缩骨折模型组：结果见表1。当Dick钉及Steffee钢板应力加载至2 240 N和2 050 N时，楔形骨块被挤出0.5 cm和0.8 cm。卸载后发现钉杆连接处出现松动。RF在1 000 N前屈应力作用后，卸载时发现连接杆在U形槽内向后部分滑脱，而ARRIF和AF则无松动。
3.扭转组：结果见表2。Dick钉及AF抗扭转较差，特别是初始抗扭转能力较差；Steffee钢板的抗扭转的能力最强，ARRIF、RF次之。卸载后见Dick钉有多个螺帽出现松动，而ARRIF及 AF则无螺帽松动。
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4.屈曲牵张型损伤模型组：在5 000 N压应力作用下，ARRIF、AF无松动及损坏；Dick钉及Steffee钢板分别在2 000 N、2 800 N时，楔形骨块被挤出0.5 cm；RF则在4 500 N以上，骨块才被挤出。5种内固定器标本复合物在4 500 N压应力作用下，楔形变加重，椎体有不同程度的骨髓流出，但在大体上未见椎体的骨皮质骨折，也未见器械的损坏，钉道稍宽，形态尚完整。
讨 论
顾剑辉等[6]发现，在3 500 N的压应力下椎体开始破坏。为了避免开始测试时标本就遭到破坏，笔者设计了3 000 N和5 000 N轴向压应力组，且逐步加载应力；将骨折模型设计成屈曲压缩骨折模型和屈曲牵张型损伤模型两种，分别代表二柱和三柱损伤，观察ARRIF与其他4种内固定器的生物力学差异。结果表明，ARRIF、AF、RF抗轴压较强；ARRIF、AF抗屈伸较强；ARRIF、AF、Steffee钢板抗侧弯能力较强；Steffee钢板抗扭转能力最强，ARRIF、AF其次。从力学的角度分析，钉杆连接处为力核，力核处所受的应力最大[7]。因此，要使内固定器的固定效果确实，必须改进力核的结构，使连接结构更为牢靠。本实验的结果显示，ARRIF与AF的力核结构坚强。5 000 N的压应力，各内固定器没有损坏，说明ARRIF的机械强度较好，能够应用于人体。Dick[2]在其FI(Dick钉原型)的生物力学测试时发现，在 5 Nm的
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表1 5种内固定器在不同应力加载下松动时的应力范围(N，X±s)
固定方式
标本数
应力方式
3000 N轴压
1000 N前屈
1000 N后伸
500 N侧弯
ARRIF
2
3000±0
1000±0
, 百拇医药
1000±0
500±0
AF
2
3000±0*
1000±0*
1000±0*
500±0*
RF
2
3000±0*
, 百拇医药 763±60**
628±33**
226±26**
Dick钉
2
2560±73**
590±36**
623±24**
340±20**
Steffee钢板
, http://www.100md.com 2
2100±83**
554±28**
550±40**
500±0*
注：在一种应力加载情况下，每个标本重复测3次。与ARRIF比较：*P>0.05 **P<0.01表2 5种内固定器在不同转角时的抗扭力矩(Nm，X±s)
固定方式
标本数
旋转角度
, 百拇医药 2°
4°
6°
8°
10°
12°
14°
16°
18°
20°
Dick钉
2
0.55±
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1.20±
1.40±
1.45±
1.55±
1.75±
1.85±
2.10±
2.35±
2
0.12*
0.13*
, http://www.100md.com
0.14**
0.20**
0.21**
0.11**
0.15**
0.18**
0.19**
0.17**
Steffee钢板
2
, http://www.100md.com
0.80±
1.25±
1.65±
3.80±
4.70±
6.50±
8.40±
10.5±
12.7±
15.6±
2
0.11**
, 百拇医药 0.13**
0.25**
0.22**
0.34**
0.33**
0.44**
0.42**
0.48**
0.42**
AF
, 百拇医药
2
0.10±
0.12±
0.15±
0.20±
0.22±
0.70±
1.70±
2.60±
3.80±
5.30±
2
0.04**
, 百拇医药
0.03**
0.04**
0.08**
0.08**
0.06**
0.11**
0.11**
0.21**
0.24**
RF
, 百拇医药
2
1.20±
2.10±
3.10±
4.30±
5.60±
6.80±
8.30±
9.70±
11.2±
12.7±
2
0.13**
, 百拇医药
0.16**
0.29**
0.22**
0.37**
0.34**
0.48**
0.48**
0.32**
0.37**
ARRIF
, 百拇医药
2
0.50±
1.10±
1.90±
3.00±
4.00±
5.30±
6.40±
7.90±
8.30±
9.50±
2
0.12
, 百拇医药
0.22
0.18
0.26
0.36
0.24
0.42
0.44
0.48
0.46
注：在一种应力加载情况下，每个标本重复测3次。与ARRIF比较：*P>0.05 **P<0.01 前屈力矩、屈1°，10 Nm、2.9°，15 Nm、6.1°,20 Nm、6.6°。Steffee钢板则是钉板结合，钉上的两端螺帽为半球面，固定依靠两螺帽的夹持，轴压时钉杆连接容易松动，可能为槽形沟对椎弓根螺钉无支撑所致。RF也有松动，说明力核的坚强程度与内固定器的抗轴向压缩能力有重要关系。
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ARRIF的抗旋转功能依赖其独特的六角螺纹杆、六方孔与六角杆的插入式连接，确保了连接的稳定性；AF抗旋转作用不强，可能是连杆结构为3个构件组成，虽然加了连杆也不能有较好的抗旋转作用。在各内固定器连接牢靠后，在扭力矩的初始阶段，骨折模型与内固定器复合物的抗扭力矩能准确反映内固定器的抗扭转能力，在较大的扭力矩作用下，由于在椎弓根的截面积大于椎弓根螺钉的截面积，或因椎体骨质较为疏松，其内部的松质骨被部分破坏，尽管内固定器没有松动，也可出现抗扭力矩的减小。本实验表明，ARRIF、RF、Steffee钢板的初始抗扭力矩较大，而Dick钉、AF则较小。据报道，椎体后方的关节突是抗扭转的主要解剖因素，L1～S1 旋转角度活体测量为30°，尸体测试则为20°左右[8]，平均每个小关节突的活动范围有6°(尸体上为4°)左右。实验中所用的标本共有5节椎体，4个椎间隙，内固定器的固定占去了2个间隙，那么，扭转角度在8°以内时，所有标本内固定器复合物的抗力矩的反作用力中都含有固定节段上下关节突的反作用力；在扭转角度大于8°时，抗扭力矩的产生则完全依赖于内固定器的反作用力，此时如内固定器不松动，则可能是内固定器使上下关节突内的软骨轻度损伤，或椎弓根螺钉在椎体内的微切割后，增大了旋转的范围。影响内固定器的抗力矩因素主要有两个，一个是钉杆连接处的力核，另一个是杆的完整性。5种内固定器中，AF的连杆由3个构件构成，因而连杆的结构不完整，Dick钉的力核由侧方螺帽加压而构成，因而结构不够坚强。实验中发现这两种内固定器的抗扭力矩较小，与结构上的缺陷不无关系。
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正常腰椎承受最大的前屈和侧弯力矩为200 Nm，最大的旋转力矩为6 Nm。站立或坐位时，腰椎载荷为400 N，应力通过椎弓根螺钉传导的距离为1.5 cm,可产生6 Nm的力矩[9]。因此，器械本身的抗前屈及抗旋转能力对于维持脊柱骨折术后的稳定显得尤为重要，如器械本身的这些结构不强，骨折处得不到稳定，势必会出现复位丢失、断钉、断杆等并发症。临床上，胸腰椎骨折的病人因生活或护理，常需要翻身，骨折处经常受到扭力矩的作用。经计算，骨折处最小可受到2 Nm以上的扭力矩的作用。任何内固定器在体内都是一直受到低应力的作用，长期的低应力作用，也可以发生金属疲劳断裂。本实验仅回答了急性应力时的状态，没有疲劳实验的结果。因此，要回答断钉、断杆的问题，还需进行疲劳力学的实验。
作者单位：潘显明(610083 成都军区总医院骨科)
胡修德(610083 成都军区总医院骨科)
谭映军(610083 成都军区总医院骨科)
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张波(610083 成都军区总医院骨科)
权毅(610083 成都军区总医院骨科)
黄钢(610083 成都军区总医院骨科)
李延(610083 成都军区总医院骨科)
陈孟诗(610083 成都军区总医院骨科)
参考文献
1，杨惠林,唐天驷,朱国良,等.胸腰椎骨折经椎弓根内固定治疗中的失误和并发症的分析.中华骨科杂志,1996,16:356-359.
2，Dick W.The “Fixatuer Interne” as a versatile implant for spine surgery.Spine,1987,12:882-899.
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7，徐又佳,郑祖根.四种经椎弓根内固定器固定原理探讨.中华骨科杂志,1998,18:101-104.
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9，Koichiro O,Kozo S,Eiji A,et al.Stability of transpedicle screwing for the osteoporotic spine-an in vitro study of mechanicale stability. Spine,1993,18:2240-2245., http://www.100md.com