颈椎小关节部分破坏后钢板固定的扭转强度
作者：徐波 朱青安 金大地
单位：徐波 金大地(第一军医大学南方医院骨科 510515 广州市)；朱青安(第一军医大学解放军医学生物力学实验室 510515 广州市)
关键词：颈椎；钢板固定；扭转强度
中国临床解剖学杂志000134摘 要：目的：了解颈椎小关节双侧部分切除后颈椎后路钢板固定的扭转强度。方法：12例颈椎标本(C4～7)C5～6关节内侧切除50%，6例为对照组，6例钢板固定，测试扭转强度。结果：对照组最大扭矩17.83±2.16 N.m，钢板组最大扭矩22.78±4.75 N.m，其差异有显著性。对照组3例小关节突骨折，钢板组5例螺钉孔与关节破坏边缘处发生骨折。结论：颈椎后路钢板固定可显著增大扭转强度，但螺钉孔处骨折对钢板固定强度产生较大影响。螺钉固定位置须与结构破坏部分保持3 mm以上距离，以免强度减弱。
, 百拇医药
Torsion strength of posterior plate fixation for cervical spine
after partly bilateral facetectomies
Xu Bo Zhu Qing'an Jin Dadi.
(Department of Orthopedics, Nanfang Hospital ,the First Military Medical University,Guangzhou 510515)
Abstract：Objective:To study torsion strength of posterior plate fixation for cervical spine after 50% of facetectomies. Methods：Twelve adult human cervical specimens(C5～6)were factectomied 50%, six of which were fixed with plate soon afterwards. All specimens were tested with torsion strength and observed the anatomical destructions. Results：Maximum torsion loads were 17.83±2.16 N.m after half bilateral facetectomies and 22.78±4.75 N.m following plate fixation. There was a significant difference between the two groups. Facet joint fracture occurred in three specimens of contrast group,and fracture did through the screw holes and at the edge of damaged joint in five of plate group.Conclusions：Although the torsion strength of plate was in creased significantly after half bilateral facetectomies, whose maximum torsion load was still less than the that of normal specimen. The failure occurred at 22.78 N.m torsion load with fracture through the screw holes and at the edge of damaged joint to avoid torsion strength decreasing,a distance no less than 3 mm must be remained between screw hole and edge of destroyed facet joint.
, 百拇医药
Key words：Cervical spine Plate fixation Torsion strength▲
由于棘突、椎板破坏后颈椎后路钢板固定不受影响，加之固定坚固、稳定性强，使该固定在临床有较广泛应用价值。当颈椎关节由于创伤或手术受到破坏后，即可能对固定效果形成影响，本文进行颈椎关节内侧破坏50%后钢板固定扭转强度试验，评价其影响程度。
1 材料与方法
1.1 标本制备
12具新鲜颈椎人体标本(C4～7)，将C4～5和C6～7椎体间用3枚螺钉垂直固定，以限制两椎体间运动。将C4和C7用聚甲基丙烯酸甲酯包埋在有机玻璃包埋盒中，注意保持两包埋盒相互平行。包埋后标本用双层保鲜袋密封后储存在-20℃恒温冰箱中。实验前室温下(18℃～25℃)解冻8h后行手术内固定及扭转强度测试。
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1.2 手术及内固定方法
12例标本切除C5～6双侧小关节内侧的50%，外界为小关节突顶点间连线，上下界包括C5和C6小关节突大部，内侧显露脊髓神经根交界部。6例在小关节残余外上和外下部中央用2.0 mm直径钻头钻出深约1.0 cm 4个孔，钻入方向与横截面平行，向外偏斜约10～15°。用直径2.75 mm长1.2 cm 4枚螺钉将二块小钢板固定于C5～6小关节外侧。
1.3 实验步骤及方法
6例单纯手术切除标本作为对照组，另6个钢板固定标本作为测试组。将颈椎标本上下包埋盒置于NJ-50B扭转试验机上，扭转速度为12°/min。坐标纸描笔记录C5～6节段间运动随力矩增大变化曲线， 记录最大扭转力矩和扭转角度值，当曲线上升至峰值后下降时停止扭转。 扭转测试完毕后检查颈椎小关节有否骨折、关节囊、韧带是否完整、螺钉有否松动或拔出。
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2 结果
2.1 扭转强度试验
对照组、钢板固定组最大扭矩平均值分别为17.83±2.16 N.m、22.78±4.75 N.m，二组间差异有显著性(P<0.05)。统计方法为One-way ANOVA的S-N-K方法。对照组、钢板固定组最大扭转角度分别为(19.08±2.60)°、(18.67±2.88)°，二组间差异无显著性。
2.2 颈椎结构观察
对照组所有标本均见小关节囊破裂、松驰或不完全破裂，其中有7处为残余关节囊完全横行撕裂，并有3例标本关节突骨折。钢板组5处见小关节囊松驰或不完全破裂，5例标本于C5螺钉孔与小关节内侧切除部分之间相距最近处发生裂隙骨折，C6未见此情况。另有3个螺钉孔虽无骨折但螺钉松动。
, 百拇医药
3 讨论
3.1 颈椎后部解剖结构观察的意义
颈后路钢板可广泛应用于临床创伤及矫形手术的治疗，除其固定坚固、稳定性好外，还有当棘突、椎板破坏后固定不受影响的优点[1，2]，但当小关节破坏后其固定强度所受影响程度仍需进一步研究。颈椎后路钢板固定强度大小主要取决于四枚螺钉拉力大小，当螺钉长度较大、直径较粗时，强度增强[3]。颈椎小关节部分破坏后，小关节残余部分易于发生骨折，螺钉孔可进一步削弱结构强度。此点由对照组3例及钢板固定组绝大部分发生关节突骨折得到证实。钢板固定组骨折部位均发生于C5下关节突残余部分，经测量此处螺钉孔距小关节破坏边缘最近距离仅约3 mm，表明此距离对结构强度破坏有显著影响。另外，对照组全部标本和钢板固定组大部分标本均可见残余小关节囊被撕裂情况，其中对照组3例标本虽未查见小关节骨折，但在小关节囊被完全撕裂后扭转强度显著下降，表明小关节囊对维持颈椎的稳定具有重要作用，在临床手术中应尽量加以保护。
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3.2 颈椎小关节破坏对钢板扭转强度的影响
由2个相邻椎骨组成的脊柱功能单位(FSU)被认为是具有脊柱生物力学性质的最小单位，同时也是脊柱稳定的基本单位[4]。在2椎骨间施加扭矩，据脊柱毁损时所受外部最大扭转力矩值，可评价脊柱结构强度和内固定效果。已往实验表明双侧小关节破坏50%后不论其三维运动稳定性还是刚度均明显下降[5，6]，需要内固定恢复稳定性并植骨融合，以其为对照可评价钢板对失稳颈椎固定效果。我们在生理载荷(2.0 N.m)下稳定性试验曾表明即使小关节部分破坏，钢板对颈椎三维运动仍有较强即刻稳定作用。吴增辉等[7]报道颈椎小关节双侧切除50%～60%后抗扭转强度17.33±2.07 N.m，与本试验结果一致。其正常颈椎标本最大扭转力矩值32.91±7.94 N.m，本试验钢板固定后扭转强度与其相比较仍有较大差距，表明钢板固定后扭转强度尚未能恢复正常程度。
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因此，钢板固定虽然能加强失稳颈椎稳定性和扭转强度，但在颈椎小关节结构破坏边缘与所选择螺钉进钉位置间隔距离较小情况下，可对其扭转强度造成显著影响。在临床实际手术操作中应尽量避免此种情况，以免固定强度受到影响。■
参考文献：
[1]Marchesi DG,Thalgott JS, Aebi M. Application and results of the AO internal fixation system in nontraumatic indications. Spine, 1991,16(3):162
[2]Azarian S, Louis R.Posterior internal fixation with screw plates in traumatic lesions of the cervical spine . Spine, 1991,16(3):64
, 百拇医药
[3]Gill K, Paschal S, Corin J, et al. Posterior plating of the cervical spine: A biomechanical comparison of different posterior fusion techniques. Spine, 1988,13(7):813
[4]Panjabi MM,White AA. Basic biomechanics of the spine. Neurosurgery,1980,7(1):76
[5]Raynor RB, Pugh J, Shapiro I. Cervical facetectomy and its effect on spine strength. J Neurosurg, 1985,63:273
[6]徐 波，金大地，朱青安，等.中下颈椎双侧小关节部分切除对颈椎稳定性影响的生物力学研究.中国脊柱脊髓杂志，1995，5(3)：115
[7]吴增辉，刘景发，徐国洲，等.小关节切除对颈椎抗扭转强度的影响.中国脊柱脊髓杂志，1994，4(4)：157
收稿日期：199-02-09, http://www.100md.com
单位：徐波 金大地(第一军医大学南方医院骨科 510515 广州市)；朱青安(第一军医大学解放军医学生物力学实验室 510515 广州市)
关键词：颈椎；钢板固定；扭转强度
中国临床解剖学杂志000134摘 要：目的：了解颈椎小关节双侧部分切除后颈椎后路钢板固定的扭转强度。方法：12例颈椎标本(C4～7)C5～6关节内侧切除50%，6例为对照组，6例钢板固定，测试扭转强度。结果：对照组最大扭矩17.83±2.16 N.m，钢板组最大扭矩22.78±4.75 N.m，其差异有显著性。对照组3例小关节突骨折，钢板组5例螺钉孔与关节破坏边缘处发生骨折。结论：颈椎后路钢板固定可显著增大扭转强度，但螺钉孔处骨折对钢板固定强度产生较大影响。螺钉固定位置须与结构破坏部分保持3 mm以上距离，以免强度减弱。
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Torsion strength of posterior plate fixation for cervical spine
after partly bilateral facetectomies
Xu Bo Zhu Qing'an Jin Dadi.
(Department of Orthopedics, Nanfang Hospital ,the First Military Medical University,Guangzhou 510515)
Abstract：Objective:To study torsion strength of posterior plate fixation for cervical spine after 50% of facetectomies. Methods：Twelve adult human cervical specimens(C5～6)were factectomied 50%, six of which were fixed with plate soon afterwards. All specimens were tested with torsion strength and observed the anatomical destructions. Results：Maximum torsion loads were 17.83±2.16 N.m after half bilateral facetectomies and 22.78±4.75 N.m following plate fixation. There was a significant difference between the two groups. Facet joint fracture occurred in three specimens of contrast group,and fracture did through the screw holes and at the edge of damaged joint in five of plate group.Conclusions：Although the torsion strength of plate was in creased significantly after half bilateral facetectomies, whose maximum torsion load was still less than the that of normal specimen. The failure occurred at 22.78 N.m torsion load with fracture through the screw holes and at the edge of damaged joint to avoid torsion strength decreasing,a distance no less than 3 mm must be remained between screw hole and edge of destroyed facet joint.
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Key words：Cervical spine Plate fixation Torsion strength▲
由于棘突、椎板破坏后颈椎后路钢板固定不受影响，加之固定坚固、稳定性强，使该固定在临床有较广泛应用价值。当颈椎关节由于创伤或手术受到破坏后，即可能对固定效果形成影响，本文进行颈椎关节内侧破坏50%后钢板固定扭转强度试验，评价其影响程度。
1 材料与方法
1.1 标本制备
12具新鲜颈椎人体标本(C4～7)，将C4～5和C6～7椎体间用3枚螺钉垂直固定，以限制两椎体间运动。将C4和C7用聚甲基丙烯酸甲酯包埋在有机玻璃包埋盒中，注意保持两包埋盒相互平行。包埋后标本用双层保鲜袋密封后储存在-20℃恒温冰箱中。实验前室温下(18℃～25℃)解冻8h后行手术内固定及扭转强度测试。
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1.2 手术及内固定方法
12例标本切除C5～6双侧小关节内侧的50%，外界为小关节突顶点间连线，上下界包括C5和C6小关节突大部，内侧显露脊髓神经根交界部。6例在小关节残余外上和外下部中央用2.0 mm直径钻头钻出深约1.0 cm 4个孔，钻入方向与横截面平行，向外偏斜约10～15°。用直径2.75 mm长1.2 cm 4枚螺钉将二块小钢板固定于C5～6小关节外侧。
1.3 实验步骤及方法
6例单纯手术切除标本作为对照组，另6个钢板固定标本作为测试组。将颈椎标本上下包埋盒置于NJ-50B扭转试验机上，扭转速度为12°/min。坐标纸描笔记录C5～6节段间运动随力矩增大变化曲线， 记录最大扭转力矩和扭转角度值，当曲线上升至峰值后下降时停止扭转。 扭转测试完毕后检查颈椎小关节有否骨折、关节囊、韧带是否完整、螺钉有否松动或拔出。
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2 结果
2.1 扭转强度试验
对照组、钢板固定组最大扭矩平均值分别为17.83±2.16 N.m、22.78±4.75 N.m，二组间差异有显著性(P<0.05)。统计方法为One-way ANOVA的S-N-K方法。对照组、钢板固定组最大扭转角度分别为(19.08±2.60)°、(18.67±2.88)°，二组间差异无显著性。
2.2 颈椎结构观察
对照组所有标本均见小关节囊破裂、松驰或不完全破裂，其中有7处为残余关节囊完全横行撕裂，并有3例标本关节突骨折。钢板组5处见小关节囊松驰或不完全破裂，5例标本于C5螺钉孔与小关节内侧切除部分之间相距最近处发生裂隙骨折，C6未见此情况。另有3个螺钉孔虽无骨折但螺钉松动。
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3 讨论
3.1 颈椎后部解剖结构观察的意义
颈后路钢板可广泛应用于临床创伤及矫形手术的治疗，除其固定坚固、稳定性好外，还有当棘突、椎板破坏后固定不受影响的优点[1，2]，但当小关节破坏后其固定强度所受影响程度仍需进一步研究。颈椎后路钢板固定强度大小主要取决于四枚螺钉拉力大小，当螺钉长度较大、直径较粗时，强度增强[3]。颈椎小关节部分破坏后，小关节残余部分易于发生骨折，螺钉孔可进一步削弱结构强度。此点由对照组3例及钢板固定组绝大部分发生关节突骨折得到证实。钢板固定组骨折部位均发生于C5下关节突残余部分，经测量此处螺钉孔距小关节破坏边缘最近距离仅约3 mm，表明此距离对结构强度破坏有显著影响。另外，对照组全部标本和钢板固定组大部分标本均可见残余小关节囊被撕裂情况，其中对照组3例标本虽未查见小关节骨折，但在小关节囊被完全撕裂后扭转强度显著下降，表明小关节囊对维持颈椎的稳定具有重要作用，在临床手术中应尽量加以保护。
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3.2 颈椎小关节破坏对钢板扭转强度的影响
由2个相邻椎骨组成的脊柱功能单位(FSU)被认为是具有脊柱生物力学性质的最小单位，同时也是脊柱稳定的基本单位[4]。在2椎骨间施加扭矩，据脊柱毁损时所受外部最大扭转力矩值，可评价脊柱结构强度和内固定效果。已往实验表明双侧小关节破坏50%后不论其三维运动稳定性还是刚度均明显下降[5，6]，需要内固定恢复稳定性并植骨融合，以其为对照可评价钢板对失稳颈椎固定效果。我们在生理载荷(2.0 N.m)下稳定性试验曾表明即使小关节部分破坏，钢板对颈椎三维运动仍有较强即刻稳定作用。吴增辉等[7]报道颈椎小关节双侧切除50%～60%后抗扭转强度17.33±2.07 N.m，与本试验结果一致。其正常颈椎标本最大扭转力矩值32.91±7.94 N.m，本试验钢板固定后扭转强度与其相比较仍有较大差距，表明钢板固定后扭转强度尚未能恢复正常程度。
, 百拇医药
因此，钢板固定虽然能加强失稳颈椎稳定性和扭转强度，但在颈椎小关节结构破坏边缘与所选择螺钉进钉位置间隔距离较小情况下，可对其扭转强度造成显著影响。在临床实际手术操作中应尽量避免此种情况，以免固定强度受到影响。■
参考文献：
[1]Marchesi DG,Thalgott JS, Aebi M. Application and results of the AO internal fixation system in nontraumatic indications. Spine, 1991,16(3):162
[2]Azarian S, Louis R.Posterior internal fixation with screw plates in traumatic lesions of the cervical spine . Spine, 1991,16(3):64
, 百拇医药
[3]Gill K, Paschal S, Corin J, et al. Posterior plating of the cervical spine: A biomechanical comparison of different posterior fusion techniques. Spine, 1988,13(7):813
[4]Panjabi MM,White AA. Basic biomechanics of the spine. Neurosurgery,1980,7(1):76
[5]Raynor RB, Pugh J, Shapiro I. Cervical facetectomy and its effect on spine strength. J Neurosurg, 1985,63:273
[6]徐 波，金大地，朱青安，等.中下颈椎双侧小关节部分切除对颈椎稳定性影响的生物力学研究.中国脊柱脊髓杂志，1995，5(3)：115
[7]吴增辉，刘景发，徐国洲，等.小关节切除对颈椎抗扭转强度的影响.中国脊柱脊髓杂志，1994，4(4)：157
收稿日期：199-02-09, http://www.100md.com