腰椎内固定技术中螺钉直径对相邻脊柱结构的影响(2)
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2.4 左旋转和右旋转载荷下各测量位点应力分布
用10 N·m载荷测试左旋转和右旋转，螺钉的前、外侧受到压缩应力(负值)，后、内侧受到拉伸应力(正值)。在左旋转的实验中，直径5.5 mm组的内(1-2，2-1)、外侧(3-1，4-2)所受应力显著低于直径6.5 mm组螺钉(P<0.05)，而其前、后侧所受应力比较差异无统计学意义(P>0.05)。在右旋转的实验中，直径5.5 mm组的内、外侧所受应力与直径6.5 mm组的比较差异无统计学意义(P>0.05)，而其前、后侧所受应力比较差异有统计学意义(P<0.05)。直径6.5 mm组的应力高于直径5.5 mm组。见表4。
3 讨论
3.1 关于腰椎内固定系统
内固定系统最早于100多年前用于骨折。而后发展到了脊椎，从而经椎弓根内固定系统(PS)开始用于临床。PS技术是近年来后路脊柱内固定方法最显著的发展[3]。被认为是椎体的“力量核心”的椎弓根是椎体的最坚强部分。20世纪40年代有了最早使用它的报道[4]，Boucher于1959年将其用于后路腰椎融合手术，Roy-Caunllille于1965年最早在临床应用经椎弓根内固定系统-Roy-Cannflille钉板系统。到了20世纪80年代Dick内固定系统的诞生标志着脊柱外科发展史上一个新的里程碑的到来，该系统属于短节段经椎弓根内固定系统，具有三维矫正畸形的先进性[5]。从此经椎弓根内固定技术有迅猛发展。脊柱节段承受载荷后,椎间盘及韧带受力后产生形变，表现为节段间的运动,在分析节段间运动时，一般可将节段上、下椎骨视为不变形体，而将椎骨的连接结构看成可变形体。节段运动就是上下椎骨空间位置的相对改变。根据刚体运动学理论，刚体上任意不共线的运动代表了整个刚体的运动[6]。内固定系统可以分为钉棒系统和椎弓根系统，钉棒系统如CD、TSRH、RF等能提供不同的力量而如Steffee、Roy-Cammizle、Ao、Louis等，椎弓根系统包括加压、冠状面和矢状面的移位和旋转钉板系统[7]。在美国，PS技术直到1998年8月才获得FDA批准[8]，北美脊柱外科协会建议将PS应用于脊柱创伤及退变性滑脱等。欧洲及其他地区普遍将PS技术应用于创伤、滑脱、肿瘤、畸形等[9]。国内自1986年开始逐步将该技术应用于临床[10]，其使用范围包括脊柱骨折、退变畸形、肿瘤等。椎弓根形态学研究对于选择合适的PS有非常重要的意义。
3.2 不同直径时相邻脊柱垂直压缩、前屈和后伸、左侧屈和右侧屈及左旋转和右旋转时的应力情况
一般来说螺钉的直径越大，越稳定。本研究证实了这一点。有报道提出[11]，螺钉的直径对于其拔出力没有明显影响，而其屈曲强度受其直径的影响颇大。有实验用五种不同直径的螺钉做拔出实验结果表明，直径越大越难拔出。本实验用直径为5.5 mm和6.5 mm的螺钉对腰椎进行融合，结果显示，融合界面，与相邻腰椎的内，在垂直压缩下二者差异无统计学意义(P>0.05)。而在后伸的应力中，其内、外、前、后侧的应力均是6.5 mm的螺钉较高(P<0.05)。而对于右旋转和右侧屈的应力侧只有前、后侧的应力较高(P<0.05)。这与一些学者的报道相同。他们用直径为5 mm和6 mm的螺钉做拔出实验时，得到6 mm的拔出强度明显高于5 mm的，而弯曲强度也是如此。通过本研究可以说明，直径越大，对融合体越稳定。这主要是由于其直径大，抗外力的能力也就相应越大[12]。而由于椎弓直径的个体差异相当大，因而在选择螺钉直径时，必须考虑。Naglie等[13]在对椎弓根直径进行研究时，发现当螺钉外径超过椎弓根外层皮质横径的80%时，97.3%的椎弓根出现膨胀，这样同样会使其拔出力下降，同时还会影响腰椎的恢复。一般认为，椎弓根膨胀变形时，椎弓根的骨性结构发生损伤，对螺钉的把持力应该下降[14]，但是应当注意的是直径越大，对腰椎的损伤也大。因此得有一个较为合适的直径，这对于患者的康复，和手术的成功均有相当大的益处。本研究认为6.5 mm的螺钉较为合适，这主要由于一般的椎骨宽远大于此数，而且其对椎弓根的膨胀变形相当微小。
[参考文献]
[1]潘显明,谭映军,张波,等.椎弓根螺钉的螺纹形状与拔钉生物力学[J].第四军医大学学报,2002,23(5):447-45.
[2]Perren SM. Evolution of the internal fixation of long bone fractures: the scientific basis of biological internal fixation; choosing a new balance between stability and biology [J]. J Bone Joint Surg Br,2002,84(15):1093-1110.
[3]Leung F, Chow SP. A prospective, randomized trial comparing the limited contact dynamic compression plate with the point contact fixator for forearm fractures [J]. J Bone Joint Surg Am,2003,85(10):2343-2348.
[4]Schütz M, Südkamp NP. Revolution in plate osteosynthesis: new internal fixator systems [J]. J Orthop Sci,2003,8:252-258.
[5]Backman D, Uhthoff H, Poitras P, et al. Mechanical performance of a fracture plate incorporating bioresorbableinserts [J]. J Bone Joint Surg Proceed Br,2004,86(Suppl Ⅲ):300.
[6]Poitras P, Backman D, Uhthoff HK, et al. Creep properties of a bioresorbable polymer for an axially compressible fracture plate. Presented at the 5th Combined Meeting of the Orthopaedic Research Societies of Canada, USA, Japan and Europe [J] ......
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