腰椎内固定技术中螺钉直径对相邻脊柱结构的影响

腰椎内固定技术中螺钉直径对相邻脊柱结构的影响 腰椎内固定技术中螺钉直径对相邻脊柱结 构的影响 2011年8月第8卷第22期?论着? 腰椎内固定技术中螺钉直径对相邻脊柱结构的影响 哈斯,张霄雁,李哲海 内蒙古自治区包头市包钢医院骨科.内蒙古包头014010 [摘要】目的:通过测定单节段固定后相邻脊柱的椎体,椎间盘,关节突在脊柱前屈,后伸,左侧屈,右侧屈,左旋转,右 旋转时的应力情况,来确定腰椎内固定术中螺钉的最佳直径.方法:依Panjabi法制备腰椎模型.对体脊柱标本分别 进行垂直压缩,前屈,后伸,左侧屈,右侧屈,左旋转,右旋转7种方向非破坏性加载,确定最佳螺钉直径的选择.结 果:垂直压缩时,直径5.5mm组和直径6.5mm组螺钉的应力情况比较,差异无统计学意义(P>0.05).在后伸的应力 中,直径6.5mm组的内,外,前,后侧所受应力显着高于直径5.5mm组螺钉的应力(P<0.05).在左侧及右侧屈实验 中,两组螺钉前,后侧所受应力比较,差异均有统计学意义(P<0.05). 在左旋转实验中,直径5.5mm组螺钉的内,外 侧所受应力显着低于直径6.5mm组(P<0.05);在右旋转实验中,直径5.5mm组螺钉前,后侧所受应力显着低于直 径6.5mm组(P<0.05).结论:在垂直压缩下两组螺钉所有应力差异不大,而在后伸的应力中,其内,外,前,后侧的应 力均是直径6.5mm的螺钉较高,而对于右旋转和右侧屈的应力,直径6.5mm的螺钉则只有前,后侧的应力较高,因 此直径6.5mm的螺钉对其相邻的腰椎载荷相对较少. f关键词】腰椎;内固定;相邻脊柱;生物力学 【中图分类号】R681.5【文献标识码】A【文章编号】1673—7210(2011)08(a)一013—04 治疗腰椎骨折,腰椎间盘突出的根本目的是减轻疼痛, 矫正畸形,避免压迫神经血管,稳定脊柱三维结构l1I.而维持 脊柱生物力学功能则是脊柱治疗的核心所在,1983年Denis 的”脊柱三柱理论”[1-2),成为指导临床的理论力学基础,近几 十年发展起来的椎弓根螺钉内固定技术正是紧紧把握”脊柱 椎弓根”这个力学核心而发展起来的全新技术.达到了较为 理想的治疗目的.随着脊柱生物力学及材料科学的发展,诞 生了以椎弓根螺钉内固定系统为代的新一代脊柱内固定 技术,椎弓根螺钉内固定系统紧紧围绕椎弓根这个脊柱力学 核心,有效地完成了脊柱的三维固定.符合脊柱的生物力学 要求及脊柱的三维空间活动,成为目前常用的脊柱内固定系 统. 本研究旨在通过测定各节段固定后相邻脊柱的椎体,椎 间盘,关节突在脊柱前屈,后伸,左侧屈,右侧屈,左旋转,右 旋转时的应力情况,来寻找腰骶椎弓根内固定术中进钉点, 进钉方向,螺钉的最佳直径,从而为腰骶椎弓根螺钉固定术 提供技术标准,理论依据和最佳,还可为厂家生产 新的腰骶椎弓根应用钢板,螺钉系统提供参考. 1材料与方法 1.1材料 1.1.1实验标本标本由内蒙古医学院解剖实验室提供:8具 新鲜成人尸体脊柱标本(T1,S),均为25,35岁男性,生前无 脊柱疾患(通过DR以排除骨折,脱位畸形).剔除肌肉及脂 肪等软组织,保留韧带,关节囊和骨性结构的完整.将标本上 端和下端分别用聚甲基丙烯酸甲酯包埋在有机玻璃制成的 包埋盒中.直立使两包埋盒底在同一平行平面.用双层塑料 袋密封储存在一23?冰框中备用.试验前移至普通冰箱及室 温下逐级解冻. 1.1.2实验仪器数码相机:日本产佳能EOS400单反数码相 【作者简介】哈斯(1982一),蒙古族,内蒙古呼和浩特人,硕士,医师;研究 方向:脊柱外科. 机(1010万像素)2台.WDW一10型微机控制电子万能实验 机(力学加载器及负荷传感器,济南实验机厂).内蒙古工业 大学力学实验室提供TS一3861型恒流式静态电阻应变仪. LVDT位移传感器(扬州泰司电子有限公司),X—Y函数记录 仪(江苏盈誉科技有限公司),X线摄片(DR)机及便携式X 光机(上海大华仪表厂,美国GE公司),由内蒙古医学院第 一 附属医院放射科提供聚光灯,手术刀片,椎板咬骨钳,髓核 钳,咬骨钳等手术,解剖器械若干,实验螺钉螺纹长度在35mm, 螺钉间最小间隔5mm,螺钉直径在5.5mm和6.5mm(直径 5.5mm组和直径6.5mm组),螺钉问最小间隔0.5mm. 1.2方法 1.2.1腰椎模型的制备依Pan诅bi法制备腰椎模型:首先切 断L,L的棘上韧带,棘间韧带和黄韧带,然后离断双侧 IJ3椎体峡部,解离L的关节小囊,而后将k椎体后弓完全 游离取出,最后于L椎间隙处切断后纵韧带,并摘除髓核. 1.2.2内固定的安装和模型的固定采用常规手术方法.先用 直径3.5mm的手锥钻人滑脱椎体的椎弓根.经克氏针探查 无误后拧人提拉螺钉经X线测试,使螺钉底部的二枚应变 片位于上,下两个方向,分别为1-1,1-2,2—1,2—2,3—1,3-2. 4—1,4—2;常规方法安装应变片的固定棒.将标本两端(L, L5)分别置于两个杯状夹具内,用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 灌注,准确包埋固定于夹具中心,保证测量精度.测量前先进 行温度补偿,并预加载100N压缩力以消除脊柱黏弹性对测 量的影响.测量过程中,用生理盐水保持标本湿润.对标本分 别进行垂直压缩,前屈,后伸,左侧屈,右侧屈,左旋转,右旋转 七种方向非破坏性加载,模拟人体正常生理活动状态.垂直压 缩载荷:垂直加载至500N,加载速度为5mn4min;前屈,后伸, 左右侧弯,左右旋转载荷:加载臂上80mm处加载100N,即 8N?m的最大载荷. 1.2.3数据的测定测定各节段固定后相邻脊柱的椎体,椎间 盘,关节突在脊柱前屈,后伸,左侧屈,右侧屈,左旋转,右旋 CHINAMEDICALHERALD中国医药导报13 论着? 转时的应力情况.相邻腰椎椎间孔的形态及其与神经根,椎 间盘及椎体后部结构的解剖关系变化. 1.3统计学方法 采用SPSS13.0统计学软件进行统计分析.计量资料以 均数?标准差(元?s)表示.根据虎克定律盯=E-8(E为弹性模 量,ETi~A,~v=16.5GPa,盯为应力,,为应变)应力与应变成正 比,通过应变可以计算出应力.配对样本资料进行t检验分 析各种模拟手术状态与正常脊柱标本相比是否有显着性变 化.组间样本均数的比较采用方差分析(ANOVA).以P<0.05 为差异有统计学意义. 2结果 2.1垂直压缩时各测量点的应力情况 在600N的力垂直压缩下,各个点的受力情况见表1. 直径5.5mm组和6.5mm组的螺钉组间比较差异无统计学 意义(P>0.05). 2.2前屈和后伸载荷下各测量点的应力分布 用10N?113载荷测试前屈和后伸,棒的前,外侧受到压 缩应力(负值),后,内侧受到拉伸应力(正值).在前屈的应力 巾.直径5.5mm组和直径6.5111133组螺钉的内,外侧所受应 力差异无统计学意义(P>0.05),同时前,后侧所受应力差异 也无统计学意义(P>0.05).在后伸的应力中,直径6.5mm组 :2011年8月第8巷第22期 表1垂直压缩下两组螺钉各个点的应力情况() 注:正值表示受拉伸方向的力:负值表示受压缩方向的力 的内,外侧所受应力显着高于直径5.5mm组螺钉的应力(,J< 0.05),同样直径6.5nlnl组的前,后侧所受应力也着高于 直径5.5mm组螺钉的应力(P<0.05).见表2 2.3左侧屈和右侧屈载荷下各测量位点应力分布 用10N?m载荷测试左侧屈和右侧屈,俸的前,外侧受 到压缩应力(负值),后,内侧受到拉仲应力(正值).在左侧屈 的实验中,直径5.5mm组和直径6.mm组螺钉的内(1—2,2—1), 外侧(3-1,4—2)所受应力差异尤统计学意义(P>0.0.5),而其 前,后侧所受应力差异有统计学意义(P<0.05).存右侧屈的实 验中,直径5.5mm组和直径6.5mm组螺钉的内,外侧所受应 力同样差异也无统计学意义(P>O.05),而其前,后侧所受应 表2前屈和后伸载荷下两组螺钉各个点的应力情况 表3左侧屈和右侧屈载荷下两组螺钉各个点的应力情况 14巾?医药异搬CHINAMEDICALHERALD 2011年8月第8卷第22期 力显着差异(P<0.05),且直径6.5IBm组的应力高于直径5.5mm 组.见表3. 2.4左旋转和右旋转载荷下各测量位点应力分布 用10N?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 转的实验巾,直径5.5mm组的内(1—2,2—1),外侧(3-1,4—2) 所受应力显着低于直径6.5mm组螺钉(P<O.05),而其前,后 侧所受应力比较差异无统计学意义(P>O.05).在右旋转的实 ? 论着? 验中,直径5.5mm组的内,外侧所受应力与直径6.5mm组的 比较差异无统计学意义(P>O.05),而其前,后侧所受应力比 较差异有统计学意义(P<O.05).直径6.5mm组的应力高于 直径5.5mm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 表4左旋转和右旋转载荷下两组螺钉各个点的应力情况 是近年来后路脊柱内固定方法最显着的发展嘲.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,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一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阁.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’冈0体上任意不共线的运动代表了 整个刚体的运动阎.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I71.在美国,PS技术直 到1998年8月才获得FDA批准圈,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I91.国内自1986 年开始逐步将该技术应用于临床【1Ol,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…].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5.5mm和6.5mm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>O.05).而在后伸的应力中,其内,外,前, 后侧的应力均是6.5mm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5mm和6mm的螺 钉做拔出实验时,得到6mm的拔出强度明显高于5mm 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fl21.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I31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?,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6.5mm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. f参考文献】 【11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,2002,23(5):447—45. (]转第19页) CHINAMEDlCALHERALD由目医药导报15 2011年8月第8卷第22期 转移数的增加而逐渐递增.提示VEGFR3在胃癌组织中的 表达量可以作为疾病严重程度的一个量化指标.VEGFR3可 以反映不同的浸润深度和淋巴结转移情况. 本研究通过使用免疫组化技术对VEGFR1,VEGFR2, VEGFR3在胃癌组织细胞中的表达与分期关系的研究发现: 在不同肿瘤浸润深度及淋巴转移程度的胃癌组织中VEG. FR1的表达差异无统计学意义(P>0.05).而VEGFR2的表达 差异有统计学意义(P均<0.05),VEGFR3的表达差异也有统 计学意义(P均<0.05),并且在胃癌组织中VEGFR3的表达 量随着浸润深度,局部区域淋巴结转移数的增加而逐渐递 增,这提示VEGFR3在胃癌组织中的表达量可以作为疾病 严重程度的一个量化指标,VEGFR3可以反映不同的浸润深 度和淋巴结转移情况. 总之,通过本研究发现,在不同肿瘤浸润深度及淋巴转 移程度的胃癌组织中,VEGFR2的表达有差异性,VEGFR3 的表达亦有差异性,且VEGFR3的表达随着浸润深度,局部 区域淋巴结转移数的增加而递增.提示VEGFR3在胃癌组织 中的表达量可以作为疾病严重程度的一个量化指标,为研究 胃癌的治疗新靶点提供了进一步的理论依据. [参考文献】 [1]ShahMA,SchwartzGK.Treatmentofmetastaticesophagusandgastric cancer[J].SereinOncol,2004,31(4):574-587. [2]JemalA,SiegelR,WardE,eta1.Cancerstatistics【J1.CACancerJClin 2006,56:106-130. [31OunninghamSP,CurrieMJ,HanC,eta1.TheShortFormoftheAlter— natively.Splicedfit一4butnothsLigandVascularEndothelialgrowth FactorCisRelatedtoLymphNodeMetastasisilaHumanBreastCan— cers[J].ClinCancerRes,2000,60(6):4278—4286. 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