L5S1前路椎间融合生物力学稳定性实验研究
作者：唐树杰，苗军，张继东 ，夏群，金鸿宾，王志彬，王爱国
【摘要】 ［目的］对腰椎完整标本、单纯腰椎前路椎间融合术（ALIF）、ALIF分别行椎弓根钉固定及经椎板关节突螺钉固定4种状态进行测试，比较生物力学稳定性。［方法］采用新鲜腰椎标本8具，分别于完整状态、L5S1前路植以Cage、L5S1前路Cage分别行椎弓根钉固定及经椎板关节突螺钉固定下，测定前屈、后伸、侧弯及扭转运动下运动范围并进行比较。［结果］单纯ALIF标本同完整标本相比，其后伸运动范围增大（P＜0.01），而前屈、侧弯、扭转运动范围减小（P＜0.01）；而ALIF经椎弓根钉固定或经椎板关节突螺钉固定后各方向运动范围均小于完整标本及单纯ALIF标本（P＜0.01）。［结论］L5S1单纯行ALlF后伸稳定性差，为增加其稳定性，经椎板关节突螺钉应当是首选的内固定器械。
【关键词】 腰椎前路椎间融合术； 椎弓根钉； 经椎板关节突螺钉； 生物力学稳定性
Abstract：［Objective］To evaluate the biomechanical stability of lumbar intact specimen,anterior lumbar interbody fixation(ALIF)specimen,ALIF specimen fixed with pedicle screw and ALIF specimen fixed with translaminar facets screw.［Method］Each of eight adult fresh cadaver specimen of lumbarsacral segmcnts was analyzed in four states（groups）:intact,L5S1 ALIF,L5S1 ALIF fixed with pedicle screw or fixed with translaminar facets screw,test and compare its range of motion（ROM）in flexion,extension,lateral bending and axial rotation.［Result］The ROM of ALIF specimen in extension was larger than that of intact specimen（P＜0.01）,while its ROM in flexion,lateral bending,axial rotation was less than that of intact specimen（P＜0.01）,the ROM of ALIF specimen fixed with pedicle screw or translamlnar facets screw was less than that of ALIF specimen or intact speclmen（P＜0.01）.［Conclusion］The stability of L5S1 ALIF specimen in extension is less than that of intact specimen,and ALIF combined with translaminar facets screw is the most ideal internal fixation to enhance its biomechanical stability of ALIF specimen.
Key words：anterior lumbar interbody fixation(ALIF); pedicle screw; translaminar facet screw; biomechanical stability
腰椎前路椎间融合术（ALIF）自O?Brien〔1〕报道以来，随着临床应用，人们对其认识日渐深入，目前已成为一种椎间融合的标准技术，广泛应用于椎体滑脱、椎间盘源性疼痛、脊柱失稳等病症的。腰椎前路椎间融合术，保存腰椎后柱结构完整性，缩短手术时间，减少失血量，避免椎管内瘢痕形成，同时切除间盘组织彻底，椎间融合面积大，提高融合率，并利于恢复椎间高度及腰椎生理曲度，具有许多其他腰椎融合术所没有的优势。
然而，随着临床实践的深入，ALIF的一些缺陷也逐渐暴露出来，其中很重要的一点即单纯ALIF术后出现椎间高度的丢失，椎间融合器的下沉、移位而影响融合率等。对此情况，多数学者认为，单纯腰椎椎间融合提供的节段稳定性差，融合率低，尤具对于腰椎失稳较为严重的病人，主张辅以内固定〔2、3〕，以提高稳定性及椎间融合率。本研究对L5S1前路椎间融合生物力学稳定性进行研究，对人体腰椎标本完整状态、单纯ALIF状态、ALIF行椎弓根钉及经椎板关节突螺钉固定下进行测试，比较不同状态下的稳定性，以期为临床应用提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 实验材料
本实验选用8具新鲜成人尸体腰椎标本，年龄均在35岁以下，均为男性，生前无脊柱疾患，剔除脊柱周围的肌肉组织，保留韧带及小关节囊、椎间盘及骨性结构的完整，X线摄片排除畸形和骨性组织破坏，截取L4～S2节段脊柱，将标本上下两端分别浇注相互平行度小于1°的聚甲基丙烯酸甲酯（天津齿科材料厂，自凝型）平台，双层塑料袋密封标本，-20 ℃低温冰箱保存，实验前24 h室温下逐级解冻。
1.2 实验步骤
标本安装于858 MINI BIONIX2型生物力学实验机（美国MTS公司生产）上，实验采用分级加载，弯曲载荷及扭转载荷均从0 Nm逐级加至10 Nm，进行标本的前屈、后伸、侧弯及扭转测试，视正常脊柱左右结构与功能对称，左右侧弯选取左侧弯，左右旋转选取左旋转；试验前行预加载，以消除标本松弛、蠕变等时间效应影响；用与机相连的CCD数字摄像机测量实验中脊柱标本三维运动的位移变化，然后将位移换算成角度。
先对每具标本进行完整状态下测试，然后将每具标本自前路切除L5S1间盘，植入Cage（所用Cage为德国Intromed公司PEEK材料前路Cage），测试标本于单纯ALIF状态下的运动范围，最后测试ALIF分别行2种内固定（所用椎弓根钉为美国枢法模公司tenor器械；以直径3.5 mm、长度45 mm皮质骨螺钉作为经椎板关节突螺钉〔4〕）状态下的运动范围；内固定器械的固定或取除时应尽可能减少对标本的破坏；标本先行椎弓根钉固定还是先行经椎板关节突螺钉固定进行测试，按照随机的顺序，以减少顺序对结果的影响；测试过程中对标本予以生理盐水喷雾，以保持标本湿润新鲜状态。
1.3 数据分析和统计学处理
计算腰椎在完整状态、单纯ALIF状态、ALIF分别行椎弓根钉固定及经椎板关节突螺钉固定不同运动状态下的运动范围；实验结果应用统计学软件SPSS 12.0进行方差分析，比较各组间运动范围的差异。
2 实验结果
实验过程中未出现标本破坏及内固定器械断裂失效等情况；实验结果经统计学处理分析显示，单纯ALIF标本在前屈、侧弯、扭转运动时，L5S1节段的运动范围明显小于完整标本（P＜0.01），但后伸运动范围却明显大于完整标本（P＜0.01）；经椎弓根钉及经椎板关节突螺钉固定后的腰椎ALIF标本，同完整标本及单纯ALIF标本相比，各种状态下L5S1的运动范围均明显减少（P＜0.01），ALIF行经椎板关节突螺钉固定与行椎弓根钉固定相比，标本在前屈、后伸、侧弯及轴向扭转状态下L5S1的运动范围无明显差异（P＞0.05）（表1）。表1 最大力矩（10 Nm）下L5S1节段的运动范围 注：INTACT：完整标本；ALIF：单纯ALIF标本；ALIF+TLS：ALIF行经椎板关节突螺钉固定标本；ALIF+PDS：ALIF行椎弓根钉固定标本。
3 讨 论
腰椎各种活动中，屈伸运动是最常发生、最重要的运动；本实验研究结果显示，单纯ALIF标本同完整标本相比在前屈、侧弯、扭转运动时，L5S1节段的运动范围明显减小（P＜0.01），表明稳定性增强；Cage植入后，伴随着椎间高度的恢复，韧带的张力增大，因此，标本的前屈、侧弯、扭转稳定性得以加强；但是，标本L5S1节段的后伸运动范围却明显大于完整标本（P＜0.05），表明后伸稳定性降低；这与L5S1节段前路融合植入Cage时不可避免地破坏前纵韧带、椎间盘前部纤维环的完整性有关〔5〕。ALlF后伸方向的不稳定，必然对手术结果产生不良影响，如导致Cage植入后不稳定，出现Cage移位，甚至脱出等，同时，单纯ALIF的不稳定，尚可影响植骨愈合过程，出现融合不良、假关节形成等。因此，许多学者主张腰椎前路椎间融合同时应用内固定。前路椎间融合术附加椎弓根螺钉固定曾被认为是增加手术节段稳定性的最佳方案〔6、7〕，由于椎弓根钉同时固定腰椎三柱，稳定性好，被认为是金标准。然而，行椎弓根钉固定定位困难，而且创伤大，有腰背肌肉剥离、去神经化等多种并发症存在〔8〕；为此，许多学者正努力探索更合理的前路融合固定器械。
近年来用于ALIF临床的内固定器械，除椎弓根钉外，尚有前路钢板、经椎板关节突关节螺钉等，各种器械有其不同特点。本实验中，作者对经椎板关节突螺钉、椎弓根钉进行生物力学稳定性比较，经二者固定后的腰椎ALIF标本在各种运动状态下，同完整标本及单纯ALIF标本相比，L5S1节段运动范围均明显减少（P＜0.01），表明二者均可明显增强ALIF稳定性；经椎板关节突螺钉固定同椎弓根钉固定相比，各种运动状态下的生物力学稳定性二者无明显差异（P＞0.05）；同时，经椎板关节突螺钉植入简单，脊髓及神经损伤的风险小、术后并发症少〔9〕，很多临床报道认为其效果可靠，如Shim CS等〔10〕对20例病人行ALIF后于X线透视下行经皮经椎板关节突关节螺钉固定，认为固定可靠，是最小创伤的后路加强方法：Tuli SX等〔11〕对应用椎弓根钉或经椎板关节突螺钉固定的腰骶部椎间融合病人进行回顾性研究，发现经椎板关节突螺钉固定的病人术中并发症明显低于椎弓根钉固定的病人;Best NM等〔12〕对105例椎间融合术后病人进行分析，认为腰椎后路内固定器械的类型同再手术率有相关性，行经椎板关节突螺钉固定同椎弓根钉固定相比，再手术率明显降低。
用于L5S1的前路钢板尚未于国内开始应用，作者没有进行前路钢板的实验研究，国外试验认为其稳定性不如椎弓根钉，但可作为椎弓根钉的替代器械〔13〕，然而其研究只是限于生物力学稳定性方面，有关L5S1前路融合应用钢板固定的临床报道尚少见；自局部解剖方面讲，前路钢板将增加手术对交感神经及大血管的干扰，相关手术并发症的发生率必然增加，成为前路钢板使用的首要顾虑；因此，为增加前路腰椎融合的稳定性，作者认为经椎板关节突螺钉应当是首选的内固定器械。（上接1493页）
然而，本试验测定的是手术后即刻的稳定性，没有考虑器械的疲劳及螺钉松弛因素以及Cage融合等对实验的影响；同时，腰椎退变最常发生于L4、5及L5S1节段，腰椎前路椎间融合术也最常用于此二节段，本试验只是分析L5S1节段的融合及内固定情况，没有进行L4、5节段的研究分析，由于解剖结构的原因，L4、5节段的融合可自腰椎间隙侧方植入Cage，对前纵韧带的影响小，并可于侧方行钢板固定，因此，其力学稳定性分析及内固定器械应用同L5S1节段应有所不同，今后应进行这一方面的研究。
【】
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