脊柱胸腰段骨折侧前方TSRH固定的生物力学研究及应用

               作者：江振华，陈向东，张烽，陶然

【关键词】  脊柱胸腰段骨折

    测定TSRH用于脊柱侧前方内固定后强度、刚度和稳定性的力学性能。［方法］采用15具尸体胸腰段标本，5具为正常(NS)对照组，10具造成压缩性骨折后5具用TSRH行侧前方固定、另5具用Zplate固定作对照，应用实验应力分析法进行生物力学测试。［结果］应用TSRH内固定的脊柱应变、位移比正常脊柱对照组的应变、位移分别减小17%～20％和8％；固定后的强度和刚度与Zplate固定组相比仅小5％和5％，统计显示2种固定方法无显著性差异(P>005)。［结论］采用TSRH侧前方内固定后的脊柱不但强度、刚度和稳定性得到满足，而且在承载能力、脊柱的稳定性上优于正常对照组，与Zplate固定组相比无显著性差异，操作简便，价格低廉且临床应用疗效确切。

    关键词：脊柱胸腰段骨折；  TSRH侧前方内固定；  生物力学；  应用

    Abstract：［Objective］To determine the strength, rigidity and stability of the spine with TSRH lateralanterior fixation.  ［Method］Fifteen fresh thoracolumbar specimen were used, 5 of them were used as control group, 10 of them were made compressed fracture and divided into two groups (each contained 5 specimen),TSRH and Zplate were used for lateralanterior fixation respectively. Biomechanical detection was carried on by the experimental stress analysis.  ［Result］Compared with the control group, the strain and displacement of the spine decreased 17%～20% and 8% respectively after TSRH fixation. Compared with Zplate group, the strength and rigidity decreased 5% and 5% respectively, which did not show significant difference (P>005).［Conclusion］Lateralanterior fixation with use TSRH not only has effective result in strength, rigidity and stability of the spine, but also is superior to the control group in loadingbearing ability and stability of the spine. There is no significant difference between the TSRH group and Zplate group. But TSRH is relatively simple to operate and is cheaper than Zplate, and has exact clinical ontcome.

    Key words: Thoracolumbar fracture；  TSRH lateralanterior internal fixation;  Biomechanics;  Application

   随着CT和MRI等影像学技术在临床上的广泛应用，脊柱创伤的诊断和水平得到迅速的提高。许多患者在得到合适的手术复位、固定、减压和植骨治疗后而康复。作者在通过国人脊柱解剖观测的基础上进行TSRH(Texas Scotlish Rit Heopital)于脊柱侧前方固定，以Zplate为固定对照组进行生物力学实验研究，比较两者固定后脊柱的稳定性及刚度和强度，并观察临床应用效果。

    1  材料与方法

    11  标本与器械

    采用随机取样的15具成人尸体脊柱标本(T12～S1)，剔除病理标本，X线片显示正常，男9例，女6例。按照Panjabi方法制成胸腰段压缩性骨折模型，各取5具分别用TSRH(单棒和钉)和Zplate固定后逐一测试。内固定器材选自美国枢法模公司。

    12  测试方法及数据处理

    采用与脊柱相近刚度的优质磷青铜作为应变传感器，应变预调范围 2 500 με±1％，灵敏度<2 με，应变片采用高精度、高灵敏度的小标距电阻应变片，分别固定于A、B点，A点位于腰椎前缘，B点在椎板附近。将实验标本安装在WE-5A万能试验机上，应变导线连接在YJ-14数显应变仪上，安装KG-101高精度光栅数显位移传感器，分别测定胸腰椎载荷运动时应力应变、位移值、强度和刚度变化。所测数据用 SPSS-9软件进行统计检验和精度分析。

    2  结  果

    21  载荷―应变变化

    轴向压缩(A．C)、前屈(Flex)、后伸(Ext)和左右侧屈(L．B)4种工况下加载，应变变化为TSRH固定平均应变A点比正常组小17％，B点平均小15％；Zplate固定平均应变A点比正常组小24％，B点平均小22％。统计显示，TSRH与Zplate固定之间无显著性差异(Ｐ>005)，而TSRH、Zplate固定与正常对照组间有显著性差异(P<005)。

    22  载荷―位移变化

    TSRH固定平均位移为238 mm，Zplate固定平均位移为226 mm，两者相差5％(P>005)。而两者与正常组相比分别小8％和11％，具有显著性差异(P<005)。

    23  脊柱的强度变化

    内固定后，椎体上的平均强度TSRH能承受864 MPa，Zplate能承受913 MPa，强度分别提高82％和13％，两固定组之间强度相差5%(P>005)。胸腰段在500 N时A、B点椎体强度比较见表1。数据显示两固定组在A、B两点的强度均比正常对照组大。 表1  胸腰段在500 N时A、B点椎体强度比较脊柱轴向刚度和弯曲刚度的变化  TSRH和Zplate固定后比正常脊柱的轴向刚度分别平均提高6%和11%；弯曲刚度分别平均提高4%和10%(表2)。显示了内固定后抵抗轴向、弯曲变形能力的增加。创造了有利于脊柱骨折愈合的力学环境。TSRH和Zplate两者的平均轴向刚度相差5%左右(P>005) 表2  胸腰椎在500 N脊柱内固定轴向刚度和弯曲刚度值

    31  侧前方入路的特点

    从脊柱生物力学角度来看，椎体主要支撑压缩载荷，脊柱前中柱是其主要的承重区，而脊柱各运动中心位于椎间盘内，越接近运动中心部位，其质点的运动范围越小，所以在接近运动中心部位固定和植骨有利于骨愈合。侧前方入路内固定在生物力学上正好固定在运动节段的负重区，为畸形的矫正和植骨融合创造了有利的条件；其植入物固定于中柱，主要起支持带作用，在维持脊柱前中柱高度方面更为可靠有效；而后路内固定则主要起张力带作用。CT和MRI都证实，椎体后方的骨块突入椎管导致了脊髓受压或损伤，因此侧前方入路手术能在直视下充分复位和彻底减压解除脊髓压迫，为脊髓功能的恢复创造有利的条件，促使受伤平面以下的运动和感觉功能的尽快恢复；许多学者［1～3］认为该法固定坚强牢固，不易断钉棒，假关节形成少，很少发生脊柱后凸畸形、瘫痪加重及遗留慢性腰背痛等。而后路固定对脊髓和神经根的减压多不彻底，术后椎管狭窄发生率较高，可达25%～42％［4］。

    32  TSRH用于脊柱侧前方固定的优点

    (1)脊柱骨折模型分别用TSRH与Zplate固定后，在４种不同工况下的载荷-应变变化、载荷―位移变化和强度变化，所测数据经统计学检验，两者之间无显著性差异(P>005)；而与正常对照组相比，则有显著性差异(P<005)。说明TSRH具有与 Zplate同样的固定效应；(2)Zplate固定时1椎体需打入2枚螺钉，脊柱侧前方暴露范围较大，用于胸腰段的Zplate的宽度为25 mm，两钉之距为11 mm，打入第1枚钉时须定位准确；定位于距伤椎上(下)1个椎体的上(下)缘和后缘8 mm，而TSRH固定时1椎体只须打入1枚螺钉，其暴露的范围相对较小，集中在中柱侧方稍偏后且可直视下操作，对脊柱侧前方的大血管、神经根及交感神经链损伤的可能性要小;(3)在TSRH固定物植入所需暴露的范围内，同样可以达到彻底的减压和有效的复位，并进行自体骨或钛网的植入；(4)Zplate固定单侧应用，最多能跨越2个伤椎；TSRH固定两侧通用，对于少数脊柱多节段损伤、尤其是“跳跃性”损伤的椎体，钢棒能任意延长适应多节段超长固定，且根据胸腰段脊柱的生理曲度进行塑形。

    33  脊柱骨折手术的关键在于重建前中柱的稳定性［5］  TSRH原创用于脊柱后方入路固定。作者在上述研究的基础上，于2004年1～12个月应用TSRH(单棒钉)  侧前方固定胸腰段脊柱骨折12例，Zplate固定17例。术中、术后X线检查显示TSRH完全能满足胸腰段脊柱骨折前中柱的重建。随访时间9～18个月，X线片显示TSRH固定确切，稳定可靠，没有松动、弯曲变形及断钉棒等，和Zplate具有同样牢靠的固定效果。

    ：

    ［1］  刘祖德，王长峰，魏梅洋，等.经胸膜外和腹膜外间隙手术治疗胸腰段脊柱病变［J］.脊柱外科杂志，2003，1： 95-97.

    ［2］  Grupp TU，  Beisse R，Potulski M，et，al．Mechanical testing  of implant properties of thoracoscopic implantation of ventral spinal stabilizing systems．Comparative．Study with the ISO／DIS 12189-2 corpectomy model and an improved synthetic mode［M］．Orthopade，2002，31：406-412.

    ［3］  Khoo  LT，  Beiss  R，  Potulski  M． Thoracoscopicassisted  treament  of theracic  and lumbar fractures：a series of 371 consecutive cases［Ｊ］．Neurosurgery，2002，51(5 Suppl)：104-117.

    ［4］  杨礼庆，王海义，王欢，等.侧前方入路椎体融合模型的建立及过伸活动影响的实验研究［J］.医科大学学报，2000，29(2)：106-107.

    ［5］  王华东，史亚民，李利．经椎弓根椎体内植骨在胸腰椎新鲜爆裂骨折治疗中的应用［J］.中国矫形外科杂志，2003，1(11)：89-90．