寰樞椎后路椎弓根螺釘鋼板固定的生物力學評價

1、寰樞椎后路椎弓根螺釘鋼板固定的生物力學評價馬向陽1 尹慶水1 劉景發(fā)1夏虹1 吳增暉1鐘世鎮(zhèn)2徐達傳2 趙衛(wèi)東2 黃文華2（1. 廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院骨科，廣東 廣州 510010；2.第一軍醫(yī)大學臨床解剖學研究所，廣東 廣州 510515）【摘要】 目的：評價寰樞椎后路椎弓根螺釘鋼板固定的生物力學穩(wěn)定性。方法：6具新鮮頸椎標本，按隨機順序，對每一標本先后行C1-C2椎弓根螺釘鋼板、Magerl螺釘、Brooks鋼絲以及螺釘聯合鋼絲固定，在脊柱三維運動實驗機上測量其三維運動范圍。結果：Magerl螺釘或C1-C2椎弓根螺釘鋼板聯合Brooks鋼絲組成的固定系統的三維運動范圍最小。C1-C2椎弓根

2、螺釘鋼板固定的前后屈伸運動范圍與Brooks鋼絲固定無差異，但大于Magerl螺釘；其左右側屈運動范圍小于Brooks鋼絲固定，大于Magerl螺釘；其軸向旋轉角度明顯小于Brooks鋼絲固定，但與Magerl螺釘無統計學差異。結論：C1-C2椎弓根螺釘鋼板固定的三維穩(wěn)定性與Magerl螺釘相當?！娟P鍵詞】寰樞椎；椎弓根，內固定；生物力學Biomechanical evaluation of C1-C2 pedicle screws plate fixation of atlantoaxial joint MA Xiang-yang, YIN Qing-shui, LIU Jing-fa, e

3、t al. Department of Orthopaedics, Guangzhou General Hospital of Guangzhou Military Command, Guangzhou 510010,China【Abstract】 Objective: To evaluate the biomechanical stability of C1-C2 pedicle screws fixation technique for atlantoaxial instability. Methods: Six atlantoaxial complex fresh specimens，

4、according a random sequence, each was fixed using C1-C2 pedicle screw fixationtechnique, Magerl screw technique, Brooks wiring technique and screw-wiring combined technique, then biomechanical data（range of motion, ROM）were measured. Results: Either Magerl screws or C1-C2 pedicle screws combined Bro

5、oks wiring got the lowest three dimensional movements of the fixation techniques. The ROM of C1-C2 pedicle screw fixation, in anterior-posterior direction, equivalent to Brooks wiring and bigger than Magerl screw; lower than Brooks wiring and bigger than Magerl screw in lateral bending; as to axial

6、rotation, lower than Brooks wiring but no statistic difference with Magerl screw. Conclusions: The biomechanical stability of the C1-C2 pedicle screw fixation technique equivalent to that of Magerl screw technique.【Key words】 atlantoaxial joint; pedicle; internal fixation; biomechanics寰樞段不穩(wěn)時，后路經寰樞側塊

7、關節(jié)螺釘（Magerl術）是目前國內外推崇的后路固定術式。特別是Magerl螺釘復合Gallie鋼絲構成三點固定，其生物力學強度明顯優(yōu)于此前的其他固定方式1。然而臨床上并不是所有病例都適于行Magerl螺釘固定，為此，國內外學者新近設計了一種新的螺釘固定術式，即寰椎椎弓根螺釘2,3或寰椎側塊螺釘4,5聯合樞椎椎弓根螺釘構成的釘棒或釘板系統。目前，已在少量病例進行臨床應用2-4,6，但缺乏大量的、長期的臨床隨訪觀察，因而急需生物力學方面的研究評價。作者通過對該術式與寰樞椎其它術式的生物力學三維穩(wěn)定性的比較，以期能對其開展應用提供理論支撐。1 材料和方法1.1 實驗材料及模型制備6具2535歲意外

8、死亡的男性新鮮冷凍尸體，截取其枕頸部（C0T1），經大體觀察及X線照片證實無退變及骨性異常，測試前常溫下解凍，仔細剔除附麗肌肉，保留韌帶及關節(jié)囊的完整，制成頸椎完整狀態(tài)的實驗模型（M1）。切除寰椎前弓中央約1.5cm的部分，于基底部切斷齒狀突，切斷寰樞間的所有韌帶，切開寰樞側塊關節(jié)的關節(jié)囊后半，僅保留寰樞側塊關節(jié)的關節(jié)囊前半，制成寰樞椎失穩(wěn)的實驗模型（M2）。在失穩(wěn)模型上按隨機順序對每具標本先后進行雙側C1-C2椎弓根螺釘鋼板（M3）、雙側C1-C2椎弓根螺釘鋼板+雙側Brooks鋼絲（M4）、雙側Brooks鋼絲（M5）、雙側Magerl螺釘+雙側Brooks鋼絲（M6）、雙側Magerl螺

9、釘（M7）固定寰樞椎，制成不同固定方式的實驗模型。1.2 生物力學測試所有生物力學測試在非破壞方式下用脊柱三維運動試驗機進行測量。鋼板螺釘固定C3C7椎體，枕骨髁基底和胸1分別用聚甲基丙烯酸甲酯包埋?！癓”形三個不共線圓點的標尺固定于寰椎和樞椎前方。對頸椎施加2.0Nm純力偶矩，使頸椎產生前屈/后伸、左側彎/右側彎、左/右軸向旋轉6種生理運動。由微機圖像處理和分析系統依次對上述模型（M1M7）測量寰樞椎間的三維運動范圍（ROM）。每次測試重復3次加載/卸載循環(huán)，在第三次循環(huán)時進行運動學測量，以減少標本粘彈性作用的影響。1.3 統計學處理計算7種模型ROM值的均數和標準差。用方差分析和SNK法進

10、行統計分析比較。統計檢驗的顯著性設在P<0.05。2 結果不同狀態(tài)下寰樞段的前屈/后伸范圍見表1，所有固定方式的穩(wěn)定性都明顯高于完整狀態(tài)和失穩(wěn)狀態(tài)，所有狀態(tài)的前屈和后伸數據一致，其穩(wěn)定性排列順序是：M6 > M7, M4> M5, M3 > M1 > M2。其中M7與M4、M5與M3間無統計學差異。表1 寰樞節(jié)段各種狀態(tài)的前后運動范圍（±s，度）狀態(tài) 前屈 中性區(qū) 后伸完整狀態(tài) （M1） 5.80±0.61 1.48±0.19 4.78±0.40失穩(wěn)狀態(tài) （M2） 10.67±1.04 3.23±0.21

11、 7.90±1.02雙側C1-C2椎弓根螺釘 （M3） 3.65±0.16 2.02±0.23 3.37±0.51雙側C1-C2椎弓根螺釘+雙側Brooks鋼絲 （M4） 3.03±0.65 1.92±0.12 2.38±0.53雙側Brooks鋼絲 （M5） 3.60±0.82 2.30±0.24 2.55±0.82雙側Magerl螺釘+雙側Brooks鋼絲 （M6） 2.08±0.34 2.20±0.23 1.60±0.24雙側Magerl螺釘 （M7） 2.7

12、8±0.19 2.37±0.23 2.13±0.63所有固定方式的左/右側彎運動范圍都明顯小于完整狀態(tài)和失穩(wěn)狀態(tài)，所有狀態(tài)的左側彎和右側彎數據一致，其側向穩(wěn)定性排列順序是：M6 > M7 > M4, M3 > M5 > M1 > M2（表2）。其中M4與M3間無統計學差異。表2 寰樞節(jié)段各種狀態(tài)的左右運動范圍（±s，度）狀態(tài) 左側彎 中性區(qū) 右側彎完整狀態(tài) （M1） 3.50±0.22 1.43±0.21 3.40±0.49失穩(wěn)狀態(tài) （M2） 5.38±0.93 1.57±0

13、.15 5.20±0.66雙側C1-C2椎弓根螺釘 （M3） 1.92±0.56 1.32±0.15 2.02±0.47雙側C1-C2椎弓根螺釘+雙側Brooks鋼絲（M4） 1.92±0.72 1.22±0.12 1.97±0.72雙側Brooks鋼絲 （M5） 2.35±0.94 1.18±0.07 2.17±0.70雙側Magerl螺釘+雙側Brooks鋼絲 （M6） 0.90±0.22 1.40±0.23 0.95±0.31雙側Magerl螺釘 （M7） 1

14、.31±0.17 1.50±0.11 1.37±0.18不同狀態(tài)下寰樞段的軸向旋轉運動范圍見表3，所有固定方式的穩(wěn)定性都明顯高于完整狀態(tài)和失穩(wěn)狀態(tài)，所有狀態(tài)的左旋和右旋數據一致，其軸向穩(wěn)定性排列順序是：M6 > M4 > M3, M7 > M5 > M1 > M2。其中M3與M7間無統計學差異。表3 寰樞節(jié)段各種狀態(tài)的軸向旋轉運動范圍（±s，度）狀態(tài) 左旋 中性區(qū) 右旋完整狀態(tài) （M1） 26.47±1.75 3.33±0.22 27.12±2.17失穩(wěn)狀態(tài) （M2） 32.33±3.

15、55 5.00±0.28 30.67±3.67雙側C1-C2椎弓根螺釘 （M3） 4.22±0.97 2.22±0.26 4.77±0.85雙側C1-C2椎弓根螺釘+雙側Brooks鋼絲 （M4） 3.53±0.30 2.20±0.20 3.77±0.38雙側Brooks鋼絲 （M5） 5.42±0.44 2.80±0.28 5.42±0.65雙側Magerl螺釘+雙側Brooks鋼絲 （M6） 2.92±0.34 3.13±0.39 2.88±0.58雙

16、側Magerl螺釘 （M7） 4.38±0.58 2.67±0.36 4.22±0.713 討論3.1 寰樞椎后路固定術式的演變與寰椎椎弓根螺釘的含義鋼絲固定是1980年以前寰樞椎不穩(wěn)的標準后路固定技術，后路Magerl螺釘固定是現今推崇的標準術式，但Magerl螺釘技術要求的進釘角度過大，術前要求解剖復位，手術操作難度較大，且一定要在X線下進行。寰椎椎弓根螺釘固定術式是新近提出的一種固定方法2，根據作者臨床應用的體會，寰椎椎弓根釘復合樞椎椎弓根釘的釘棒或釘板系統進釘角度小，可在直視下進行，不一定要在床邊X線下進行。技術上較Magerl螺釘技術簡易，有可能成為寰樞

17、椎后路固定的新的標準術式。由于椎板鉤、椎板夾的生物力學強度與Brooks鋼絲技術相當，所以本研究以Brooks鋼絲技術（M5）為對照術式。寰椎后弓與側塊的連接部分在結構上和力學上類似于其它椎體的椎弓根，稱之為椎弓根在臨床上更便于理解和接受，故在此將經由寰椎后弓、后弓峽部至寰椎側塊內的螺釘視為寰椎的椎弓根螺釘，有別于寰椎側塊螺釘。寰椎側塊螺釘是指，經寰椎后弓與寰椎側塊后緣的移行處進釘沿寰椎側塊縱軸置入，其螺釘長度較寰椎椎弓根螺釘明顯要短4-6°，上仰5°；螺釘直徑3.5mm，長25mm。3.2 寰樞段的前后穩(wěn)定性此前的生物力學研究表明，任何一種鋼絲技術都有很好的前后穩(wěn)定性1。

18、從本研究的測試結果來看，雙側Magerl螺釘+雙側Brooks鋼絲（M6）的前后穩(wěn)定性最強，其次為雙側Magerl螺釘（M7）和雙側C1-C2椎弓根螺釘鋼板+雙側Brooks鋼絲（M4），再其次為雙側Brooks鋼絲（M5）和雙側C1-C2椎弓根螺釘鋼板（M3）。其中M7與M4、M5與M3間無統計學差異。由此看來，單就前后穩(wěn)定性來說，雙側C1-C2椎弓根螺釘固定復合雙側Brooks鋼絲的固定強度與雙側Magerl螺釘相當；而單純行雙側C1-C2椎弓根螺釘鋼板固定的強度則與雙側Brooks鋼絲接近，對于前后穩(wěn)定性來說，Brooks鋼絲的強度已足夠1，說明雙側C1-C2椎弓根螺釘固定可以滿足前后穩(wěn)

19、定性的要求；而M4大于M3，提示進行C1-C2椎弓根螺釘固定時，如果要獲得最大的前后穩(wěn)定性，可追加鋼絲固定。3.3 寰樞段的側向穩(wěn)定性雖然后路鋼絲技術和椎板鉤夾技術均能明顯提高寰樞段前后方向的穩(wěn)定性，但抗側彎和抗旋轉能力較差，不及Magerl螺釘穩(wěn)定1。從測試結果來看，幾種術式的側向穩(wěn)定性排列順序是：M6 > M7 > M4, M3 > M5 > M1 > M2（表2）。其中M4與M3間無統計學差異，說明單就側向穩(wěn)定性來看，在進行C1-C2椎弓根螺釘固定時，不需要追加鋼絲固定，其強度就在雙側Brooks鋼絲固定（M5）之上，而稍弱于雙側Magerl螺釘（M7）。3

20、.4 寰樞段的軸向穩(wěn)定性 頭頸部的旋轉功能主要集中在寰樞關節(jié)，因此寰樞椎的旋轉穩(wěn)定性是衡量固定方法優(yōu)越性的首要指標，其中Magerl螺釘的抗旋轉能力明顯優(yōu)于鋼絲、椎板夾或椎板鉤1。軸向穩(wěn)定性的測試結果表明雙側Magerl螺釘+雙側Brooks鋼絲（M6）最強；其次為雙側C1-C2椎弓根螺釘固定+雙側Brooks鋼絲（M4）；再其次為雙側Magerl螺釘（M7）和雙側C1-C2椎弓根螺釘（M3）；最后為雙側Brooks鋼絲（M5）。表明由雙側Magerl螺釘復合雙側Brooks鋼絲構成的三點固定穩(wěn)定性明顯優(yōu)于其他術式。其中M3與M7間無統計學差異，說明C1-C2椎弓根螺釘在抗旋轉方面與Magerl螺釘等效，而提倡進行Magerl螺釘固定的主要目的就在于提高寰樞椎的軸向穩(wěn)定性，提示如果行Magerl螺釘固定困難，可選擇雙側C1-C2椎弓根螺釘固定，仍具有相同的抗旋轉性能。3.5 寰樞椎椎弓