腰椎后路钉棒内固定术后内固定断裂危险因素

王 鹏(综述)，金格勒(审校)

(新疆医科大学第一附属医院外科(VIP)二病区，乌鲁木齐 830054)

椎弓根螺钉内固定术可为脊柱(特别是后柱)提供坚强的可靠的支撑，有利于脊柱的骨性融合，广泛应用于脊柱创伤、畸形及退行性变等疾病的治疗，但在取得良好疗效的同时，也出现了一些并发症，其中内固定装置断裂由于其影响固定效果且取出困难，必须引起足够的重视。胸、腰椎椎弓根螺钉系统内固定术后断钉发生率文献报道不一，国内为1.4%～20.6%，国外为3%～7%[1-3]。实际临床中，椎弓根螺钉的断钉、断棒多数是在取钉时发现的，故上述数据可能低估了实际发生率。该文回顾近年来此方面的相关文献，以全面了解内固定断裂的危险因素进而加以预防，从而提高手术疗效，减少医患纠纷，更好地指导临床实践。

1 内固定选择不当

内固定物选择不当是造成术后内固定断裂的重要危险因素。医师术前应根据影像学资料提前了解椎弓根个体差异，合理选择内固定物，考虑的因素包括椎弓根螺钉长度和直径、固定节段长度、固定棒直径等。螺钉过长则螺杆与螺纹交界处承受应力过大，易致螺钉断裂；过短则螺钉对骨质把持较差，术后易发生松动；螺钉过粗容易破坏椎弓根结构影响固定强度；过细则螺钉刚度不足，易发生断裂。内固定物的牢固程度很大程度上取决于内固定物的刚度，而增加固定结构的直径是增加刚度的有效措施，Rohlmann等[4]研究表明，钛固定棒直径由3 mm增加至7 mm时，弯曲刚度增加约30倍，直径增加至10 mm时，弯曲刚度进一步增加至约150倍；但随着固定物刚度增加，局部应力也相应增加，增大了椎弓根螺钉断裂的危险性。目前脊柱内固定物刚度普遍较高，因此选择内固定器械时需权衡机械强度与折断风险。另外，当固定节段过长时，椎弓根螺钉承受应力也相应增加，术后断裂风险增加，同时在固定邻近节段椎间盘载荷明显增加，退变随之明显加快[5]。

内固定物的设计与制造水平也影响术后内固定可靠程度。国内部分文献报道,腰椎后路钉棒内固定术后内固定断裂发生率高达20.6%，虽不能排除术者操作技能因素，但也与部分生产厂家加工工艺与设计缺陷有关，导致内固定装置强度和抗疲劳性不足[2]。朱敦延等[6]报道，发生断裂的均为DickⅡ型椎弓根螺钉装置，而德国Socan公司、美国AST公司和法国Scientx公司的进口螺钉则较少发生断裂。

2 内固定置入技术缺陷

内固定置入技术缺陷在临床实践中主要是椎弓根螺钉置入技术的缺陷，手术成功的关键在于螺钉必须沿椎弓根轴线方向的狭小骨性管道植入，但因椎弓根解剖复杂，毗邻结构重要，往往导致植入位置不佳，可直接引起术后内固定系统失效甚至断裂。椎弓根螺钉置入的要素包括进钉点、植入深度、水平面进钉角、矢状面进钉角等参数[7]。选择进钉点时，最基本的定位方法是利用椎体自身解剖标志，目前腰部椎弓根进钉点选择有多种定位方法，较为常用的是AO法，该法将经横突中点的水平线和经小关节外侧缘的垂直切线的交点作为腰椎椎弓根的进钉点[8]。关于椎弓根螺钉置入深度，生物力学研究表明，将椎弓根螺钉钻至椎体前缘皮质下时可获得较高的把持力，但实际手术时出于安全考虑，多数学者认为置钉深度以钉道长度80%为宜[9]。而对于腰椎椎弓根钉的进钉角度，通常认为在水平面上L1以内聚5°～10°、向下逐渐增加至L5为15°～20°为宜，在矢状面上以钉道平行于椎体终板或与棘上韧带呈90°为宜[8]。近年来，计算机辅助导航定位技术的使用避免了反复穿刺引起的椎弓根结构破坏，使椎弓根穿刺及置钉成功率明显提高，成为今后脊柱外科的发展趋势之一。通过准确地植入椎弓根螺钉，可以较好地保持固定强度，防止异常的应力集中，减少内固定装置的断裂。

3 植骨融合效果欠佳

目前对于腰椎内固定节段术后载荷承担的生物力学研究已较为深入。由于脊柱解剖学特点，患者术后内固定松动和断钉/棒多发生在胸腰段，胸腰段是胸椎与腰椎的过渡区，胸推后突与腰推前突两曲度在此衔接，躯干活动与负重应力集中于此。与胸腰段相比，腰椎后路钉棒内固定术后内固定装置断裂发生率较低，但由于腰椎特别是下腰椎具有独特的解剖与运动特点，如与脊柱其他节段相比，腰椎关节突关节面为矢状面方向，限制了腰椎的轴向旋转运动，而前屈与后伸的活动范围与脊柱其他节段比较也具有统计学意义，活动与负重载荷较大，局部应力相对集中[10-11]。经过定量测量发现，在标准腰椎后路内固定术后，由生理结构与内固定结构共同承担各方向的力和力矩，无论是前屈、后伸，还是轴向扭转运动，前柱结构都承担了相当部分的载荷分布，只有侧屈运动时载荷以内植物承担为主，由此可见前柱结构的完整性和稳定性在防止内固定术后断裂中起着重要作用[12]。在腰椎，通常增强前柱稳定性的方法主要是椎体融合，常见的是单纯植骨融合与椎间融合器融合，多篇文献报道上述两种融合方法效果相近[13-15]。判断融合效果的有效指标是观察椎体间是否实现骨性融合，要实现上述目标需同时满足有效的固定、适宜的生物应力刺激以及良好的成骨活性，而当上述条件有一个或多个不具备时即会导致融合缓慢甚至不融合，进而可能导致内固定失败。例如,刚度过高的固定棒、融合器以及前方内固定等，都会造成应力遮挡，影响融合效果，成为术后内固定断裂的危险因素[16]。另外，为增强内固定效果，侧后方植骨融合、前路双柱固定以及前后路联合固定等手术在实施前需严格评价其适应证，除了考虑费用、风险、手术创伤增加等因素，也应仔细评价是否可能影响融合效果而不宜采用[17-19]。

关于后路内固定横向连接杆的使用，有学者认为横向连接杆可明显消除后路短节段内固定后的“四连杆”效应，增强前柱稳定性，并增强内固定装置的抗疲劳稳定性，从而有利于椎体融合，减少内固定断裂风险[20-21]。但横向连接杆在临床使用中也暴露出诸如术后脑脊液漏及迟发感染发生率增加等弊端，故在临床实践中对于横向连接杆的使用与否应在权衡上述利弊后决定[22]。

4 术后功能锻炼不当

后路内固定术后载荷在腰椎各部位的分布与术前是明显不同的，研究发现，在术后活动时，内固定节段屈伸运动的载荷主要由前柱诸结构分担，侧屈及扭转运动时则有相当一部分载荷通过内植物传导[12]。加之腰椎负重较大、活动较多，故术后功能锻炼不当也是后路钉棒内固定术后内固定疲劳断裂的危险因素之一。多篇文献提到患者术后在频繁屈伸腰部、斗殴、过早过度负重、剧烈运动等情况下，内固定断裂风险增高[1-2,5-6]。术后正确佩戴腰围可限制导致内固定局部应力过度增加的异常活动，早期部分负重直至融合节段取得骨性融合，可显著降低术后钉棒断裂的风险。目前通常认为术后应坚持佩戴腰围至少3个月。

此外，肥胖可能是导致后路内固定术后内植物断裂的危险因素之一，除了导致内固定装置载荷增加引起断裂，还可加快术后邻近节段椎间盘退变，此外，由于肥胖患者术中暴露困难，造成组织过度剥离和相关结构误伤的风险，可能会影响融合速度与效果[23]。但肥胖与内固定断裂的具体关系尚未见文献报道，仍有待于进一步研究。

5 内植物取出过迟

内固定物发生断裂时，部分患者可有明显感觉，如术后搬运重物或剧烈活动时腰部出现断裂声、术后运动时腰痛、腰椎固定区域出现畸形等，但多数患者内固定装置断裂系内固定物取出时首次发现，且对于术后慢性腰痛患者也难以回忆出真正的断裂时间，故无法明确定义内植物取出过迟。多数情况下内固定断裂系内固定材料长期累积疲劳所致，故可以推测，后路钉棒系统内固定术后内植物松动或断裂发生于患者正常负重并活动后，此前发生内固定物断裂的可能性不大。宋富立等[24]统计椎弓根螺钉断裂发生时间为术后18～85个月，故建议术后9～12个月椎体获得骨性融合后取出椎弓根螺钉内固定系统。由于钉棒断裂的发生危险常常被忽视，导致内固定取出术中发现内固定装置断裂的情况屡有发生，所以术前重新拍摄正侧位X线片对于预测可能存在的隐匿性内固定断裂是非常有价值的。

此外，后路内固定术后内植物长期存留体内，可引起固定节段的骨质疏松以及邻近节段的椎间盘退变加速，而骨质疏松可能是内固定断裂的危险因素，具体将在下文讨论。综上所述，多数文献建议椎弓根螺钉系统在内固定术后不宜长期存留体内，原则上应适时行二次手术取出，但二次手术也存在一定手术风险，如患者无明显不适，亦可观察随访。

6 骨质疏松

骨质疏松症在年老手术患者中非常常见。后路钉棒内固定系统稳定性主要来自椎弓根螺钉对椎弓根骨质的把持，而在骨质疏松症患者，由于骨密度的降低，骨小梁变薄，螺钉的把持力明显下降，可直接降低螺钉的轴向抗拔出力[25]。骨质疏松时椎弓根螺钉可因为切割骨质而造成微动，进而因反复微动导致螺钉松动甚至疲劳断裂。有研究指出，骨密度下降的患者，内固定失败发生率明显增高，所以可认为骨质疏松症是后路钉棒内固定术后断裂的危险因素之一[26]。

术前观察腰椎正位X线片可直接观察骨骼密度和形态，推测骨质疏松的程度，是骨质疏松症诊断的重要手段之一。骨质疏松症患者在X线片下可见骨密度减低，骨小梁模糊、变细以及减少，骨皮质变薄，严重者椎体高度降低，大体外观可呈楔形，有时可见双凹变形[27]。但上述诊断方法对于早期骨质疏松症诊断灵敏度欠佳，只用于定性诊断，目前临床上多采用双能X线骨密度仪，结合血清甲状旁腺激素、腰椎CT和腰椎正侧位X线片提高对骨质疏松症的诊断率，从而更好地预测内固定装置的断裂[28]。为防止骨质疏松患者椎弓根螺钉固定失败，目前主要采取钉道强化和螺钉改进等措施，前者如骨水泥钉道强化，后者如膨胀螺钉的应用等[29]。

7 小 结

腰椎后路钉棒系统内固定术由于能对椎体提供可靠的支撑并维持复位的效果，广泛应用于脊柱外科，但随之而来的术后内固定断裂等并发症也时有发生。腰椎后路钉棒系统内固定术后内固定断裂的发生机制十分复杂，内固定选择不当、内固定置入技术缺陷、植骨融合效果欠佳、术后功能锻炼不当、肥胖、内固定取出过迟以及骨质疏松等均是术后内固定断裂的危险因素。随着研究的深入，可能还会发现新的危险因素。医务工作者通过认识这些危险因素并对其充分重视，可预测术后内固定装置断裂的风险，并通过预防手段降低内固定断裂的发生率；患者通过认识上述危险因素对预后的影响，可适当调整功能锻炼的强度与方法，及与患者配合有关的危险因素，并将手术期望值调整至理性水平，减少医患纠纷的发生，营造良好的医患关系。

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