腰椎前路椎间融合手术中关节突螺钉与椎弓根螺钉的生物力学比较

聂志红，侯英诺，孔凡磊，赵素香，樊格林，张子檀(河北省邢台市人民医院脊柱骨科，河北 邢台 054031)

·论著·

腰椎前路椎间融合手术中关节突螺钉与椎弓根螺钉的生物力学比较

聂志红，侯英诺，孔凡磊，赵素香，樊格林，张子檀
(河北省邢台市人民医院脊柱骨科，河北 邢台 054031)

目的探讨关节突螺钉(translaminar facet screw，TFS)与椎弓根螺钉(pedicle screw，PS)在前路椎间融合术(anterior lumbar interbody fusion,ALIF)中的力学稳定性，以及2种后路固定螺钉在ALIF对相邻节段的影响是否一致。方法采用正常成人新鲜尸体腰椎标本,将16具标本随机分为无手术组(intact)、ALIF组、ALIF+TFS组、ALIF+PS组,在400N压力和75N/m速率件下，比较各组刚度、相邻节段活动度和椎间盘压力。结果与intact组比较，ALIF组在前屈度、侧弯度、轴向旋转度方面增加，而后伸度减少。在ALIF+TFS组、ALIF+PS组和ALIF组的比较中，ALIF组在前屈度、侧弯度、轴向旋转度方面明显增加，而TFS固定和PS固定提供的稳定性相当(差异无统计学意义)，但TFS在椎间盘压力方面对相邻节段影响更小。结论TFS固定可以与PS固定提供同样的力学稳定性，TFS固定是2节段ALIF理想的固定方法。

腰椎；前路椎间融合；关节突螺钉；椎弓根螺钉

10.3969/j.issn.1007-3205.2014.08.008

腰椎前路椎间融合(anteriorlumbarinterbodyfusion,ALIF)和后路椎间融合越来越多地应用于治疗腰椎疾病[1-3]。在临床应用中，椎弓根钉固定可以提供坚强的内固定，一直以来被视为黄金标准，术后疗效肯定[4]，但椎弓根固定技术也存在很多缺点，如广泛的肌肉损伤、可能存在的神经损伤以及手术时间和手术费用增加。相比之下，关节突螺钉固定技术更简单、安全、创伤更小、成本低廉，并且生物力学证实其是可靠选择之一[5]。在临床上，ALIF手术多为2节段或多节段手术，因此，我们在新鲜尸体上，对关节突螺钉固定(translaminarfactorscrew,TFS)和椎弓根钉固定(pediclescrew,PS)技术在2节段ALIF手术中的生物力学影响进行了研究。报告如下。

1 资料与方法

1.1 样本制作：由河北医科大学解剖学教研室提供12具新鲜尸体的腰椎标本，男性8例，女性8例，年龄42～78岁，平均(51.2 ±8.3)岁。保持腰1～5的完整性。随机分为无手术(Intact)组、单纯ALIF组、ALIF+PS组、ALIF+TFS组。常规拍摄正侧位X线片，除外骨骼发育异常。切除多余的肌肉软组织，保留完整的韧带、椎间盘。

1.2 生物学测量：将标本的腰5和腰1分别连接在WDW-4100电子万能试验机上。此装置模拟脊柱在功能位置上前曲、后伸、侧弯以及轴向扭转活动，并测量在各个功能位置上的受力、活动情况。给予矢状位400N的压力预加载，以消除标本松弛、蠕动导致的时间延时影响。保持400N压力，通过轴向转动装置，以75N/m速率，将标本分别向前屈、后伸、左侧弯曲、右侧弯曲、轴向旋转等6个方向活动。自腰1～5每个椎体上安装12个红外记录器，记录各个方向的椎体活动。在每个髓核内放置压力传感器。首先测量完整腰椎的活动情况，然后测量2节段经PS和TFS后ALIF手术的活动情况。2种螺钉的放置方式与常规临床手术方式相同。

2 结 果

2.1 固定节段的刚度:ALIF组较Intact组前屈、侧弯以及轴向旋转时的刚度明显增强(P<0.05)，但在后伸时较弱(P<0.05)；ALIF+TFS组和ALIF+PS组与Intact组和ALIF组比较，内固定的各项刚度测量明显增强(P<0.05)；ALIF+TFS组与ALIF+PS组的刚度比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

GroupsFlexionExtensionLateralbendingAxialrotationIntact2．89±0．312．20±0．261．91±0．462．19±0．13ALIF6．05±1．91∗1．78±0．63∗3．13±1．02∗2．76±0．24∗ALIF+TFS7．86±1．33∗#7．38±1．16∗#6．76±1．28∗#5．95±1．06∗#ALIF+PS7．64±1．17∗#7．50±1．05∗#6．68±0．94∗#6．05±1．22∗# F22．500111．92252．26452．779 P0．0000．0000．0000．000

*P<0.05vsintact group #P<0.05vsALIF group byqtest
ALIF：anterior lumbar interbody fusion；TLS：translaminar facet screw；PS：pedicle screw

2.2 相邻节段的活动度:对上位椎体，ALIF组、ALIF+TFS组和ALIF+PS组较Intact组前屈度、侧弯度、轴向旋转度增加，后伸度减少，ALIF+TFS组和ALIF+PS组各椎体活动度又较ALIF组增强(P<0.05)；ALIF+TFS组与ALIF+PS组之间差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

对下位椎体，ALIF组与Inact组各项活动度改变差异无统计学意义；ALIF+TFS组和ALIF+PS组前屈、后伸、侧弯和轴向旋转4个活动度均较ALIF组增强(P<0.05)。ALIF+TFS与ALIF+PS组之间差异无统计学意义(P>0.05)。见表3。

2.3 椎间盘压力测试：对于上位相邻椎间盘内压力，ALIF组较Intact组前屈、侧弯、轴向旋转压力增强(P<0.05)；ALIF+TFS组和ALIF+PS组较Intact组和ALIF组均明显增强(P<0.05)；ALIF+PS组前屈较ALIF+TFS组压力增强(P<0.05)，ALIF+TFS组与ALIF+PS组之间各椎体盘间压力差异无统计学意义(P>0.05)。见表4。

对于下位相邻椎间盘内压力，ALIF+TFS组和ALIF+PS组较Intact组和ALIF组均明显增强(P<0.05)；ALIF+TFS组与ALIF+PS组之间各椎体盘间压力差异无统计学意义(P>0.05)。见表5。

GroupsFlexionExtensionLateralbendingAxialrotationIntact3．55±0．622．83±0．775．11±0．842．09±0．58ALIF4．31±0．48∗2．06±0．81∗6．41±0．70∗2．63±0．42∗ALIF+TFS5．96±0．55∗#5．31±0．68∗#7．96±0．92∗#4．97±0．94∗#ALIF+PS6．35±0．61∗#5．78±0．33∗#7．99±1．1∗#5．41±0．57∗# F42．85259．21219．15153．754 P0．0000．0000．0000．000

*P<0.05vsintact group #P<0.05vsALIF group byqtest
ALIF：anterior lumbar interbody fusion；TLS：translaminar facet screw；PS：pedicle screw

GroupsFlexionExtensionLateralbendingAxialrotationIntact5．18±0．812．94±0．345．41±0．632．73±0．17ALIF5．22±0．672．70±0．425．41±0．832．86±0．48ALIF+TFS6．46±0．68∗#3．13±0．77∗#6．44±0．58∗#4．18±0．49∗#ALIF+PS6．50±0．62∗#3．21±0．44∗#6．52±0．71∗#4．30±0．44∗# F9．49911．0086．96232．558 P0．0010．0010．0030．000

*P<0.05vsintact group #P<0.05vsALIF group byqtest
ALIF：anterior lumbar interbody fusion；TLS：translaminar facet screw；PS：pedicle screw

GroupsFlexionExtensionLateralbendingAxialrotationIntact0．91±0．420．75±0．440．73±0．470．74±0．46ALIF1．41±0．52∗0．75±0．281．05±0．62∗1．13±0．58∗ALIF+TFS1．57±0．44∗#1．43±0．37∗#1．39±0．60∗#1．41±0．69∗#ALIF+PS1．92±0．73∗#△1．28±0．37∗#1．36±0．52∗#1．44±0．47∗# F5．0183．8763．3292．958 P0．0120．0290．0340．000

*P<0.05vsintact group #P<0.05vsALIF group △P<0.05vsALIF+PS group byqtest
ALIF：anterior lumbar interbody fusion；TLS：translaminar facet screw；PS：pedicle screw

GroupsFlexionExtensionLateralbendingAxialrotationIntact0．91±0．110．93±0．210．72±0．090．94±0．13ALIF0．99±0．170．87±0．050．73±0．070．96±0．14ALIF+TLS1．19±0．19∗#1．08±0．23∗#0．84±0．16∗#1．19±0．21∗#ALIF+PS1．19±0．21∗#1．11±0．21∗#1．94±0．18∗#1．24±0．22∗# F5．8323．351143．9576．623 P0．0070．0380．0000．004

*P<0.05vsintact group #P<0.05vsALIF group byqtest
ALIF：anterior lumbar interbody fusion；TLS：translaminar facet screw；PS：pedicle screw

3 讨 论

本研究通过比较2种内固定ALIF手术，为临床医师在考虑手术治疗方式时提供了参考依据。在刚度方面，前屈、轴向旋转及侧弯时，单纯ALIF组比Intact组要强一些，而后伸弱一些。在2个节段的ALIF手术中后伸不稳定性的增加可能与前纵韧带、前半部分纤维环的切除有关。在临床上，ALIF结合后路椎弓根内固定术式被认为是此类手术的黄金标准。本研究结果显示，2种内固定方式在刚度及稳定性方面确实明显改善，但2种内固定方式比较没有明显差异。这与曾忠友等[6]所做的后路融合内固定生物力学研究结果所一致。研究结果展示了关节突螺钉的优势，取得同样的稳定性，关节突螺钉固定只需2枚螺钉，椎弓根螺钉需要4枚螺钉。

相邻节段退变是ALIF手术中常见的并发症，上位间盘活动度、压力增加，而下位间盘受影响较小[7-8]。本研究上位间盘在前屈、侧弯及轴向旋转时的活动度，间盘内压力在2个节段ALIF手术后与无手术时明显增加，而后伸时降低，这是由于后伸时不稳定性影响了手术节段的刚性降低导致的。下位椎间盘的椎间盘压力和椎体活动度方面，单纯ALIF组与Intact组差异无统计学意义。

结合后路内固定的ALIF手术后刚度明显改善，相邻节段椎体活动度及椎间盘的压力增加，说明内固定术后给相邻节段带来明显影响。不同方式内固定对活动度、椎间盘压力影响不明显。但是椎弓根螺钉固定对相邻节段的影响要比关节突螺钉固定的影响大，尽管许多学者对椎弓根钉置钉技术进行改良[9]，但椎弓根螺钉对软组织显露范围大的缺点仍无法根本解决。上位相邻节段的活动度椎间盘压力的增加数据表明，在2个阶段ALIF手术中，无论是单纯ALIF手术还是结合内固定的ALIF手术对上位关节突的影响都比对下位相邻节段的影响大。

本研究只统计在刚刚完成手术后的临床状态，没有涉及到Cage沉降、纤维环松弛、固定钉松动等带来的影响，然而这些影响因素均有可能影响脊柱的稳定性以及预后，并最终导致实验结果改变。本研究亦将人体肌肉综合的运动简化为单一的受力改变，这也会对最终结果产生影响。需要进一步的完善研究。

综上所述，关节突螺钉固定能提供同样的稳定性，具有手术创伤小、费用低廉等优势，并且对相邻节段的影响更小。

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[7] YAN JZ,QIU GX,WU ZH,et al.Finite element analysis in adjacent segment degeneration after lumbar fusion[J].Int J Med Robot,2011,7(1):96-100.

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(本文编辑：赵丽洁)

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《河北医科大学学报》编辑部

BIOMECHANICALCOMPARISONOFTRANSLAMINARFACETSCREWANDPEDICLESCREWINANTERIORLUMBARINTERBODYFUSIONSURGERY

NIEZhihong,HOUYingnuo,KONGFanlei,ZHAOSuxiang,FANGelin,ZHANGZitan
(DepartmentofOrthopeadicSurgery,thePeople′sHospitalofXingtai,HebeiProvince,Xingtai054031,China)

ObjectiveToexplorethemechanicalstabilityoftranslaminarfacetscrew(TFS)andpediclescrew(PS)inanteriorlumbarinterbodyfusion(ALIF)andwhetherthetwoposteriorinstrumentationshavethesameinfluenceontheadjacentsegmentsintwolevelanteriorlumbarinterbodyfusion.MethodsNormaladulthumanfreshcorpseswereusedasspinesamples,16lumbarspineswererandomedintonosurgerygroup(intact),ALIFgroup,ALIF+TFSgroupandALIF+PSgroup.Under400Ncompressivepreloadand75N/mspeed,comparisonswereperformedinthestiffness,motionrangeofadjacentsegmentsandintervertebraldiscpressureamongdifferentgroups.ResultsComparedwithintactgroup,ALIFgroupshowedincreaseinflexion,lateralbendingaxialrotation,butdecreaseinextension.ComparisonsamongALIFgroup,ALIF+TFSgroupandALIF+PSgroup,ALIFgroupalsoshowedincreaseinflexion,lateralbending，axialrotation,andthefixationstabilitybyTFSandPSweresimilar,thedifferencewasnosignificant,butTFSexertedlesscompressivestressontheadjacentsegmentsofintervertebraldiscs.ConclusionTFScanprovidethestabilityequivalenttoPSintwo-segmentALIF,TFSistheidealchoiceintheoperation.

lumbarvertebrae;anteriorlumbarinterbodyfusion;translaminarfacetscrew;pediclescrew

2014-04-02；

2014-06-13

聂志红(1971-)，男，河北邢台人，河北省邢台市人民医院副主任医师，医学博士，从事脊柱外科疾病诊治研究。

R681.5

A

1007-3205(2014)08-0889-04