腰椎峡部裂螺钉固定的生物力学实验研究
作者：朱青安1 宋一平2 孟壮志3 欧阳钧1 赵卫东1 钟世镇1
单位：1 第一军医大学解放军医学生物力学实验室 510515 广东省广州市；2 解放军97医院骨科；3 内蒙古自治区蒙医学院
关键词：
中国脊柱脊髓杂志980520 腰椎峡部裂将导致腰椎不稳，其手术治疗除采用脊椎融合术外，也有经峡部裂固定的方法，如采用经峡部裂螺钉和横突钢丝直接固定峡部裂。我们设计了经峡部裂固定的加压螺钉，其螺杆近端喷涂有珍珠面以利于远期的生物固定。本文摹拟腰椎峡部受力，评价加压螺钉固定峡部裂的生物力学作用，为今后加压螺钉应用于临床提供实验依据。
材料和方法 材料取自成年男性新鲜尸体的L4和L5共10例，均在双侧峡部最缩窄处截断产生峡部裂，用螺钉固定双侧峡部裂。螺钉为自己设计的加压螺钉，钉长35mm，直径为3.5mm，但在螺钉的近端螺杆上喷涂有珍珠面(15mm×Φ4mm)。另一种螺钉是Steffee钢板用椎弓根钉，直径为5mm。摹拟腰椎峡部的在体受力分别是下关节突水平向后剪切和棘突下缘中点垂直向上牵拉。
, http://www.100md.com
结果 腰椎峡部裂螺钉固定的刚度和强度分别列于表1和表2。椎弓根钉固定的刚度大于加压螺钉固定的刚度，但两者的差异没有显著性。椎弓根钉固定的强度大于加压螺钉的强度，其中两种固定的最大破坏载荷和最大能量吸收的差异分别有非常显著性和显著
表1 腰椎峡部裂螺钉固定的刚度
(N/mm)
加载方向
加压螺钉
椎弓根钉
下关节突水平向后
123.5±24.1
159.5±40.5
棘突下缘垂直向上
, 百拇医药
49.5±14.6
61.1±5.8
表2 下关节突水平向后加载时腰椎峡部裂螺钉固定的强度 固定方法
最大载荷(N)
最大移位(mm)
能量吸收(J)
加压螺钉
258.6±61.9
5.6±2.0
0.9±0.35
椎弓根钉
428.1±11.7①
, 百拇医药
6.9±1.9
2.1±0.99②
①和②分别表示加压螺钉组与椎弓根钉组的差异有非常显著性(P<0.01)和显著性(P<0.05)
性。两组标本承受最大载荷破坏时，螺钉均无损坏。
讨论 人体直立时，人体的重力线位于腰椎的前方。由于腰部脊柱向前弯曲，下腰椎向前下倾斜，所承接的重力在腰椎节段间可分解为对节段的挤压和剪切。其中节段间的剪切载荷由椎间盘和韧带等软组织及椎间关节分担，挤压载荷由椎间盘和椎间关节承受。所以腰椎峡部承受了与椎间盘平行的剪切力和与椎间盘垂直的挤压力。
椎弓根螺钉的螺纹深，直径大，其固定峡部裂的力学强度比加压螺钉高，椎弓根钉固定和加压螺钉固定所能抵抗的最大剪切力分别为428.1N和258.6N。但就人体直立时下腰椎峡部所承受的载荷来看，两种螺钉刚度均能够满足固定下腰椎峡部裂的要求。另外，两种固定的破坏方式均是螺钉远端从骨中橇出，而螺钉本身并没有折弯或断裂，说明两种螺钉有足够的强度，经峡部裂固定的骨床把持力相对螺钉来说较弱。
, 百拇医药
在本研究中，峡部裂螺钉固定的刚度反映了在力的作用下腰椎下关节突和棘突相对椎弓的移动，是峡部裂固定稳定性的重要指标。正常腰椎在生理载荷作用下,其下关节突和棘突与椎弓间无相对移动。腰椎峡部裂固定要求峡部裂两侧的骨块的相对移动尽量小，螺钉固定在有足够的强度的同时，也要有足够的稳定性。在体重60kg的人直立时，两种固定方法下腰椎下关节突向后分别移动1.1mm和1.4mm，在峡部裂处的移动应该小于这些值，所以两种峡部裂螺钉固定均能提供较好的即刻稳定性。我们在临床上对加压螺钉的初步应用也证实峡部裂骨性愈合，下关节突和棘突与椎骨间无明显畸形，说明加压螺钉固定峡部裂有较好的稳定性。
椎弓根螺钉固定峡部裂的刚度均大于加压螺钉固定，但两者的差异无显著性。椎弓根钉固定后的剪切强度比加压螺钉高，差异有非常显著性。这两点都说明椎弓根钉比加压螺钉具有更好的即刻固定作用。
从我们对国人腰椎峡部裂做出的形态学测量看，椎弓根钉较粗，钉旋入时有可能挤破峡部皮质骨。我们在实验中也观察到这种现象。另外，较粗的螺钉侵占了有限的骨床，使得峡部裂愈合的骨量减少，影响远期疗效。为此，我们设计了直径为3.5mm的加压螺钉，对峡部处的骨床的侵占比椎弓根钉少50%，且能满足腰椎峡部的生物力学要求，螺钉的旋入不易影响椎管。收稿日期：1997-09-22 修回日期：1998-07-14
, http://www.100md.com(朱青安1 宋一平2 孟壮志3 欧阳钧1 赵卫东1 钟世镇1)
单位：1 第一军医大学解放军医学生物力学实验室 510515 广东省广州市；2 解放军97医院骨科；3 内蒙古自治区蒙医学院
关键词：
中国脊柱脊髓杂志980520 腰椎峡部裂将导致腰椎不稳，其手术治疗除采用脊椎融合术外，也有经峡部裂固定的方法，如采用经峡部裂螺钉和横突钢丝直接固定峡部裂。我们设计了经峡部裂固定的加压螺钉，其螺杆近端喷涂有珍珠面以利于远期的生物固定。本文摹拟腰椎峡部受力，评价加压螺钉固定峡部裂的生物力学作用，为今后加压螺钉应用于临床提供实验依据。
材料和方法 材料取自成年男性新鲜尸体的L4和L5共10例，均在双侧峡部最缩窄处截断产生峡部裂，用螺钉固定双侧峡部裂。螺钉为自己设计的加压螺钉，钉长35mm，直径为3.5mm，但在螺钉的近端螺杆上喷涂有珍珠面(15mm×Φ4mm)。另一种螺钉是Steffee钢板用椎弓根钉，直径为5mm。摹拟腰椎峡部的在体受力分别是下关节突水平向后剪切和棘突下缘中点垂直向上牵拉。
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结果 腰椎峡部裂螺钉固定的刚度和强度分别列于表1和表2。椎弓根钉固定的刚度大于加压螺钉固定的刚度，但两者的差异没有显著性。椎弓根钉固定的强度大于加压螺钉的强度，其中两种固定的最大破坏载荷和最大能量吸收的差异分别有非常显著性和显著
表1 腰椎峡部裂螺钉固定的刚度
(N/mm)
加载方向
加压螺钉
椎弓根钉
下关节突水平向后
123.5±24.1
159.5±40.5
棘突下缘垂直向上
, 百拇医药
49.5±14.6
61.1±5.8
表2 下关节突水平向后加载时腰椎峡部裂螺钉固定的强度 固定方法
最大载荷(N)
最大移位(mm)
能量吸收(J)
加压螺钉
258.6±61.9
5.6±2.0
0.9±0.35
椎弓根钉
428.1±11.7①
, 百拇医药
6.9±1.9
2.1±0.99②
①和②分别表示加压螺钉组与椎弓根钉组的差异有非常显著性(P<0.01)和显著性(P<0.05)
性。两组标本承受最大载荷破坏时，螺钉均无损坏。
讨论 人体直立时，人体的重力线位于腰椎的前方。由于腰部脊柱向前弯曲，下腰椎向前下倾斜，所承接的重力在腰椎节段间可分解为对节段的挤压和剪切。其中节段间的剪切载荷由椎间盘和韧带等软组织及椎间关节分担，挤压载荷由椎间盘和椎间关节承受。所以腰椎峡部承受了与椎间盘平行的剪切力和与椎间盘垂直的挤压力。
椎弓根螺钉的螺纹深，直径大，其固定峡部裂的力学强度比加压螺钉高，椎弓根钉固定和加压螺钉固定所能抵抗的最大剪切力分别为428.1N和258.6N。但就人体直立时下腰椎峡部所承受的载荷来看，两种螺钉刚度均能够满足固定下腰椎峡部裂的要求。另外，两种固定的破坏方式均是螺钉远端从骨中橇出，而螺钉本身并没有折弯或断裂，说明两种螺钉有足够的强度，经峡部裂固定的骨床把持力相对螺钉来说较弱。
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在本研究中，峡部裂螺钉固定的刚度反映了在力的作用下腰椎下关节突和棘突相对椎弓的移动，是峡部裂固定稳定性的重要指标。正常腰椎在生理载荷作用下,其下关节突和棘突与椎弓间无相对移动。腰椎峡部裂固定要求峡部裂两侧的骨块的相对移动尽量小，螺钉固定在有足够的强度的同时，也要有足够的稳定性。在体重60kg的人直立时，两种固定方法下腰椎下关节突向后分别移动1.1mm和1.4mm，在峡部裂处的移动应该小于这些值，所以两种峡部裂螺钉固定均能提供较好的即刻稳定性。我们在临床上对加压螺钉的初步应用也证实峡部裂骨性愈合，下关节突和棘突与椎骨间无明显畸形，说明加压螺钉固定峡部裂有较好的稳定性。
椎弓根螺钉固定峡部裂的刚度均大于加压螺钉固定，但两者的差异无显著性。椎弓根钉固定后的剪切强度比加压螺钉高，差异有非常显著性。这两点都说明椎弓根钉比加压螺钉具有更好的即刻固定作用。
从我们对国人腰椎峡部裂做出的形态学测量看，椎弓根钉较粗，钉旋入时有可能挤破峡部皮质骨。我们在实验中也观察到这种现象。另外，较粗的螺钉侵占了有限的骨床，使得峡部裂愈合的骨量减少，影响远期疗效。为此，我们设计了直径为3.5mm的加压螺钉，对峡部处的骨床的侵占比椎弓根钉少50%，且能满足腰椎峡部的生物力学要求，螺钉的旋入不易影响椎管。收稿日期：1997-09-22 修回日期：1998-07-14
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