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1、1颈椎前路静力性动力性钉板系统在单椎间减压植骨融合中的生物力学研究作者：樊健，俞光荣，赵剑，刘璠，管国平，王以进【摘要 】 目的比较颈椎前路静力性、动力性钉板系统在颈椎前路单椎间减压植骨融合中的生物力学，为临床应用提供生物力学依据。方法采用 6 具小牛颈椎标本，测定其正常颈椎 C4、5 节段的活动范围(ROM) ,而后在 C4、5 节段制作单椎间减压植骨融合模型后随机分为 3 组，分别采用 Orion、Codman、Window 钢板、螺钉固定，分别测定脊柱在前屈、后伸、旋转、侧屈运动时的稳定性并与正常标本比较。结果 单椎间减压植骨融合后，无论采用哪种钢板固定，其术后 ROM 值除侧屈时稍大外
2、均比正常颈椎要小，在前屈时最为明显(P 0.05)，而 Codman、Window 与正常标本相比有较大差异(P 0.05);3 种钢板之间无显著性差异(P 0.05) 。结论在颈椎前路单椎间减压植骨融合中，颈前路静力性、动力性钉板系统均能维持颈椎的稳定性。本试验支持动力性钉板系统在颈椎前路单椎间减压植骨融合中应用。 【关键词】 颈椎; 生物力学; 内固定2Abstract: ObjectiveTo study the constructive stability with three kinds of anterior cervical plates in clinically simula
3、ted single - level anterior intervertebral decompression and fusion model to provide biomechanical basis for clinical application. MethodsSix fresh calf cervical spine specimens were applied. After intact specimen underwent test , in each specimen , the following construct were tested successively i
4、n model : fixation with Orion,Codman ,Window respectively.ResultsThe ROM of the following construct with Orion,Codman,Window respectively were less significantly than those of the intact specimens inflexion(P 0.05) . In extension , the ROM of construct with Codman and Window were less significantly
5、than those of the intact specimens (P0.05) . There were no significantly difference among the constructs with three kinds of plate respectively and the intact specimens in lateral bending and rotation. However , there were no significantly difference among Orion , Codmanand,Window(P 0.05) .Conclusio
6、nDynamic and static anterior fixation can all provide effective stability for 3cervical spine.Dynamic anterior fixation can be used in anterior intervertebral decompression and fusion.Key words：cervical spine; biomechanics; internal fixation颈椎前路静力性钢板被广泛地应用于椎间盘或椎体切除后重建，但有学者认为坚强固定会产生应力遮挡，减少了植骨块的载荷而影响融
7、合效果。而颈椎前路动力性钢板固定可使植骨块与植骨床之间紧密接触，植骨块得到充分的载荷刺激，可以提高融合率1,因此临床应用逐渐得到重视。但钢板动力化是否会影响到术后颈椎的稳定性，不同设计的钢板间又有何差异，文献报道较少。本研究对三种不同设计钢板固定临床常见的颈椎前路单椎间减压植骨融合的稳定性进行生物力学比较，为临床合理选用内固定提供理论依据。1 材料与方法1.1 实验材料采用 6 具小牛新鲜颈椎标本( 由上海光明乳业集团南汇区特约屠宰场提供)，通过大体解剖及 X 线摄片排除病理标本，剔除全部肌肉，保持韧带、关节囊、椎间盘及骨性结构的完整，标本用双层塑4料袋密封，在-30低温冰箱保存 1015 d
8、，在实验前将逐级解冻。三种钢板为 Orion 由美敦力 枢法模公司提供、Codman 由北京Link 公司、Window 由北京奥斯比利克公司提供。测试仪器为上海大学生物力学工程研究所三维空间坐标系统仪。1.2 标本的制备在颈椎标本上、下两端 C27 椎体分加浇注相互平行的骨水泥(自凝牙托粉) 平台，平行度小于 10，以便于对标本进行加载测试。而后将 C4、5 椎间盘切除,去除上下终板软骨，用大小适宜的三面皮质髂骨块植入,相当临床上单椎间隙减压植骨融合模型。颈椎标本按如下顺序依次行： Orion 钢板、Codman 钢板、Window 钢板固定，于 C4、5 椎体中上部进针，螺钉角度分别向头、
9、尾侧成角 15，制成相应内固定模型。1.3 实验方法1.3.1 测试顺序：(1)完整模型;(2)Orion 钢板固定模型;(3)Codman 钢板固定模型;(4)Window 钢板固定模型。1.3.2 力学模型及生物力学测试5颈椎的力学测试模型主要是正确模拟人体颈椎运动的规律性能及颈椎力学性质的变化，载荷及力学重心的确定。对颈椎的受力状态与人相似，施加载荷为 150 N 为宜，以保证处于生理状态下标本可重复加载，不会导致颈椎标本破坏或失稳。对颈椎的加载方式采用滚珠对准力学重心点以准静态速度 1.4 mm/min 液压平稳分级加载。测试过程中先行预载以去除颈椎骨的蠕变、松驰等时间效应的影响，然后
10、模拟人体颈椎三维运动(图 1)，产生前屈、后伸、左右侧屈的运动，通过高精度数显光栅测微仪(KG-101 型，精度 0.01%)测量颈椎 C4、5 椎体的位移;旋转试验则将测试相应节段左、右旋转至 6，通过 YJ-14 连续数字式应变仪测量施于颈椎的扭矩。测量数据经计算机处理换算成角位移的变化。测量过程中对标本予以生理盐水喷雾，以保持标本湿润新鲜状态。图 1 颈椎不同运动方式示意图1.3.3 数据分析和统计学处理本实验对标本各种运动状态的三维稳定性进行测量，所有数据处理用 SPSS 11.5 处理。计算颈椎的不同运动状态时不同内固定下的运动范围。采用重复测量方差分析 LSD 法进行统计学比较，比
11、较不同内固定方法下的 ROM 的差异。比较时显著性差异设定在(P0.05)。62 结果所有数据处理用 SPSS 11.5 处理。计算颈椎的不同运动状态时不同内固定下的运动范围。采用重复测量方差分析 LSD 法进行统计学比较，比较不同内固定方法下的 ROM 的差异。比较时显著性差异设定在(P0.05)。测定结果见表 1 表 1 模型 1C4、5 节段三维运动范围(ROM)(试验过程中未出现颈椎标本破坏或内固定失败等。就本试验中的颈椎前路单椎间减压植骨融合模型而言，尽管采用前路钢板固定，也未能完全恢复到正常标本的刚度。试验数据经统计分析，结果参照表 1。在前屈状态:3 种钢板固定后的 ROM 值均
12、比正常颈椎组小，统计分析有显著差异(P 0.05)。而 Codman 和 Window 固定后的ROM 值均比正常颈椎组小(P0.05) ,说明能达到稳定性要求。旋转状态：结果与前屈状态时类似。3 种钢板固定后的 ROM值均比正常颈椎组小,但无显著差异(P 0.05) 。其中 Codman 的稳定性最好。但在前屈、后伸、侧屈、旋转状态下 3 种钢板固定后稳定性均无显著差异意义(P 0.05) 。3 讨论颈前路单椎间减压植骨融合是临床治疗颈椎间盘突出症或颈椎病的常用术式,前路钢板内固定的使用明显减少了植骨块脱出、塌陷及后凸畸形等并发症2，但植骨块融合率仍未理想，文献报告的单间隙融合中假关节发生率
13、最高达到 12%3。有学者4 认为这跟先前使用较为广泛的传统静力性颈椎前路钢板的坚强固定产生应力遮挡，减少植骨块的载荷有关。而颈椎前路动力性钢板固定可使植骨块与植骨床之间紧密接触，植骨块得到充分的载荷刺激，可以提高融合率,因此临床应用逐渐得到重视。目前临床应用的前路钢板基本都是单皮质螺钉固定的带锁钢板，也称限制性钢板。根据锁定机制的不同， Haid 将之分为完全限制性和半限制性 2 个亚类。前者指锁定后螺钉与钢板交界处没有8活动，例如 CSLP，Orion 钢板等。后者又称动力性钢板，可进一步细分为转动和平移 2 类，属于转动类的有 Codman、Zephir 等，螺钉与钢板界面间角度可变，以
14、此增加植骨块承载;平移类如ABC、DOC、Window、Premier 等，除了螺钉角度可变外，更允许螺钉轴向下沉，形成动力性加压而使植骨块与植骨床之间紧密接触，同时减少对植骨块应力遮挡。本研究选用了临床应用较广泛的Orion，Windows，Codman 三种有代表性的不同设计的钢板(图 3)。Orion 钢板上下两端的螺钉孔各向头尾端成固定的 15角和向内聚6角，通过成角的张力增加固定的稳定性，为典型的静力固定。Codman 钢板则允许螺钉在螺孔内有一定的转动范围，以此增加植骨块所受的应力载荷，为转动类的动力固定;Window 钢板中央有间断长方形窗式槽，供螺钉置于任何符合颈椎生量曲度和角
15、度的合适位置，螺钉拧入后，和螺孔间具有动力加压功能，为平移类的动力固定。图 2 三种不同设计钢板试验结果表明，三种钢板除在侧屈时 ROM 比正常大(但与正常无显著差异外)，其余状态时 ROM 均比正常小，其中前屈与正常相比有显著差异(P0.05)，后伸时 Codman、Window 与正常相比有显著差异(P0.05);旋转时 Orion、Codman、Window 与正常相比差异9无显著意义(P0.05)。测试结果与俞杭平5 的实验结果类似。但对于实验结果之间有一些差异，作者认为和我们采取的标本可能有一定关系，小牛的颈椎 C4、5 节段生理运动范围比人的颈椎活动运动范围小。因此可能低估颈前路钢板的作用。颈椎单椎间减压植骨块融合相当于一个骨折的愈合过程， AO 认为复位后坚强固定是骨折愈合的
