两种内固定物置入增强前路椎间融合后腰椎即刻稳定性的差异_朱爱国

中国组织工程研究与临床康复
第 14 卷 第 39 期 2010–09–24 出版
September 24, 2010 Vol.14 No.39
Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research
两种内固定物置入增强前路椎间融合后腰椎即刻稳定性的差异★
朱爱国1，张 烽2，陈向东2，曹 涌2，王以进3
Difference in immediate stabilization of the lumbar vertebra between two internal fixities for enhancing anterior lumbar interbody fusion
Zhu Ai-guo1, Zhang Feng2, Chen Xiang-dong2, Cao Yong2, Wang Yi-jin3
Abstract
BACKGROUND: Compared with anterior plate and posterior pedicle screw, anterior lumbar vertebrae self-locking interbody fusion cage SynFix-LR is characterized by simple operation and small trauma. Moreover, the design of 0 incisure in the front decreases the risk for damage to blood vessel. If SynFix-LR fixation is similar to posterior pedicle screw in biomechanics following anterior vertebral fusion, the same efficiency of spinal stabilization can be achieved with the exception of posterior operative approach. OBJECTIVE: To compare the differences in spinal stabilization of lumbar vertebra between two types of internal fixation techniques (SynFix-LR and posterior pedicle screw). METHODS: A total of 15 fresh bovine lumbar vertebra samples were selected to simulate SynFix-LR and posterior pedicle screw fixation models following anterior interbody fusion. The differences in biomechanics between two types of models were compared using spinal column three-dimensional movement tester. RESULTS AND CONCLUSION: Following simple anterior interbody fusion, the stabilization of lumbar vertebra was significantly reduced compared with integral samples. SynFix-LR fixation and posterior pedicle screw fixation could effectively increase the initial stabilization of anterior lumbar vertebra interbody fusion. There was no significant difference in efficiency of increasing spinal stabilization between the two methods. Thus, SynFix-LR should be considered as an ideal option for interbody fusion, and can be used in clinic. Zhu AG, Zhang F, Chen XD, Cao Y, Wang YJ. Difference in immediate stabilization of the lumbar vertebra between two internal fixities for enhancing anterior lumbar interbody fusion.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu. 2010;14(39): 7243-7245. [ ]
Department of Orthopedics, People’s Hospital, Rudong 226400, Jiangsu Province, China; 2Department of Orthopaedics, Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong 226001, Jiangsu Province, China; 3Shanghai University, Shanghai 201800, China Zhu Ai-guo★, Master, Attending physician, Department of Orthopedics, People’s Hospital, Rudong 226400, Jiangsu Province, China zag_1976@ Correspondence to: Zhang Feng, Doctor, Chief physician, Department of Orthopaedics, Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong 226001, Jiangsu Province, China Zhf1017@hotmail. com Received: 2010-03-13 Accepted: 2010-05-27
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摘要
背景：腰椎前路自锁定椎间融合器 SynFix-LR 与前路钢板和后路椎弓根螺钉比较，其操作更简单、创伤更少，而且其前方 0 切迹设计降低了血管损伤的风险。

如果前路椎间融合后以 SynFix-LR 固定与后路椎弓根螺钉固定在生物力学上相似，那 么在避免后路手术入路的情况下就可以达到同样的脊柱稳定的效果。

目的：比较前路椎间融合后以前路自锁定椎间融合器固定和后路椎弓根螺钉固定后腰椎即刻稳定性的差异。

方法：选用 15 具新鲜小牛腰椎标本，模拟临床建立前路椎间融合后 SynFix-LR 固定模型和后路椎弓根螺钉内固定模型，在 脊柱三维运动测试机上测试两种内固定模型生物力学特性上差异。

结果与结论：行单纯前路椎间融合后，腰椎的稳定性比完整标本有明显的下降。

以 SynFix-LR 固定和后路椎弓根螺钉固定 都能有效地增加腰椎前路椎间融合的初始稳定性，而且两种固定增加脊柱稳定性的效果之间在统计学上没有显著性区别， 因此认为 SynFix-LR 是较理想的前路椎间融合固定器械，可以在一定范围内用于临床。

关键词：前路椎间融合术；前路自锁定椎间融合器；椎弓根螺钉；腰椎；生物力学 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.39.006 朱爱国，张烽，陈向东，曹涌，王以进. 两种内固定物置入增强前路椎间融合后腰椎即刻稳定性的差异[J].中国组织工程研 究与临床康复，2010，14(39):7243-7245. [ ]
钉内固定需增加手术切口， 且有腰背肌肉剥离、 0 引言 前路腰椎椎体间融合术 (anterior lumbar interbody fusion， ALIF)可以从前方更彻底的清 除退变的椎间盘组织，通过椎间装置从前方有 效地撑开和维持椎间高度，可以使脊柱获得稳 定而不破坏脊柱后方结构和神经结构的完整 性，术中不会骚扰神经根和硬膜囊。

ALIF 附加 后路椎弓根螺钉固定(posterior pedicle screw fixation，PPSF)一向被认为是增加手术节段稳 定性的最佳方案
[1-2]
去神经化等多种并发症存在以及后路安置椎弓 根螺钉过程中增加组织损伤等危险性的可能[3]。

为此，许多学者对其进行研究，探索椎弓根螺 钉的替代方案。

腰椎前路自锁定椎间融合器 (SynFix-LR) 既可行前路椎间融合又可以松质 骨螺钉斜经椎间融合器穿过上下椎体进行固定 而增加椎间融合的稳定性， 其内植物前方0切迹 设计降低了血管损伤的风险，而且其操作更简 单、创伤更少。

本文采用小牛标本建立 SynFix-LR 融合固定的 ALIF 模型和后路椎弓根 螺钉固定的ALIF模型，观察两种固定对腰椎即
，但是，从后路行椎弓根螺
ISSN 1673-8225
CN 21-1539/R
CODEN: ZLKHAH
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1 如东县人民医院 骨科， 江苏省如东 县 226400； 2 南 通大学附属医院 脊柱外科， 江苏省 南通市 226001；3 上海大 学，上海市 201800
朱爱国，等. 两种内固定物置入增强前路椎间融合后腰椎即刻稳定性的差异
刻稳定性的差异。

1 材料和方法 设计：多样本的两两对照比较。

时间及地点：实验于2008-08/2009-04在 南通大学附属医院骨科和上海大学生物力学研 究所完成。

材料： 选用15具新鲜小牛腰椎标本(由南通 红梅乳业有限公司屠宰场提供)，腰椎节段被削 减保留L4~L5节段，剔除全部肌肉，保留韧带、 关节囊、椎间盘及骨性结构的完整性。

先以所 有标本作为正常组进行测试，然后将标本随机 分为3组， 单纯ALIF组、 SynFix-LR融合固定组、 ALIF+后路椎弓根螺钉固定组，每组5个标本。

方法：
椎间融合模型的建立：模拟临床手术，建立
提供)，再以连接棒固定。

实验力学模型的建立和测试： 将实验试样安装
在脊柱三维运动测试机上 ( 上海大学生物力学 研究所)，由0~500 N加生理载荷，以每100 N 分级加载。

为保证加载精度，实验采用滚珠加 载，严格对准中心。

为保证准静态加载，加载 速度控制在1.44 mm/min的速率，采用液压平 稳加载，加载的重心在腰椎力学对称轴上。

加 载方式采用4种不同力学模拟人体生理状态， 即 轴向中心压缩、前屈、后伸和侧屈状态，并加 扭转状态测试。

在正式测试前，先给予加载以 消除初始间隙的影响。

主要观察指标：在测试中记录应变、位移、 应力、扭角等力学量。

设计、实施、评估者：实验设计为第一、 二、三、四作者，资料收集为第一作者，实施、 评估为第一、五作者，采用盲法评估。

统计学分析：所有数据通过统计学方法计 算各参数均值、 标准差, 并采用方差分析， F 检 验， 用SPSS 10.0软件在IBM微机上进行， 设定 显示差异水平P < 0.05。

2 2.1 结果 载荷-应变变化 载荷 - 应变是指物体在
朱爱国★，男， 1976 年生，江苏 省如东县人，汉 族，硕士，主治医 师， 主要从事骨科 临床与研究工作。

zag_1976@ 通讯作者：张烽， 博士，主任医师， 南通大学附属医 院脊柱外科， 江苏 省南通市 226001 Zhf1017@
中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:1673-8225 (2010)39-07243-03 收稿日期： 2010-03-13 修回日期： 2010-05-27 (20100313022/M·Q)
ALIF、SynFix-LR融合固定、ALIF+后路椎弓根 螺钉固定模型。

因为L4/5为临床中常见的融合节 段，也因为L5/S1在测试中的边缘效应较大会影 响结果，所以本实验选择融合节段为L4/5。

ALIF植入过程：切断L4/5前纵韧带，钳出L4/5
间隙椎间盘，撑开椎间隙至适当大小后，植入 ALIF 椎间融合器 ( 前路椎间融合器系统，型号 9 mm×9 mm×25 mm，DePuy Spine强生公司 提供)。

SynFix-LR植入过程：切断L4/5前纵韧带，钳
载荷作用下发生形变的相对量，其应变值=(物 体的形变-原来的长度)/原来的长度，它反映了 腰椎在不同生理状态下的整体稳定性。

平均应 变值越大，表明物体的稳定性越差；反之，则 越好。

各组的平均应变值见表1。

表 1 实验各组的生物力学测试结果比较 Table 1 Comparison of biomechanical test results in _ experimental groups (x±s, n=5)
Group Strain (µε) Stress (MPa) 2.93±0.15 3.48±0.18a 2.66±0.15a 2.67±0.15a Axis compression stiffness (N/mm) 205.35±13.6 146.54±9.8a 272.93±13.8a 276.73±14.0a Axial rotational intensity and stiffness (N·mm) 4.68±0.05 2.89±0.04a 5.42±0.08a 5.60±0.08a
出L4/5间隙椎间盘， 撑开椎间隙至适当大小后植 入 SynFix-LR( 腰椎前路自锁定椎间融合器， 13.5 mm×26 mm×32 mm，Synthes AO公司提 供)。

再以4枚松质骨锁定螺钉(4.0 mm×20.0 mm) 以不同的方向植入L4椎体下缘和L5椎体上缘的 骨质中，再锁定螺钉。

SynFix-LR见图1。

Normal control 105.2±9.1 ALIF alone 124.1±7.1a SynFix-LR 92.3±7.6a fusion fixation ALIF+ PPSF 94.4±8.0a Group
Anteroposterior shear stiffness (N/mm) 1 241.27±54.7 972.63±47.3a 1 559.30±71.6a 1 563.10±72.0a
Figure 1 图1
Anterior lumbar vertebrae self-locking interbody fusion cage (SynFix-LR) 腰椎前路自锁定椎间融合器(SynFix-LR)
椎弓根螺钉植入过程：以双侧上关节突外侧
Normal control ALIF alone SynFix-LR fusion fixation ALIF+ PPSF
缘，横突中线的交点为椎弓根螺钉进针点，植 入椎弓根螺钉 (Moss-Miami 椎弓根螺钉固定系 统，6.0 mm×45.0 mm，DePuy Spine强生公司
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ALIF: anterior lumbar interbody fusion; PPSF: posterior pedicle screw fixation; aP < 0.05, vs. normal control group
表1显示单纯ALIF组的总平均应变值比正
P.O. Box 1200, Shenyang 110004


朱爱国，等. 两种内固定物置入增强前路椎间融合后腰椎即刻稳定性的差异

常组增大了18.0%(P < 0.05)，说明稳定性有所下降，差 异具有显著性意义； SynFix-LR融合固定组、 ALIF+后路 椎弓根螺钉固定组的总平均应变值分别比正常组减少 了12.3%(P < 0.05)、 10.3%(P < 0.05)； 在屈曲时， ALIF+ 后路椎弓根螺钉固定组的平均应变值比正常组减少了 8.4%(P=0.347>0.05)，SynFix-LR融合固定组的平均应 变 值 比 正 常 组 减 少 了 5.4%(P=1.000 > 0.05) 。

说 明 SynFix-LR前路椎间融合固定和后路椎弓根螺钉附加固 定后，腰椎的稳定性显著加强，而且高于正常完整标本 组。

SynFix-LR融合固定组、 ALIF+后路椎弓根螺钉固定 组之间差异没有显著性意义(P > 0.05)。

2.2 应力强度 应力强度反映了单位面积上作用力的 大小。

应力强度越大， 说明其单位面积的作用力就越大， 即承受的应力就越大，腰椎的稳定性能就越差；反之， 则稳定性能越好。

各组的应力强度值见表1。

数据分析表明： 单纯ALIF组的平均应力强度值比正 常组增大了18.77%(P < 0.05)，说明单纯的椎间融合较 正常组稳定性有所下降，差异有显著性；SynFix-LR融 合固定组、ALIF+后路椎弓根螺钉固定组的平均应力强 度值分别比正常组减少了9.22%(P < 0.05)、8.87%(P < 0.05)，说明SynFix-LR融合固定和后路椎弓根螺钉固定 后， 脊柱的稳定性显著加强， 而且高于正常完整标本组。

SynFix-LR融合固定组、 ALIF+后路椎弓根螺钉固定组之 间比较差异没有显著性意义(P > 0.05)。

2.3 腰椎的轴向刚度和水平剪切刚度 腰椎的轴向刚 度是指腰椎在轴向载荷500 N作用下，腰椎抵抗轴向变 形的能力，力学上常用EF=P/△L表示，其中P为轴向载 荷，△L为轴向位移。

而腰椎的水平剪切刚度，是指腰 椎在水平横向载荷300 N作用下，抵抗水平剪切位移变 形的能力，力学上常用GF=G/△R表示，式中G为横向 载荷，△R为水平剪切位移。

各组的平均刚度值见表1。

数据分析表明： 单纯ALIF组的平均轴向刚度值比正 常组减少了28.64%(P < 0.05)，SynFix-LR融合固定组、 ALIF+后路椎弓根螺钉固定组的平均轴向刚度值比正常 组分别增加了32.91%(P < 0.05)、34.76%(P < 0.05)。

单纯 ALIF 组的平均水平剪切刚度值比正常组减少了 21.64%(P < 0.05)，SynFix-LR融合固定组、ALIF+后路 椎弓根螺钉固定组的平均水平剪切刚度值比正常组分 别增加了25.62%(P < 0.05)、25.93%(P < 0.05)。

这说 明行单纯ALIF后， 腰椎的刚度值下降了， 而以SynFix-LR 融合固定和后路椎弓根螺钉附加固定后，腰椎的刚度值 有显著的增加，并且超过了正常标本组。

SynFix-LR融 合固定组、ALIF+后路椎弓根螺钉固定组之间比较差异 没有显著性意义(P > 0.05)。

2.4 腰椎扭转强度 扭转强度是指腰椎抵抗扭转力矩 的大小，常以θ=1.0°/cm时扭转力矩的大小来衡量。

各 组的扭转强度值见表1。

ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAH [5] [3] [4]
行单纯椎间融合术后，扭转强度比正常标本下降了 38.25%(P < 0.05)，说明单纯ALIF后的腰椎扭转稳定性 较正常标本差； SynFix-LR融合固定组、 ALIF+后路椎弓 根螺钉内固定组的扭转强度比正常标本分别增加了 15.81%(P < 0.05)、19.66%(P < 0.05)。

3 讨论 脊柱融合术的目的是在最低危险性的情况下消除 腰部疼痛和恢复脊柱的稳定性。

椎间融合器的植入，可 以提供腰椎即刻稳定性[4]。

在做腰椎前路融合术时，前 方手术入路还是比较安全的，而且术中合并症的发生率 非常低[5]。

如果前路椎间融合后以SynFix-LR和后路椎 弓根螺钉固定在生物力学上是相似的，那么在避免了后 路手术入路的情况下可以达到同样的脊柱稳定的效果， 而且还可以减轻患者的痛苦和降低手术费用。

实验结果显示SynFix-LR 和后路椎弓根螺钉固定使 脊柱在轴向压缩、屈曲、后伸和侧弯状态下的总平均应 变是减少的，刚度和扭转强度是相应增加的，而且与正 常对照组的差异具有显著性。

只是在后伸试验时， SynFix-LR固定后的平均应变虽然是减少的， 但与正常对 照组的差异没有显著性。

表明SynFix-LR的运用虽然修复 了因椎间盘摘除前纵韧带被去除时就已经中断了的前路 紧张张力， 但脊柱的后伸并没有明显受到SynFix-LR放置 的影响，尽管有非常强的减少应变量和增加刚度的趋势。

导致这个结果可能是由于在后伸时由于脊柱前方的紧张 张力增加的过多而导致应变量变化较大，或者由于这个 试验的记录区域没有包括中立地带，而这个地带的活动 没能被坚强的器械固定所影响。

但这并不能改变 SynFix-LR固定明显增强脊柱稳定性的事实。

因此，器械 的固定能够提供最大限度的附加稳定性。

通过统计学分 析，对于增加前路椎间融合的即刻稳定性，SynFix-LR固 定和后路椎弓根螺钉固定之间差异无显著性意义 (P > 0.05)。

表明SynFix-LR是较理想的前路椎间融合固定器 械，可以在一定范围内用于临床。

4 参考文献
[1] [2] Jang JS, Lee SH. Clinical analysis of percutaneous facet screw fixation after anterior lumbar interbody fusion. J Neurosurg Spine. 2005;3(1):40-46. Lee SH, Kang BU, Jeon SH,et al. Revision surgery of the lumbar spine: anterior lumbar interbody fusion followed by percutaneous pedicle screw fixation. J Neurosurg Spine. 2006;5(3):228-233. Jutte PC, Castelein RM. Complications of pedicle screws in lumbar and lumbosacral fusions in 105 consecutive primary operations. Eur Spine J. 2002;11(6):594-598. Hasegawa K, Ikeda M, Washio T,et al. An experimental study of porcine lumbar segmental stiffness by the distractioncompression principle using a threaded interbody cage. J Spinal Disord. 2000;13(3):247-252. Nichols TA, Yantzer BK, Alameda S,et al. Augmentation of an anterior lumbar interbody fusion with an anterior plate or pedicle screw fixation: a comparative biomechanical in vitro study. J Neurosurg Spine. 2007;6(3):267-271.
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