腰椎新型钛合金非融合动态内固定系统的稳定性研究

【摘要】： 前言 腰椎融合坚固内固定在治疗腰椎退行性变和腰椎不稳等疾病引起的腰痛中已被广泛地应用。但一些临床试验报道了在腰椎融合术中坚固的椎弓根钉固定可以产生应力遮挡效应、内固定相关性骨质疏松和融合内固定还可以加速固定的相邻节段和／或固定节段的间盘退变等副反应出现。现在一些学者正研究使用非融合动态内固定系统，它的目的是动态重建脊柱序列，保留固定节段的间盘和关节突关节，这样既避免了融合也可以防止相邻节段退变等副反应出现。我们设计了一种新型钛合金非融合动态内固定系统(DISⅠ、DISⅡ)，它是由弹性模量为75GPa的新型钛合金制成的椎弓根钉与由弹性模量为43GPa和72GPa的新型钛合金制成的直径为3.5mm连接棒组成。我们的试验目的是检测这种新型钛合金非融合动态内固定系统是否能使失稳的腰椎节段达到生理性稳定和活动状态。 方法 本试验设计使用新鲜的小牛腰椎标本，通过测量失稳节段L3～L4及其相邻节段的活动性检测DIS系统的稳定和活动状态。收集6具平均年龄6个月的小牛腰椎标(L2～L6)，在连续的五种状态下，分别对小牛腰椎标本施加前屈、后伸、左右侧屈和左右旋转三维六个方向±10Nm的纯力矩，并测量固定节段及其相邻节段在各个方向上的活动范围(ROM)和中性区范围(NZ)。此五种状态即 (1)完整状态； (2)切断L3～L4节段的棘上韧带、棘间韧带、黄韧带和横断关节突关节囊的失稳状态； (3)在L3～L4节段使用DISⅠ系统固定； (4)在L3～L4节段使用DISⅡ系统固定； (5)在L3～L4节段使用对照组SINO系统固定。 使用方差分析对固定节段和临近节段的ROM和NZ进行统计学分析，组间使用Bonferroni方法分析处理。 结果 在失稳状态下固定节段L3～L4的六个方向的活动范围(ROM)和中性区范围(NZ)与其他各状态比较都有统计学意义(P＜0.05)。DISⅠ系统与SINO系统和完整状态比较均没有统计学差异。DISⅡ系统和SINO系统与完整状态各方向的ROM和NZ比较均有统计学意义(P＜0.05)，DISⅡ系统与SINO系统的各方向的ROM和NZ比较均无差异。DISⅠ、DISⅡ与SINO系统可以使失稳节段的ROM和NZ分别达到完整状态的65％、55％和40％。 在邻近节段L2～L3和L4～L5的各种状态下六个方向的ROM和NZ比较均无明显统计学差异(P＞0.05)。 讨论 新设计的动态内固定系统由于全部使用具有超弹性低模量特点的新型钛合金制成，所以为DIS系统既达到动态固定又防止植入物的早期固定失败提供了条件。 试验结果显示DISⅠ系统既可以达到与SINO系统相似的稳定性，又可以使固定节段的活动度与完整状态相似。DISⅡ系统在一定程度上减少了固定节段的活动性，但它更趋于维持失稳节段的稳定。 试验中DIS系统在各个方向上都可以均匀地限制固定节段的活动，说明整个系统的瞬时旋转中心与固定节段基本相符，因此该系统也可在腰椎活动中均匀地承载间盘负荷，有助于生理重建腰椎功能。 结论 新设计的非融合动态内固定DISⅠ系统既可以维持腰椎的活动性，又可以达到坚固固定的稳定性，实现了动态固定的目的；DISⅡ系统固定性质更接近坚固固定。且该系统全由新型钛合金材料制作为防止固定失败提供了条件。