引用本文: 印飞, 孙振中, 殷渠东, 刘军, 顾三军, 张绍东. 伤椎植骨植钉与跨节段椎弓根螺钉内固定术治疗胸腰椎骨折的比较研究. 中国修复重建外科杂志, 2014, 28(2): 227-232. doi: 10.7507/1002-1892.20140049 复制
后路短节段椎弓根螺钉内固定已广泛用于临床治疗胸腰椎爆裂骨折,但传统4枚椎弓根螺钉植入易产生“悬挂效应”及“平行四边形效应”,造成矫正度丢失、邻近节段退变等问题[1-2]。部分学者提出“三平面”理念,在骨折椎也植入椎弓根螺钉,从而增强内固定稳定性[3]。但Hakalo等[4]认为经伤椎椎弓根固定缺乏理论依据,并且在操作过程中存在较高危险性。因此,为了研究伤椎植钉对维持脊柱稳定性的作用,我们采用前瞻性随机对照研究,比较短节段椎弓根螺钉内固定结合伤椎植骨植钉术和跨节段椎弓根螺钉内固定结合伤椎植骨术治疗胸腰椎爆裂或压缩骨折的临床疗效。报告如下。
1 临床资料
1.1 患者选择标准
纳入标准:① 新鲜单节段胸腰椎骨折,损伤节段为T11~L2;② Denis B型胸腰椎爆裂骨折或胸腰椎压缩骨折;③ 神经功能Frankel分级C~E级;④ 术前CT检查示伤椎椎弓根内壁完整;⑤ 获随访12个月以上。排除标准:合并严重心肝肾疾病、糖尿病、免疫性疾病、精神类疾病者。
2010年6月-2012年6月共收治75例胸腰椎爆裂或压缩骨折患者,其中40例符合选择标准纳入研究。采用随机数字表法将患者分为两组,每组20例,分别采用短节段椎弓根螺钉内固定结合伤椎植骨植钉术(A组)与跨节段椎弓根螺钉内固定结合伤椎植骨术(B组)治疗。患者均签署知情同意书,本研究通过无锡市第九人民医院伦理委员会批准。
1.2 一般资料
A组:男14例,女6例;年龄36~57岁,平均45.1岁。致伤原因:交通事故伤8例,高处坠落伤8例,砸伤4例。损伤节段:T12 4例,L1 11例,L2 5例。胸腰椎爆裂骨折16例,压缩骨折4例。神经功能Frankel分级:C级1例,D级7例,E级12例。受伤至手术时间3~7 d,平均5.6 d。B组:男9例,女11例;年龄18~60岁,平均42.8岁。致伤原因:交通事故伤11例,高处坠落伤6例,砸伤3例。损伤节段:T12 1例,L1 13例,L2 6例。胸腰椎爆裂骨折15例,压缩骨折5例。神经功能Frankel分级:C级1例,D级5例,E级14例。受伤至手术时间2~8 d,平均5.9 d。
两组患者性别、年龄、骨折类型、损伤节段、受伤至手术时间及术前神经功能Frankel分级、Cobb角、伤椎前缘高度压缩率、疼痛视觉模拟评分(VAS)、日本骨科协会(JOA)评分等一般资料比较,差异均无统计学意义(P> 0.05),具有可比性。见表 1。

1.3 手术方法
手术由同一组医生完成。患者均于全麻下取俯卧位,先行手法复位后实施手术。采用后正中切口,剥离两侧椎旁肌,B组于伤椎上、下相邻椎体取“人”字脊进针点,植入椎弓根螺钉,撑开复位;同样方法经伤椎两侧椎弓根开道,插入植骨漏斗,两侧共植入同种异体骨(山西奥瑞生物材料有限公司)4 g;连接连杆,适度撑开复位后锁紧固定。A组同B组植钉顺序,伤椎植入同种异体骨(山西奥瑞生物材料有限公司)4 g后,伤椎矢状面向正常终板方向倾斜约5°进钉,伤椎椎弓根螺钉较正常椎体上的螺钉短2个螺纹左右;连接连杆,先固定伤椎及下一椎体,利用中间椎体为支点,上、下分别撑开复位,锁紧椎弓根螺钉系统。两组均放置引流管、关闭切口。
1.4 术后处理
术后引流量< 20 mL/d后拔除引流管;静脉应用抗生素、甘露醇及皮质激素;引流管拔除后鼓励患者床上活动,4周后佩戴支具下地活动,并逐步加大在床上的腰背肌锻炼强度及幅度,期间避免过度弯腰;3个月后复查X线片,示骨折愈合良好、见连续骨痂生长后可去支具活动。
1.5 观测指标
记录患者手术时间及术中出血量。术前及术后1周、12个月摄正侧位X线片及CT,采用NEUSOFT PACS/RIS软件(东软集团股份有限公司)测量患者Cobb角、伤椎前缘高度压缩率、椎间隙高度;由2名研究者独立测量,取均值。其中Cobb角是伤椎相邻上椎体上缘垂线与相邻下椎体下缘垂线的夹角;伤椎前缘高度压缩率计算公式为:(伤椎上、下相邻椎体前缘高度均值-伤椎前缘高度)/伤椎上、下相邻椎体前缘高度均值×100%;椎间隙高度为椎间隙前、中、后高度的均值,椎间隙高度丢失值为术后12个月与术后1周椎间隙高度差值,评价伤椎相邻上、下位及内固定相邻上、下位椎间隙高度及高度丢失情况。术前及术后1周、12个月采用VAS评分评价患者疼痛情况;术前及术后12个月采用JOA评分评估患者腰椎功能障碍情况。术后12个月采用Frankel分级评定神经功能,与术前相比,恢复0级计为0分,1级计为1分,2级计为2分。
1.6 统计学方法
采用SPSS16.0统计软件进行分析。计量资料以均数±标准差表示,组间比较采用独立样本t检验;组内各时间点间比较采用重复测量方差分析,两两比较采用配对t检验;检验水准α=0.05。
2 结果
A、B组患者手术时间分别为(127.3 ± 33.4)、(130.2 ± 33.2)min,术中出血量分别为(327.6 ± 92.7)、(325.5 ± 87.9)mL,比较差异均无统计学意义(t=0.258,P=0.800;t=0.127,P=0.901)。患者切口均Ⅰ期愈合,无感染及下肢深静脉血栓形成等早期并发症发生。40例均获随访,随访时间12~16个月,平均14.8个月。X线片复查示,两组植骨均获骨性融合,A、B组融合时间分别为(7.42 ± 0.62)、(7.71 ± 0.45)个月,比较差异无统计学意义(t=0.341,P=0.856)。随访期间均无内固定物断裂、松动等并发症发生。见图 1、2。术后两组均行内固定物取出,A组为术后11~14个月,平均12.4个月;B组为术后11~15个月,平均12.9个月。术后12个月A、B组神经功能Frankel分级改善评分分别为(0.52 ± 0.72)、(0.47 ± 0.63)分,比较差异无统计学意义(t=0.188,P=0.853)。

两组手术前后各时间点各观测指标结果见表 1、2。术后1周及12个月Cobb角、伤椎前缘高度压缩率均较术前显著改善,差异有统计学意义(P< 0.05);术后1周及12个月间比较差异亦有统计学意义(P< 0.05)。术后两时间点A、B组Cobb角比较差异无统计学意义(P> 0.05);但A组伤椎前缘高度压缩率明显低于B组,差异有统计学意义(P< 0.05)。两组术后VAS评分及JOA评分均较术前显著改善,差异有统计学 意义 (P< 0.05);术后1周及12个月间VAS评分比较差异无统计学意义(P> 0.05)。术后两组间VAS评分及JOA评分比较,差异均无统计学意义(P> 0.05)。

手术前后各时间点两组间各椎间隙高度比较,差异均无统计学意义(P> 0.05)。两组术后12个月各椎间隙高度较术前、术后1周均有不同程度丢失,差异有统计学意义(P< 0.05),术后1周与术前比较差异无统计学意义(P> 0.05);术后12个月两组间内固定相邻上、下位及伤椎相邻上、下位椎间隙高度丢失比较,差异均无统计学意义(P> 0.05)。
3 讨论
3.1 伤椎植钉的生物力学基础
生物力学研究认为,椎弓根提供至少60%的抗拔出力及抗拔出强度和80%的轴向刚度,而椎体松质骨仅提供15%~20%的抗拔出力及抗拔出强度[5]。只要伤椎一侧终板及椎弓根完整,椎弓根螺钉即可通过伤椎的正常区域达到可靠固定,保证固定后的生物力学稳定性[6]。陈艺等[7]以新鲜脊柱标本造模,发现对于胸腰椎爆裂骨折经伤椎3椎体5钉或6钉固定均可提供足够的生物力学稳定性,效果优于传统4钉固定。本研究A组均行双侧伤椎椎弓根内植钉,未发生伤椎内螺钉松动、断裂等现象,说明伤椎植钉能提供足够的抗拔出力及固定节段稳定性。
3.2 经伤椎植骨植钉的优点
短节段椎弓根螺钉内固定治疗胸腰椎骨折具有固定节段少、手术时间短及出血量少等优点,但术后存在迟发性后凸畸形及内固定失败等并发症[8]。He等[1]认为椎体高度丢失、椎间隙高度丢失及伤椎内骨缺损是造成术后矫正丢失的主要原因。谭家昌等[9]认为6 钉固定较传统4钉固定能更好地矫正后凸畸形、增强内固定系统的稳定性。Eno等[10]通过回顾性分析认为短节段固定结合伤椎植钉在矫正后凸畸形、减轻疼痛及神经功能恢复上明显优于传统的后路短节段4钉固定。Shen等[3]认为伤椎拧入椎弓根螺钉的同时,能对后凸骨块产生向前推动作用,有利于矫正Cobb角。我们既往通过相关因素分析发现,内固定方式是影响胸腰椎爆裂骨折术后Cobb角度丢失的主要因素[11],短节段椎弓根螺钉内固定结合伤椎植钉治疗胸腰椎爆裂骨折,较单纯短节段椎弓根螺钉内固定能更好地维持术后矫正效果。本研究通过平均14.8个月随访,发现两种术式均能明显减轻患者疼痛及恢复神经功能,并有效纠正术前脊柱后凸畸形。A组纠正和维持伤椎高度效果优于B组,说明辅助伤椎植钉能更好地提供脊柱稳定性、维持矫正效果。
经后路治疗胸腰椎爆裂骨折是通过椎弓根固定达到三柱相对稳定,利用韧带整复作用恢复伤椎高度,从而矫正后凸畸形;但已挤压破坏的骨小梁不能随之复原,导致伤椎内残存“蛋壳”样骨缺损[12-13]后,椎体内缺损不会发生骨愈合,而是由纤维组织填充。陶笙等[14]认为椎体内“空壳”现象及相邻椎间盘损伤是影响脊柱前柱稳定性的主要因素。Shi等[15]认为重建脊柱前中柱的稳定性是消除伤椎内骨缺损及内固定“悬臂效应”的重要措施。我们既往研究发现[16]椎体内同种异体骨植入治疗胸腰椎爆裂骨折可有效矫正Cobb角及伤椎前缘高度,并能有效降低伤椎骨缺损程度。历强等[17]统计了273例应用椎弓根螺钉内固定系统治疗的胸腰椎骨折患者,其中22例椎弓根螺钉发生断裂,认为有效植骨融合、及时取出内固定物可降低断钉率。本研究中40例患者均采用经椎弓根途径椎体内同种异体骨植骨,术后均行内固定物取出,无内固定物松动、断裂等并发症发生,说明伤椎植骨在一定程度上可重建椎体前中柱,恢复脊柱正常载荷机制。
3.3 伤椎植钉注意事项
① 术前应完善X线片及CT检查,确保椎弓根螺钉完整性及其能通过伤椎正常骨性结构,以保证手术安全性;② 伤椎矢状面进钉应向正常终板方向倾斜约5°,以增加伤椎椎弓根螺钉的抗拔出力及抗拔出强度;③ 伤椎椎弓根螺钉的选择应较正常椎体上的螺钉短2 个螺纹左右,可避免因螺钉过长增加把持力影响复位效果。
综上述,本研究结果提示经伤椎椎弓根螺钉内固定治疗胸腰椎爆裂或压缩骨折,能有效恢复并维持伤椎高度、增强脊柱稳定性,但不能避免相邻节段的退变。由于本研究病例有限,还需扩大样本量进一步研究伤椎植钉的临床疗效及对患者术后生活质量的影响,以及内固定物取出后“蛋壳”样缺损是否会造成脊柱不稳及后凸畸形的加重。
后路短节段椎弓根螺钉内固定已广泛用于临床治疗胸腰椎爆裂骨折,但传统4枚椎弓根螺钉植入易产生“悬挂效应”及“平行四边形效应”,造成矫正度丢失、邻近节段退变等问题[1-2]。部分学者提出“三平面”理念,在骨折椎也植入椎弓根螺钉,从而增强内固定稳定性[3]。但Hakalo等[4]认为经伤椎椎弓根固定缺乏理论依据,并且在操作过程中存在较高危险性。因此,为了研究伤椎植钉对维持脊柱稳定性的作用,我们采用前瞻性随机对照研究,比较短节段椎弓根螺钉内固定结合伤椎植骨植钉术和跨节段椎弓根螺钉内固定结合伤椎植骨术治疗胸腰椎爆裂或压缩骨折的临床疗效。报告如下。
1 临床资料
1.1 患者选择标准
纳入标准:① 新鲜单节段胸腰椎骨折,损伤节段为T11~L2;② Denis B型胸腰椎爆裂骨折或胸腰椎压缩骨折;③ 神经功能Frankel分级C~E级;④ 术前CT检查示伤椎椎弓根内壁完整;⑤ 获随访12个月以上。排除标准:合并严重心肝肾疾病、糖尿病、免疫性疾病、精神类疾病者。
2010年6月-2012年6月共收治75例胸腰椎爆裂或压缩骨折患者,其中40例符合选择标准纳入研究。采用随机数字表法将患者分为两组,每组20例,分别采用短节段椎弓根螺钉内固定结合伤椎植骨植钉术(A组)与跨节段椎弓根螺钉内固定结合伤椎植骨术(B组)治疗。患者均签署知情同意书,本研究通过无锡市第九人民医院伦理委员会批准。
1.2 一般资料
A组:男14例,女6例;年龄36~57岁,平均45.1岁。致伤原因:交通事故伤8例,高处坠落伤8例,砸伤4例。损伤节段:T12 4例,L1 11例,L2 5例。胸腰椎爆裂骨折16例,压缩骨折4例。神经功能Frankel分级:C级1例,D级7例,E级12例。受伤至手术时间3~7 d,平均5.6 d。B组:男9例,女11例;年龄18~60岁,平均42.8岁。致伤原因:交通事故伤11例,高处坠落伤6例,砸伤3例。损伤节段:T12 1例,L1 13例,L2 6例。胸腰椎爆裂骨折15例,压缩骨折5例。神经功能Frankel分级:C级1例,D级5例,E级14例。受伤至手术时间2~8 d,平均5.9 d。
两组患者性别、年龄、骨折类型、损伤节段、受伤至手术时间及术前神经功能Frankel分级、Cobb角、伤椎前缘高度压缩率、疼痛视觉模拟评分(VAS)、日本骨科协会(JOA)评分等一般资料比较,差异均无统计学意义(P> 0.05),具有可比性。见表 1。

1.3 手术方法
手术由同一组医生完成。患者均于全麻下取俯卧位,先行手法复位后实施手术。采用后正中切口,剥离两侧椎旁肌,B组于伤椎上、下相邻椎体取“人”字脊进针点,植入椎弓根螺钉,撑开复位;同样方法经伤椎两侧椎弓根开道,插入植骨漏斗,两侧共植入同种异体骨(山西奥瑞生物材料有限公司)4 g;连接连杆,适度撑开复位后锁紧固定。A组同B组植钉顺序,伤椎植入同种异体骨(山西奥瑞生物材料有限公司)4 g后,伤椎矢状面向正常终板方向倾斜约5°进钉,伤椎椎弓根螺钉较正常椎体上的螺钉短2个螺纹左右;连接连杆,先固定伤椎及下一椎体,利用中间椎体为支点,上、下分别撑开复位,锁紧椎弓根螺钉系统。两组均放置引流管、关闭切口。
1.4 术后处理
术后引流量< 20 mL/d后拔除引流管;静脉应用抗生素、甘露醇及皮质激素;引流管拔除后鼓励患者床上活动,4周后佩戴支具下地活动,并逐步加大在床上的腰背肌锻炼强度及幅度,期间避免过度弯腰;3个月后复查X线片,示骨折愈合良好、见连续骨痂生长后可去支具活动。
1.5 观测指标
记录患者手术时间及术中出血量。术前及术后1周、12个月摄正侧位X线片及CT,采用NEUSOFT PACS/RIS软件(东软集团股份有限公司)测量患者Cobb角、伤椎前缘高度压缩率、椎间隙高度;由2名研究者独立测量,取均值。其中Cobb角是伤椎相邻上椎体上缘垂线与相邻下椎体下缘垂线的夹角;伤椎前缘高度压缩率计算公式为:(伤椎上、下相邻椎体前缘高度均值-伤椎前缘高度)/伤椎上、下相邻椎体前缘高度均值×100%;椎间隙高度为椎间隙前、中、后高度的均值,椎间隙高度丢失值为术后12个月与术后1周椎间隙高度差值,评价伤椎相邻上、下位及内固定相邻上、下位椎间隙高度及高度丢失情况。术前及术后1周、12个月采用VAS评分评价患者疼痛情况;术前及术后12个月采用JOA评分评估患者腰椎功能障碍情况。术后12个月采用Frankel分级评定神经功能,与术前相比,恢复0级计为0分,1级计为1分,2级计为2分。
1.6 统计学方法
采用SPSS16.0统计软件进行分析。计量资料以均数±标准差表示,组间比较采用独立样本t检验;组内各时间点间比较采用重复测量方差分析,两两比较采用配对t检验;检验水准α=0.05。
2 结果
A、B组患者手术时间分别为(127.3 ± 33.4)、(130.2 ± 33.2)min,术中出血量分别为(327.6 ± 92.7)、(325.5 ± 87.9)mL,比较差异均无统计学意义(t=0.258,P=0.800;t=0.127,P=0.901)。患者切口均Ⅰ期愈合,无感染及下肢深静脉血栓形成等早期并发症发生。40例均获随访,随访时间12~16个月,平均14.8个月。X线片复查示,两组植骨均获骨性融合,A、B组融合时间分别为(7.42 ± 0.62)、(7.71 ± 0.45)个月,比较差异无统计学意义(t=0.341,P=0.856)。随访期间均无内固定物断裂、松动等并发症发生。见图 1、2。术后两组均行内固定物取出,A组为术后11~14个月,平均12.4个月;B组为术后11~15个月,平均12.9个月。术后12个月A、B组神经功能Frankel分级改善评分分别为(0.52 ± 0.72)、(0.47 ± 0.63)分,比较差异无统计学意义(t=0.188,P=0.853)。

两组手术前后各时间点各观测指标结果见表 1、2。术后1周及12个月Cobb角、伤椎前缘高度压缩率均较术前显著改善,差异有统计学意义(P< 0.05);术后1周及12个月间比较差异亦有统计学意义(P< 0.05)。术后两时间点A、B组Cobb角比较差异无统计学意义(P> 0.05);但A组伤椎前缘高度压缩率明显低于B组,差异有统计学意义(P< 0.05)。两组术后VAS评分及JOA评分均较术前显著改善,差异有统计学 意义 (P< 0.05);术后1周及12个月间VAS评分比较差异无统计学意义(P> 0.05)。术后两组间VAS评分及JOA评分比较,差异均无统计学意义(P> 0.05)。

手术前后各时间点两组间各椎间隙高度比较,差异均无统计学意义(P> 0.05)。两组术后12个月各椎间隙高度较术前、术后1周均有不同程度丢失,差异有统计学意义(P< 0.05),术后1周与术前比较差异无统计学意义(P> 0.05);术后12个月两组间内固定相邻上、下位及伤椎相邻上、下位椎间隙高度丢失比较,差异均无统计学意义(P> 0.05)。
3 讨论
3.1 伤椎植钉的生物力学基础
生物力学研究认为,椎弓根提供至少60%的抗拔出力及抗拔出强度和80%的轴向刚度,而椎体松质骨仅提供15%~20%的抗拔出力及抗拔出强度[5]。只要伤椎一侧终板及椎弓根完整,椎弓根螺钉即可通过伤椎的正常区域达到可靠固定,保证固定后的生物力学稳定性[6]。陈艺等[7]以新鲜脊柱标本造模,发现对于胸腰椎爆裂骨折经伤椎3椎体5钉或6钉固定均可提供足够的生物力学稳定性,效果优于传统4钉固定。本研究A组均行双侧伤椎椎弓根内植钉,未发生伤椎内螺钉松动、断裂等现象,说明伤椎植钉能提供足够的抗拔出力及固定节段稳定性。
3.2 经伤椎植骨植钉的优点
短节段椎弓根螺钉内固定治疗胸腰椎骨折具有固定节段少、手术时间短及出血量少等优点,但术后存在迟发性后凸畸形及内固定失败等并发症[8]。He等[1]认为椎体高度丢失、椎间隙高度丢失及伤椎内骨缺损是造成术后矫正丢失的主要原因。谭家昌等[9]认为6 钉固定较传统4钉固定能更好地矫正后凸畸形、增强内固定系统的稳定性。Eno等[10]通过回顾性分析认为短节段固定结合伤椎植钉在矫正后凸畸形、减轻疼痛及神经功能恢复上明显优于传统的后路短节段4钉固定。Shen等[3]认为伤椎拧入椎弓根螺钉的同时,能对后凸骨块产生向前推动作用,有利于矫正Cobb角。我们既往通过相关因素分析发现,内固定方式是影响胸腰椎爆裂骨折术后Cobb角度丢失的主要因素[11],短节段椎弓根螺钉内固定结合伤椎植钉治疗胸腰椎爆裂骨折,较单纯短节段椎弓根螺钉内固定能更好地维持术后矫正效果。本研究通过平均14.8个月随访,发现两种术式均能明显减轻患者疼痛及恢复神经功能,并有效纠正术前脊柱后凸畸形。A组纠正和维持伤椎高度效果优于B组,说明辅助伤椎植钉能更好地提供脊柱稳定性、维持矫正效果。
经后路治疗胸腰椎爆裂骨折是通过椎弓根固定达到三柱相对稳定,利用韧带整复作用恢复伤椎高度,从而矫正后凸畸形;但已挤压破坏的骨小梁不能随之复原,导致伤椎内残存“蛋壳”样骨缺损[12-13]后,椎体内缺损不会发生骨愈合,而是由纤维组织填充。陶笙等[14]认为椎体内“空壳”现象及相邻椎间盘损伤是影响脊柱前柱稳定性的主要因素。Shi等[15]认为重建脊柱前中柱的稳定性是消除伤椎内骨缺损及内固定“悬臂效应”的重要措施。我们既往研究发现[16]椎体内同种异体骨植入治疗胸腰椎爆裂骨折可有效矫正Cobb角及伤椎前缘高度,并能有效降低伤椎骨缺损程度。历强等[17]统计了273例应用椎弓根螺钉内固定系统治疗的胸腰椎骨折患者,其中22例椎弓根螺钉发生断裂,认为有效植骨融合、及时取出内固定物可降低断钉率。本研究中40例患者均采用经椎弓根途径椎体内同种异体骨植骨,术后均行内固定物取出,无内固定物松动、断裂等并发症发生,说明伤椎植骨在一定程度上可重建椎体前中柱,恢复脊柱正常载荷机制。
3.3 伤椎植钉注意事项
① 术前应完善X线片及CT检查,确保椎弓根螺钉完整性及其能通过伤椎正常骨性结构,以保证手术安全性;② 伤椎矢状面进钉应向正常终板方向倾斜约5°,以增加伤椎椎弓根螺钉的抗拔出力及抗拔出强度;③ 伤椎椎弓根螺钉的选择应较正常椎体上的螺钉短2 个螺纹左右,可避免因螺钉过长增加把持力影响复位效果。
综上述,本研究结果提示经伤椎椎弓根螺钉内固定治疗胸腰椎爆裂或压缩骨折,能有效恢复并维持伤椎高度、增强脊柱稳定性,但不能避免相邻节段的退变。由于本研究病例有限,还需扩大样本量进一步研究伤椎植钉的临床疗效及对患者术后生活质量的影响,以及内固定物取出后“蛋壳”样缺损是否会造成脊柱不稳及后凸畸形的加重。