广东省中山市中医院骨一科 脊柱中心 528400
【关键词】外固定；胸腰椎；骨折；研究进展
【中图分类号】R274.1【文献标识码】A【文章编号】2096-0867（2016）-09-032-02
胸腰椎骨折的治疗的目的是：恢复椎体高度和脊柱生物力学稳定，解压复位、固定，缓解症状，尽量减少创伤，恢复功能，提高病人生活质量。自AO内固定理念发展以来，坚强内固定成为脊柱固定的要求。但是随着近年来医学界对坚强内固定远期并发症的担忧，使弹性固定越来越受到重视。但是如何进一步改进脊柱外固定器的结构，简化装置，外露遮盖，建立无菌环境，预防感染、有效的椎管减压、防止病椎高度的丢失和再塌陷，利用其优点，避免其缺点，最大程度地减少开放手术的实施率，让患者以最小的代价获取最大的利益，一直是我们研究的方向。
一、胸腰椎骨折的基础及相关生物力学研究
解剖学稳定性与爆裂骨折胸腰段是一个特殊的解剖交界区域，T11及T12上关节突表现为胸椎上关节突的形态特征，下关节突形态特征却与腰椎相近，前后方无胸肋关节和肋横突关节加强，仅与一个椎体相关节，构成了胸腰椎损伤的解剖学基础，导致从胸椎到腰椎的刚度增高而引起应力集中且分布不均，当应力集中超过强度极限时，就会造成脊柱的破坏[1]。Langrana等[2]通过有限元分析发现，关节突关节所产生的张应力随关节突关节面的矢状角和水平角的增加而增大，且在T12和L1显著，在L1处应力较大，这也是爆裂性骨折好发于胸腰段的原因。Kasra[3]对人体腰椎活动节段的动力学实验及有限元分析表明，垂直加载达到一定量值，椎体终板及相邻的松质骨首先发生破坏，产生爆裂骨折。压缩屈曲加载时，椎体前下方及终板前方发生破坏，产生压缩骨折。Lin[4]研究证实，脊柱压缩时骨髓等液体物质先从被压缩的椎体中流出，同时椎间盘内压力增大，终板向两侧膨出，裂开，髓核疝入椎体使之爆裂。杨欣建[5]用低、中、高三种不同能量研究爆裂骨折发生过程表明，依次出现终板骨折，椎体破裂和椎体骨折移位与后柱损伤，说明高能量载荷下产生爆裂骨折。
胸腰椎爆裂性骨折的生物力学和临床研究一直是脊柱外科领域的热点和难点。谢宝钢等[6]在生物力学研究中撞击脊柱标本产生爆裂性骨折，观察到撞击后的软骨终板和软骨下松质骨在中央或中央偏后区域发生破裂，并认为软骨终板下和椎基静脉孔壁的骨小梁板状结构为承载薄弱区，当外力作用于椎体时，椎基静脉孔周围特别是其尖端区产生应力集中，易发生骨折。 Heggeness[7]报告靠近椎弓根处的椎体后缘骨皮质明显变薄，认为这一解剖学特征与胸腰椎爆裂性骨折有密切关系。Hongo等[8]则在生物力学实验中证实椎弓根基底部为应力集中区域，因此认为胸腰椎爆裂性骨折时损伤始于椎弓根基底部。戴力扬的研究[9]也发现，椎弓根部为明显应力集中区域，其中应力水平在直立位、前屈位和后伸位时均高于整个后部结构的平均应力水平。邻近上终板的椎体后上缘由于紧靠椎弓根基底部，其应力集中较椎体后下缘更为明显，由此可从生物力学角度解释为何胸腰椎爆裂性骨折多表现为上终板骨折。同时，Wilcox等[10]通过有限元分析观察到，脊柱节段压缩时下关节突向下移动，作用在与之接触的上关节突上，引起横突旋转，在椎弓根处产生张应力，以椎弓和椎体交界处张应力最高，并向椎体中心扩散。这也是产生椎管内骨块的生物力学基础。
因此，根据胸腰椎解剖和生物力学原理在胸腰椎骨折治疗中必须体现以下原则：1载荷分享原则 脊柱骨折后行内、外固定治疗，载荷发生明显变化，被固定脊柱节段的应力遮挡，造成骨丢失，骨质疏松，融合骨质截面积下降；Haher[11]建议使用载荷分享指数来指导脊柱骨折后的固定，减少应力遮挡，促进骨折的愈合。2支撑原则 目的在于防止轴向畸形，内、外固定物应置于脊柱的承载侧，尽可能减少压缩、剪切和扭转应力。爆裂骨折累及前中柱，IAR后移，减小了椎旁肌的正力效应，支撑原则更符合生物力学原理[12]。3 张力带原则 当脊柱前方结构可以承受压力时，后方内、外固定器则提供张力带作用，可有效地抵抗牵张载荷，并通过对脊柱的动力加压促进植骨愈合。张力带原则与载荷分享原则是共存的[13]。4桥接原则 脊柱前方结构承载功能丧失后仅采用内、外固定器，此时固定器必须跨越伤椎维持脊柱的高度和序列，负担所有载荷直至骨折愈合。5中和原则 指固定器的应力分散作用，使脊柱承受的扭转、剪切和压缩载荷减小，保持重建脊柱的稳定性。
二、外固定支具在胸腰椎骨折中的运用
稳定性骨折时，椎体前柱周围软组织基本保持完整，前纵韧带发生皱褶，可以采用与外力作用相反的作用力，借助椎体周围软组织的合页牵引作用及腹壁肌肉的张力，使压缩的椎体复位。已有学者证实，完整的前纵韧带只要充分伸展，就可提供足够的过伸整复矫正力，因此脊柱的过伸活动可有效地整复骨折、后凸畸形[14]。随着脊柱生物力学的发展，认为压缩的椎体应该尽可能得到解剖复位或接近解剖复位，并使之固定在此位置，因此好的外固定复位支具可以为脊柱骨折的复位固定提供有效的固定。实验证实，脊柱前缘压缩性骨折时，前纵韧带往往发生皱褶，没有发生断裂，可承受300kg以上的压力[15]，加之前纵韧带的合页式作用及腹壁肌肉的张力，牵引复位中不会发生椎体前缘过度张开的现象。因此可以采用与外力作用方向相反的作用力，借助椎体周围软组织的合页牵引作用及腹壁肌肉的张力，使压缩的椎体复位，同时配合脊柱支具外固定使脊柱恢复相应的高度及生理曲度，从而保持脊柱功能，减轻或避免创伤后椎体压缩及生理曲度改变导致的顽固性腰痛的发生。
孙晓亮[16]设计出背伸复位支具治疗无神经症状的胸腰段脊椎骨折，该法既能早期有效复位又能持续保持固定，由于脊柱过伸，该支具产生轴向牵引力而使压缩椎体逐渐复位，而且纠正后突畸形效果明显，患者可戴支具翻身，作腰背肌功能锻炼，早期下地活动，缩短住院时间，其法由于单纯采用体位复位垫枕练功法；葛振山[17]、王东[18]等也采用相同的方法取得了良好效果。李良华[19]、乔洪杰[20]、刘文斌[21]均采用气囊垫枕加骨盆牵引复位治疗胸腰椎压缩性骨折，其治疗结果满意；此法根据“一个弯曲的矫正需要两个力，纵向牵引力和水平推顶力”的力学原理，采用气囊垫枕加骨盆带牵引治疗，以免背伸复位时后纵韧带和关节囊嵌夹。本法既有骨盆牵引带的纵向牵引力，又有气囊的充分推顶力，符合生物力学原理另外，病人仰卧在气囊枕上，不影响局部血循环，而且可根据病人适应情况随时调整高度，使病人耐受性增强，可长时间保持垫枕状态，不加重背部软组织损伤，防止褥疮发生，安全可靠，同时行功能锻炼，有利于骨折的康复。
有报道应用充气支具[22]或Jew-ett支具[23，24]治疗胸腰椎骨折，同样取得了良好效果。治疗的目的是恢复椎体的正常高度、脊柱的生理弧度及椎管的管径。采用体位复位与器械复位，其效果相差并不大[25]。病人在支具固定下既可以防止骨折再移位，还能通过持续的过伸力量纠正骨折的残余移位。固定后可以减轻疼痛，能解决早期下床问题，减少患者卧床时间，病人能翻身侧卧而不影响固定效果，病人痛苦轻容易接受，胸腰椎骨折1~2周，待局部疼痛消失，同时还能进行腰背肌收缩训练，能有效防止腰背肌和脊柱关节囊的挛缩，恢复椎后小关节的功能及动静态平衡，有利于病人适应骨折变化后的新情况。
三、微创外固定在胸腰椎骨折中的运用
脊柱外固定器的原理及优点其设计是利用体外支点和椎弓根力核起作用的原理来实现对骨折的撑开、提拉、撬拨复位功能[26]，以完成对脊柱的矫形、复位、固定。钉棒绞连部件的纵向固定螺钉可以起到撬拨动力撑开并克服椎体阻力、恢复椎体前柱高度的作用以及加强固定力度。侧方的固定螺钉可以起到调节撑开后柱的作用，两种螺钉可分开调节，不会因调节某一部位而影响其他部位的移动。其优点：①结构简化，手术操作简单，大大缩短了手术时间，减轻了患者痛苦。②体积小，外露部件仅高出皮肤少许，术后可无菌覆盖防止针道感染，且术后患者可平卧，不影响基本生活。③术后方便下床活动，进行功能锻炼，术后2～4周可拆除外固定支架。④与MED术联合使用，明显扩大了外固定支架适应范围[27]。⑤生物力学测试[28]显示具有良好的弹性固定性能，与经皮椎体成形术联合运用，可以减少椎弓根螺钉的应力负荷，减少应力集中，同时防止后期椎体高度丢失、椎体再塌陷的并发症[29]。
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脊柱外固定支架（external spinal skeletal fixation简称ESSF）在1982年首先由Magerl[30]报道，并应用于临床治疗胸腰椎骨折以来，取得满意的疗效。国内自1994年，由苏州医学院附属医院郑祖根[31]等人首先报道用自行设计的脊柱外固定器治疗胸腰椎骨折，取得成功，随后，国内就有多处关于采用自行设计的脊柱外固定器应用于临床的报道。其应用范围也更广泛，如：外固定器治疗严重下腰痛，脊柱骨折，腰椎滑脱等疾病。同时，也有关于为临床应用提供理论依据的解剖学，植钉技术及生物力学研究的报道[32-34]。近年来随着微创技术的飞速发展，使脊柱外固定技术的应用范围更加广泛，如：脊柱外固定器联合椎间盘镜减压可以增大适用证范围[35]，与椎体成形术或椎体强化技术联合[36]，对于骨质疏松性难治性骨折有较好的疗效。
因此，在脊柱外固定技术下实现微创减压，改进脊柱外固定器的装置，减少术后并发症，对脊柱进行非融合性固定，实现真正微创固定是研究脊柱外固定技术的方向。
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作者简介：简绍锋，男，硕士研究生
论文作者:简绍锋,苏培基,陈敢峰,梁必如
论文发表刊物:《临床医学教育》2016年9月
论文发表时间:2016/11/1
标签：脊柱论文; 腰椎论文; 固定器论文; 椎体论文; 应力论文; 力学论文; 关节论文; 《临床医学教育》2016年9月论文;