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【摘要】 ［目的］ 比较颈前路单椎间隙减压植骨融合Uniplate与Orion钢板固定的稳定性，为临床提供生物力学依据。［方法］ 采用6具小牛颈椎标本，依次进行3组实验。测定正常颈椎C4、5活动范围(ROM)作为对照，制成C4、5椎间盘切除、植骨、Orion、Uniplate钢板固定模型，依次测试相应的ROM，转化为稳定指数(Sf)。［结果］Uniplate钢板组Sf与正常比，前屈时Sf增加21%，差异有显著性(P<0.05)；后伸、旋转时比正常增大11%、1%，侧屈时比正常减少9%，差异无显著性(P>0.05)。Uniplate钢板组Sf与Orion钢板组比近似，甚至增加，差异无显著性(P>0.05)。［结论］Uniplate钢板固定颈前路单椎间减压植骨融合稳定性较好，且临床操作简便。
【关键词】 颈椎； Uniplate与Orion； 内固定； 生物力学
Biomechanical study of single - level anterior cervical intervertebral decompression and fusion with plating uniplate and orion∥ZHANG Feng, LU Jian-hua, ZHAO Jian ,et al.Department of Spinal Surgery,Affiliated Hospital of Nantong University;Jiangsu 226001， China
Abstract: ［Objective］To compare the stability of the single - level anterior cervical intervertebral decompression and fusion with plating Uniplate and Orion,and to provide scientific evidence for clinical application. ［Method］Six sets of fresh cadaveric calf cervical spine specimens were used to test as three groups successively. The stiffness of each C4、5 level construction was tested in flexion ,extension ,lateral bending and axial torsion conditions sequentially. As control, intact specimens were tested first.Then all the specimens were made into C4、5 level anterior cervical intervertebral decompression and fusion models which Orion and Uniplate were fixed and tested respectively.［Result］Compared the stability index (Sf) of Uniplate group with normal group ,in flexion,the Sf increased 21%, the difference was significant(P<0.05); in extension and axial torsion, the Sf increased 11% and 1%;in lateral bending, the Sf decreased 9%, the difference was not significant (P> 0.05). The Sf of Uniplate group in all conditions were similar to, or were better than that in Orion group. The difference was not significant (P> 0.05).［Conclusion］The stability of the single - level anterior cervical intervertebral decompression and fusion with plating Uniplate is satisfactory.Uniplate is valuable in clinic, furthermore, it is relatively simple to operate.
Key words：cervical spine; uniplate and orion; internal fixation； biomechanics
随着生物力学和材料学的不断发展，为治疗颈椎疾患，出现了多种颈前路钢板。回顾文献，在颈前路单椎间隙减压植骨融合中应用内固定存在一定争议［1～4］。理想的颈前路内固定追求最高的融合率和最低的并发症率。坚强的固定不利于植骨融合，钢板的发展趋势必须由刚性大的向刚性小的方向转变，因此，半钢性简化设计的Uniplate颈前路钢板应运而生。但其固定颈椎稳定性如何，国内外未见有报道。本文对Uniplate颈前路钢板在单椎间减压植骨融合中的生物力学稳定性进行比较评价，为临床选用Uniplate颈前路钢板提供依据。
1 材料与方法
1.1 标本制备及实验准备 取新鲜小牛颈椎标本(C2～7)6具(上海光明乳业特约屠宰场提供)，平均1个月龄，排除病理标本，X线摄片显示正常。剔除椎旁肌，保留所有结构完好无损。将颈椎两端椎体用聚甲丙烯酸甲酯包埋制成平台(平面夹角<0.1°)，自然中立位用双层塑料袋密封在-30℃保存，实验前4 h取出逐级解冻。
1.2 分组与测试模型建立 同状态下6具标本依次进行3组测试：正常组；C4、5节段颈椎椎间盘切除、植骨、前路Orion钢板固定组；C4、5节段颈椎椎间盘切除、植骨、前路Uniplate钢板固定组。椎间盘切除、植骨、钢板固定按标准手术步骤进行。固定器械Orion、Uniplate分别由Sofarmore、Depuy公司提供。
1.3 测试方法和数据处理 待测标本C4、5处粘贴应变片后安装在万能材料力学测试仪WE-10A上，接线至数字电阻应变仪YJ-14，标本上端安装压力传感器及加载杠杆、钢球。最后安装数显光栅测试仪KG-101。先行预加载，以去除颈椎的蠕变、松弛等时间效应的影响［5］。建立颈椎的运动坐标，上端予以加载25 N后施加力偶矩6 Nm，通过控制力矩方向，可产生前屈／后伸、左／右侧屈、左／右旋转等6种生理运动模拟人颈椎三维运动，测量颈椎的相应节段的运动范围(ROM)。为不影响测试精度，实验过程中用生理盐水喷雾，以保持标本湿润。实验所测得的C4、5节段的ROM值［6］以线性回归、方差分析、经最小二乘法加以处理，用SPSS 13.0软件进行数据统计t检验和精度分析，P<0.05表示差异有显著性意义。
2 结果
实验过程中未出现颈椎标本破坏或内固定失败等。各组颈椎标本运动范围ROM值，结果见表1。由于脊柱的稳定性与节段运动范围成反比，即节段的运动范围越大，稳定性就越差。为便于比较和评价，作者引进一个参数——稳定指数(Sf)来衡量。设完整标本(正常组)各方向的运动范围的稳定性为100%。将3种钢板固定状态的运动范围(Rf)按照各自完整标本的运动范围用公式：Sf=Rf／Ri×100%进行标准化处理，得到的数值Sf即为不同固定状态相对于完整标本的稳定性的比值，故将Sf称为稳定性指数。根据上述定义和公式进行计算，结果见表1。 表1 颈椎标本的三维运动范围(ROM)及稳定指数
2.1 Uniplate钢板固定组前屈时ROM比正常组减少，差异有显著性(P<0.05)；后伸、旋转时ROM均比正常减少，侧屈时比正常增加，差异无显著性(P>0.05)。Uniplate钢板固定组前屈时Sf增加21%，统计结果显示差异有显著性(P<0.05)；后伸、旋转时Sf增加11%、1%，统计结果显示差异无显著性（P>0.05)。而Uniplate钢板固定组侧屈时Sf比正常组下降9%，统计结果显示两者无显著性差异(P>0.05)。Uniplate钢板固定基本获得了重建的即刻稳定，前屈稳定性增强。相对而言，Uniplate钢板固定侧屈稳定性较差。
2.2 Uniplate钢板固定组前屈时ROM值5.84°为最小，而Orion钢板固定组为5.98°，统计显示前屈时ROM两组无显著性差异(P>0.05)相类似。两固定组后伸时ROM值分别为7.65°、7.85°；侧屈时为5.39°、5.96°；旋转时为6.59°、6.67°，结果均与前屈时相近似，相差较小，统计显示后伸，侧屈，旋转时两组ROM差异亦无显著性(P>0.05)。进一步分析Uniplate钢板固定组颈椎前屈、后伸、侧屈、旋转时Sf比Orion钢板固定组增加，差异无显著性(P>0.05)。相对而言，结果亦清楚显示半钢性的Uniplate比坚强的Orion钢板颈前路单节段固定稳定性好。
3 讨论
本实验提示Orion钢板固定的结果和俞杭平测试结果［7］基本相似；Uniplate钢板固定在前屈运动时能提供高于正常颈椎的稳定性；而后伸、旋转、侧弯运动时颈椎稳定性近似于正常。颈椎内固定器械性能的测试离不开好的生物力学模型，传统的生物力学模型仍旧发挥着主导性的作用，其真实的表现了实体的各种物理学和解剖学特性，保证了实验结果的最大准确性［8］，因此，可以认为Uniplate钢板固定稳定性满足了临床要求，且与传统限制性Orion钢板相比稳定性无差异，甚至更佳。Uniplate钢板是颈前路半刚性锁定系统，设计仅用于单间隙或两间隙的颈前路固定。虽然颈前路钉板可以减少移植骨的崩溃和植骨融合时的节段性后凸［2］，但在单节段自体骨移植时使用未能表现出任何明显的差异［3］。而且，在单间隙病变手术中加用传统限制性钉板内固定可能降低融合效果［9］，而减少了刚性和应力遮挡效应的钉板固定，理论上能促进植骨融合［10、11］，减少相邻椎间盘的应力集中，减少对邻近节段椎间盘的退变影响［12］减少坚强固定所带来的并发症，所以临床选用Uniplate钢板单节段动态固定更有优势。
Uniplate钢板另外独具的特点是简化性设计。其结构简单，相比其他颈前路钢板横径窄，钢板薄，组织反应低，把对颈前组织的刺激降到了最低，这样会防止颈椎前软组织肿胀及致命性的气道阻塞发生［13］，降低术后吞咽困难的发生率［14］。实际操作中Uniplate钢板使手术变得简便、快捷，缩短了手术时间和减少了出血量，对软组织的损伤降到了最低。由于只有一半的单皮质螺钉依人体中线置入，很显然减少了螺钉损伤脊髓和误入椎间隙的风险，而且几乎没有了螺钉误入椎间孔和横突孔损伤神经根和椎动脉的危险，所以，它的应用前景是很乐观的。
值得一提的是：虽然在减少了2枚固定螺钉的情况下螺钉的松动退出会相应减少，但实际上两钉固定是否更牢固因而发生松动更易退钉还不得而知，对于断钉的情况也如此，而且一旦发生似乎危险性更大，所以明显骨质疏松的患者应考虑慎用Uniplate钢板。另外，应用Uniplate钢板术后可适当延长颈托外固定时间和加强术后康复指导，尽量减少颈部侧屈活动。当然，对Uniplate钢板的应力传导等进一步的生物力学和临床应用研究仍相对比较空白，这都是今后科研的方向。
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作者单位：（1.南通大学附属医院脊柱外科，江苏 226001，2.上海大学生物力学工程研究所）