胸腰段骨折椎弓根螺钉折断原因分析(2)
3.1 生理解剖因素 本组11例断钉病例有8例发生于胸腰段，占88%。胸腰段是活动的腰椎与固定的胸椎的的交汇处，是脊柱的应力集中区，且胸腰椎轴心位于椎体前1/4～1/5与后3/4～4/5的交界处，椎体前方承受的应力是后方的3～4倍[5]，椎弓根螺钉前段承受的应力较后段大，受力的不平衡增加了断钉的机会。
3.2 脊柱骨折的严重程度 本组断钉11例，其中爆裂型骨折8例，明显高于骨折脱位型和屈曲压缩型骨折。严重的脊柱爆裂型骨折多为脊柱三柱损伤，脊柱的稳定性遭到严重破坏，而此时若行后路减压手术，则脊柱稳定性被进一步破坏，使脊柱主要应力集中在小关节及椎弓根上，椎弓根螺钉的应力增加，断钉率增高。11例断钉病例中9例术中行椎板减压，进一步破坏了脊柱的稳定性而导致断钉。故严重爆裂型骨折应考虑行前路减压植骨内固定或前后路联合手术植骨内固定。
本组6例断钉患者术后随访发现伤椎上位椎间隙明显变窄，且均为爆裂型骨折。Jeanneret等[6]研究认为爆裂型骨折中伤椎上位椎间盘均受损，而椎间盘和韧带损伤以及骨折节段的固定均可加速椎间盘退变，由于椎间盘的损伤及后期椎间盘退变造成术后椎间盘高度丢失，可使椎弓根螺钉的载荷加大，增加断钉率。故术前判断有椎间盘损伤的患者，增加前、中柱的支撑是防止断钉的有效方法。
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3.3 医源性因素
3.3.1 脊柱骨折节段未做植骨融合或融合失败 本组11例断钉病例中7例未做任何植骨融合，这是造成椎弓根螺钉断裂的主要原因。由于椎间盘韧带结构和椎体损伤的严重性，脊柱骨折椎弓根螺钉系统复位固定，只能达到暂时的稳定，并未达到伤椎骨性结构的良好重建以及脊柱内在稳定性的恢复[7-8]，恢复骨的强度根本上还靠骨自身的愈合，而固定节段良好的植骨融合，可使脊柱长期稳定，承载脊柱负荷，从而起到对椎弓根螺钉的保护作用，防止断钉。经椎弓根向伤椎内植骨可使脊柱前中柱得到重建，我们现在采取经椎弓根植骨方法,植入松质骨,螺钉旋入将植入松质骨压缩至坚强的皮质骨上,能有效防止这种情况发生,最后愈合协同内固定起到承载作用，防止伤椎在外力作用下进一步塌陷，因此单纯背侧的短节段固定必将有很高的失败率。
3.3.2 手术操作失误 准确置入椎弓根螺钉是减少断钉的关键。椎弓根螺钉两侧进钉角度不对称、进钉深度不一致、两侧撑开力度不均、固定螺帽未旋紧等均可导致两侧椎弓根螺钉所受应力不一致，完全改变了器械设计时的应力分布与强度，造成临床上的复位不良或复位丢失，机械力学上的断钉。本组有4例术后X线片示双侧进钉角度不一致最终导致断钉。
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术中过度撑开是导致椎弓根螺钉断裂的主要原因之一。脊柱过伸复位可使骨折椎体的高度获得约80%的恢复，通过椎弓根螺钉系统的适度撑开，既可恢复椎体的高度，又可利用脊柱前后纵韧带和椎间盘纤维环的牵拉作用使椎管内和椎体前缘的骨块复位，解除神经的压迫，恢复椎管的容积。此时脊柱上的应力都由内固定物遮挡，载荷主要经椎弓根内固定系统向下传导，而椎弓根螺钉受力最大，过度撑开可使伤椎相邻间隙增大，椎弓根螺钉负荷过大，断钉的概率增加。本组11例断钉中3例术后X线片示伤椎相邻椎间隙增宽，均为术中过度撑开所致。
3.4 内置物留置体内时间过长 本组发现椎弓根螺钉断裂时间为术后8～30个月，平均14个月，多为术后复查拍X线片发现。
3.5 术后康复活动的指导、保护及内置物取出的时间 术后早期任何不适当的活动方式及强度均有导致金属内植物失败的可能,因此,术后患者开始活动的时间、方式及强度均应在医生的严格指导下进行并应循序渐进的完成。术后佩戴支具十分重要,因为任何金属内植物都很难单独承担正常的身体负荷,而支具可以限制固定节段脊柱前屈活动,保持力通过脊柱的中柱向下传导,避免椎弓根螺钉过度承重,一般应佩戴支具3个月，3个月后复查视情况而决定是否撤除支具。内植物的作用是促进植骨融合,一旦植骨融合,内植物的作用也随之消失,且有可能发生内植物断裂。同时脊柱行内固定后,人体负重载荷大部分通过内固定器传导,固定节段的椎体及植骨块受力较小,过长时间的内固定将导致固定节段的椎体骨质疏松、影响植骨融合。因此手术医师应重视内固定取出的时间。从生物力学角度分析脊柱固定节段完全融合后，内固定器仍要承受负荷，仍有疲劳断裂的趋势，故脊柱固定节段完全融合后椎弓根螺钉系统应尽早取出。DicK[9]认为术后9～12个月取出内置物最佳。本组11例椎弓根内固定系统断裂平均时间为术后14.6个月。脊柱内固定术后,应定期复查,根据患者的年龄、骨折的类型以及植骨融合的质量而决定内植物取出的时间,一般术后9～12个月取出为宜。
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3.6 椎弓根螺钉的设计缺陷 椎弓根螺钉内固定系统的受力结构决定了应力主要集中于螺钉的基底部[3]，而螺纹与非螺纹交界处是螺钉应力的薄弱点，也是断钉的常见部位，本组所有断钉均发生于此。为此,如何增加钉棒结合处的抗疲劳强度,也成为今后短节段椎弓根螺钉内固定系统在设计上应解决的问题。
总之，椎弓根螺钉断裂的相关因素是多方面的，对此我们应当有充分的认识，临床医师应全面考虑其材料、设计及其类型,并严格掌握手术适应证、不断提高操作技术水平、加强术后康复活动的指导及保护，适时取出内固定才能将椎弓根螺钉系统断裂问题减至最少,从而避免不必要的医疗纠纷、提高手术的成功率、减轻患者的痛苦和经济负担。
参考文献
1 Denis F.The three column spine and its significance in the classification of acute thoracolumbar spine injuries.Spine,1983,8:817-831.
, 百拇医药
2 Yahiro MA.Comprehensive literature review：pedicle screw fixation devices.Spine,1994，19:2274-2278.
3 Esses SI，Sachs BL，Dreyzin V.Complications associated with the techique screw fixation.A scelecte survey of ABS member.Spine，1993,18:2231-2278.
4 贾连顺.严格脊柱内固定适应证,提高翻修手术效果.中华骨科杂志,2004,24:513.
5 冯雨亭.胸腰椎骨折脱位的创伤病理和分类.见：王亦璁.骨与关节损伤.人民卫生出版社，2002:746-749.
6 Jeanneret B，Ho PK，Magerl F.Burst-shear flexion-distraction injuries of the lumber spine.Spinal Disord,1993,6(6):473-476.
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7 Schnee CL,Ansell LV.Selection criteria and outcome of operative approachers for thoracolumbar burst fractures with and without neurological deficit.J Neurosurg,1997,86:48-55.
8 金才益，曾忠友，徐阿炳，等.胸腰椎骨折单纯椎弓根螺钉系统治疗的远期结果.中国脊柱脊髓杂志，2002,12(5):398-399.
9 Dick W.Internal fixation of thoracic and lumbar spine fracture. Torento：Hans Hubar Publishers，1989：109-111.
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3.2 脊柱骨折的严重程度 本组断钉11例，其中爆裂型骨折8例，明显高于骨折脱位型和屈曲压缩型骨折。严重的脊柱爆裂型骨折多为脊柱三柱损伤，脊柱的稳定性遭到严重破坏，而此时若行后路减压手术，则脊柱稳定性被进一步破坏，使脊柱主要应力集中在小关节及椎弓根上，椎弓根螺钉的应力增加，断钉率增高。11例断钉病例中9例术中行椎板减压，进一步破坏了脊柱的稳定性而导致断钉。故严重爆裂型骨折应考虑行前路减压植骨内固定或前后路联合手术植骨内固定。
本组6例断钉患者术后随访发现伤椎上位椎间隙明显变窄，且均为爆裂型骨折。Jeanneret等[6]研究认为爆裂型骨折中伤椎上位椎间盘均受损，而椎间盘和韧带损伤以及骨折节段的固定均可加速椎间盘退变，由于椎间盘的损伤及后期椎间盘退变造成术后椎间盘高度丢失，可使椎弓根螺钉的载荷加大，增加断钉率。故术前判断有椎间盘损伤的患者，增加前、中柱的支撑是防止断钉的有效方法。
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3.3 医源性因素
3.3.1 脊柱骨折节段未做植骨融合或融合失败 本组11例断钉病例中7例未做任何植骨融合，这是造成椎弓根螺钉断裂的主要原因。由于椎间盘韧带结构和椎体损伤的严重性，脊柱骨折椎弓根螺钉系统复位固定，只能达到暂时的稳定，并未达到伤椎骨性结构的良好重建以及脊柱内在稳定性的恢复[7-8]，恢复骨的强度根本上还靠骨自身的愈合，而固定节段良好的植骨融合，可使脊柱长期稳定，承载脊柱负荷，从而起到对椎弓根螺钉的保护作用，防止断钉。经椎弓根向伤椎内植骨可使脊柱前中柱得到重建，我们现在采取经椎弓根植骨方法,植入松质骨,螺钉旋入将植入松质骨压缩至坚强的皮质骨上,能有效防止这种情况发生,最后愈合协同内固定起到承载作用，防止伤椎在外力作用下进一步塌陷，因此单纯背侧的短节段固定必将有很高的失败率。
3.3.2 手术操作失误 准确置入椎弓根螺钉是减少断钉的关键。椎弓根螺钉两侧进钉角度不对称、进钉深度不一致、两侧撑开力度不均、固定螺帽未旋紧等均可导致两侧椎弓根螺钉所受应力不一致，完全改变了器械设计时的应力分布与强度，造成临床上的复位不良或复位丢失，机械力学上的断钉。本组有4例术后X线片示双侧进钉角度不一致最终导致断钉。
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术中过度撑开是导致椎弓根螺钉断裂的主要原因之一。脊柱过伸复位可使骨折椎体的高度获得约80%的恢复，通过椎弓根螺钉系统的适度撑开，既可恢复椎体的高度，又可利用脊柱前后纵韧带和椎间盘纤维环的牵拉作用使椎管内和椎体前缘的骨块复位，解除神经的压迫，恢复椎管的容积。此时脊柱上的应力都由内固定物遮挡，载荷主要经椎弓根内固定系统向下传导，而椎弓根螺钉受力最大，过度撑开可使伤椎相邻间隙增大，椎弓根螺钉负荷过大，断钉的概率增加。本组11例断钉中3例术后X线片示伤椎相邻椎间隙增宽，均为术中过度撑开所致。
3.4 内置物留置体内时间过长 本组发现椎弓根螺钉断裂时间为术后8～30个月，平均14个月，多为术后复查拍X线片发现。
3.5 术后康复活动的指导、保护及内置物取出的时间 术后早期任何不适当的活动方式及强度均有导致金属内植物失败的可能,因此,术后患者开始活动的时间、方式及强度均应在医生的严格指导下进行并应循序渐进的完成。术后佩戴支具十分重要,因为任何金属内植物都很难单独承担正常的身体负荷,而支具可以限制固定节段脊柱前屈活动,保持力通过脊柱的中柱向下传导,避免椎弓根螺钉过度承重,一般应佩戴支具3个月，3个月后复查视情况而决定是否撤除支具。内植物的作用是促进植骨融合,一旦植骨融合,内植物的作用也随之消失,且有可能发生内植物断裂。同时脊柱行内固定后,人体负重载荷大部分通过内固定器传导,固定节段的椎体及植骨块受力较小,过长时间的内固定将导致固定节段的椎体骨质疏松、影响植骨融合。因此手术医师应重视内固定取出的时间。从生物力学角度分析脊柱固定节段完全融合后，内固定器仍要承受负荷，仍有疲劳断裂的趋势，故脊柱固定节段完全融合后椎弓根螺钉系统应尽早取出。DicK[9]认为术后9～12个月取出内置物最佳。本组11例椎弓根内固定系统断裂平均时间为术后14.6个月。脊柱内固定术后,应定期复查,根据患者的年龄、骨折的类型以及植骨融合的质量而决定内植物取出的时间,一般术后9～12个月取出为宜。
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3.6 椎弓根螺钉的设计缺陷 椎弓根螺钉内固定系统的受力结构决定了应力主要集中于螺钉的基底部[3]，而螺纹与非螺纹交界处是螺钉应力的薄弱点，也是断钉的常见部位，本组所有断钉均发生于此。为此,如何增加钉棒结合处的抗疲劳强度,也成为今后短节段椎弓根螺钉内固定系统在设计上应解决的问题。
总之，椎弓根螺钉断裂的相关因素是多方面的，对此我们应当有充分的认识，临床医师应全面考虑其材料、设计及其类型,并严格掌握手术适应证、不断提高操作技术水平、加强术后康复活动的指导及保护，适时取出内固定才能将椎弓根螺钉系统断裂问题减至最少,从而避免不必要的医疗纠纷、提高手术的成功率、减轻患者的痛苦和经济负担。
参考文献
1 Denis F.The three column spine and its significance in the classification of acute thoracolumbar spine injuries.Spine,1983,8:817-831.
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2 Yahiro MA.Comprehensive literature review：pedicle screw fixation devices.Spine,1994，19:2274-2278.
3 Esses SI，Sachs BL，Dreyzin V.Complications associated with the techique screw fixation.A scelecte survey of ABS member.Spine，1993,18:2231-2278.
4 贾连顺.严格脊柱内固定适应证,提高翻修手术效果.中华骨科杂志,2004,24:513.
5 冯雨亭.胸腰椎骨折脱位的创伤病理和分类.见：王亦璁.骨与关节损伤.人民卫生出版社，2002:746-749.
6 Jeanneret B，Ho PK，Magerl F.Burst-shear flexion-distraction injuries of the lumber spine.Spinal Disord,1993,6(6):473-476.
, http://www.100md.com
7 Schnee CL,Ansell LV.Selection criteria and outcome of operative approachers for thoracolumbar burst fractures with and without neurological deficit.J Neurosurg,1997,86:48-55.
8 金才益，曾忠友，徐阿炳，等.胸腰椎骨折单纯椎弓根螺钉系统治疗的远期结果.中国脊柱脊髓杂志，2002,12(5):398-399.
9 Dick W.Internal fixation of thoracic and lumbar spine fracture. Torento：Hans Hubar Publishers，1989：109-111.
, 百拇医药(李鹏飞 毕 伟)