С широким распространением и развитием транскатетерных методов внутренней фиксации совершенствование техники установки педикулярных винтов и улучшение ревизии педикулярных винтов является одной из актуальных тем для обсуждения [1], при этом внутренняя фиксация пояснично-крестцового отдела имеет свои особенности, а ревизия является более сложной. Цель данного эксперимента — биомеханически оценить различные методы ревизии пояснично-крестцового педикулярного винта и создать основу для клинического применения. I. Материалы и методы 1. Материалы 2. Подготовка образцов Семь свежих здоровых молодых взрослых трупных образцов пояснично-крестцового отдела позвоночника перед экспериментом были подвергнуты рентгенографии для исключения врожденных пороков развития, переломов, опухолей, остеопороза и других заболеваний позвоночника. Мягкие ткани вокруг позвонков были удалены и отделены от межпозвоночных дисков, поясничные 5 позвонков были освобождены на отдельные позвонки, а крестцовый 1 позвонок был сохранен нетронутым в процессе обрезки крестца. Образец извлекался за 24 часа до испытания и размораживался естественным образом при комнатной температуре. 3. Винты для позвоночной дуги поставляются компанией J.H. Hua и доступны в размерах 5,5 мм/45 мм, 7,0 мм/55 мм, 6,25 мм/35 мм и 8,0 мм/45 мм, с удлиненным хвостом для облегчения фиксации приспособления во время эксперимента. Расстояние между нитями составляет 1,2 мм, а глубина — 1 мм (рис. 1). 4. костный цемент из полиметилметакрилата (ПММА), предоставленный Тяньцзиньским институтом промышленности синтетических материалов, представляющий собой самоконсолидирующееся при комнатной температуре вещество, состоящее из фенола сополимера метакрилата/стирола и мономера метилметакрилата. 1. Биомеханические испытания педикулярных винтов Винты были установлены в соответствии с традиционным педикулярным подходом, отдельные позвонки были зафиксированы в специальном приспособлении и испытаны на многоосевой испытательной машине 858 Mini-MTS производства США. Согласно экспериментальной схеме, вставлялись различные типы педикулярных винтов, на конце винта оставлялась резьба, затем образец помещался на машину MTS и винт полностью вкручивался. Извлечение винта проводилось при скорости нагрузки 5 мм/мин вдоль длинной оси педикулы, и прекращалось, когда кривая нагрузка-деформация выходила за пределы (рис. 2), достигала максимального смещения или тело позвонка повреждалось педикулой. 2, экспериментальные группы Для биомеханических экспериментов пояснично-крестцовый отдел позвоночника оценивался отдельно. 3. экспериментальная группа поясничного отдела 5 Нормальная контрольная группа: 5,5 мм/45 мм педикулярные винты были установлены в 7 поясничных позвонках 5. Группа ревизии с использованием только винтов: винты 7,0 мм/55 мм были установлены после завершения нормальной контрольной группы. Группа усиленной фиксации костным цементом: После завершения экспериментов в первых двух группах, одна сторона дуги была случайным образом выбрана для ревизии с помощью 5,5 мм/45 мм винтов плюс усиленная фиксация костным цементом, а другая сторона была ревизована с помощью 7,0 мм/55 мм винтов плюс усиленная фиксация костным цементом. 4. Экспериментальная группа «Сакрал 1» Нормальная контрольная группа: в 7-сегментный крестцовый образец были установлены педикулярные винты 6,25 мм/35 мм. Только группа ревизии винтов: после завершения эксперимента в группе нормального контроля для ревизии были установлены винты 8,0 мм/45 мм; группа усиленной цементом фиксации: после завершения эксперимента в первых двух группах винты 6,25 мм/35 мм плюс усиленная цементом фиксация были случайным образом выбраны для ревизии одной стороны педикулы, а винты 8,0 мм/45 мм плюс усиленная цементом фиксация были установлены на другой стороне для ревизии. 5. Наблюдения Максимальная осевая сила извлечения и максимальный боковой крутящий момент педикулярных винтов, а также повреждения позвонка или педикулы в процессе извлечения после ревизии усиленной фиксации педикулярных винтов. После эксперимента по извлечению в группе фиксации, усиленной костным цементом, были сделаны корональные или сагиттальные срезы вдоль длинной оси педикулы для наблюдения за распределением ПММА вокруг педикулярных винтов. 6. статистическая обработка: экспериментальные ошибки и грубые различия были исправлены, и все данные были подвергнуты двухстороннему категориальному ANOVA (метод Student-Newman-Keuls). t-тест для среднего значения данных рандомизированного парного дизайна проводился между группами лечения и контроля и между разными диаметрами винтов в одной группе, а уровень значимости был установлен на 0,05. III. РЕЗУЛЬТАТЫ 1. Максимальная сила удержания педикулярного винта Максимальная сила удержания педикулярного винта в разных группах представлена в таблице 1. поясничный отдел позвоночника: значительное увеличение силы удержания педикулярного винта было получено после ревизии только винтов 7,0 мм/55 мм и после применения цементно-армированной фиксации. Увеличение было более выраженным при использовании цементно-армированной фиксации; значительной разницы в силе удержания между педикулярными винтами разного диаметра и длины после цементно-армированной фиксации не было (p > 0,05). Крестцовый отдел позвоночника: после ревизии только винтов 8,0 мм/45 мм не было значительной разницы в силе удержания педикулярных винтов по сравнению с контрольной группой; после применения цементно-армированной фиксации сила удержания была значительно выше, чем в нормальной контрольной группе и группе ревизии только винтов, и не было значительной разницы в силе удержания между различными типами винтов (P > 0,05). Максимальные моменты кручения педикулярных винтов в разных группах показаны в таблице 2. Момент кручения значительно увеличился после ревизии 7,0 мм/55 мм винтов в поясничной 5 педикуле, в то время как момент кручения не изменился после ревизии 8,0 мм/45 мм винтов в крестцовой 1 педикуле. В пояснично-крестцовом отделе позвоночника торсионный момент был значительно снижен после фиксации, усиленной цементом (винты все еще можно было легко выкрутить после затвердевания цемента, рис. 3), и не было значительной разницы в торсионном моменте между винтами разного диаметра и длины (P>0,05). 3. Корреляция между максимальной силой удержания и максимальным крутящим моментом педикулярного винта Результаты эксперимента показали, что сила удержания винта и крутящий момент в группе ревизии винта имели тенденцию к увеличению, в то время как сила удержания винта увеличилась, а крутящий момент уменьшился в группе фиксации, усиленной цементом. Максимальная сила удержания и крутящий момент винтов в контрольной группе и группе ревизии винтов были выбраны в качестве независимой и зависимой переменных соответственно, и по результатам статистического анализа был получен коэффициент корреляции r=0,85, что указывает на положительную корреляцию крутящего момента и силы удержания при соединении винтов с костью. 4. Повреждения во время извлечения педикулярного винта и распределение костного цемента в педикуле Не наблюдалось повреждений педикулы или тела позвонка благодаря защитным параметрам, принятым в экспериментальной установке нормальной контрольной группы и группы ревизии с использованием только винтов. В группе усиленной цементом фиксации большинство нарушений экстракции педикулярных винтов были экстракцией педикулярных винтов, т.е. отслоением интерфейса кость-винт; только два случая перелома области соединения педикулы и тела позвонка произошли во время усиленной цементом ревизии поясничной 5 педикулы (рис. 4). В данных экспериментальных условиях порошок костного цемента, смешанный с водой в соотношении 2:3, легко вводился и равномерно распределялся в педикуле с четкими следами текстуры винта (рис. 3). С широким применением трансфораминальных методов внутренней фиксации в хирургии позвоночника постепенно увеличивается количество случаев неудачной внутренней фиксации. Moore и др. [2] предположили, что частота ослабления и изъятия винтов во время и после дегенеративного соскальзывания составляет почти 5,5%, а частота неудачной внутренней фиксации после перелома позвоночника достигает 9%. В последние годы на национальном и международном уровне были опубликованы статьи о ревизии педикулярных винтов и усиленной фиксации, но мало биомеханических исследований было проведено на конкретной анатомии пояснично-крестцового отдела позвоночника для соответствующей оценки и сравнения. 1. Выбор размера ревизионного винта Винты разных размеров обладают различными биомеханическими свойствами. В пределах анатомической морфологии педикулы и механических потребностей внутренней фиксации, увеличение диаметра или длины ревизионного винта может улучшить соединение винта с костью [3]. Сила извлечения связана с площадью поверхности цилиндрической кости и определяется внешним диаметром винта и глубиной вхождения. При установке винтов большого диаметра отменная кость в центре педикулы выталкивается в периферический относительно плотный слой, и резьба может быть установлена в периферическом относительно плотном слое; испытания силы извлечения для различных диаметров педикулярных винтов показывают, что сила извлечения больше для винтов большого диаметра, чем для винтов меньшего диаметра, и что сила извлечения увеличивается с увеличением внешнего диаметра [4]. Чем длиннее винт, тем выше прочность фиксации. 60% прочности фиксации винта, как было установлено, находится внутри педикулы, при этом прочность увеличивается на 15-20% после достижения отменной кости тела позвонка, еще на 16% при достижении передней костной коры, но не проникая в нее, и на 20-25% при проникновении в переднюю костную кору [5]. Polly et al [6] пришли к выводу, что увеличение диаметра на 2 мм является идеальным методом для ревизии педикулярного винта; увеличение диаметра на 1 мм и увеличение длины на 5-10 мм является идеальным методом для ревизии педикулярного винта. и увеличение длины на 5-10 мм также является надежным способом. Однако распространенная клиническая практика простого увеличения диаметра винта для улучшения стабильности сильно ограничена анатомическими условиями педикулы, а использование педикулярных винтов большего диаметра также повышает риск повреждения нервного корешка и перелома педикулы, а максимальный наружный диаметр винта не должен превышать 80% наружного диаметра педикулы [7]. По мнению автора, при ревизии винта лучше всего увеличить как диаметр, так и длину винта, так как предыдущий путь гвоздя уже поврежден, при условии, что точка входа является точной. 2. Различия в удерживающей силе пояснично-крестцовых педикулярных винтов и анатомические особенности Этот эксперимент показал, что удерживающая сила педикулярных винтов превышала силу оригинальных винтов, когда поясничные 5 педикулярных винтов были пересмотрены путем увеличения диаметра на 1,5 мм и длины на 10 мм; удерживающая сила крестцовых 1 винтов была в целом меньше, чем поясничных, и результат простой ревизии винтов отличался от поясничного отдела, где удерживающая сила достигала только уровня оригинальных винтов. Качество кости, окружающей винт, становится ключевым фактором в определении силы удержания винта, при этом высокое качество кости обеспечивает большую силу удержания. В поясничном отделе позвоночника при завинчивании винтов происходит компрессия отмененной кости на прочную кортикальную кость, что приводит к относительно высокой плотности костной ткани около винта и удовлетворительному качеству кости; при установке толстых винтов можно даже врезаться в окружающую костную кору, увеличивая силу удержания. В крестце, из-за очевидного расширения дуги, высокого содержания отменной кости и отсутствия прочной костной коры, плотность кости вокруг винта низкая, прочность кости низкая, а удерживающая сила относительно мала. Поэтому в клинической практике существуют более совершенные методы внутренней фиксации крестцовой дуги, такие как увеличение длины винта, чтобы он проникал в переднюю костную кору, изменение направления ввода спицы через верхнюю концевую пластинку S1 и даже нижнюю концевую пластинку L5 или добавление дополнительных винтов в S2. 3. Ревизия фиксации с усилением костным цементом В клинических условиях, когда тракт арочного гвоздя сильно поврежден или остеопоротичен, его сложнее ревизовать только винтами большого диаметра, поэтому для усиления стабильности арочного винта часто добавляют биоматериалы. При армировании костным цементом интерфейс костного винта превращается в более прочный интерфейс кость-адгезив-винт [8], что значительно увеличивает удерживающую силу педикулярного винта и не имеет большого отношения к структуре самого винта, так как извлечение винта происходит в основном за счет отслаивания интерфейса костный цемент-кость; при ревизии с использованием костного цемента роль винта не отражается, и его собственная структура больше не важна, поэтому не имеет значения, как смешивать и вводить костный цемент. Ключом к ревизии является смешивание и введение цемента таким образом, чтобы он равномерно распределялся в педикуле и достигал оптимальной интеграции с винтом. На практике ситуация часто бывает очень сложной, например, остеопороз, серьезное повреждение ногтевого пути, плохой доступ к штифту и необходимость дополнительного перенаправления и т.д. Для ревизии сложнее использовать только винты большого диаметра, необходимо добавлять биоматериалы для повышения стабильности педикулярных винтов. В частности, крестцовый отдел позвоночника имеет особое анатомическое строение, с широкой ножкой и высоким содержанием отменной кости. После неудачи первоначальной винтовой фиксации винт ослабевает и вызывает экструзию отменной кости, в результате чего тракт гвоздя становится значительно больше, чем первоначальный винт, а ограниченное увеличение диаметра и длины винта затрудняет получение достаточной удерживающей силы. Поскольку прочность костно-адгезивного интерфейса винта превышает структурную прочность самого позвоночника, усовершенствование биоматериалов должно быть направлено на контроль гистохимической реакции добавки, и нет смысла чрезмерно увеличивать адгезивную прочность арматуры. Клиническое применение обычного костного цемента может вызвать ряд проблем, таких как повреждение окружающих тканей (включая спинной мозг и нервные корешки) из-за тепловой полимеризации, токсичность и канцерогенный эффект при длительном пребывании в организме и т.д., и в настоящее время постепенно заменяется новыми биоматериалами [9]. 4. Корреляция между силой удержания педикулярного винта и крутящим моментом В большинстве биомеханических экспериментов в качестве показателя силы удержания винта используется осевая сила извлечения, но последние исследования показали, что боковая нагрузка часто является основной причиной раннего ослабления винта [2], поэтому сочетание силы удержания и силы извлечения лучше отражает силу удержания винтов. Результаты этого эксперимента показывают, что сила удержания винта и крутящий момент не показывают абсолютного согласия, и что корреляция между силой удержания и крутящим моментом сильно варьируется между различными интерфейсами соединения винта с поверхностью. Корреляция между силой сцепления и крутящим моментом только на интерфейсе кость-винт соответствует предыдущим исследованиям (коэффициенты корреляции 0,83-0,925) [10]; на практике врачи также привыкли оценивать силу фиксации педикулярных винтов по крутящему моменту, что имеет определенную клиническую пользу. Фиксация, усиленная костным цементом, представляет собой интерфейс винт-цемент-кость, и момент кручения не имеет смысла, если костный цемент еще не затвердел на момент установки винта. Когда костный цемент затвердел, соединение кость-цемент прочное, в то время как соединение винт-цемент недостаточно прочное, поэтому винт все еще может быть легко выкручен; удерживающая сила винта в основном достигается за счет анастомоза костного цемента с резьбовой вставкой после затвердевания, в зависимости от прочности самого костного цемента и прочности соединения кость-цемент.