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研究背景胸腰椎骨折是脊柱损伤中最常见的损伤,根据Denis理论,二柱及以上损伤将造成脊柱不稳,常需要进行手术治疗。目前对于胸腰椎损伤的治疗方式上存在较多争议,但是后路短节段椎弓根螺钉治疗手段应用最为广泛。目前最常用手术方法是采用短节段跨伤椎固定方法(即是在伤椎上下方的正常椎体各置入一对椎弓根螺钉固定),该方法具有固定节段少,保留了更多运动节段,且提供的是一个三柱的坚强固定,减少手术时间和手术出血量等优点。但是不同损伤类型可以导致稳定性的明显差异,这对常规内固定技术选择有重要影响。近年来,有学者提出经伤椎固定理论,即是在传统固定基础上增加伤椎置钉来提高脊柱固定稳定性,为降低术后矫正的丢失及固定失败率提供了新的手段。目前尚未见对二柱和三柱损伤的短节段固定比较的生物力学研究,且严重三柱损伤传统长、短节段固定和经伤椎长短节段固定的力学特征尚不清楚,故提出了本研究课题。目的本题通过进行体外生物力学实验比较：①.胸腰椎二柱和三柱损伤采用跨伤椎短节段固定的力学稳定性；②.比较三柱损伤多种后路经椎弓根螺钉固定方式的生物力学差异。为临床后路经椎弓根螺钉固定的方式的选择提供理论基础和应用指导。方法取16具新鲜家猪(约90kg)的胸腰段脊柱标本(T133-L5节段),拍摄正位、侧位X光片及骨密度测定,排除畸形、骨折等结构性病变,剔除所有肌肉组织,保留椎间盘、韧带的完整性。采用Panjabi落锤试验法制作L2椎体爆裂骨折模型(即二柱损伤模型,AO分类：A3.1型),对标本进行观察和测量,拍摄X光片,CT扫描确认标本符合如下条件：伤椎椎弓根完整,椎体呈爆裂骨折。三柱损伤模型制作：在前中柱损伤模型基础上切除棘上、棘间韧带,黄韧带,破坏关节囊,切除小关节造成严重不稳的三柱损伤模型(AO分类：B2.3+A3.1型)。将16个标本随机分成二组(每组8具标本),分别进行以下二个实验：1.损伤模型之间比较：8具标本共计完成四种测试状态：A.正常状态；B.二柱损伤状态；C.二柱损伤短节段固定状态；D.三柱损伤短节段固定状态。2.三柱损伤不同后路内固定之间比较：8具标本共计完成五种测试状态：a.正常状态；b.跨伤椎短节段固定状态；c.经伤椎短节段固定状态；d.经伤椎三节段固定状态；f.跨伤椎长节段固定状态。内固定器械采用康辉医疗器械公司提供的胸腰椎后路钉棒系统,应用脊柱三维运动试验机(南方医科大学解剖生物力学实验室设计制造)模拟人体进行前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转6个方向的活动,运用三维激光扫描仪测定各组在不同状态下在各方向的伤椎上下相邻节段的运动范围(Range Of Motion,ROM)。并在每种测试状态的ROM测试完毕后在BOSE3510实验机上进行轴向压缩刚度(compressive stiffness)实验,测定不同载荷下,标本抗轴向形变的抗压能力。用SPSS13.0统计软件包进行统计分析。所有数据资料以均数±标准差(x±s)表示。对不同状态下L1-3节段的ROM值和压缩刚度分别进行重复测量方差分析。两两比较采用LSD检验(设定P=0.05为检验性标准)。结果1.短节段固定在不同损伤模型之间的比较：三柱损伤固定组在后伸、侧屈、旋转方向上ROM值显著高于二柱损伤固定组(P<0.01),但前屈活动方向无显著差异(P=0.086)。三柱损伤固定组和正常组相比旋转ROM(P=0.017)显著增高。二柱损伤固定组各方向ROM均显著小于正常组及二柱损伤组(P<0.01)。二柱损伤组各方向ROM均明显大于正常组(P<0.05)。二柱损伤固定组压缩刚度显著高于三柱损伤固定组(P=0.002)。二柱损伤组与三柱损伤固定组压缩刚度无显著性差异(P=0.716)。三柱损伤固定组刚度显著低于正常组(P=0.023)。2.三柱损伤不同后路内固定之间比较：经伤椎三节段固定和跨伤椎长节段固定在前屈、后伸、侧屈,轴向旋转方向上均无显著性差异(P>0.05)。经伤椎三节段固定组在各方向上ROM值均显著低于经伤椎短节段固定组(P<0.05)。增加伤椎置钉后的短节段固定在各方向的ROM值均显著降低(P<0.05)。经伤椎的短节段和三节段固定、以及长节段固定的压缩刚度和正常组无显著差异(P>0.05)；跨伤椎短节段固定的压缩刚度显著低于正常组(P=0.023)；增加伤椎置钉后的短节段固定组压缩刚度平均增加了38%(P=0.002)；经伤椎三节段固定压缩刚度显著高于经伤椎短节段固定组(P=0.042),且比短节段固定平均增加了82%(P=0.013)；长节段固定刚度显著高于经伤椎三节段固定组,且比短节段固定平均增加了123%(P=0.001)。结论1.三柱损伤模型短节段固定在后伸,侧屈,旋转方向的生物力学稳定性与二柱损伤短节段固定相比较差,且抗压强度明显弱于二柱损伤短节段固定。2.严重三柱损伤后采用经伤椎短节段固定和经伤椎3节段固定均能获得良好的力学稳定性和抗压强度。经伤椎3节段固定不仅能达到长节段固定的稳定水平,而且同时因为少固定了一个椎体而多保留了伤椎下位的一个运动节段。