椎弓根螺钉技术作为一项安全而有效的方法大量地应用于下腰椎病变的治疗^{[1, 2, 3]}，然而随着临床应用的增多，术后内固定松动、断裂的病例亦日渐多见，一定程度上影响了下腰椎病变的治疗效果。本院1995年1月~2006年12月共使用椎弓根螺钉系统治疗下腰椎病变(包括腰椎间盘退变伴不稳、腰椎间盘突出症术后原位再发伴顽固性腰痛或椎间隙狭窄、腰椎间盘突出伴严重椎管狭窄、腰椎退行性滑脱、腰椎弓峡部裂伴/不伴椎体滑脱)1 355例。椎弓根螺钉使用情况：国产Steffee不锈钢系统97例，国产RF不锈钢系统210例，国产DRFS钛合金系统192例，国产GSS钛合金系统579例，进口产品(如SRS钛合金系统、VSP钛合金系统、ISOLA钛合金系统、Moss Miami钛合金系统等)共计277例。术后出现内固定松动、断裂21例，占1.57%。为了探讨内固定松动或断裂原因，以采取相应的对策，从而提高椎弓根螺钉技术、降低内固定松动或断裂率，最终改善下腰椎病变的治疗效果，现就上述21例病例作一回顾性分析，报道如下。

1 资料与方法 1.1 临床资料

本组21例患者，男12例，女9例；年龄为32~53岁，平均45.2岁。疾病类型：腰椎弓峡部裂伴椎体滑脱14例(L₅双侧椎弓峡部裂伴椎体滑脱11例，L₄双侧椎弓峡部裂伴椎体滑脱3例)，退行性滑脱2例(为L₄/L₅节段)，腰椎间盘退变伴不稳3例(为L₄/L₅/S₁节段)，腰椎间盘突出伴椎管狭窄2例(为L₃/L₄/L₅节段)。病变部位：L₅/S₁节段11例，L₄/L₅节段5例，L₄/L₅/S₁节段3例，L₃/L₄/L₅节段2例。椎管减压方式：全椎板切除椎管减压8例，椎板间隙开窗减压9例，未行椎管减压4例。椎弓根螺钉系统的类型：钉板系统5例，钉棒系统16例。植骨方式(均采用自体骨)：椎间植骨15例，横突间、椎板表面植骨6例。固定及融合节段数：单节段16例，双节段5例。术后卧床休息4~12周，术后2~4个月内内固定松动6例(L₅双侧椎弓峡部裂伴滑脱者5例，L₃/L₄/L₅椎间盘突出伴椎管狭窄1例；表现为患者复发腰痛或原有椎体滑脱者再次出现)，其中螺栓与棒、螺钉与骨界面间均出现松动4例(见图 1a~c)，螺栓与棒松动2例；术后6个月出现S₁双侧椎弓根螺钉断裂1例(L₅双侧峡部裂伴椎体滑脱，椎体再度出现滑移)；术后8~20个月内螺钉断裂10例(表现为下位螺钉断裂，其中下位2枚螺钉断裂9例，下位1枚螺钉断裂1例; 9例植骨融合，1例形成假关节)；术后10~18个月内内固定松动4例(植骨均已融合)，松动方式为单纯螺栓松动2例、螺栓与棒均松动1例、螺钉与骨界面间松动1例。钉棒系统松动10例，钉棒系统断裂6例，钉板系统断裂5例。

1.2 治疗方法

术后6个月内椎弓根螺钉系统松动的6例和断裂的1例病例，由于其腰痛复发，且经X线和CT检查证实植骨未融合，即行椎弓根螺钉翻修术。1例L₃/L₄/L₅椎间盘突出伴椎管狭窄症患者行螺栓紧固并加用横连结；1例S₁双侧椎弓根螺钉断裂者将4枚螺钉取出，重新置入直径更大的螺钉并行椎间植骨；2例L₅双侧椎弓根螺钉钉帽松动者予以紧固螺帽并加用横连结；2例L₅双侧椎弓根螺钉松动者将松动的2枚螺钉取出，钉孔内植入自体骨重新置入长度更长的螺钉；1例4枚螺钉均松动者将4枚螺钉取出，钉孔内植入自体骨重新置入直径更大的螺钉(见图 1d)。术后8~20个月内内固定松动或断裂的14例病例行内固定取出，其中1例假关节形成者取除内固定同时予椎板表面及横突间自体骨植骨。

2 结果

本组病例均获得随访，随访时间为12~52个月，平均25.8个月。8例翻修病例中明确植骨融合者6例，不能明确2例，均未再次出现内固定松动或断裂现象。最后随访时仍有腰痛，偶需服用止痛药者5例；稍有腰痛，无需服用止痛药者14例；无腰痛者2例。

3 讨论

术后内固定松动或断裂是椎弓根螺钉技术应用于下腰椎病变治疗中主要的并发症之一^{[2, 4, 5]}，发生率各家报道不一，2.2%~12.4%不等，本组发生率为1.57%。早期多为松动，后期既有松动亦有断裂，内固定的松动或断裂影响了下腰椎病变的治疗效果，特别是早期松动或断裂者大部分需采取积极措施，甚至需要进行翻修术；而后期松动或断裂者多无临床症状，仅需行内固定取出，但对于形成假关节的病例亦应考虑进行翻修术。

3.1 椎弓根螺钉松动或断裂的原因

椎弓根螺钉应用于下腰椎病变术后松动或断裂的原因很多，结合本组病例，考虑除了内固定材质与制作工艺因素外，主要可能有以下几个方面原因。

病变部位、类型及固定、融合节段的数量    腰椎解剖、腰椎及椎弓根螺钉的生物力学研究显示：①节段越低，一个运动单位中其上位椎体的滑移力越大，下位椎体所需抵抗的剪切力越大；②固定范围大，融合节段多，则内固定所承担的负荷大；③椎弓根螺钉的把持力，在腰椎，椎弓根骨密度相对增高，且螺钉与椎弓根直径相对较贴合，螺钉的把持力较好；而在骶骨，其椎弓根明显增宽，松质骨含量高，骨皮质亦不够坚强，螺钉的把持力相对较小。基于上述解剖及力学原因，一方面S₁部位的椎弓根螺钉把持力相对较弱；另一方面L₅/S₁节段椎弓根螺钉系统所承担的负荷相对较大，本组病例中涉及L₅/S₁节段病变14例，占66.7%，特别是当L₅/S₁节段存在严重不稳如L₅双侧峡部裂伴椎体滑脱者，其内固定失败的风险则更高，本组L₅双侧椎弓峡部裂伴椎体滑脱者11例，占52.4%。Pihlaj maki等^[6]认为较之单节段，多节段固定椎弓根螺钉发生松动和断裂的风险更大，本组固定并融合双节段的共5例。

技术因素    病变部位低、病变部位存在严重不稳及多节段融合可能是内固定术后松动的主要原因。然而，由于病变类型的特殊性及病变的严重性，术者的操作技术也可能影响内固定的稳定性。目前腰椎椎弓根螺钉置入方法在临床上研究较多，亦较成熟，对于发育正常的腰椎，其椎弓根螺钉置入相对简单，而临床上遇到的更多的是处于病理状态下、变异较大的脊椎。本组病例椎管狭窄者存在小关节增生、肥厚、内聚；腰椎退行性滑脱病例亦多有小关节增生；腰椎峡部裂特别是伴有椎体滑脱者其上关节突及横突不仅位置较深，且因椎弓峡部断裂导致局部纤维组织及骨质增生；而病史较长者则多伴有脊柱侧凸、旋转。如对本组病例的脊柱病理变化的特点了解不够，在椎弓根穿刺和螺钉拧入的过程中易出现定位不准、反复穿刺、螺钉反复拧入等现象，从而导致螺钉位置不当、握力下降，这可能是内固定早期松动的原因。另外在椎弓根螺钉锁固过程中，可能出现螺栓与棒之间锁固不够牢固的现象，如国产GSS系统其提拉钉均带有尾翼，当内固定安装完毕扳除螺钉尾翼后需再次紧固螺栓，如没有进行此步操作，即会存在螺栓紧固不牢的现象，这可能是内固定早期松动的重要原因，本组2~4个月内内固定松动的6例病例中GSS系统占5例。

植骨方法选择不当及植骨床制作不良    植骨不仅是作为融合的手段，而且要通过植骨提高病变节段的稳定性，以保护内固定，特别是对于下腰椎不稳的病例。本组病例大部分合并腰椎不稳。在植骨方法的选择中，一般认为椎间植骨为金标准，本组采用自体颗粒骨椎间植骨15例。椎间植骨需进行仔细的操作，由于椎间植骨床的制作不是直视下进行，存在髓核难于彻底取出、终板软骨难于彻底清除、植骨量的多少难于掌握及颗粒骨支撑性不够等不足。临床上经常能看到术后X线片或CT检查提示椎间植骨很多、很实，但经过一段时间的随访后植骨块出现明显的吸收，植骨处变得稀疏，一方面影响了融合的速度和质量，另一方面也削弱了植骨的支撑作用，从而使内固定长期处于较大的负荷，容易出现松动或断裂。当然，如病变节段不融合形成假关节，内固定必将出现松动或断裂。

椎弓根螺钉设计缺陷     椎弓根螺钉设计缺陷包括静力固定及螺栓与棒之间的线接触等。目前临床上使用的(包括本组病例所用的)椎弓根螺钉，特别是钉棒系统提供的均为坚强的静力固定，椎弓根螺钉的坚强静力固定既是其优点，又是其无法逾越的缺陷。在下腰椎病变采用内固定并植骨融合的治疗方式中，椎弓根螺钉所发挥的作用为：①增强病变节段的稳定性；②为病变节段提供静力环境，创造有利于植骨融合的条件。正由于其坚强的静力固定，一方面大部分负荷通过椎弓根螺钉传导，造成应力遮挡；另一方面根据植骨融合的机制，当植骨块处于骨吸收及爬行替代阶段时，其会出现一个塑形的过程，即外形和体积的改变。而坚强静力固定的椎弓螺钉系统不能适应椎间形态和力学传导环境的改变，过大的应力长期作用于内固定易导致内固定的松动或断裂，同时也影响了植骨融合质量，进一步促进了内固定的松动或断裂的发生。本组术后8~20个月内出现内固定松动或断裂的14例病例可能与此有关。从本组病例看，钉板系统(如Steffee、DRSF和VSP系统)的松动或断裂率相对较低，本组5例钉板系统均为螺钉断裂，占23.8%，考虑可能螺钉与钢板间存在一定的微动有关。当然，由于未作对比性研究和统计学处理，钉板系统与钉棒系统在术后的松动或断裂率方面是否有统计学意义，尚不得而知。另外螺栓与棒之间的线接触由于接触面小、摩擦阻力小，相对容易松动，其代表设计是国产GSS系统，本组钉棒系统松动的10例中有9例为GSS系统。

椎弓根螺钉选用和使用不当     包括螺钉直径与长度选择过细、过短，未严格按照螺钉置入程序、未使用横连结或辅助固定装置等。

3.2 预防措施

提高椎弓根螺钉置入的有效性    要求操作者第一，深入把握每例病例腰椎的病理变化特点；第二，术前根据影像学资料对每例病例的椎弓根直径、角度及椎体的前后宽度作具体的测量；第三，操作中参考术前影像学资料的测量数据把握椎弓根的个体差异和节段性差异，根据其病理变化熟练地运用相应的椎弓根螺钉入点法，并在C形臂X线机的引导下选用合适长度和直径的螺钉，减少螺钉置入的反复操作。当然还可在多维X线影像技术、计算机导航技术引导下或术中通过对神经根功能的监测以直接或间接地提高螺钉置入的准确性^{[7, 8]}。

合适的植骨方法的选择和良好植骨床的制作    在下腰椎病变内固定并植骨融合的手术操作中，植骨方法的选择和植骨床的制作是非常重要的环节。主张采用椎间植骨的方式，特别强调髓核及终板软骨的清除，必要时可借助于头灯或内窥镜光源(包括关节镜或椎间盘镜)直视下进行植骨床的制作，植骨块要打压踏实。当然环形植骨效果更好^[9]。对于存在严重的节段不稳，如椎弓峡部裂伴椎体滑脱者，采用短节段椎弓根螺钉固定的同时强烈建议使用椎间融合器。

规范内固定的使用和操作    对于严重失稳的病例可扩大融合节段或增加辅助性内固定装置^{[10, 11]}，如椎板钩或椎间融合器的使用，必要时可联合前路固定支撑^[4]。对于多节段融合固定，要求使用横连结。

改进椎弓根螺钉的设计    ①椎弓根螺钉的动力化设计：设想是椎弓根螺钉早期提供坚强静力固定，待植骨出现部分重建或病变节段部分恢复稳定后实现椎弓根螺钉的动力化(其力学原理类似于单边外固定架或交锁髓内钉)，从而一方面分散内固定所承担的负荷，另一方面病变节段承载的部分应力可产生良性刺激，从而加速植骨融合并提高融合质量。②改进螺栓与棒的接触，使其为面接触，增加摩擦阻力。③改进GSS系统，使其螺栓与螺钉尾端单一咬合固定，增加防螺栓脱出装置。