Биомеханика передней фиксации пластиной шейного отдела позвоночника

Базовое понимание сложной биомеханики передней шейной фиксации пластинами необходимо, чтобы помочь в выборе конструкции. Силы, действующие на пластину (и весь шейный отдел позвоночника), различны и зависят от ряда факторов, включая длину и форму конструкции, положение позвоночника (флексия или экстензия), конструктивные особенности винтов и самой пластины.

Ригидные системы (пластины):

большинство передних шейных пластин (ACP) имеют винты, ригидно (жестко) фиксируемые в самой пластине и действующие как опоры, обеспечивающие и удерживающие вентральную дистракцию. Обычно такая методика используется при применении активной межтеловой дистракции и установки межтелового трансплантата. Пластина устанавливается в ходе оперативного вмешательства в нейтральном положении позвоночника (без осевой нагрузки); при последующем переходе в вертикальное положение осевая нагрузка переносится на  имплант, дающий дистракцию, что обеспечивает сопротивление компрессии. При разгибании эти пластины препятствуют дистракции по передней поверхности тел позвонков, таким образом функционируя как натянутая напряженная связка. При сгибающих усилиях сопротивление винтов не так эффективно - конструкция потенциально склонна к прорезыванию винтов или деформации пластины. Стабильность заднего опорного комплекса, действующего как ограничитель флекции, уменьшает риск этих потенциальных осложнений.

Subsidence: Понятие "снижение высоты" или "проседание" относится к потере высоты отдела позвоночника в области оперативного вмешательства, что может быть вызвано
(1) резорбцией костного трансплантата в процессе ремоделирования,
(2) разрушение, смятие трансплантата, и
(3) входжение трансплантата в тела позвонков. Ремоделирование трансплантата и его резорбция - естественно протекающий сложный биологический процесс, происходящий в ходе формирования костного блока, с вовлечением различных медиаторов воспаления, гуморальных факторов и факторов роста, а также механических сил. В результате костный трансплантат сначала частично резорбируется прежде, чем быть замененным новой костной тканью. Этот процесс приводит к снижению высоты костного трансплантата, и нужно подчеркнуть, что это не патологический процесс, а закономерно протекающее ремоделирование. Степень потери высоты зависит от типа трансплантата и количества фиксированных уровней. Средняя величина потери высоты трансплантата, показанная в работе Bishop в серии одно- и двухуровневой фиксации с применением аутотрансплантатов из гребня подвздошной кости, было 1.4 и 1.8 мм, соответственно, по сравнению с 2.4 и 3.0 мм одно- и двухуровневой фиксации с применением аллотрансплантатов из гребня подвздошной кости. Разрушение, смятие трансплантата, происходящее до формирования костного блока, также приводит к снижению высоты.

Stress shielding: нагрузка между имплантом и костным трансплантатом должна быть оптимально распределена в количественном отношении. Было показано, что для быстрейшего формирования спондилодеза и обеспечения первичной стабильности до 70 % нагрузки должно  приходиться на позвоночный сегмент.  Костная ткань формируется лучше под действием комремирующих сил (закон Wolfe’s). Stress shielding феномен определяется как "обусловленное имплантом ухудшение качества формирующейся костной ткани в процессе формирования спондилодеза, с уменьшением давления и нагрузки на трансплантат до такой степени, что это может привести к остеопорозу или несостоявшемуся костному блоку". Компреммирующие нагрузки в случае межтеловой фиксации с имплантом, подвергающимся Stress shielding, не передаются область контакта трансплантата с телами позвонков, что приводит к формированию ложного сустава или несостоятельности спондилодеза .

Иллюстрация 1: Жирные стрелки изображают направление осевой нагрузки. В ригидной системе нагрузки шунтируются вокруг трансплантата, проходя через винты и пластину, таким образом разгружая трансплантат. Динамические системы передают большую часть осевой нагрузки на трансплантат, так как винты свободно скользят в отверстиях пластины (маленькие стрелки). Это сохраняет нагрузку на трансплантат, позволяя реализоваться принципам закона Wolff’s.

Известно, что в некоторых случаях, несостоятельность импланта (например переломом конструкции) давал возможность костным трансплантатам подвергаться воздействию нагрузки, таким образом способствуя спондилодезу .  Если бы пластина в этих случаях осталась неповрежденной, вероятнее всего развился бы ложный сустав. Это понятие рассматривается  как вторичная динамизация вследствие перелома пластины. Benzel и др., сфокусировав внимание на вышеупомянутых феноменах stress shielding и вторичной динамизации, разработали первый шейный имплант с осевой динамизацией.

Динамические или полуригидные импланты

имеют нефиксированные консоли, что обеспечивается двумя механизмами: напряжением винтов или возможностью осевого смещения при уменьшении высоты трансплантата. Напряжение винтов создается за счет  округлой формы основания головки винта и соответствующей конгруэнтной вырезки на пластине . После установки винта, сферическая конфигурация основания его головки и вырезки пластины позволяет винту ротироваться в сагиттальной плоскости относительно пластины и адаптироваться к снижению высоты трансплантата. Если бы то же самое снижение высоты трансплантата происходило при фиксированном положении винтов, это могло привести к ротации тела позвонка, и, более вероятно, винт прорезался бы. Другая форма динамизации связана с допущением осевой усадки.  В этой конфигурации у винтов есть возможность смещаться вдоль оси пластины на незначительное расстояние. Такая конфигурация может допустить понижение высоты трансплантата, минимизируя риск прорезывания винта.