Pedicle Screws Provide Superior Fatigue Resistance compared with lateral mass Screws in the subaxial cervical spine: A Paired Cadaveric Study
進行性の周期的な頭尾方向へのトグル疲労試験を用いたペアでの遺体を用いた研究において、頸椎下部における頸椎椎弓根スクリューは、側塊スクリューと比較して、疲労耐性、最大荷重容量、および剛性が有意に優れていることが示された。
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人間の脊椎は工学的な驚異であり、頭の重さを支えながら、周囲を見渡したり、頷いたり、傾けたりすることを可能にする柔軟な柱である。疾患や損傷によって頸椎の下部に問題が生じた際、外科医はしばしば金属製のスクリューとロッドを用いてその領域を安定させる必要がある。これらのスクリューを固定するためには、日常生活における絶え間ない微細な動きに耐えられるよう、骨をしっかりと掴んでおかなければならない。数十年にわたり、標準的な手法は、椎体の側方にある「側塊（lateral mass）」と呼ばれる骨のブロックにスクリューを埋め込むことであった。しかし、これらのスクлоューは骨の外殻にしかかかっていない。もう一つの代替法は、椎弓根（pedicle）という狭い骨の橋を通り、椎体の本体深部へとスクリューを打ち込む方法である。この経路は、より長いグリップと、より強固な内部の骨との接触をもたらすが、技術的にはより高度な習熟を要する。外科医にとっての重要な問いは、単にスクリューが適合するかどうかではなく、患者が動く中でそのスクリューが時間の経過とともに持ち堪えるのか、あるいは生活の中の繰り返されるストレスの下で徐々に緩み、失敗してしまうのかということである。
ゲッティンゲン大学医療センターの研究チームは、これら2つの手法を並べて比較検証することで、この問いに答えるべく研究に着手した。彼らはコンピュータモデルや、スクリューを真っ直ぐ引き抜くのにどれほどの力が必要かを測る単純な牽引テストには頼らなかった。代わりに、生体内で行われるような反復的な揺動運動に対して、スクリューがどのように耐えうるかを調べたかったのである。彼らは、第3頸椎から第7頸椎までの範囲のヒトドナーから得られた10個の椎体を用意し、試験の準備を行った。巧妙な設計として、各椎体がそれ自体で対照（コントロール）となるようにした。すなわち、片側には側塊にスクリューを挿入し、反対側には椎弓根スクリューを配置したのである。これにより、結果の違いが個々の骨の質の差によるものではなく、スクリューの種類によるものであることが保証された。
研究者たちは、これらの椎体を、各スクリューの頭部にリズムを刻むような上下の揺動力を加えることができる機械に取り付けた。彼らは非常に軽い負荷から開始し、緩みにつながるストレスの段階的な蓄積を模倣するように、サイクルごとに負荷をわずかに増加させていった。テストは、スクリューが元の位置から5ミリメートル移動した時点で継続し、研究者たちはこれを「失敗」と定義した。この手法により、スクリューが破壊されるまでにどの程度の力を耐え、何サイクルの動きに耐えたかを正確に測定することが可能となった。
結果は明白かつ一貫していた。椎弓根スクリューは、あらゆるケースにおいて側塊スクリューよりも有意に強力であることが証明された。平均して、側塊スクリューが166.4ニュートンで破綻したのに対し、椎弓根スクリューは最大252.4ニュートンの力に耐えた。耐久性の面では、側塊スクリューが失敗に至るまでに平均1,636サイクルの揺動を経験したのに対し、椎弓根スクリューは平均2,573サイクルを生き延びた。これは、椎弓根スクリューが緩む前に、約57パーセントも多くの動きに耐えたことを意味する。さらに、椎弓根スクリューはテストを通じてより高い剛性を維持し、対となるスクリューよりも揺れに対する抵抗力が強かった。テストされたすべての椎体において、椎弓根スクリューは側塊スクリューを上回る性能を示した。
また、研究では骨密度が結果にどのように影響したかについても調査が行われた。研究者たちは、椎弓根スクリューの優位性は骨密度が低い骨において最も顕著であったことを見出したものの、この観察は少数のサンプルに基づいたものであり、さらなる調査が必要であると注意を促した。主要な結論は、これら特定の試験条件下における椎弓根スクリューの機械的な優位性である。著者らは、この手法には明らかな機械的利点がある一方で、リスクがないわけではないとも述べている。椎弓根を通る経路は狭く、重要な神経や血管に近い。そのため、精密な外科的技術と慎重な計画が必要となる。したがって、本研究の結果は、外科医が安全に椎弓根を通してスクリューを配置できるのであれば、そうすることが不安定な頸椎を持つ患者に対して、より耐久性の高い固定を提供し、身体の絶え間ない動きに対するより強いアンカーとなり得ることを示唆している。
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