1背景腰椎退行性病变往往需要手术治疗；手术方法常采用后路减压、椎弓根螺钉固定、间盘切除椎间植骨融合。以往对于脊柱内固定器械的生物力学评价多以模拟脊柱骨折脱位以固定器进行固定，在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、压缩、扭转工况下施加载荷或扭矩，以位移或扭转角的大小来进行稳定性评价。模拟腰椎退变后路椎弓根螺钉固定椎间分别以三种椎间融合器融合的应力遮挡效应等实验研究未见报道。2目的模拟腰椎4、5退变后路椎弓根螺钉固定椎间以三种椎间融合器融合后以应变电测量技术和原理、流变特性为基础理论和电子显微镜、图像分析技术等进行应力遮挡效应、内固定器固定部位松质骨密度、骨组织形态计量学指标测量和骨组织形态观察。对三种融合器的融合效果进行系统的、客观的评价。为临床腰椎退变选择合理的术式、合适的固定器械，为新型内固定器械的设计、研制提供生物力学基础。3方法3.1标本分组30个猪胸12-骶1标本随机分为模拟腰4、5退变后路椎弓根螺钉固定椎间植骨组、植骨笼组、植钛网组，每组10个标本。3.2各组标本应力遮挡效应应变电测量方法首先对内固定前各组标本进行应变电测量，分别在各组标本椎弓根螺钉固定螺钉孔边缘部位粘贴电阻应变片，在电子万能试验机上模拟人的生理功能在压缩、前屈、后伸、左侧弯、右侧弯载荷作用下进行静态应变电测量，通过动静态电阻应变仪测量各测点的应变值，以单向虎克定律计算各测点的应力值。内固定前各组标本应变电测量完成后，待标本恢复24小时后，去除标本上的应变片；复制腰4、5退变后路椎弓根螺钉固定、椎间分别植骨、植骨笼、植钛网模型；之后在各组标本椎弓根螺钉螺钉孔边缘部位（与标本内固定前粘贴位置相同）粘贴电阻应变片，在电子万能试验机上模拟人的生理功能在压缩、前屈、后伸、左侧弯、右侧弯载荷作用下进行静态应变电测量，通过动静态电阻应变仪测量各测点的应变值，以单向虎克定律计算各测点的应力值。3.3骨密度测量方法骨密度测量标本为做完应变电测量实验后的标本。取各组标本固定部位边缘的腰椎松质骨在美国产Norlarid公司XR-600双能X射线骨密度仪上进行骨密度测量。3.4骨组织学观察方法取做完应变电测量实验后的各组标本，在固定部位边缘同一部位松质骨取样，进行固定，脱水、不脱钙，硬组织处理，以切片机沿椎体松质骨纵向切片，厚度为8μm，不染色，以德国蔡司公司生产的扫描电子显微镜进行组织学观察。3.5骨组织形态计量参数测量方法取做完应变电测量实验后的各组标本，在固定部位边缘同一部位松质骨试样，对试样进行固定、脱钙、包埋之后以切片机切片厚度为5μm，以图像分析系统测量骨小梁表面周长、骨小梁面积、骨量、骨小梁厚度、骨小梁分离度。4结果4.1各组标本应变电测量结果表明：内固定后植骨组标本在压缩、前屈、后伸、左侧弯、右侧弯载荷作用下各测点的应变和应力均大于植骨笼组和植钛网组，差异显著（P<0.05）。内固定后植骨笼组标本在压缩、前屈、后伸、左侧弯、右侧弯载荷作用下各测点的应变和应力均大于植钛网组，差异显著（P<0.05）。4.2各组骨密度测量结果表明：非固定部位松质骨骨密度大于植钛网组、植骨笼组、植骨组，差异显著（P<0.05）；植钛网组骨密度大于植骨笼组和植骨组，差异显著（P<0.05）；植骨笼组骨密度大于植骨组，差异显著（P<0.05）。4.3各组松质骨骨组织学观察结果表明：非固定部位对照组松质骨骨小梁细密，纤维结构排列整齐；植钛网组1号测点边缘部位松质骨骨小梁变细、纤维结构排列有一定程度紊乱；植骨笼组1号测点边缘部位松质骨骨小梁多数变细、纤维结构排列紊乱；植骨组1号测点边缘部位松质骨骨小梁大多数变细，纤维结构排列更加紊乱、局部地方有空隙。4.4骨组织形态计量参数测量结果表明：非固定部位对照组骨小梁表面周长、骨小梁面积、骨量、骨小梁厚度、骨小梁分离度分别与植钛网组、植骨笼组、植骨组骨小梁表面周长、骨小梁面积、骨量、骨小梁厚度、骨小梁分离度配对t检验，有统计学意义（P<0.05）。植钛网组骨小梁表面周长、骨小梁面积、骨量、骨小梁厚度、骨小梁分离度分别与植骨笼组、植骨组骨小梁周长、骨小梁面积、骨量、骨小梁厚度、骨小梁分离度配对t检验，有统计学意义（P<0.05）。植骨笼组骨小梁周长、骨小梁面积、骨量、骨小梁厚度、骨小梁分离度与植骨组骨小梁周长、骨小梁面积、骨量、骨小梁厚度、骨小梁分离度配对t检验，有统计学意义（P<0.05）。5结论综合分析各组标本应变电测量结果、骨密度、骨组织形态观察结果、骨组织形态计量参数，可以得出以下结论：5.1应变电测量结果表明：植钛网组植入物边缘5、6号测点和螺钉孔边缘部位1、2、3、4号测点在压缩、前屈、后伸、左侧弯、右侧弯受力状态下应变和应力小于植骨笼组和植骨组，有统计学意义，说明植钛网组应力遮挡效应最低。植骨笼组植入物边缘5、6号测点和螺钉孔边缘1、2、3、4号测点的应变和应力小于植骨组，有统计学意义，说明植骨笼组应力遮挡效应小于植骨组。椎间植钛网、植骨笼、植骨在外力作用下具有不同的应力遮挡效应。5.2腰4、5植钛网融合组植入物边缘松质骨的骨密度大于植骨笼组和植骨组，有统计学意义，说明植钛网组在外力作用下，植入物边缘的松质骨的损伤小。5.3植钛网组骨小梁周长、骨小梁面积、骨量、骨小梁厚度大于植骨笼组和植骨组，骨小梁分离度小于植骨笼组和植骨组，有统计学意义；说明植入不同的融合器对植入物边缘松质骨损伤程度不同，植钛网组损伤最小。5.4植钛网组在外力作用下，螺钉孔边缘松质骨显微结构改变程度比植骨笼组、植骨组轻。5.5植入物边缘松质骨的骨密度和应力遮挡效应基本呈负相关，即骨密度越大，应力遮挡效应越低。5.6植入物边缘松质骨骨小梁周长、骨小梁面积、骨量、骨小梁厚度和植入物植入后应力遮挡效应基本呈正相关关系，骨小梁分离度和植入物植入后的应力集中和应力遮挡效应基本呈负相关关系。5.7腰4、5退变后路椎弓根螺钉固定椎间植钛网融合在外力作用下，具有应力集中小和应力遮挡效应小的固定效果。