在讨论脊柱置人物应用的过程中,牛顿第三定律作为基本力学定律之一会被经常用到,它可以表述为:两个物体之间的作用力和反作用力，总是同时在同一条直线上，大小相等,方向相反。放置置人物时,整体系统内没有相对运动,作用于脊柱的力成对出现,合力为零。脊柱置入物不可能处在绝对的中立位状态下,因为人体一日处于站立位,置人物定会受到某些力的作用而脱离原本的中立状态。根据置人物所处位置或固定方式不同，其受力状态也会有所不同，可能处在分担负荷状态或是应力遮蔽状态。因此,手术中置人物的选择至少需要考虑以下几个方面,脊柱丰术的部位、融合的部位(腹侧、背侧)、生理鱼荷下脊柱作用干置人物的力。在脊柱内固定物实际应用过程中,置人物会通过下列一种或多种基本生物力学机制将应力施加至脊柱:单纯撑开、三点弯曲、张力带固定及悬臂技术,悬臂技术又可进一步分为固定力臂悬臂、非固定力臂悬臂、应用力臂悬臂。通常情况下,即使最简单的置人物都会涉及以上多种力学原理。例如,常见的前路钉板固定,可能会应用到悬臂技术、单纯撑开、张力带固定或三点弯曲原理(图2-10)。
A.腹侧的颈椎固定力臂悬梁臂固定;B.通过单纯撑开原理,可对抗轴向压力(箭头所示);C.通过张力带固定原理,可对抗颈椎过伸(弯曲箭头所示);D.若在中点增加一处固定,通过三点弯曲原理(箭头所示),亦可对抗水平位移
以上这种前路钉板固定方式常会应用于颈椎。因其处于瞬时旋转轴(IAR)的腹侧,可以起到使颈椎后伸的作用,同时还会承担脊柱的轴向负荷。在腹侧钉板系统的实际应用中,应尽量避免在脊柱被拉伸的状态下放置(图2-11)。
图2-11（A.脊柱被拉伸状态下放置钉板。此情况应尽量避免。因为这样会导致钉板系统承担更大的轴向负荷，产生应力遮蔽的同时,钉板交界处也更容易断裂。B.脊柱被压缩状态下放置钉板。此做法可使脊柱自身结构(组织被压缩后产生的反弹力)分担部分轴向负荷,因此钉板需承担的负荷变小）
因为这样会导致钉板系统承担更大的轴向负荷,产生应力遮蔽的同时,钉板交界处也更容易断裂。而若在脊柱被压缩的状态下放置钉板,则可使脊柱自身结构(组织被压缩后产生的反弹力)分担部分轴向负荷,因此钉板需承担的负荷会变小。可以想象,若放置钉板时脊柱本身的轴向压缩力足够大(等于钉板上方躯干的总重量),那么人体静止站立时钉板将不承担任何轴向压力。下面将逐个介绍前文提到的六种力学原理。
(二)单纯撑开(simple distraction)单纯撑开被用于重建椎体高度时十分有效。它既可以应用于腹侧也可以应用于背侧,撑开力的方向垂直于IAR(图 2-12),故可产生弯矩,造成旋转运动。当撑开位于IAR 腹侧时,可造成脊柱伸展。而位于IAR 背侧的撑开可造成脊柱屈曲(图2-13)。撑开恰好应用于IAR上时,则仅会起到承担轴向负荷的作用而不会产生弯矩并引发脊柱旋转。然而实际应用过程中,放置于腰椎IAR背侧比较少见,因为其仅有促进脊柱后凸的作用,临床意义较小。单纯撑开常可以与三点弯曲器械联合应用,中央腹侧的固定用作支撑点。(三)三点弯曲(three-point bending)三点弯曲固定由两端的端点及中间的支点组成,支点力的方向与两个端点的力方向相反。大小相等(图2-14)。临床上此原理常用于椎体的减压或矢状位脊柱畸形的矫正。日常生活中常可见到应用三点弯曲的例子,比如跳水时的跳板(图2-15)，一端通过向下的力作为支持，另一端同时承担人体向下的重力，而中间的支撑点给予跳板向上的支撑。应用三点弯曲原理进行脊柱后路内固定时，支点常选取在需要减压的椎体背侧以达到最佳效果。实际手术操作过程中，为使支点能够处在上述最佳位置,可以弯曲棒使其与人体良好贴合,或在棒的支撑点位置放置套管以增加其外径。另外,若理论最佳支撑点因受伤较重无法用作支撑时，可选取其上方及下方分别作为支点,形成由两个支点组成的四点弯曲固定,其效果与三点弯曲固定相近。但三点弯曲仍有其不足之处。1、将棒弯曲到话当的形状十分困难；2、多次调整弯曲棒会产生金属疲劳最终导致棒更易损坏；3、圆柱体的棒会在与钩的连接处出现不可避免的旋转,导致弯曲偏离原有的矢状面。临床上，三点弯曲常与单纯撑开固定同时应用。此两者独立于彼此,分别作用于脊柱(图 2-16)。来源：《简明脊柱内固定图谱》 第二版 菅凤增 主编 陈赞，吴浩，李维斯，王兴文 副主编，P21-P24
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