頸椎前路鈦網(wǎng)鋼板內(nèi)固定及自體髂骨植骨在不同頸椎節(jié)段中的生物力學(xué)研究

1、1076ChineseJReparativeandReconstructiveSurgery,2006,Vol20(11)頸椎前路鈦網(wǎng)鋼板內(nèi)固定及自體髂骨植骨在不同頸椎節(jié)段中的生物力學(xué)研究趙筑川1曹永飛1#彭智1張美心1陳孟詩(shī)2【摘要】目的采用頸椎前路鈦網(wǎng)鋼板及自體髂骨植骨對(duì)不同頸椎節(jié)段進(jìn)行內(nèi)固定,分析其生物力學(xué)改變。方法取自愿捐贈(zèng)的6具新鮮尸體C37標(biāo)本,C5、C5、6及C46椎體次全切除后,分別行髂骨植骨和鈦網(wǎng)前路鋼板內(nèi)固定術(shù),測(cè)量各節(jié)段的前屈、后伸、左、右側(cè)彎及左、右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變化,以完整標(biāo)本作為對(duì)照組。結(jié)果自體髂骨的植入使失穩(wěn)頸椎的穩(wěn)定性提高,其側(cè)彎、屈伸運(yùn)動(dòng)度減少,與對(duì)照組比較,差異有

2、統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0105),但抗旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)減少不明顯(P>0105)。不同頸椎節(jié)段開(kāi)槽減壓椎間撐開(kāi)鈦網(wǎng)前路鋼板內(nèi)固定狀態(tài)下,手術(shù)節(jié)段的即刻穩(wěn)定性比對(duì)照組及撐開(kāi)植骨狀態(tài)增加(P<0105)。結(jié)論頸椎前路椎體次全切除之后,植骨僅能部分改善其穩(wěn)定性,但應(yīng)用頸椎前路鈦網(wǎng)鋼板內(nèi)固定可明顯增強(qiáng)頸椎的穩(wěn)定性,也較完整頸椎運(yùn)動(dòng)功能單位穩(wěn)定?！娟P(guān)鍵詞】頸椎脊柱融合鈦網(wǎng)生物力學(xué)中圖分類(lèi)號(hào):R681.5R687.32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ABIOMECHANICALEVALUATIONTITANIUMMESHWITHANTERIORPLATEFIXATIONORILIUMAUTOGRAFTINANTERIOR

3、CERVICALDECOMPRESSION ZHAOZhuchuan,CAOYongfei,PENGZhi,etal.DepartmentofOrthopaedics,thePeoplesHospitalofGuizhouProvince,GuiyangGuizhou,550002,P.R.ChinaCorrespondingauthor:ZHAOZhuchuan,E2mail:lilima46【Abstract】ObjectiveToevaluatethebiomechanicalcharacteristicsoftitaniummeshwithanteriorplatefixationor

4、iliumautograftinanteriorcervicaldecompression.MethodsSixfreshcervicalspinespecimens(C327)ofyoungcadaverwereusedinthebiomechanicaltest.AfterC5,C5,6andC426weregivenvertebrectomy,iliumautograftandtitaniummeshwithanteriorplatefixationwereperformed.Theirstabilitiesofflexion,bilateralaxialrotation,thelate

5、ralbendingandtheextensionweretested.Intactcervicalspinespecimensservedascontrolgroup.ResultsIliumautograftimprovedthestabilityoftheunstablecervicalvertebraeanddecreasedtheflexion,thelateralbendingortheextension,showingasignificantdifferencewhencomparedwithcontrolgroup(P<0.05).Whereas,axialrotatio

6、nalmotionwasdecreasedinsignificantly(P>0.05).Titaniummeshwithanteriorplatefixationimprovedthestabilityoftheunstablespineanddecreasedtheflexion,thebilateralaxialrotation,thelateralbendingortheextension,showingasignificantdifferencewhencomparedwithcontrolgroup(P<0.05).ConclusionThevertebrectomya

7、ndanteriorcervicalfusionbyiliumautograftwastheleaststableconstructofallmodestested,andthetitaniummeshimplantationisstablerthantheintactcervicalsample.【Keywords】CervicalvertebraeSpinalfusionTitaniummeshBiomechanics近年來(lái),頸椎椎體次全切除減壓鈦網(wǎng)植入內(nèi)固定廣泛應(yīng)用于臨床,其優(yōu)點(diǎn)已被認(rèn)可。我們對(duì)頸椎不同節(jié)段植入鈦網(wǎng)輔助前路帶鎖鋼板或自體髂骨進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)測(cè)試,以探討頸椎鈦網(wǎng)內(nèi)植物在不同節(jié)段

8、頸椎重建中的穩(wěn)定性及其對(duì)頸椎重建穩(wěn)定性的影響,為臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。1材料與方法1.1實(shí)驗(yàn)材料作者單位:1貴州省人民醫(yī)院骨科(貴陽(yáng),550002);2四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院力學(xué)系#現(xiàn)在內(nèi)蒙古醫(yī)院骨科通訊作者:趙筑川,主任醫(yī)師,研究方向:脊柱外科,E2mail:lilima46頸椎鈦網(wǎng)及前路鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)(MedtronicSofamorDanek公司,美國(guó))由商業(yè)純鈦制成,呈中空?qǐng)A筒狀或橢圓形,鈦網(wǎng)周壁多孔,便于操作和植入。根據(jù)減壓槽大小將鈦網(wǎng)任意截取。前路鋼板為Orion鋼板,厚度215mm,最大寬度1710mm,鋼板在縱向及橫向有預(yù)定彎曲,長(zhǎng)度范圍221511010mm,螺釘直徑有兩種:

9、4100mm及4135mm。鋼板同一端的2枚椎體螺釘共用1枚鎖緊螺釘。實(shí)驗(yàn)共用6具自愿捐贈(zèng)的新鮮青壯年男性尸體,年齡2538歲,平均31歲。均于急性顱腦傷死亡后14h取C37骨骼韌帶標(biāo)本及自體髂骨,攝X線(xiàn)片證實(shí)頸椎無(wú)損傷及退行性變。剔除肌肉,僅保留韌帶、椎間盤(pán)和骨結(jié)構(gòu),完整保存于-20冰柜備用。實(shí)驗(yàn)前8h常中國(guó)修復(fù)重建外科雜志2006年第20卷第11期1077溫自然解凍,小心剔除椎骨周?chē)街∪?保留椎間各韌帶及關(guān)節(jié)囊,共獲得6個(gè)頸椎功能單位(functionalspinalunit,FSU)。1.2主要設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)由四川大學(xué)生物力學(xué)研究所提供,包括脊柱三維運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)、攝像機(jī)、監(jiān)視器、計(jì)算機(jī)圖

10、像采集、處理系統(tǒng)等。AMPV2ID高精度測(cè)量顯示儀(成都新浦傳感器有限公司)。通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)立體視覺(jué)模式,將兩個(gè)互成角度的攝像機(jī)鏡頭所攝入的椎骨“L”形標(biāo)尺經(jīng)圖像處理系統(tǒng)處理,確定三維坐標(biāo),再用鋼體運(yùn)動(dòng)原理計(jì)算出椎體的運(yùn)動(dòng)情況。1.3手術(shù)方法前路C5椎體次全切除減壓自體髂骨植入融合后,切開(kāi)前縱韌帶,環(huán)鋸取骨,顯露C4和C6上、下終板,椎間撐開(kāi)23mm,植入修整好的髂骨及鈦網(wǎng)加前路鋼板分別進(jìn)行測(cè)試。待第1次測(cè)試結(jié)束后行C5、6椎體次全切除,分別植入不同的內(nèi)植物進(jìn)行第2次測(cè)試;結(jié)束后行C46椎體次全切除,分別植入不同的內(nèi)植物進(jìn)行第3次測(cè)試。以完整標(biāo)本作為對(duì)照組。1.4力學(xué)測(cè)試將準(zhǔn)備的FSU試件固定

11、于測(cè)試儀上通過(guò)偏心加載產(chǎn)生純力距,進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)測(cè)試。加載2卸載循環(huán)3次,第3次加載后測(cè)量,將C37每一椎體前方中部及左側(cè)橫突上各插入一直徑1.5mm,長(zhǎng)3010mm鋼針,作為運(yùn)動(dòng)角度變化標(biāo)志,前屈和后伸運(yùn)動(dòng)以椎體標(biāo)志角度變化表示,側(cè)彎和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以橫突標(biāo)志角度變化表示,用附著式量角器顯示三維運(yùn)動(dòng)角度變化。分別作前屈、后伸、側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的加載,選用015、110、115和210Nm四種載荷進(jìn)行加載(載荷條件設(shè)為軸向壓力150N,載荷力距2Nm),記錄相應(yīng)椎體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)度以及前曲、后伸、左、右側(cè)彎及左、右旋轉(zhuǎn)的角位移。測(cè)試過(guò)程在6h內(nèi)完成,保持標(biāo)本100%濕度,控制室溫在37。1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

12、采用SPSS1210統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,組間比較采用單因素方差分析,兩兩比較采用SNK法,P值<0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。2結(jié)果各狀態(tài)各標(biāo)本在測(cè)定過(guò)程中均無(wú)植骨塊及鈦網(wǎng)脫出或移位,檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表13。6椎體開(kāi)槽6及C4C5、C5、植骨后各節(jié)段的運(yùn)動(dòng)范圍與正常狀態(tài)相比,后伸運(yùn)動(dòng)范圍增大,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);前屈及左、右側(cè)彎運(yùn)動(dòng)范圍減小,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0105);左、右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)范圍變化不大,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0105)。6椎體開(kāi)槽鈦網(wǎng)加前路鋼板內(nèi)固6及C4C5、C5、定后各節(jié)段的運(yùn)動(dòng)范圍與正常狀態(tài)相比,前屈、后伸、左、右

13、側(cè)彎及左、右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)范圍均減小,差異有,Tab.1RangeofmotioncomparisonofC4-6aftervertebrectomyofC5(n=6,°x±s)表1C5椎體切除C46節(jié)段在不同狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)范圍(n=6,°,x±s)組別Group前屈Flexion17.80±0.639.98±0.606.23±0.383后伸Extension10.00±0.4014.22±0.296.35±0.323左側(cè)彎右側(cè)彎左旋轉(zhuǎn)右旋轉(zhuǎn)Rightaxialrotation10.25±0.

14、749.53±0.412.62±0.373LeftlateralbendingRightlateralbendingLeftaxialrotation14.18±0.809.02±0.554.38±0.31314.53±0.7010.10±0.764.28±0.3839.90±0.249.93±0.222.51±0.383對(duì)照組Controlgroup自體髂骨組Iliumautograftgroup鈦網(wǎng)鋼板組Titaniummeshgroup與對(duì)照組比較P值<0.05,3與自體髂

15、骨組比較P值<0.05Comparedwithcontrolgroup,P<0.05;3comparedwithiliumautograftgroup,P<0.05.2RangeofmotioncomparisonofC4-7aftervertebrectomyofC5,6(n=6,°,Tabx±s)表2C5、,x±s)6椎體切除C47節(jié)段在不同狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)范圍(n=6,°組別Group前屈Flexion23.72±0.6413.07±0.629.30±0.303后伸Extension12.95±

16、0.7320.53±0.798.43±0.293左側(cè)彎右側(cè)彎左旋轉(zhuǎn)右旋轉(zhuǎn)Rightaxialrotation13.15±0.6213.30±0.614.24±0.243LeftlateralbendingRightlateralbendingLeftaxialrotation19.18±1.1214.73±0.806.25±0.42319.68±0.7315.19±0.436.15±0.30312.78±0.4913.19±0.604.34±0.313對(duì)照

17、組Controlgroup自體髂骨組Iliumautograftgroup鈦網(wǎng)鋼板組Titaniummeshgroup與對(duì)照組比較P值<0.05,3與自體髂骨組比較P值<0.05Comparedwithcontrolgroup,P<0.05;3comparedwithiliumautograftgroup,P<0.051078ChineseJReparativeandReconstructiveSurgery,2006,Vol20(11)表3C46椎體切除C37節(jié)段在不同狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)范圍(n=6,°,x±s).3Rangeofmotioncompar

18、isonofC3-7aftervertebrectomyofC4-6(n=6,°,Tabx±s)組別Group前屈Flexion28.54±0.6816.76±0.5216.64±0.92后伸Extension17.13±1.0223.84±1.4811.14±0.723左側(cè)彎右側(cè)彎左旋轉(zhuǎn)右旋轉(zhuǎn)Rightaxialrotation16.27±0.8515.23±0.818.29±0.343LeftlateralbendingRightlateralbendingLeftaxialrot

19、ation24.32±0.6219.49±0.748.24±0.53323.09±0.9919.39±0.938.10±0.39316.30±0.7515.55±0.448.75±0.373對(duì)照組Controlgroup自體髂骨組Iliumautograftgroup鈦網(wǎng)鋼板組Titaniummeshgroup與對(duì)照組比較P值<0.05,3與自體髂骨組比較P值<0.05Comparedwithcontrolgroup,P<0.05;3comparedwithiliumautograftg

20、roup,P<0.05統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0105)。C5、6及C46椎體開(kāi)槽鈦網(wǎng)C5、加前路鋼板內(nèi)固定后各節(jié)段的運(yùn)動(dòng)范圍與開(kāi)槽植骨相比,除C46節(jié)段前屈運(yùn)動(dòng)范圍變化不大,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0105)外,前屈、后伸、左、右側(cè)彎及左、右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)范圍均減小,且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0105)。3討論3.1前路固定的生物力學(xué)基礎(chǔ)高度,使鈦網(wǎng)兩側(cè)的鋸齒在牽引松弛后能緊緊地嵌入上下椎體骨質(zhì)內(nèi)不異?；顒?dòng),能顯著增加器械抗旋轉(zhuǎn)作用。馮敬等8在25例患者中使用鈦網(wǎng)前路鋼板,椎間高度維持良好,雖有少數(shù)螺釘位置不理想或螺釘松動(dòng),但并未出現(xiàn)椎間塌陷或椎間高度丟失。鈦網(wǎng)中植入自體減壓椎體松質(zhì)骨

21、,含有成骨細(xì)胞和具有誘導(dǎo)成骨作用的骨形成蛋白以及無(wú)免疫排斥反應(yīng),成為頸椎前路植骨的金標(biāo)準(zhǔn)。在多節(jié)段頸椎前路手術(shù)中,如果自體骨缺乏,可加入一定的同種異體骨,也含有骨形成蛋白。骨形成蛋白是唯一具有異體骨誘導(dǎo)作用的生長(zhǎng)因子,可以促進(jìn)骨折愈合或骨缺損修復(fù),并促進(jìn)植骨融合。也可加入異種無(wú)機(jī)骨復(fù)合自體骨髓作為移植材料9。徐育林等10對(duì)14例脊髓型頸椎疾病患者使用填滿(mǎn)松質(zhì)骨的鈦網(wǎng)融合器行椎體間植骨加鈦網(wǎng)無(wú)Orion鈦網(wǎng)鋼板固定進(jìn)行聯(lián)合治療,術(shù)后螺釘、滑動(dòng)、松動(dòng),植骨均已融合,療效滿(mǎn)意。馮敬等8對(duì)25例患者使用鈦網(wǎng)并前路鋼板,在1521周后獲得牢固骨性融合;另2例未使用鈦網(wǎng),椎間高度有不同程度塌陷,加用頜胸石

22、膏外固定4個(gè)月后獲骨性融合。頸椎前路鋼板內(nèi)固定系統(tǒng)可明顯增強(qiáng)頸椎的穩(wěn)定性,并使植骨融合率得到提高,在頸部伸展時(shí)鋼板可起到張力帶作用,使通過(guò)界面的張力被吸收,而頸部屈曲時(shí)鋼板起到支撐作用,能較好維持椎體高度及其生理前曲11。而目前應(yīng)用的鋼板具有內(nèi)在鎖定裝置,固定后使鋼板、螺釘、椎體及植骨塊牢固連成一體,從而使固定的節(jié)段達(dá)到內(nèi)在穩(wěn)定,有利于植骨融合。固定螺釘不需穿過(guò)椎體后緣而達(dá)皮質(zhì)骨,能避免損傷脊髓的危險(xiǎn),螺釘和鋼板的鎖定又減少了螺釘松動(dòng)、滑脫等并發(fā)癥。國(guó)外報(bào)道頸椎前路鋼板固定系統(tǒng)抗后伸作用佳,抗旋轉(zhuǎn)及抗前屈能力差12,13。柏傳毅等14研究表明,頸椎前路鋼板抗扭轉(zhuǎn)作用不強(qiáng),但具有抗前屈、后伸及抗

23、側(cè)彎等作用。我們的研究表明,鈦網(wǎng)能顯著增加器械抗前曲、側(cè)彎、后伸及抗旋轉(zhuǎn)作用,將鈦網(wǎng)及鋼板的生物力學(xué)優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合為一體。從脊柱生物力學(xué)角度,椎體主要支撐壓縮載荷,脊柱前中柱是脊柱的主要承重區(qū),而脊柱各運(yùn)動(dòng)中心位于椎間盤(pán)內(nèi),越接近運(yùn)動(dòng)中心,其質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)范圍越小,所以在接近運(yùn)動(dòng)中心固定和植骨利于骨愈合。前路內(nèi)固定器械在生物力學(xué)上正好固定在運(yùn)動(dòng)節(jié)段的負(fù)重區(qū),為植骨融合和畸形矯正創(chuàng)造了有利條件。因此,前路內(nèi)固定直接作用于脊柱前柱、中柱,可以起到良好的固定作用。3.2頸椎前路穩(wěn)定性的重建生物力學(xué)研究報(bào)道頸椎標(biāo)本在三維運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中,C5、C4、5椎間盤(pán)始終處于最大壓力值狀態(tài)6椎間盤(pán)次1之,C3、。我們采用生

24、物力學(xué)方法研究切除4椎間盤(pán)再次上述13個(gè)頸椎椎體對(duì)頸椎穩(wěn)定性的影響,以及使用植骨及鈦網(wǎng)內(nèi)固定后對(duì)恢復(fù)頸椎穩(wěn)定性的作用,為臨床選擇治療方案提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。鈦網(wǎng)具有良好的結(jié)構(gòu)性支撐和界面穩(wěn)定作用。鈦網(wǎng)植入時(shí),適當(dāng)牽開(kāi)頸椎,依靠其本身的撐開(kāi)力可使椎間盤(pán)纖維環(huán)及前、后縱韌帶處于緊張狀態(tài),增大椎管前、后徑及椎間孔的容量,解除神經(jīng)根壓迫2,3,后者有助于穩(wěn)固鈦網(wǎng),即所謂的“撐開(kāi)2壓迫張力帶效應(yīng)4”,植入后網(wǎng)籠和相應(yīng)椎體能充分接觸,并得到固定,使頸椎獲得即刻穩(wěn)定5。Lu等6發(fā)現(xiàn)椎間隙高度下降3mm,相應(yīng)的神經(jīng)根管面積縮小32%45%。因此,植骨塊高度較椎間隙高23mm為最佳選擇。賈連順等7認(rèn)為,為了維持椎間高

25、度,植骨塊應(yīng)大于所需植骨間隙2mm,以避免在骨性融合時(shí)前柱高度丟失。我們實(shí)驗(yàn)在不同節(jié)段撐開(kāi)不同中國(guó)修復(fù)重建外科雜志2006年第20卷第11期1079discspacenarrowingandsizeofintervertebralforamina.ClinOrthopRelatRes,2000,(370):2592264.789我們實(shí)驗(yàn)采用新鮮尸體頸椎標(biāo)本作為實(shí)驗(yàn)材料,前路植骨和鈦網(wǎng)鋼板內(nèi)固定均在同一標(biāo)本相同節(jié)段進(jìn)行,保證了結(jié)果的可比性,減少了人為因素造成的誤差。但實(shí)驗(yàn)在離體情況下進(jìn)行,與活體尚有差別,不能完全代表臨床。綜上述,頸椎前路椎體次全切除后,尤其是多節(jié)段頸椎椎體次全切除,將加重頸椎的

26、不穩(wěn)定,增加頸椎的異?；顒?dòng)范圍,植骨僅能部分改善其穩(wěn)定性,應(yīng)用頸椎前路鈦網(wǎng)鋼板內(nèi)固定可明顯增強(qiáng)頸椎的穩(wěn)定性。4參考文獻(xiàn)12BryanVEJr.Cervicalmotionsegmentreplacement.EurSpineJ,2002,11Suppl2:92297.KandzioraF,PflugmacherR,ScholzM,etal.Experimentalfusionofthesheepcervicalspine.PartI:Effectofcagedesignoninterbodyfusion.Chirurg,2002,73(9):9092917.3415賈連順,袁文,倪斌,等.頸椎

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