腰骶段脊柱內(nèi)固定材料及內(nèi)固定方式研究進(jìn)展*

陜西中醫(yī)學(xué)院(咸陽 712046) 崔永勝 綜述 周勁松 審校

腰骶段脊柱內(nèi)固定材料及內(nèi)固定方式研究進(jìn)展*

陜西中醫(yī)學(xué)院(咸陽 712046) 崔永勝 綜述 周勁松▲審校

目的：探討治療腰骶段疾病脊柱內(nèi)固定材料及內(nèi)固定方式。方法：收集近年來骨類損傷、缺如等疾病治療的相關(guān)文獻(xiàn)，對骨科內(nèi)固定材料、骨折后內(nèi)固定方式的最新研究進(jìn)展加以歸納，并選擇其中比較經(jīng)典和較新的內(nèi)固定材料和技術(shù)加以詳細(xì)講解，分析其各自適應(yīng)范圍和不足，以期從固定材料選擇和固定方式兩個角度，探尋腰骶段破壞、缺如等脊柱疾病的治療新思路，為改善此類疾病的手術(shù)治療提供一定的借鑒和參考。結(jié)果：從固定材料選擇和固定方式兩個角度出發(fā)，探尋了腰骶段破壞、缺如等脊柱疾病的治療新思路，為改善此類疾病的手術(shù)治療提供了借鑒和參考。結(jié)論：具有優(yōu)秀性能的復(fù)合型可生物降解醫(yī)用材料可以作為骶椎體缺如、破壞治療內(nèi)固定材料的主要選擇，堅強(qiáng)內(nèi)固定作為首選治療方式。

由于人體具有特殊的骨架中脊柱的腰骶部解剖結(jié)構(gòu),活動頻繁的腰椎與幾乎無活動度的骶椎的有機(jī)結(jié)合,可以在一定程度上具有較好的橋接作用[1,2]。當(dāng)椎間盤退變或是椎體骨質(zhì)遭到破壞后,會導(dǎo)致疼痛及相關(guān)功能障礙，嚴(yán)重影響了人們工作與生活。骶段疾病目前的治療，多遵循骨折解剖復(fù)位、保護(hù)骨折端與軟組織血液供應(yīng)、盡早進(jìn)行關(guān)節(jié)活動的堅強(qiáng)內(nèi)固定為基礎(chǔ)來進(jìn)行。堅強(qiáng)內(nèi)固定可降低肌肉萎縮、關(guān)節(jié)僵硬等術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率[3]，但術(shù)后導(dǎo)致的骨質(zhì)疏松、骨不愈合等并發(fā)癥無法避免[4]，因此，內(nèi)固定材料及選擇的具體方式是衡量治療效果的關(guān)鍵因素，但在這方面國內(nèi)外仍有一些爭議，現(xiàn)對國內(nèi)外近幾年骨破壞、缺如等疾病的內(nèi)固定材料與脊椎內(nèi)固定方式進(jìn)行綜述，以期為腰骶段脊柱疾病的治療提供一定的借鑒和參考。

1 內(nèi)固定材料選擇 金屬材料具有良好的力學(xué)性能，可進(jìn)行早期的堅強(qiáng)固定，此外該材料療效可靠，價格實惠，因此廣泛用于臨床骨科內(nèi)固定，但金屬內(nèi)固定材料彈性模量較人體致密骨高(約數(shù)十倍之多)，加上力學(xué)性能改變不顯著，容易出現(xiàn)“應(yīng)力遮擋效應(yīng)”，可導(dǎo)致骨質(zhì)疏松或自身骨退化，且由于部分金屬材質(zhì)蝕損原因[5]，金屬離子滲入組織，可能產(chǎn)生對人體一些不利的作用，故目前亟待發(fā)展具備優(yōu)良特性的金屬材料和開發(fā)性能更好的替代材料,下面對近年來使用較多的金屬材料和可替代材料進(jìn)行一定的歸納。

1.1 金屬材料

1.1.1 醫(yī)用不銹鋼：醫(yī)用不銹鋼根據(jù)組織結(jié)構(gòu)可分為:①馬氏體不銹鋼; ②沉淀硬化型不銹鋼; ③鐵素體不銹鋼; ④奧氏體不銹鋼[6]4 類。目前在臨床上常用的醫(yī)用不銹鋼材料以奧氏體不銹鋼為主[7]，此類材質(zhì)多以奧氏體不銹鋼為基礎(chǔ)加入其它元素，使材質(zhì)得到一定性能的改善[8]；另有學(xué)者嘗試用表面改性來改善不銹鋼材質(zhì)性能，如Dong等[9]通過將銅及其過飽和相位綜合到一起，得到了具備抗菌性能的不銹鋼材料，且改材質(zhì)與常規(guī)涂層相比殺菌速度和持久性均有一定提升； Lim 等[10]利用微弧氧化技術(shù)制備了含鈦電子束涂層不銹鋼材料，該材質(zhì)不僅具有較好的組織相容性，促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖與遷移以及減少有害顆粒的釋放等特點。醫(yī)不銹鋼材質(zhì)中，目前臨床應(yīng)用較多的是型號為316L、317等不銹鋼牌號的奧氏體材料[7]，由于該材料具有良好的惰性、較強(qiáng)的耐蝕性，已成為國際公認(rèn)的外科植入體首選材料。對于新型醫(yī)用材料的開發(fā)，可以從[11]：①控制成本；②提高耐腐蝕性能；③改善生物相容性三個方面來進(jìn)行。

1.1.2 鈦合金：鈦合金具有巨大的強(qiáng)度、較強(qiáng)的耐腐蝕性以及優(yōu)越的生物相容性性能，其作為一種新型醫(yī)用人體植入材料已廣泛應(yīng)用于骨科疾病的內(nèi)固定治療[12～14]。雖然醫(yī)用鈦合金的近年來的發(fā)展迅速，但是在臨床上早期的鈦-鋁-釩合金仍然是骨科手術(shù)中應(yīng)用最廣的材料[15～17]，主要原因是：新興的鈦合金在耐腐蝕性、耐磨性以及力學(xué)相容性等方面尚存在一定的問題，并且造價成本較高，最重要的是且術(shù)后長期安全性評價實驗未經(jīng)大量統(tǒng)計分析[18]。因此，研究人員需要從加強(qiáng)對鈦合金表面改性等相關(guān)處理技術(shù)方面進(jìn)行深入研究，進(jìn)而提高鈦合金的綜合性能，對鈦合金長期植入體內(nèi)的生物體安全性評價方面深入探究。

1.1.3 鉭、鈮金屬：鉭和鈮具有高熔點、強(qiáng)度大、抗磨損、耐腐蝕強(qiáng)等特殊的性質(zhì)，讓此類金屬在骨科臨床領(lǐng)域應(yīng)用材料研究方面廣受關(guān)注，其生物相容性好、孔隙率高、彈性模量與正常骨相似等特性，使其在脊柱融合、人工關(guān)節(jié)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，尤其是早期股骨頭壞死的治療方面，它取得了令人矚目的效果[19]。

1.2 可降解材料 隨著自身骨制的改變和植入時間的延長植入的骨質(zhì)材料強(qiáng)度和剛度會逐漸衰減，因此，制成高強(qiáng)度的骨內(nèi)固定材料，能實現(xiàn)骨折早期堅強(qiáng)固定，消除應(yīng)力遮擋，且無需取出等優(yōu)點[20]。以下我們從天然和合成兩個角度，來分析目前主流的醫(yī)用可降解材料。

1.2.1 天然可降解材料：源于動植物或者人體內(nèi)天然存在的大分子被稱為天然可降解高分子骨內(nèi)固定材料，例如：甲殼素，蝦殼之中較多，是一種線型多糖，由于生物相容性好、可降解、力學(xué)性能好，故常用于縫合釘、內(nèi)植骨釘?shù)炔牧蟍21]；此外，由于膠原是哺乳動物組織如骨、韌帶以及皮膚的主要成分，并且具有高抗張強(qiáng)度、彈性好等特性，被作為局部骨內(nèi)固定材料用于臨床骨科[22]。

1.2.2 合成可降解材料：隨著增強(qiáng)聚L乳酸可的產(chǎn)生以及在治療臨床骨折取得可人的效果后，吸收性骨內(nèi)固定復(fù)合材料的合成引起了廣泛關(guān)注[23]，聚磷睛高分子通過側(cè)鏈衍生化引入性能各異的有機(jī)基團(tuán)的途徑，合成范圍廣泛的骨質(zhì)材料；聚磷酸酯的成分與骨架核酸的高分子材料非常相似，易于降解生物相容性好，并且結(jié)構(gòu)修飾及功能化相對簡單，是相對比較理想的一種骨內(nèi)固定材料[24]。由于天然及合成可降解高分子材料均難以滿足骨內(nèi)固定所需的力學(xué)性能，必須借助其他材料來改變可降解高分子材料的性質(zhì)，使之達(dá)到骨內(nèi)固定所需要的性能，目前，該方法漸漸成為研究可降解骨內(nèi)固定材料的焦點[25～27]。

2 脊椎內(nèi)固定方式選擇 內(nèi)固定治療，又有融合與非融合之分，下文我們將內(nèi)固定技術(shù)分成融合、非融合內(nèi)固定兩類，對近年來出現(xiàn)的情況加以歸納。

2.1 融合內(nèi)固定

2.1.1堅強(qiáng)融合內(nèi)固定：堅強(qiáng)融合內(nèi)固定是指，采用高彈性模量等金屬材料制備而成的醫(yī)用內(nèi)固定系統(tǒng)，并且采用不同融合方法進(jìn)行脊椎內(nèi)固定的一種剛性接觸方式。該固定方式，主要包括骶髂螺釘、骶骨椎弓根螺釘、髂骨螺釘?shù)纫幌盗邢嚓P(guān)技術(shù)[28]。堅強(qiáng)融合內(nèi)固定中，椎弓根螺釘技術(shù)目前使用較廣，但由于植入物在較大的前屈負(fù)荷下易發(fā)生彎曲、斷裂和松動，沒有完全解決腰骶部的內(nèi)固定問題[29～31]；南京鼓樓醫(yī)院，曾使用Jackson骶骨棒技術(shù)用于腰骶部疾病治療，相比椎弓根螺釘技術(shù)，其內(nèi)固定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性有較大提高，提高了治療效果。

2.1.2 動態(tài)融合內(nèi)固定：目前，動態(tài)融合內(nèi)固定具有兩種形式：其中一種是由高彈性模量的金屬材質(zhì)制作而成；另一種由較低彈性模量的金屬或高分子材料制備而成。當(dāng)前，臨床應(yīng)用的動態(tài)融合固定系統(tǒng)主要有LK韌帶成形以及動力螺釘固定裝置，該系統(tǒng)用彈性材質(zhì)或微動裝置分散堅強(qiáng)內(nèi)固定負(fù)荷傳導(dǎo)的目的是減少鄰近節(jié)段的應(yīng)力聚集和應(yīng)力遮擋效應(yīng)[32，33]。

2.2 非融合內(nèi)固定 非融合技術(shù)由融合固定出現(xiàn)的一系列缺點而引發(fā)的一種動態(tài)固定理念，即保留部分脊柱節(jié)段的運動以及負(fù)荷傳遞的改變，不會對相鄰節(jié)段的運動造成太大的影響，是一種可以有效避免鄰近節(jié)段脊椎退變疾病發(fā)生的內(nèi)固定技術(shù)[34]。目前主要包括Dynesys 系統(tǒng)、FASS 系統(tǒng)、DSS 系統(tǒng)、BioFlex 系統(tǒng)等幾類[35]，以下選取近幾年骨科使用較為典型的Dynesys 系統(tǒng)加以介紹。

Dynesys 系統(tǒng)：動態(tài)中和固定系統(tǒng)(Dynamic neutralization system，Dynesys)是一種以椎弓根螺釘為基礎(chǔ)可包含彈性可屈伸裝置的后路動態(tài)固定技術(shù)，由椎弓根螺釘、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)繩索以及聚碳酸鹽氨基甲酸乙酯(PCU)間隔器三者共同組成[36]。該系統(tǒng)可在一定程度上保留術(shù)后脊柱的活動性，康復(fù)時間相對融合術(shù)較短，可有效緩解疼痛，相比固定融合有一定優(yōu)勢，但由于該系統(tǒng)要提供終身的固定作用，加上其應(yīng)用治療還不到20年，并且病例隨訪時間相對較短，因此其遠(yuǎn)期臨床療效尚待進(jìn)一步的跟蹤調(diào)查。

3 總結(jié)與展望 大量資料表明，雖然國內(nèi)外針對骨科金屬內(nèi)固定材料方面進(jìn)行了大量研究，但目前研制出的內(nèi)固定材料尚需進(jìn)一步改善。隨著人們對堅強(qiáng)固定與動態(tài)固定相結(jié)合的內(nèi)固定的治療原則的認(rèn)識的深入，研究具有良好的生物相容性、低彈性模量參數(shù)以及對骨質(zhì)損害低的優(yōu)良性能的材料，特別是具有優(yōu)秀性能的復(fù)合型可生物降解醫(yī)用材料可以作為未來骶椎體缺如、破壞治療內(nèi)固定材料的主要研究方向。盡管動態(tài)內(nèi)固定技術(shù)在短期內(nèi)獲得了令人滿意的療效，但該技術(shù)缺乏長期的隨訪、對照實驗以及精確的數(shù)據(jù)支撐，此外由于各種動態(tài)固定系統(tǒng)相關(guān)的運動學(xué)研究，尚處于初期階段，對手術(shù)技巧、手術(shù)適應(yīng)證以及遠(yuǎn)期療效等方面仍需進(jìn)一步研究。

目前，隨著計算機(jī)輔助技術(shù)和骨仿真技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外已有多數(shù)研究機(jī)構(gòu)，將骨科內(nèi)固定方式的選擇、內(nèi)固定器械的外部結(jié)構(gòu)設(shè)計與病患的對應(yīng)破損骨質(zhì)的解剖學(xué)立體模型通過計算機(jī)輔助的方式結(jié)合起來考慮，并取得相當(dāng)喜人的效果[37]。故將計算機(jī)輔助技術(shù)與腰骶段疾病治療相結(jié)合，可以作為未來此類疾病研究的一個新的亮點進(jìn)行深入探討，以期取得更好的治療效果。

[1] 張 強(qiáng), 趙秉航, 查建群, 等. 椎弓根釘棒內(nèi)固定同期前路病灶清除植骨治療腰 5 骶 1 椎體結(jié)核[J]. 廣州醫(yī)藥, 2007, 38(4): 30-32.

[2] 文 文, 佘遠(yuǎn)舉, 熊 健, 等. 重度腰骶椎創(chuàng)傷性脫位的手術(shù)治療[J]. 中國傷殘醫(yī)學(xué), 2013,21(4)：3-5.

[3] 蔡偉斌, 蔡曉虹, 胡鴻璇, 等. 新型骨折內(nèi)固定材料的生物學(xué)特性[J]. 中國組織工程研究與臨床康復(fù), 2008, 12(10): 1923-1926.

[4] 王成偉, 艾爾肯, 阿木冬, 等. 金屬植入物內(nèi)固定治療四肢骨折后的骨不連[J]. 中國組織工程研究, 2011, 15(9): 1667-1670.

[5] 艾永平, 謝世坤, 蔣 芬, 等. 可降解骨內(nèi)固定材料研究進(jìn)展[J]. 中國組織工程研究與臨床康復(fù), 2009, 12(49): 9735-9738.

[6] 張 輝，戰(zhàn)德松，孫曉菊，等． 醫(yī)用不銹鋼材料的腐蝕、磨損及其生物相容性[J]． 中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2010，14(34):6377-6380.

[7] 成翔宇,紀(jì) 斌,龐金輝. 骨折的生物學(xué)內(nèi)固定及內(nèi)固定材料性能分析[J]. 中國組織工程研究, 2012, 16(22): 4121-4124.

[8] 任伊賓, 楊 柯, 張炳春, 等. 新型醫(yī)用無鎳不銹鋼性能研究[J]. 功能材料, 2004, 35(21): 2351-2354.

[9] Dong Y，Li X，Bell T，etal． Surface microstructure and antibacterialproperty of an active-screen plasma alloyed austenitic stainless steelsurface with Cu and N[J]． Biomed Mater，2010，5(1):1- 8．

[10] Lim YW，Kwon SY，Sun DH，etal． The Otto Aufranc Award: en-hanced biocompatibility of stainless steel implants by titanium coat-ing and microarc oxidation[J]． Clin Orthop，2011，2(2): 330 - 338．

[11] 鄭小平. 骨折金屬內(nèi)固定材料的研究進(jìn)展[J]. 中國矯形外科雜志, 2012, 20(2): 149-151

[12] 王石磊，田 琰，吳洪亮，等． 鈦基置入體用生物陶瓷涂層研究進(jìn)展[J]． 生物骨科材料與臨床研究，2009，7(1): 49-52．

[13] 劉 福，吳樹建，王立強(qiáng)． 新型醫(yī)用鈦合金的特點及發(fā)展現(xiàn)狀[J]． 熱加工工藝，2008，12: 100-103．

[14] 李兆峰，黃偉九，劉 明． 人體用金屬置入材料的研究進(jìn)展[J]．重慶工學(xué)院學(xué)報，2006，5(1): 42 -46．

[15] Wu J, Liu Z, Zhao X,etal. Improved biological performance of microarc-oxidized low-modulus Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn alloy [J]. J Biomed Mater Res Part B Appl Biomater, 2010,92(2): 298-306.

[16] Gabriel S, de Almeida L, Nunes C,etal. Maximisation of the ratio of microhardness to the young's modulus of Ti-12Mo-13Nb alloythrough microstructure changes[J]. Mater Sci Eng C Mater BiolAppl, 2013,33(6): 3319-3324.

[17] 程萌旗，郭永園，陳德勝，等．新型人工關(guān)節(jié)假體材料 鈦合金i-35Nb-3Zr-2Ta 的生物相容性研究 [J]．中國矯形外科雜志，2013,24(10)：1017-1024.

[18] 謝 輝, 張玉勤, 孟增東, 等. β 鈦合金特性及其在骨科領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究進(jìn)展[J]. 生物骨科材料與臨床研究, 2013, 10(6)：657-658.

[19] Balla VK，Bodhak S，Bose S，etal． Porous tantalum structures forbone implants: fabrication，mechanical and in vitro biological prop-erties[J]． Acta Biomaterialia，2010，8(5):3349-3359．

[20] 艾永平, 謝世坤, 蔣 芬, 等. 可降解骨內(nèi)固定材料研究進(jìn)展[J]. 中國組織工程研究與臨床康復(fù), 2009, 12(49): 9735-9738.

[21] Stendel R, Danne M, Fiss I,etal. Efficacy and safety of a collagenmatrix for cranial and spinal dural reconstruction using differentfixation techniques[J]. J Neurosurg 2008，109(2):215-2212

[22] Greene AH, Bumgardner JD, Yang Y,etal. Chitosan-coated stainlesssteel screws for fixation in contaminated fractures[J]. Clin Orthop Relat Res， 2008，466(7):1699-1704.

[23] 宋文軍, 霍 靜, 孫 濤. 可生物降解材料在藥物控釋系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 醫(yī)藥導(dǎo)報, 2004, 23(2): 116-117.

[24] 蘇 保, 蔣電明. 生物可降解內(nèi)固定材料研究進(jìn)展[J]. 中國修復(fù)重建外科雜志, 2009,23(11):1388-1392.

[25] 閆廣輝, 張慶勝, 靳憲輝, 等. 經(jīng)腰椎椎弓根動態(tài)內(nèi)固定研究進(jìn)展[J]. 生物骨科材料與臨床研究, 2013, 9(6): 31-34.

[26] 劉振東, 馬夢然. 從堅強(qiáng)內(nèi)固定到生物學(xué)固定：歷史的回歸[J]. 中華創(chuàng)傷骨科雜志, 2004, 6(8): 910-912.

[27] 張文賢, 李盛華. 骨結(jié)構(gòu)的重建理念 [J]. 中國組織工程研究，2011, 15(48)：9085-9087.

[28] 張國友, 李 明. 腰-骶-骨盆固定技術(shù)及研究進(jìn)展[J]. 中國矯形外科雜志, 2012, 20(9): 823-825.

[29] 張景僚, 顧立強(qiáng), 張美超, 等. 骶髂關(guān)節(jié)脫位釘板內(nèi)固定與關(guān)節(jié)拉力螺釘內(nèi)固定兩種置入方法的三維有限元分析[J]. 中國組織工程研究，2010, 14(13)：2329-2332.

[30] 詹世強(qiáng), 王義生, 馬元琛, 等. 后路半椎體切除器械矯正內(nèi)固定治療先天性脊柱側(cè)凸[J]. 中國矯形外科雜志, 2009, 17(3): 168-171.

[31] 陳 練, 王 晨, 楊亞安, 等. CT 輔助導(dǎo)航經(jīng)皮骶髂螺釘內(nèi)固定路徑 [J]. 中國臨床解剖學(xué)雜志, 2009, 27(1): 52-55.

[32] 潘良春, 黃 彰, 江 華. 腰椎滑脫癥的治療進(jìn)展[J]. 創(chuàng)傷外科雜志, 2009, 11(3): 278-279.

[33] 李 艦, 楊述華. 棘突間動力性穩(wěn)定技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 中華創(chuàng)傷骨科雜志, 2009, 11(4): 377-379.

[34] 劉 洋, 袁 文. 脊柱非融合技術(shù)生物力學(xué)機(jī)制[J]. 脊柱外科雜志, 2007, 5(4): 248-251.

[35] 閆廣輝, 張慶勝, 靳憲輝, 等. 經(jīng)腰椎椎弓根動態(tài)內(nèi)固定研究進(jìn)展[J]. 生物骨科材料與臨床研究, 2013, 9(6): 31-34.

[36] 陳喜君, 范順武. 動態(tài)中和固定系統(tǒng)治療腰椎退行性疾病的研究進(jìn)展[J]. 中國骨傷, 2013 ，27(6): 526-529.

[37] 魏學(xué)磊, 董?；? 計算機(jī)輔助成型技術(shù)制備骨組織工程支架的研究進(jìn)展[J]. Chinese Journal of Reparative and Reconstructive Surgery, 2011, 25(12): 1508.

(收稿：2014-07-20)

*西安市社會發(fā)展項目(FS08007-4)

骨折固定術(shù)，內(nèi)腰骶部 @固定材料 @固定方式

R683.2

A

10.3969/j.issn.1000-7377.2015.05.050

▲通訊作者：西安市第五醫(yī)院