終板螺紋狀處理對豬腰椎椎體終板生物力學穩(wěn)定性的影響

張在青，陳波，莊青山，徐兆萬，黃壽國，鞠亮，張英華

(1臨沂市中心醫(yī)院，山東沂水276400；2濰坊市人民醫(yī)院)

椎間植骨融合術(shù)可更好地恢復脊柱生理弧度，具有植骨融合率高的優(yōu)點，逐漸成為脊柱融合的主流術(shù)式[1,2]。術(shù)后血管長入植骨塊、保持終板機械強度是植骨融合成功的保證[3]。終板中央?yún)^(qū)下方具有豐富的血管通道和良好的通透性，去除終板后血管容易長入植骨塊，但終板強度大大降低，同時兼顧兩個因素的難度較大[4]。目前臨床上多采用磨鉆、刮匙、絞刀、the SpineJetTM XL對終板進行處理，在保證血管長入的同時還能保留更多的椎體終板[5,6]。腰椎椎體終板經(jīng)螺紋化處理后，軟骨終板大部分被破壞，骨性終板小部分被破壞，松質(zhì)骨滲血，可為植骨融合提供良好的植骨床。但其是否會降低終板機械強度，進而影響植骨區(qū)的生物力學穩(wěn)定性，目前研究較少。為此，我們于2016年6月～2017年6月進行了如下研究。

1 材料與方法

1.1 材料 實驗動物：長白豬15只，雌雄不限，8月齡，體質(zhì)量75～90 kg，由沂水龍家圈養(yǎng)豬場提供。主要儀器：WE-60液壓式萬能材料試驗機購于濟南試驗機廠，最大載荷為60噸；終板處理器、絞刀、骨刀、手術(shù)刀、刮匙、尖嘴咬骨鉗、自凝牙托粉、牙托水及小型臺鉗均購于上海醫(yī)療器械股份有限公司。

1.2 標本制備及分組處理 將15只豬處死后取其腰椎椎體，挑選出30個大小相似的脊柱功能單位，均保留骨膜、椎間盤、關(guān)節(jié)囊及韌帶組織，將椎旁肌肉組織剔除干凈。該脊柱功能單位包括上下兩個椎體及其椎間盤，均經(jīng)X線檢查排除骨質(zhì)疏松、創(chuàng)傷、骨折、先天性畸形、腫瘤等。將30個脊柱功能單位隨機分為螺紋處理組和絞刀處理組各15個，每組包含15個椎間隙、30個腰椎椎體終板。兩組均采用臺鉗以適當力量夾持固定椎體，咬除椎間隙后面的棘突、椎板及部分小關(guān)節(jié)突，充分暴露椎間隙。螺紋處理組采用自制終板螺紋化處理器處理終板，處理方法：采用髓核鉗、刮匙、絞刀徹底清除椎間隙的髓核、纖維環(huán)等變性組織及部分軟骨終板，將終板螺紋化處理器垂直放入椎間隙內(nèi)25～30 mm；將終板螺紋化處理器旋轉(zhuǎn)90°，旋轉(zhuǎn)2～3次，對間隙上下終板的軟骨終板及部分骨性終板進行螺紋化處理；適當調(diào)整處理器方向，重復以上操作2～3次，充分處理椎間隙上下終板，并建立一個扇形骨槽。絞刀處理組用絞刀處理終板。兩組均采用自體髂骨制成的、大小相符的骨塊植入椎間隙，X線透視確定植入的方向及深度均滿意。使用自凝牙托粉在脊柱功能單位兩端制作平臺[7]，使兩端平臺處于水平面，以利于軸向加載。

1.3 相關(guān)指標觀察 ①抗壓情況：兩組均隨機選取10個脊柱功能單位，應用萬能試驗機以2 mm/min的恒定速度軸向加壓。觀察兩組軸向壓力負荷下椎體形態(tài)變化，自動記錄儀記錄載荷-位移變化運動曲線，記錄終板最大抗壓負荷(ACL)，即椎間隙開始出現(xiàn)塌陷時的載荷。②終板破壞情況：將兩組剩余5個脊柱功能單位的上下兩椎體分開，觀察腰椎椎體軟骨及骨性終板破壞情況。

2 結(jié)果

2.1 兩組抗壓情況比較 兩組抗壓負荷超過椎體終板載荷時，均出現(xiàn)椎間隙塌陷及椎間隙高度下降，椎間隙塌陷后可見塊狀植骨形狀略有改變并發(fā)生傾斜，椎體終板塌陷程度較輕。螺紋處理組終板ACL為(18.20±0.15)N，絞刀處理組為(18.63±0.33)N，兩組比較P>0.05。

2.2 兩組終板破壞情況 螺紋處理組大部分軟骨終板被破壞，小部分骨性終板被破壞，小部分椎體松質(zhì)骨外露。絞刀處理組大部分軟骨終板被破壞，骨性終板基本未受到破壞。

3 討論

植骨床血供及植骨區(qū)生物力學穩(wěn)定性對椎間植骨融合手術(shù)的成功具有重要影響。臨床上多采用器械對終板進行處理，即可以保留椎體終板的部分機械強度，又可豐富植骨床血管網(wǎng)，以利于提高植骨融合率。但是不管工具和技術(shù)如何改進，手術(shù)原則基本保持不變，即徹底減壓神經(jīng)組織、恢復椎間隙高度、擴大椎間孔、恢復腰椎正常生理前凸、椎體間結(jié)構(gòu)性植骨、良好骨性融合和運動節(jié)段即刻穩(wěn)定性等[8,9]。術(shù)中要求必須徹底清除髓核組織，并盡可能將中、內(nèi)層終板軟骨和纖維環(huán)清除，以擴大椎間植骨面積。Huh等[10]認為，椎間植骨融合手術(shù)中清除60%椎間盤組織，術(shù)后植骨融合效果滿意。Closkey等[11]研究發(fā)現(xiàn)，超過30%終板面積的植骨融合才能滿足椎間植骨的要求。生物力學研究顯示，只有超過30%終板面積的植骨融合才能為前柱提供有效支撐[12]。骨性終板在維持椎體正常形態(tài)和承載應力方面具有重要作用[13]，切除骨性終板后其抗壓強度將會降低33%[14]。為維持終板的力學強度，不得不過多保留終板，而終板過多保留會影響椎間植骨的血供[15]。因此，椎間植骨融合手術(shù)中如何在保留終板支撐力和血供之間找到平衡至關(guān)重要。

本研究結(jié)果顯示，兩組終板ACL比較差異無統(tǒng)計學意義，說明對腰椎椎體終板螺紋狀及絞刀處理終板支撐力依然存在，螺紋狀終板可提供足夠的生物力學強度，能防止植入物塌陷，維持椎間隙高度，減緩椎間退變。本研究結(jié)果顯示，螺紋處理組大部分軟骨終板被破壞，小部分骨性終板被破壞，小部分椎體松質(zhì)骨外露；說明腰椎椎體終板經(jīng)終板螺紋化處理器后可為植骨融合提供良好的植骨床。本研究絞刀處理組大部分軟骨終板被破壞，骨性終板基本未受到破壞；說明腰椎椎體終板經(jīng)絞刀處理后對終板生物力學穩(wěn)定性影響較小，對終板的支撐力破壞較小，但不利于植骨融合，容易導致手術(shù)失敗。分析原因，本研究自制的終板螺紋化處理器對腰椎椎體終板螺紋化處理后，可徹底清除大部分軟骨終板，同時螺紋化處理器的齒狀突出部分可切除終板的骨性部分，使椎體松質(zhì)骨外露。處理后的植骨床血運豐富，易于植骨融合，可對植骨塊提供足夠的支撐強度，避免出現(xiàn)植骨塊下沉，影響椎間隙高度；同時，螺紋狀的骨槽能對植骨塊起到較好的把持作用，可避免植骨塊脫出。終板螺紋化處理器在椎間隙內(nèi)旋轉(zhuǎn)能發(fā)揮撐開作用，對恢復椎間隙高度具有一定作用。

綜上所述，豬腰椎椎體終板經(jīng)螺紋狀處理后生物力學穩(wěn)定性較高，有助于提供豐富的血管網(wǎng)，從而促進植骨融合。本研究的不足之處：①新鮮豬腰椎椎體雖在運動學、幾何學及機械性能等方面與人腰椎椎體相似，但在生物力學上還不能完全模擬人腰椎的生理狀態(tài)；②本研究為體外實驗，與正常生理狀態(tài)下的脊柱運動有一定區(qū)別；③將椎體終板進行整體壓縮后并未對椎體終板經(jīng)螺紋狀處理后內(nèi)部分布規(guī)律(后外側(cè)強度大于中央?yún)^(qū))進行研究，仍需要進一步完善實驗設(shè)計。

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