人工髓核假體材料的研究進(jìn)展

高玲娣，婁彤，黃菊英

首都醫(yī)科大學(xué) a.衛(wèi)生管理與教育學(xué)院；b.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院；c.生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，北京 100069

椎間盤位于兩椎體之間，由髓核、纖維環(huán)和透明軟骨板三部分構(gòu)成，對腰椎受到的沖擊起緩沖作用。腰椎間盤突出主要是指因腰椎的纖維環(huán)破裂和髓核組織突出壓迫和刺激相應(yīng)水平的一側(cè)或雙側(cè)坐骨神經(jīng)所引起的一系列體征?，F(xiàn)代大部分工作需要人們長期坐在電腦前，這使得腰椎間盤突出的發(fā)病率越來越高，其中約10%～18%的病人需要通過手術(shù)治療。治療腰椎間盤突出癥的傳統(tǒng)手術(shù)方法是髓核摘除，然而該方法存在著諸多弊端，比如會(huì)導(dǎo)致患者術(shù)后腰椎承載力不均等，而人工髓核假體的出現(xiàn)給腰椎間盤突出癥的治療提供了新的思考方向，患者有可能通過人工髓核植入手術(shù)達(dá)到完全治愈的目的。

1 髓核摘除對腰椎的影響

國內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用有限元思想及實(shí)體建模法對髓核摘除效應(yīng)做了大量實(shí)驗(yàn)研究，比較了髓核摘除前后，腰椎在大小相同、類型不同負(fù)荷下的受力變化[1]：

相比于髓核摘除前：① 相同垂直壓縮負(fù)荷下，髓核切除節(jié)段的相鄰椎體及其纖維環(huán)與髓核后方的壓力上升，余下的壓力下降，并且其兩側(cè)的小關(guān)節(jié)內(nèi)壓力升高。② 相同前屈壓縮大小負(fù)荷下，髓核切除運(yùn)動(dòng)節(jié)段的髓核前方、上下方椎體受力增高；纖維環(huán)前方壓力升高，后方張力升高；其雙側(cè)小關(guān)節(jié)內(nèi)壓力降低。③ 相同后伸壓縮負(fù)荷下，髓核切除運(yùn)動(dòng)節(jié)段上下椎體、纖維環(huán)的前方張力增高，后方壓力增高；髓核前方壓力降低，后方壓力升高；雙側(cè)小關(guān)節(jié)內(nèi)壓力升高。④ 相同側(cè)彎壓縮負(fù)荷下，髓核切除運(yùn)動(dòng)節(jié)段髓核、纖維環(huán)、上下椎體，都表現(xiàn)為為左側(cè)壓力下降，右側(cè)壓力增高；左側(cè)小關(guān)節(jié)受到的張力轉(zhuǎn)變成壓力，右側(cè)小關(guān)節(jié)內(nèi)壓力增高。

2 人工髓核假體

2.1 概述

國內(nèi)外的臨床實(shí)踐顯示，單純髓核摘除對于治療腰間盤突出癥有積極的意義[2]，但它的長期療效并不理想，術(shù)后復(fù)發(fā)率較高。為解決這些問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了多項(xiàng)研究，其中人工髓核假體替換是各方關(guān)注的焦點(diǎn)。

人工髓核假體是一種植入性材料，可通過吸收組織液膨大，替換掉干燥無功能的髓核，保持椎間盤的完整性。作為髓核的替代物，人工髓核假體首先一定要有與髓核相似或相同的彈性和生物力學(xué)特性，以彌補(bǔ)髓核摘除給腰椎帶來的力學(xué)特性的變化；其次作為植入材料，人工髓核假體還要具有良好的生物相容性與耐用性，無毒、不會(huì)致畸致癌、不會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)產(chǎn)生反應(yīng)、不能被降解或與機(jī)體產(chǎn)生排斥反應(yīng)；同時(shí)，人工髓核假體還要耐磨、低損耗，能夠承擔(dān)一定負(fù)荷，通過抗疲勞測驗(yàn)，順應(yīng)性好；最后植入要方便易行，材料大小尺寸要合適[3]。

2.2 人工髓核假體材料類型

經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者不斷地試驗(yàn)與測試，黏性材料水凝膠成為人工髓核假體的重要材料，它屬于三維可吸收聚合物，有著與生理髓核組織相似的能夠根據(jù)所受負(fù)荷吸收和釋放水分的特性[4]。人工髓核假體分為兩種：預(yù)制型和可注射型，前者與生理髓核相似，大小固定；后者則是將不同的單體置入后聚合形成的彈性體，這些材料目前都還處于評(píng)測階段[5]。

2.2.1 預(yù)制型人工髓核假體

該種人工髓核假體在植入之前已經(jīng)成型。

預(yù)制型人工髓核假體（Prosthetic Disc Nucleus，PDN）是目前研究較多、臨床效果較好的假體類型。它是20 世紀(jì)90年代中期由Raymedica公司開發(fā)的，主要由3部分組成：由聚丙烯腈-聚丙烯酰胺共聚物組成的水凝膠內(nèi)核，具有延伸性但沒有彈性的超高分子聚乙烯纖維外套外層，便于術(shù)中X射線定位和術(shù)后隨訪的鉑銥合金線。預(yù)制型人工髓核假體通過脫水縮小體積進(jìn)入人體，經(jīng)過水合膨脹恢復(fù)假體形狀，維持椎間高度。

Newcleus假體主要成分是聚碳酸氨基甲酸酯彈性體，通過彎曲形成特定的螺旋狀，經(jīng)拉直進(jìn)入人體，在椎間隙被壓縮，可承擔(dān)一定壓力。試驗(yàn)表明，在1200 N作用力下，Newcleus假體已經(jīng)通過了5000多萬個(gè)循環(huán)測試，結(jié)果中沒有出現(xiàn)顯著的磨損和微小裂隙。

Aqarelle假體主要成分為半脫水的聚乙烯醇凝膠，經(jīng)動(dòng)物模型測試，其生物相容性與力學(xué)性能都較好，且含水量高，可根據(jù)椎間壓力調(diào)整含水量，控制高度。預(yù)制型人工髓核假體還包括NeuDisc假體、Regain假體、IPD假體等，都是由粘彈性材料制成，注入后可在椎間隙調(diào)整含水量，來維持椎間隙的距離。

2.2.2 可注射型人工髓核假體

該種人工髓核假體是將可塑性的材料注入椎間隙，在椎間隙成型。

其中，DASCOR假體由亞甲基-二苯基二異氰酸酯和聚氨酯兩部分組成，材料具有可塑性，可通過一個(gè)小的切口，在椎間隙形成髓核假體，具有很好的彈性、柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度。

BioSic假體是由蛋白水凝膠材料制成的可注射型的人工髓核假體，由牛血清蛋白溶液和戊二醛溶液按比例混合，經(jīng)椎間盤切口注入并填滿椎間隙內(nèi)空隙，經(jīng)共價(jià)鍵發(fā)生交聯(lián)作用，形成一個(gè)富有彈性而又柔韌的水凝膠內(nèi)植物，并與周圍正常組織相互結(jié)合。

還有NuCore假體、IDN假體等，都是由可塑性的材料制成，經(jīng)切口進(jìn)入并填滿椎間隙，形成髓核假體。不過，該類假體注射的液體單體有流出的危險(xiǎn)，可對其它組織產(chǎn)生毒害，威脅人體安全；各單體聚合過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，可能會(huì)損傷終板和纖維等。

2.3 人工髓核假體對腰椎穩(wěn)定性的影響

眾多研究表明，人工髓核可代替功能喪失的髓核，能夠維持腰椎的固有高度和結(jié)構(gòu)的完整性。纖維環(huán)與髓核假體相連，可以使腰椎的正常生理活動(dòng)得到恢復(fù)，患者的疼痛得到緩解[6]。

這些研究采用自身對照的方式，將正常腰椎節(jié)段、髓核摘除與人工髓核假體植入在下述六種運(yùn)動(dòng)中的情況進(jìn)行了對比[7-8]:在做向前彎屈、向后伸展、向左彎屈、向右彎屈、以節(jié)段為軸向左旋轉(zhuǎn)及以節(jié)段為軸向右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，人工髓核假體植入的腰椎比單純髓核摘除的腰椎的運(yùn)動(dòng)范圍度明顯減小，與正常腰椎無明顯差異。

研究還發(fā)現(xiàn)，人工髓核假體植入后，腰椎高度可以回復(fù)到初始狀態(tài)，并且隨著負(fù)荷的增加，椎間盤的形變要比髓核摘除前的形變小很多。

2.4 人工髓核假體存在的問題

人工髓核假體植入為腰椎間盤突出癥的治療帶來了新的曙光，與單純的髓核切除相比，在治療腰椎間盤突出的同時(shí)，它更好地維持了腰椎的穩(wěn)定性，保留了脊柱的完整性，臨床應(yīng)用顯示其短期療效較好[9]。

但同時(shí)，人工髓核假體植入還是一個(gè)進(jìn)行中的研究，還有許多問題需要解決，比如部分患者在進(jìn)行人工髓核假體植入時(shí)出現(xiàn)軟骨終板及假體下沉的現(xiàn)象，可能與髓核假體彈性模量過高有關(guān)[10]。預(yù)制型人工髓核假體大小固定，植入時(shí)往往需要除去相應(yīng)大小的纖維環(huán)，纖維環(huán)的完整性會(huì)遭到破壞。此外植入的髓核假體還可能會(huì)出現(xiàn)移位或被擠出的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的根性癥狀。中遠(yuǎn)期臨床療效觀察發(fā)現(xiàn)植入術(shù)后患者早期癥狀雖然緩解明顯，但椎間隙高度不能長期維持，術(shù)后節(jié)段活動(dòng)度逐漸減少，下腰痛逐漸加重。有研究認(rèn)為人工髓核置換術(shù)與單純髓核摘除術(shù)治療腰椎間盤突出癥的中期療效大致相當(dāng)，而且存在一些較為嚴(yán)重的并發(fā)癥[11-12]。

3 展望

目前，人工髓核假體的臨床應(yīng)用雖然具有一定的療效，但還有很多不足，存在著許多問題。首先，臨床上的研究與應(yīng)用時(shí)間還比較短，需要不斷地去實(shí)踐驗(yàn)證；其次，植入假體可能會(huì)導(dǎo)致不同的并發(fā)癥，在手術(shù)前一定要做好應(yīng)對各種可能出現(xiàn)的問題的準(zhǔn)備；還要根據(jù)患者不同的體質(zhì)情況選擇不同的假體材料，盡量避免術(shù)后相鄰節(jié)段后凸、假體下沉脫出等問題[13]，減輕病人的痛苦。人工髓核假體雖然造成的切口較小，但畢竟材料的能力有限，不能完全代替人體真正的髓核，還不能很好地執(zhí)行髓核的功能，因而需要進(jìn)行更多的研究，以期能夠找到可滿足身體需要的人工髓核假體。

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