新型寰樞椎固定組合的生物力學(xué)測試△

段 俊，張興鵬，徐曉楠，許天明*，高曉翔，左琴琴，吉應(yīng)征

（1.海軍特色醫(yī)學(xué)中心，上海 200050；2.上海市浦東新區(qū)人民醫(yī)院，上海 201200；3.海軍軍醫(yī)大學(xué)，上海 200433）

后路寰樞椎融合技術(shù)是治療寰樞椎不穩(wěn)的主要方法，傳統(tǒng)的后路寰樞椎融合技術(shù)有鈦纜或鋼絲捆扎術(shù)（Brooks技術(shù)，Gallie技術(shù)）、椎板鉤或夾技術(shù)（Apofix,Halifax）、寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘技術(shù)、寰樞椎椎弓根螺釘技術(shù)等。臨床上目前較為常用的內(nèi)固定術(shù)式為寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘技術(shù)和寰樞椎椎弓根螺釘技術(shù)［1，2］。然而，生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)及臨床實(shí)踐表明，每種單一技術(shù)均存在不足，且由于寰樞椎不穩(wěn)病變的多樣性及寰樞椎解剖變異等因素，許多患者不能進(jìn)行雙側(cè)寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘或椎弓根螺釘固定置釘，所以本研究設(shè)計(jì)樞椎椎板螺釘聯(lián)合新型寰椎椎板鉤的非對稱內(nèi)固定系統(tǒng)，嘗試解決遇到不能進(jìn)行雙側(cè)置釘?shù)那闆r時，達(dá)到重建寰樞椎穩(wěn)定性的目的。本研究通過對比評價該非對稱內(nèi)固定系統(tǒng)與傳統(tǒng)的“三點(diǎn)”內(nèi)固定技術(shù)（寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘結(jié)合Gallie、寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘結(jié)合寰椎椎板鉤）的生物力學(xué)穩(wěn)定性，為其臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選取6具成人尸體頸椎標(biāo)本（C0～3），其中男性4具，女性2具，年齡為 26～61歲，平均（46.23±8.76）歲。無頸部外傷史、腫瘤病史、類風(fēng)濕病史，標(biāo)本經(jīng)過觀察及影像學(xué)檢查以排除嚴(yán)重軟組織損傷、骨性結(jié)構(gòu)異常以及嚴(yán)重的骨質(zhì)增生。

1.2 標(biāo)本分組與模型制備

實(shí)驗(yàn)標(biāo)本按測試的先后順序分為完整組、失穩(wěn)組、雙側(cè)寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘聯(lián)合Gallie固定植骨模型組（bilateral transfacet screw combined with Gallie wire,bTFS+G組）、雙側(cè)寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘聯(lián)合新型寰椎椎板鉤固定植骨模型組（bilateral transfacet screw combined with a novel hook plate,bTFS+H組）、一側(cè)寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘與對側(cè)樞椎椎板螺釘聯(lián)合新型寰椎椎板鉤非對稱固定植骨模型組（非對稱組）。以往文獻(xiàn)報(bào)道按照這樣的內(nèi)固定安裝順序進(jìn)行裝卸能盡可能減少由于在同一標(biāo)本上多次手術(shù)操作破壞解剖結(jié)構(gòu)完整性而造成的實(shí)驗(yàn)誤差［3］。

完整組：將處理好的標(biāo)本分別用聚酯樹脂、醫(yī)用牙脫粉包埋標(biāo)本兩端，克氏針加強(qiáng)固定，僅保留寰樞關(guān)節(jié)和其下相鄰關(guān)節(jié)活動范圍。

失穩(wěn)組：從完整標(biāo)本前方顯露齒狀突基底部，以窄的擺鋸從前側(cè)齒狀突基底部造成Ⅱ型齒狀突骨折制成寰樞椎失穩(wěn)的模型。處理過程中保持寰樞椎兩側(cè)小關(guān)節(jié)、韌帶以及齒狀突周圍翼狀韌帶、橫韌帶等完整性。

bTFS+G組：選擇C2椎板與側(cè)塊交界處外側(cè)2 mm，C2側(cè)塊下緣上方3 mm為進(jìn)釘點(diǎn)，在維持復(fù)位條件下，用電轉(zhuǎn)沿進(jìn)釘點(diǎn)轉(zhuǎn)孔，方向?yàn)槲⑾蚯皟A，嚴(yán)格沿矢狀面方向。經(jīng)過C2峽部、椎弓根，進(jìn)入C2側(cè)塊，置入長度合適的螺釘固定。以Gallie技術(shù)捆扎木塊模擬植骨塊并加壓（圖1a）。

bTFS+H組：寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘置釘方法參照bTFS+G組中方法。在C1后結(jié)節(jié)與側(cè)塊之間區(qū)域置入新型寰椎椎板鉤，并連接新型寰椎椎板鉤與寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘。合適大小的木塊模擬植骨塊并加壓，螺帽鎖緊（圖1b）。

非對稱組：在右側(cè)置入寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘，方法參照bTFS+G組中置法。在左側(cè)C2椎板上選擇合適進(jìn)釘點(diǎn)，置入長度合適的螺釘固定。在C1后結(jié)節(jié)與側(cè)塊之間區(qū)域置入新型寰椎椎板鉤，并連接新型寰椎椎板鉤與寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘及樞椎椎板螺釘。合適大小的木塊模擬植骨塊并加壓，螺帽鎖緊（圖1c）。

圖1 不同內(nèi)固定固定模型 1a:雙側(cè)寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘聯(lián)合Gallie固定植骨模型 1b:雙側(cè)寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘聯(lián)合新型寰椎椎板鉤固定植骨模型 1c:一側(cè)寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘與對側(cè)樞椎椎板釘聯(lián)合新型寰椎椎板鉤非對稱固定植骨模型

1.3 標(biāo)本生物力學(xué)測試

生物力學(xué)測試在非破壞方式下用脊椎三維運(yùn)動機(jī)系統(tǒng)（上海交通大學(xué)提供）進(jìn)行測試。在寰樞椎上分別安裝標(biāo)記物裝置，對標(biāo)本施加1.5 Nm純力矩，使標(biāo)本產(chǎn)生前后屈伸、左右側(cè)屈、軸向旋轉(zhuǎn)6種生理運(yùn)動。三維光學(xué)運(yùn)動捕捉系統(tǒng)捕捉標(biāo)記物的空間位置并進(jìn)行坐標(biāo)變換和數(shù)據(jù)計(jì)算，得出每次寰樞關(guān)節(jié)的三維運(yùn)動范圍。循環(huán)加載3次，前2次加載作為預(yù)處理，測量最后一個循環(huán)的運(yùn)動范圍（ROM）。操作中小心輕柔，避免破壞標(biāo)本。整個實(shí)驗(yàn)過程中間斷向標(biāo)本噴灑生理鹽水以保持標(biāo)本處于濕潤狀態(tài)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，定量資料采用±s描述，組間比較采用單因素方差分析和兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

不同狀態(tài)下寰樞關(guān)節(jié)的運(yùn)動范圍（ROM）測量結(jié)果見表1。生物力學(xué)結(jié)果顯示：相對于完整組和失穩(wěn)組模型，3種固定方式均能顯著改善寰樞椎穩(wěn)定性。3種內(nèi)固定組模型的ROM較完整組與失穩(wěn)組模型顯著減小，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。3種內(nèi)固定組中：bTFS+G固定組在前后屈伸和左右側(cè)曲方向上具有最小的ROM，bTFS+H內(nèi)固定組在軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動方向上有最小的ROM。非對稱內(nèi)固定組ROM在前后屈伸、左右側(cè)曲、軸向旋轉(zhuǎn)方向上均較另外兩組大，但差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表1 不同狀態(tài)下寰樞關(guān)節(jié)三維運(yùn)動范圍（ROM）測量結(jié)果（°，±s，n=6）與比較

表1 不同狀態(tài)下寰樞關(guān)節(jié)三維運(yùn)動范圍（ROM）測量結(jié)果（°，±s，n=6）與比較

注，*:與完整組比較P＜0.05；#:與失穩(wěn)組比較P＜0.05；△:與bTFS+G組比較P＞0.05；&:與bTFS+H組比較P＞0.05

項(xiàng)目前后屈伸（F E）左右側(cè)屈（L R）軸向旋轉(zhuǎn)（A R）完整組2 2.6 0±4.9 3 1 1.4 0±2.5 8 6 3.4 3±3.2 2失穩(wěn)組2 9.6 4±5.5 4*1 4.2 3±2.8 8*7 2.1 9±4.3 9*b T F S+G組1.4 4±1.0 0*#0.9 1±0.2 5*#1.2 3±0.4 7*#b T F S+H組1.7 1±1.2 1*#△0.9 5±0.2 0*#△1.2 2±0.3 4*#△非對稱組1.8 0±1.0 3*#△&1.3 4±0.2 9*#△&1.4 0±0.5 3*#△&P值＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1

3 討論

寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘聯(lián)合Gallie技術(shù)，構(gòu)成堅(jiān)強(qiáng)的三點(diǎn)固定，植骨融合率可達(dá)到94.6%，被認(rèn)為寰樞椎后路固定融合的金標(biāo)準(zhǔn)［8］。倪斌教授團(tuán)隊(duì)［9-11］研究采用寰椎椎板鉤取代鋼絲聯(lián)合寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘固定，避免了鋼絲固定可能帶來的脊髓損傷、鋼絲松動等風(fēng)險(xiǎn)，且同樣為三點(diǎn)固定，生物力學(xué)穩(wěn)定性與bTFS+G固定無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。但寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘固定要求寰樞關(guān)節(jié)解剖復(fù)位，術(shù)中不能有效地施行提拉復(fù)位操作，且部分患者由于椎動脈高弓等解剖特點(diǎn)，在置釘過程中可能損傷椎動脈、頸脊髓和枕大神經(jīng)，以至于不適合施行寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘固定。全美神經(jīng)外科協(xié)會通過大樣本調(diào)查顯示，在1 318個行寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘固定的患者中，椎動脈損傷率為4.1%每人，或2.2%每釘［12］；近期有一項(xiàng)Meta分析顯示寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘固定技術(shù)椎動脈損傷的發(fā)生率為3.1%，神經(jīng)損傷的發(fā)生率為0.2%［8］。為減少椎動脈損傷，國內(nèi)外學(xué)者提出樞椎椎板螺釘技術(shù)。Gorek等［13］研究者通過對6具人體頸椎標(biāo)本進(jìn)行離體生物力學(xué)研究，證實(shí)樞椎椎板釘技術(shù)能夠提供與經(jīng)典的寰樞椎固定技術(shù)相近的穩(wěn)定性。Sinha等［14］通過對41例樞椎椎板釘手術(shù)患者的長期隨訪中發(fā)現(xiàn)，除外2例失訪病例，剩余的39例患者的植骨融合率達(dá)到100%，且無神經(jīng)、血管損傷等并發(fā)癥。該技術(shù)操作時完全避開橫突孔，術(shù)中可直視下椎板置釘，故不損傷樞椎橫突孔段椎動脈，相對安全簡單，但該內(nèi)固定系統(tǒng)不適用于樞椎椎板骨折的患者。

后路手術(shù)的進(jìn)展還體現(xiàn)在非對稱內(nèi)固定方面。有文獻(xiàn)報(bào)道高達(dá)18%～23%的患者存在一側(cè)橫突孔高弓［15］，10%～20%的患者存在椎動脈解剖變異導(dǎo)致不適合行雙側(cè)經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘固定［16，17］。人群中上頸椎的解剖變異有其普遍性，而且這些變異往往集中在一側(cè)，即不對稱性。所以刻板的實(shí)施對稱內(nèi)固定手術(shù)是不合適的，非對稱是個體化寰樞椎內(nèi)固定的必然趨勢。同時，非對稱內(nèi)固定還作為椎動脈損失的備選手術(shù)方案，當(dāng)術(shù)中發(fā)現(xiàn)一側(cè)椎動脈損傷或損傷可疑時，對側(cè)不應(yīng)采用有較高椎動脈損傷率的寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘固定，而需要選擇椎動脈損傷率低的固定方式，即非對稱內(nèi)固定技術(shù)。Gorek等［13］通過生物力學(xué)研究方法在尸體頸椎標(biāo)本上測試了一側(cè)寰椎側(cè)塊螺釘+樞椎椎弓根螺釘固定聯(lián)合對側(cè)寰椎側(cè)塊螺釘+樞椎椎板螺釘固定的非對稱固定的生物力學(xué)穩(wěn)定性，結(jié)果表明非對稱固定和對稱固定生物力學(xué)穩(wěn)定性差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Elgafy等［18］通過離體生物力學(xué)研究表明：單側(cè)寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘固定聯(lián)合對側(cè)寰椎側(cè)塊螺釘+樞椎椎板螺釘固定與單側(cè)寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘固定聯(lián)合對側(cè)寰椎側(cè)塊螺釘+樞椎椎弓根螺釘固定技術(shù)可達(dá)到相同的穩(wěn)定性，在對寰樞椎旋轉(zhuǎn)的限制上優(yōu)于僅行單側(cè)寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘技術(shù)聯(lián)合Gallie技術(shù)固定。但以上兩位學(xué)者的研究都是針對不同螺釘組合的力學(xué)研究，而忽略了植骨方式的影響。臨床通常使用卡壓植骨，可改變純螺釘內(nèi)固定的力學(xué)環(huán)境，所以他們的研究結(jié)果并不完全適用于臨床。

本研究采用寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘與新型寰椎椎板鉤進(jìn)行組合，對側(cè)搭配樞椎椎板螺釘聯(lián)合新型寰椎椎板鉤，這樣的組合能有效降低手術(shù)難度，避免椎動脈損傷。目前未見對這種非對稱內(nèi)固定的生物力學(xué)研究報(bào)道。本研究通過離體生物力學(xué)研究，證實(shí)該非對稱內(nèi)固定系統(tǒng)可提供與傳統(tǒng)“三點(diǎn)”固定相似的生物力學(xué)穩(wěn)定性。但從數(shù)據(jù)上可以看出完整組與失穩(wěn)組標(biāo)本的三維運(yùn)動范圍大于以往文獻(xiàn)報(bào)道值［5，6，19］，這可能是由于處理標(biāo)本時，過多切除寰樞關(guān)節(jié)周圍覆膜和韌帶所致，但該內(nèi)固定手術(shù)是在相同破壞程度的標(biāo)本上依次實(shí)施，所以由過度破壞帶來的實(shí)驗(yàn)誤差可以忽略。

綜上所述，寰樞椎經(jīng)關(guān)節(jié)螺釘與對側(cè)樞椎椎板釘聯(lián)合寰椎椎板鉤非對稱固定植骨可提供良好的生物力學(xué)穩(wěn)定性，可為臨床開展寰樞椎個體化非對稱固定手術(shù)提供理論指導(dǎo)，但該非對稱內(nèi)固定系統(tǒng)尚不適用于寰椎后弓先天缺如或骨折以及樞椎椎板骨折的患者。