新型國(guó)產(chǎn)人工頸椎間盤(pán)置換對(duì)山羊鄰近節(jié)段影響的實(shí)驗(yàn)研究

王逢賢 徐林 曲弋 趙赫 曹旭 楊濟(jì)洲 楊永棟 趙丁巖 俞興

頸椎病手術(shù)治療的目標(biāo)是解除退變所導(dǎo)致的神經(jīng)根和/或脊髓受壓[1]，恢復(fù)正常的脊柱序列，恢復(fù)正常的頸椎椎間高度[2]。其術(shù)式主要包括兩大類：融合手術(shù)和非融合手術(shù)[3]，不同術(shù)式對(duì)鄰近節(jié)段的影響是脊柱外科的研究熱點(diǎn)之一[4]。其中，非融合術(shù)式的代表——人工頸椎間盤(pán)置換術(shù)在充分減壓的同時(shí)保留了頸椎的運(yùn)動(dòng)功能[5]，已廣泛應(yīng)用于頸椎病的手術(shù)治療。

但由于人工頸椎間盤(pán)研發(fā)的技術(shù)門(mén)檻等原因，目前國(guó)內(nèi)醫(yī)療使用的人工頸椎間盤(pán)基本都是歐美進(jìn)口品牌，仍面臨許多要解決的問(wèn)題：首先是目前的間盤(pán)產(chǎn)品價(jià)格昂貴，操作較復(fù)雜；其次在材料學(xué)方面，如今頸椎病發(fā)病人群越來(lái)越趨于年輕化，這就涉及人工頸椎間盤(pán)使用壽命的問(wèn)題，因此對(duì)人工頸椎間盤(pán)材料的抗腐蝕、抗磨損特性要求就越來(lái)越高；另外目前的間盤(pán)產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要基于歐美人群，尺寸及生物力學(xué)方面與亞洲人種存在差異[6]。在這種形勢(shì)下，北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門(mén)醫(yī)院與深圳清華大學(xué)研究院等機(jī)構(gòu)共同研發(fā)新型國(guó)產(chǎn)人工頸椎間盤(pán)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)與國(guó)人頸椎間盤(pán)的生理尺寸特征相符合，通過(guò)比較在山羊頸椎植入國(guó)產(chǎn)人工間盤(pán)和植骨融合內(nèi)固定術(shù)后，觀察其相鄰節(jié)段頸椎退變的情況來(lái)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物分組

試驗(yàn)對(duì)象為健康純種成年山羊12只，購(gòu)自北京華夏興洋生物科技有限公司[動(dòng)物使用許可證號(hào)：SYXK（京）2018-0013]，雌雄不限，羊齡2 ～ 3 歲，體重（30±3.0）kg，經(jīng)過(guò)X線透視檢查證實(shí)無(wú)頸椎發(fā)育畸形、骨病及外傷等。將山羊按體重進(jìn)行編號(hào)，采用隨機(jī)表法將山羊隨機(jī)分成3組，每組4 只。第1 組：間盤(pán)組（cervical disc replacement，CDR），行C3/4間盤(pán)摘除、新型國(guó)產(chǎn)人工間盤(pán)植入；第2組：融 合 組（anterior cervical decompression and fusion，ACDF），行C3/4間盤(pán)摘除、植骨融合內(nèi)固定術(shù)；第3 組：對(duì)照組，未手術(shù)，與手術(shù)組一同飼養(yǎng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

麻醉成功后氣管插管，沿右側(cè)胸鎖乳突肌內(nèi)側(cè)斜切口長(zhǎng)約8 cm，逐層切開(kāi)皮膚、皮下，鈍性分離，沿肌肉與血管鞘間隙進(jìn)入，直達(dá)椎前筋膜，將頸長(zhǎng)肌向兩側(cè)牽開(kāi)，在兩側(cè)頸長(zhǎng)肌之間進(jìn)入，骨膜下剝離，顯露C3、C4椎體及椎間盤(pán)。尖刀切開(kāi)前縱韌帶及纖維環(huán)，以髓核鉗及刮匙交替使用摘除間盤(pán)髓核，間盤(pán)組植入新型人工頸椎間盤(pán)假體（見(jiàn)圖1），融合組行植骨融合內(nèi)固定術(shù)，C臂機(jī)透視確認(rèn)假體位置良好，沖洗切口，逐層關(guān)閉切口，切口涂紅霉素軟膏（見(jiàn)圖2）。

圖1 新型人工椎間盤(pán)的設(shè)計(jì)構(gòu)造：A. 上終板的上表面；B. 上終板的下表面；C. 下終板的下表面；D. 下終板的上表面；E. 髓核；F. 組合后的示意圖

圖2 A. C3/4間盤(pán)摘除、植入新型間盤(pán)假體；B. 術(shù)后即刻拍片

術(shù)后肌注青霉素80萬(wàn)U，連續(xù)3 d。術(shù)后1周每日切口處抹紅霉素軟膏預(yù)防切口感染，觀察動(dòng)物肢體運(yùn)動(dòng)、飲食及二便情況，1周左右后拆線。

1.3 模擬低頭狀態(tài)

因?yàn)轭i椎退變往往是由于長(zhǎng)時(shí)間的低頭、頸椎骨骼肌肉系統(tǒng)平衡失調(diào)所致，所以為了評(píng)價(jià)鄰近節(jié)段的退變情況，采取兩種方法來(lái)模擬山羊低頭位。第一種方法：佩戴一種特制的保護(hù)套，使山羊頸椎處于低頭狀態(tài)（見(jiàn)圖3A）。但山羊在佩戴過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)情緒煩躁、進(jìn)食差及保護(hù)套滑脫等。遇到這種情況，采取第二種方法：將山羊放在低矮的籠子里喂養(yǎng)，使其被迫保持低頭位（見(jiàn)圖3B），保持山羊每日維持低頭狀態(tài)2 h，在飼養(yǎng)中，要密切觀察山羊的情緒、飲食、手術(shù)切口、體重等情況。

圖3 山羊低頭位的保持：A. 佩戴保護(hù)套；B. 低籠喂養(yǎng)

1.4 X線觀察評(píng)分

分別于術(shù)前，術(shù)后即刻，術(shù)后1、3 個(gè)月行X 線片檢查，拍攝山羊頸椎側(cè)位片，為了盡可能減少誤差，拍攝時(shí)山羊體位擺放及術(shù)后影像學(xué)評(píng)價(jià)均由同一個(gè)人完成。取右側(cè)臥位，以C4為中心線，投照距離為1 m。根據(jù)改良Kellgren評(píng)分法[7]獨(dú)立進(jìn)行X線片檢查的評(píng)價(jià)（見(jiàn)表1）。觀察內(nèi)容包括：C2/3、C4/5節(jié)段椎體骨贅情況、軟骨終板硬化程度、椎間隙高度等。此外還要注意觀察假體的位置有無(wú)松動(dòng)、沉降及有無(wú)異位骨化，并觀察椎體的位移情況。

表1 改良Kellgren評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.5 椎間盤(pán)相對(duì)高度測(cè)量

Dabbs[8]提出椎間盤(pán)高度是評(píng)價(jià)髓核退變的一個(gè)指標(biāo)，呂宏等[9]為了研究頸椎間盤(pán)退行性變引入了頸椎椎間盤(pán)與椎體高度比值這個(gè)指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)為了排除投照角度、體位、體重等方面的影響，在參考他人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了改良相對(duì)間盤(pán)高度（relative disc height，RDH）的測(cè)量方法（見(jiàn)圖4）：分別測(cè)量C2/3、C3/4、C4/5間隙的中份高度與C3、C4、C5椎體的中份高度，將上述椎間隙的高度和與椎體的高度和之間比值作為相對(duì)間盤(pán)高度（RDH），這樣便于不同個(gè)體間進(jìn)行比較。

圖4 椎間隙中份高度a（上位椎體下緣最凹點(diǎn)和下位椎體上緣最凸點(diǎn)之間距離）和椎體中份高度b（下位椎體上緣最凸點(diǎn)和下位椎體下緣最凹點(diǎn)之間距離），RDH為兩者之間比值

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，每組術(shù)前與術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)之間的比較采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，間盤(pán)組、融合組與對(duì)照組之間的比較采用獨(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

2.1 一般觀察結(jié)果

所有山羊均成活，1 例山羊術(shù)后出現(xiàn)切口血腫，后自行吸收，均未發(fā)生切口感染，山羊四肢活動(dòng)良好，未出現(xiàn)癱瘓。平均術(shù)中出血量（3.6±0.5） mL，平均手術(shù)時(shí)間（80±6） min，術(shù)后恢復(fù)活動(dòng)的平均時(shí)間（4.5±1.2） h。

2.2 影像學(xué)測(cè)量結(jié)果

所有山羊均未出現(xiàn)假體的松動(dòng)、沉降、斷裂或脫出的征象。各組的X 線檢查結(jié)果都根據(jù)改良Kellgren 評(píng)分法進(jìn)行評(píng)定（見(jiàn)表2、圖5）。間盤(pán)組與對(duì)照組術(shù)后1個(gè)月與3個(gè)月Kellgren評(píng)分比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），術(shù)后1個(gè)月與術(shù)后3個(gè)月融合組Kellgren評(píng)分高于間盤(pán)組，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），術(shù)后1個(gè)月、3個(gè)月融合組與對(duì)照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；術(shù)后1個(gè)月與術(shù)后3個(gè)月C2/3間隙與C4/5間隙相比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表2 三組C2/3間隙與C4/5間隙Kellgren評(píng)分（n=4，±s）

表2 三組C2/3間隙與C4/5間隙Kellgren評(píng)分（n=4，±s）

注：a為間盤(pán)組，b為融合組，c為對(duì)照組。

C2/3間隙術(shù)后1個(gè)月0.00±0.00 1.00±0.82 0.00±0.00術(shù)后3個(gè)月0.00±0.00 1.75±0.50 0.00±0.00 C4/5間隙術(shù)后1個(gè)月0.00±0.00 1.00±0.82 0.00±0.00術(shù)后3個(gè)月0.00±0.00 1.50±0.58 0.00±0.00組別間盤(pán)組融合組對(duì)照組P值a-b a-c b-c 0.020 1.000 0.020 0.005 1.000 0.005 0.020 1.000 0.020 0.005 1.000 0.005

圖5 A. 間盤(pán)組術(shù)前側(cè)位X線；B. 間盤(pán)組術(shù)后3個(gè)月X線顯示鄰近節(jié)段無(wú)退變；C. 融合組術(shù)前側(cè)位X線；D. 融合組術(shù)后3個(gè)月可見(jiàn)鄰近節(jié)段間隙變窄及骨贅形成

2.3 椎間盤(pán)相對(duì)高度測(cè)量的結(jié)果

三組術(shù)前的RDH比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。三組的術(shù)后即刻RDH比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；術(shù)后1個(gè)月融合組的RDH均低于間盤(pán)組、對(duì)照組，且融合組與其他兩組的比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），術(shù)后1個(gè)月間盤(pán)組與對(duì)照組的比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），術(shù)后3 個(gè)月融合組、間盤(pán)組與對(duì)照組的兩兩比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），術(shù)后3 個(gè)月間盤(pán)組與對(duì)照組的比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 三組術(shù)前及術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)椎體中份RDH（n=4，±s）

表3 三組術(shù)前及術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)椎體中份RDH（n=4，±s）

注：a為間盤(pán)組，b為融合組，c為對(duì)照組。

術(shù)前0.238±0.011 0.234±0.009 0.230±0.008術(shù)后即刻0.258±0.013 0.251±0.010 0.228±0.007術(shù)后1個(gè)月0.262±0.012 0.228±0.013 0.232±0.009術(shù)后3個(gè)月0.265±0.010 0.215±0.009 0.229±0.010組別間盤(pán)組融合組對(duì)照組P值a-b a-c b-c 0.098 1.000 1.020 1.002 1.010 1.016 0.024 1.010 0.020 0.014 1.022 0.006

3 討論

3.1 新型國(guó)產(chǎn)人工頸椎間盤(pán)的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

新型國(guó)產(chǎn)人工頸椎間盤(pán)采用固定髓核球—槽關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，將超高分子量聚乙烯髓核構(gòu)成球部關(guān)節(jié)并固定于下終板，上終板采用特殊加工工藝形成高拋光度的凹面，與球部髓核間形成關(guān)節(jié)配合，上終板的上表面與下終板的下表面均有齒突，有助于與椎體牢固結(jié)合（見(jiàn)圖1）。間盤(pán)上下表面與頸椎終板的自然曲度相接近，解剖適應(yīng)性良好，術(shù)中對(duì)終板不需要過(guò)多的打磨即可植入，最大程度地保留了終板的完整性，提供間盤(pán)與終板間的最佳界面。上下終板表面各有兩列齒突，這樣植入后起到一個(gè)錨定的作用，增加與椎體的結(jié)合程度，同時(shí)增加了內(nèi)植物和終板的接觸面積，有利于維持植入后的穩(wěn)定性，防止間盤(pán)移位，從而預(yù)防相應(yīng)并發(fā)癥的發(fā)生。上下終板矢狀面上均有3°的傾角，這樣假體植入后保持前高后低，此設(shè)計(jì)一方面可以撐開(kāi)椎間隙、恢復(fù)椎間盤(pán)高度，另一方面還有助于維持頸椎的正常生理曲度。

3.2 頸椎退變動(dòng)物模型的建立及影像學(xué)評(píng)估方法

為研究頸椎術(shù)后鄰近節(jié)段退變的情況，學(xué)者們采用了許多動(dòng)物造模的方法，Whitehill 等[10]通過(guò)損傷頸椎骨骼及周圍的韌帶達(dá)到破壞靜力性平衡失調(diào)，建立狗的頸椎病模型，余家闊等[11]采用長(zhǎng)期低頭位法，建立了家兔頸椎病模型。因?yàn)樯窖蜃甸g盤(pán)和椎體的大小與人的相似，而且山羊頭部直立，垂直負(fù)重，頸椎的解剖、力學(xué)特點(diǎn)等與人類非常相似，因此筆者采取通過(guò)動(dòng)力性失衡來(lái)建立山羊的頸椎退行性變模型，即讓山羊佩戴保護(hù)套或低籠喂養(yǎng)兩種方法，以模仿人類長(zhǎng)期低頭會(huì)得頸椎病的情況。

頸椎間盤(pán)發(fā)生退行性變以后，髓核含水量減少[12-13]，間盤(pán)失去彈性并塌陷，椎間隙會(huì)不同程度變窄[14-15]，因此，頸椎間盤(pán)高度的降低是頸椎病形態(tài)學(xué)改變之一[16-17]，而頸椎椎體的高度是基本不變的，所以引入頸椎椎間盤(pán)與椎體高度比值這個(gè)指標(biāo)可以客觀地評(píng)估頸椎間盤(pán)高度降低的程度。王洪彬等[18]通過(guò)計(jì)算各椎間隙高度與椎體高度的比值，評(píng)估頸椎病的診斷和治療效果；呂宏等[9]測(cè)量C2/7椎間盤(pán)高度并相加求和，同時(shí)測(cè)量C3/7椎體高度并相加求和，二者比值為相對(duì)間盤(pán)高度（RDH）。上述研究者都得出結(jié)論認(rèn)為椎間隙高度與椎體高度的比值可以反映頸椎間盤(pán)退變的情況。本研究的目的是要觀察植入間盤(pán)鄰近節(jié)段的退變情況，所以在測(cè)量時(shí)以上述測(cè)量方法為參考，提出了改良的相對(duì)間盤(pán)高度公式，即把C3/4及其上下相鄰的各一個(gè)間盤(pán)和椎體共同作為一個(gè)脊椎運(yùn)動(dòng)功能單位（functional spine unit，F(xiàn)SU），即高度（C2/3+C3/4+C4/5）/高度（C3+C4+C5）=相對(duì)間盤(pán)高度（RDH）。這樣的測(cè)量結(jié)果可以排除個(gè)體差異及拍攝時(shí)投像放大率不同的干擾。

3.3 新型頸椎間盤(pán)置換與植骨融合固定對(duì)鄰近節(jié)段的影響

手術(shù)治療頸椎病的目的不只是脊髓及神經(jīng)組織的徹底減壓、緩解癥狀，還要按照頸椎的功能特點(diǎn)及生物力學(xué)的原則保持手術(shù)節(jié)段的運(yùn)動(dòng)功能，人工間盤(pán)置換術(shù)由于保留了置換節(jié)段的活動(dòng)度，減少了對(duì)鄰近節(jié)段生物力學(xué)上的負(fù)面影響，從而降低了相鄰節(jié)段病變發(fā)生的可能。本研究中，筆者分別設(shè)立了間盤(pán)組、融合組和對(duì)照組，三組在術(shù)前及術(shù)后即刻的RDH比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而從術(shù)后1個(gè)月開(kāi)始，融合組的RDH出現(xiàn)了下降，均低于間盤(pán)組、對(duì)照組，且融合組與其他兩組的比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明采取頸椎植骨融合術(shù)后出現(xiàn)了椎間隙高度的丟失；術(shù)后1個(gè)月及3個(gè)月間盤(pán)組與對(duì)照組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明植入間盤(pán)假體后未出現(xiàn)椎間隙高度的丟失。因此研究結(jié)果顯示手術(shù)操作本身對(duì)椎間隙的高度不造成影響，而間盤(pán)和融合這兩種固定的不同方式對(duì)山羊術(shù)后的頸椎產(chǎn)生了影響，融合組在術(shù)后1 個(gè)月已經(jīng)不同程度地出現(xiàn)了退變，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其退變程度增加，這個(gè)結(jié)果與影像學(xué)改良Kellgren 評(píng)分法的結(jié)果是一致的，說(shuō)明和椎間植骨融合術(shù)比較，新型國(guó)產(chǎn)間盤(pán)植入后延緩了山羊鄰近節(jié)段退變的發(fā)生。當(dāng)然本研究尚處初期，許多問(wèn)題還需要更大樣本及更長(zhǎng)時(shí)間的隨訪來(lái)進(jìn)一步明確。

綜上，采用新型國(guó)產(chǎn)人工頸椎間盤(pán)山羊未出現(xiàn)椎間隙高度的丟失，且延緩了山羊鄰近節(jié)段關(guān)節(jié)退變，值得在臨床推廣使用。