骨水泥加固頸椎椎體螺釘?shù)纳锪W(xué)研究.pdf

1、研究背景:頸椎病是由于頸椎間盤退行性變、頸椎骨質(zhì)增生所引起的一系列脊髓、神經(jīng)、血管損害等臨床癥狀的綜合征。2004年中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會第八次全國頸椎病報(bào)道我國現(xiàn)有5000萬至1.5億的患者。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),頸椎病在正常人群中的發(fā)病率為3.8％-17.6％。當(dāng)前治療頸椎病以手術(shù)療法為主,主要包括前后路植骨內(nèi)固定以及人工頸椎間盤。自1952年頸椎實(shí)行前路植骨內(nèi)固定以后,以其具有增強(qiáng)術(shù)后即刻穩(wěn)定、植骨融合率高、有效恢復(fù)椎間高度、術(shù)后外固定簡單、能早

2、期活動并提高良好的生物力學(xué)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)得到廣大臨床醫(yī)生的認(rèn)可并迅速得到廣泛應(yīng)用。隨著脊柱融合技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟以及在全世界的普及,脊柱融合后螺釘脫落的早期并發(fā)癥逐漸受到重視,尤其在骨質(zhì)疏松患者上表現(xiàn)的尤為明顯。目前針對螺釘脫落的臨床并發(fā)癥,采取的措施有釘?shù)佬迯?fù)和強(qiáng)化的椎體成形術(shù),在對釘?shù)缽?qiáng)化或修復(fù)釘?shù)赖幕A(chǔ)和臨床研究中,大部分是集中在胸腰椎的椎弓根的研究上,對頸椎前路骨水泥的臨床與基礎(chǔ)研究卻發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外鮮有報(bào)道。這促使科研工作者利用生物力

3、學(xué)的方法,從理論的角度給以解釋并對頸椎前路內(nèi)固定方法進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。
　　 本研究擬使用頸椎前路鋼板螺釘內(nèi)固定器械,在體外進(jìn)行頸椎生物力學(xué)實(shí)驗(yàn),第一,通過單純對螺釘進(jìn)行屈伸疲勞加載及軸向拔出加載方式,測試正常骨密度頸椎椎體、骨質(zhì)疏松頸椎椎體、預(yù)防性釘?shù)缽?qiáng)化頸椎椎體、骨質(zhì)疏松椎體螺釘失效修復(fù)后椎體螺釘?shù)淖畲筝S向拔出力和疲勞后的螺釘最大軸向拔出力以評價(jià)螺釘?shù)姆€(wěn)定性。第二,通過對單節(jié)段鋼板螺釘系統(tǒng)進(jìn)行屈伸、左/右側(cè)彎疲勞加載前后,在

4、逐級加載對抗性力偶矩情況下,分析測試正常頸椎、單節(jié)段蝶形鋼板加植骨固定術(shù)后、預(yù)防性強(qiáng)化單節(jié)段蝶形鋼板加植骨融合術(shù)后單節(jié)段椎體在即時和疲勞后不同處理狀態(tài)中的四個方向上運(yùn)動范圍(Range Of Motion,ROM)。即:
　　 1)分析測試椎體釘在正常頸椎椎體、骨質(zhì)疏松頸椎椎體、預(yù)防性釘?shù)缽?qiáng)化頸椎椎體的即時螺釘最大軸向拔出力和疲勞后的螺釘最大軸向拔出力；
　　 2)分析測試骨質(zhì)疏松頸椎椎體螺釘失效修復(fù)后的螺釘最大軸向拔出

5、力和疲勞后的螺釘最大軸向拔出力；
　　 3)分析測試正常頸椎、單節(jié)段蝶形鋼板加植骨固定術(shù)后、預(yù)防性強(qiáng)化單節(jié)段蝶形鋼板加植骨融合術(shù)后的即時和疲勞后對頸椎運(yùn)動范圍的影響。
　　 目的:評價(jià)PMMA骨水泥對頸椎前路單皮質(zhì)骨螺釘?shù)男迯?fù)或強(qiáng)化作用,分析在強(qiáng)化或修復(fù)前后、疲勞前后等不同狀態(tài)下的生物力學(xué)特性,以期為臨床實(shí)施骨質(zhì)疏松椎體螺釘翻修術(shù)、預(yù)防性強(qiáng)化或修復(fù)骨質(zhì)疏松多節(jié)段前路鋼板螺釘提供生物力學(xué)依據(jù),從而為頸椎鋼板前路固定術(shù)的技術(shù)

6、改良提供理論依據(jù)。
　　 材料和方法
　　 第一部:分骨水泥強(qiáng)化和修復(fù)頸椎前路椎體螺釘?shù)纳锪W(xué)研究
　　 1.標(biāo)本的獲得和制備甲醛浸泡的9具老年和3具青壯年尸體頸椎椎體標(biāo)本(均取材于南方醫(yī)科大學(xué)人體解剖教研室)。標(biāo)本均攝X線片,攝片排除椎體骨折及腫瘤、結(jié)核、炎癥和先天性畸形。采用雙能X線骨密度測量儀(DEXA)測定每具標(biāo)本C3～C7椎體的骨密度(BMD),證實(shí)為骨質(zhì)疏松和正常骨質(zhì)標(biāo)本。每具標(biāo)本取C3～C7節(jié)段5

7、個椎體,切除兩旁肌肉軟組織,分離成單個椎骨,牙托粉緊密包埋棘突和椎板,保留椎體及椎弓根,制成40個單椎體標(biāo)本。編號置密封塑料袋中待用。
　　 2.實(shí)驗(yàn)方法40個椎體按正常骨密度組(A組)、骨質(zhì)疏松組(B組),骨質(zhì)疏松修復(fù)組(C組)、骨質(zhì)疏松強(qiáng)化組(D組)。在Bose3510-AT測試疲勞前后的最大軸向拔出力。A、B兩組20個椎體二側(cè)釘孔均放置4mm的椎體螺釘,隨機(jī)選擇一側(cè)行即時最大軸向拔出力實(shí)驗(yàn),另一側(cè)在疲勞試驗(yàn)(2HZ,200

8、00次)后行最大軸向拔出力實(shí)驗(yàn)。C組和D組20個椎體分別鉆孔后(C組在實(shí)驗(yàn)前需進(jìn)行螺釘拔松實(shí)驗(yàn)),共注入甲基丙烯甲酯0.6mL～1.0mL并擰入螺釘,隨機(jī)選擇一側(cè)進(jìn)行即時和疲勞后最大軸向拔出力實(shí)驗(yàn)。
　　 第二部分:釘?shù)缽?qiáng)化對頸椎前路椎間融合術(shù)式穩(wěn)定性影響的生物力學(xué)研究
　　 1.選用11具新鮮豬頸椎標(biāo)本,平均9月齡(8月-10月),體重為80kg-100kg。所有標(biāo)本用雙層塑料袋密封后,于-20℃保存。實(shí)驗(yàn)前8h取出標(biāo)

9、本,在室溫下自然解凍,剔除周邊肌肉、筋膜,注意保持韌帶、椎間盤和骨結(jié)構(gòu)完整。修整后的標(biāo)本用聚甲基丙烯酸甲酯包埋,C5呈水平位,標(biāo)本用雙層塑料袋包裹后置入4℃冰柜冷藏。
　　 2.實(shí)驗(yàn)方法在11具豬頸椎標(biāo)本(C3-C7)上,利用Motion Analysis捕捉分析系統(tǒng)和MTS858液壓伺服材料試驗(yàn)機(jī)按以下分組順序測量屈伸、左右側(cè)彎、左右旋轉(zhuǎn)6個方向的運(yùn)動角位移參數(shù)[運(yùn)動范圍(range of motion,ROM)、中性區(qū)(ne

10、utralzone,NZ)和彈性區(qū)(elasticzone,EZ)]。正常對照組(A’組):為完整狀態(tài)；鋼板固定組(B’組):對A組標(biāo)本行單節(jié)段椎問盤切除植骨前路鋼板固定術(shù)；鋼板固定疲勞組(C’組):對B’組標(biāo)本行進(jìn)行1HZ,2NM(20N-110N)屈伸、左右側(cè)彎疲勞實(shí)驗(yàn),各加載5000次；釘?shù)缽?qiáng)化鋼板固定組(D’組):對C’組標(biāo)本實(shí)施釘?shù)缽?qiáng)化；釘?shù)缽?qiáng)化鋼板固定疲勞組(E’組):對D’組標(biāo)本重復(fù)C’組的屈伸、左右側(cè)彎疲勞實(shí)驗(yàn)。

11、　　 結(jié)果
　　 第一部分:骨水泥強(qiáng)化和修復(fù)頸椎前路椎體螺釘?shù)纳锪W(xué)研究
　　 A組、B組、C組與D組椎體骨密度值的分別為0.80g/cm2±0.96g/cm2和0.41g/cm2±0.16g/cm2,0.45g/cm2±0.11g/cm2,0.43g/cm2+0.10g/cm2,組間比較有顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=O.000)。對A組,B組,C組與D組里的即時最大軸向拔出力和疲勞后最大軸向拔出力分別與對應(yīng)組別的骨密度采

12、用相關(guān)分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者均沒有顯著性相關(guān)關(guān)系(P>0.05)。A組內(nèi)即時和疲勞后的最大軸向拔出力分別為344.40N±70.28N和215.57N±47.94N(P=0.000),B組為243.29N±65.62N和138.42 N±43.13N(P=0.000),C組為467.60 N±99.98N和317.56 N±92.98N(P=0.000),D組為488.00 N±121.41 N和332.58 N±95.87 N(P=0.0

13、08)。A、B、C、D組疲勞后的最大軸向拔出力相比疲勞前分別減少了37:40％,43.10％,32.08％,31.85％。A組即時最大軸向拔出力明顯高于B組(P=0.019),低于C、D組(P=0.005,P=0.005)均具有顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。B組明顯低于C、D組均具有顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.000,P=0.000),C組與D組相比較無顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.624)。A組疲勞后的最大軸向拔出力明顯高于B組(P=0.008),低于

14、C、D均具有顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.046,P=0.023),B組明顯低于C、D組均具有顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.001,P=0.000),C組與D組相比較無顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.999)。
　　 第二部分:釘?shù)缽?qiáng)化對頸椎前路椎間融合術(shù)式穩(wěn)定性影響的生物力學(xué)研究
　　 A’組各方向ROM、NZ、EZ與其他各組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。B’組各方向ROM、NZ、EZ明顯低于C’組(P<0.05)；但與D

15、’組比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；其側(cè)彎、屈伸、旋轉(zhuǎn)。ROM、屈伸NZ及前屈EZ均明顯低于E’組(P<0.05),其他方向的各指標(biāo)與E’組比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。C’組各方向除側(cè)彎NZ其他均明顯高于D’、E’組(P<0.05)。D’組與E’組比較,除屈伸、側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)ROM和側(cè)彎、屈伸NZ及屈伸、右側(cè)彎、左右旋轉(zhuǎn)EZ明顯低于E’組(P<0.05)外,其他各方向各指標(biāo)與E組比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。<

16、br>　　 結(jié)論
　　 1.本研究證實(shí)A,B,C,D四組疲勞試驗(yàn)后其拔出力均有下降,以骨質(zhì)疏松對照組下降最為明顯。
　　 2.C、D組和A、B組相比較,其前者疲勞后拔出力與疲勞前A組相當(dāng),甚至高于疲勞前的B組。
　　 3.體外生物力學(xué)測試表明PMMA修復(fù)或強(qiáng)化能夠顯著增加頸椎螺釘拔出力及抗疲勞能力且未發(fā)現(xiàn)骨水泥的滲漏。
　　 4.PMMA釘?shù)缽?qiáng)化或修復(fù)能夠明顯增強(qiáng)椎體螺釘?shù)募磿r穩(wěn)定性和抗疲勞能力,此研究

17、為臨床實(shí)施骨質(zhì)疏松椎體螺釘翻修術(shù)、預(yù)防性強(qiáng)化骨質(zhì)疏松多節(jié)段前路鋼板螺釘提供生物力學(xué)依據(jù)。
　　 5.釘?shù)缽?qiáng)化鋼板組疲勞前后的三維穩(wěn)定性比鋼板固定組的增強(qiáng),說明PMMA骨水泥強(qiáng)化椎體螺釘后能提高椎體螺釘與骨界面的穩(wěn)定性及有效提高螺釘?shù)目蛊谀芰Α?br>　　 6.釘?shù)缽?qiáng)化疲勞后抗后伸的螺釘拔出能力增強(qiáng),說明強(qiáng)化后鋼板螺釘?shù)姆€(wěn)定性有所增加。
　　 7.對A’,B’,C’,D’,E’組進(jìn)行屈伸/左右側(cè)彎疲勞載荷實(shí)驗(yàn)后其所有標(biāo)