聚DL-乳酸融合器對山羊頸椎C3～4節(jié)段椎間融合的作用

張君，柴明祥，路坦，孫曉輝，賈金領(lǐng)

(新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院，河南新鄉(xiāng)453100)

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聚DL-乳酸融合器對山羊頸椎C3～4節(jié)段椎間融合的作用

張君，柴明祥，路坦，孫曉輝，賈金領(lǐng)

(新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院，河南新鄉(xiāng)453100)

目的 觀察聚DL-乳酸融合器(PDLLA cage)在山羊頸椎C3～4節(jié)段椎間融合中的作用。方法 將32只成年雌性山羊隨機均分為PDLLA cage組、鈦合金cage組、自體髂骨組和正常對照組。切除前三組山羊的C3～4椎間盤，分別植入PDLLA cage、鈦合金cage和自體三面皮質(zhì)髂骨。于術(shù)后12周，處死所有動物，取C3～4頸椎標(biāo)本。采用生物力學(xué)加載系統(tǒng)的非破壞彈性法測定標(biāo)本的生物力學(xué)，計算1、2、3、4 N·m逐級加載純力矩進(jìn)行前屈、后伸、側(cè)屈和旋轉(zhuǎn)后的角位移變化、剛度及活動范圍(ROM)。結(jié)果 1～4 N·m逐級加載，PDLLA cage組與鈦合金cage組前屈、后伸、側(cè)屈和旋轉(zhuǎn)的角位移與正常對照組、自體髂骨組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)；前屈時，在3、4 N·m負(fù)荷PDLLA cage組與鈦合金組角位移比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)。旋轉(zhuǎn)和側(cè)屈時，PDLLA cage組及鈦合金cage組較自體髂骨組、正常對照組剛度增加(P均<0.05)。PDLLA cage組及鈦合金cage組較正常對照組各向量運動的ROM減小(P均<0.05)；側(cè)屈時PDLLA cage組ROM高于鈦合金cage組(P<0.05)。結(jié)論 PDLLA cage生物相容性好，可為山羊頸椎椎間融合提供較好的初始生物力學(xué)穩(wěn)定性。

頸椎病；聚DL-乳酸融合器；頸椎融合術(shù)；生物力學(xué)；山羊

頸椎結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜和特殊，在整個脊柱結(jié)構(gòu)中活動度大，穩(wěn)定性差，易受損傷。隨著生活方式改變及人口老齡化，頸椎病的發(fā)病率逐年增加，并呈低齡化趨勢，嚴(yán)重危害公眾的健康和生活質(zhì)量[1,2]。頸椎前路減壓骨融合術(shù)是治療頸椎病的有效手段，自體骼骨是經(jīng)典而理想的植骨來源，但存在失血量多、血腫、供骨區(qū)疼痛、髂骨骨折等并發(fā)癥，而同種異體骨或人工骨替代材料又存在感染、免疫排斥反應(yīng)及融合性差等弊端[3]。目前臨床常用的頸椎椎間融合器以鈦合金材料為主，具有組織相容性好、強度高等優(yōu)點，但也存在與椎體接觸面積有限、應(yīng)力相對集中等缺點[4]。聚DL-乳酸(PDLLA)是一類可完全生物降解的脂肪族聚酯類高分子材料，其生物力學(xué)特性接近皮質(zhì)骨，應(yīng)力遮擋小，能為骨融合創(chuàng)造良好的生物學(xué)和生物力學(xué)環(huán)境[5]。2016年1～6月，本研究將PDLLA融合器植入山羊頸椎，觀察其對融合節(jié)段的椎間高度、前凸角和椎間角的影響，評價其對頸椎穩(wěn)定性的影響。

1 材料與方法

1.1 動物分組 成年雌性山羊(四川麻羊)32只，2歲，體質(zhì)量(30.27±1.42)kg。隨機將32只山羊分為四組：PDLLA cage 組、鈦合金cage組、自體髂骨組及正常對照組，每組8只。

1.2 融合器制備 采用相對分子質(zhì)量為800 000、硫化溫度為80 ℃、粉末狀的PDLLA(四川成都迪康生物材料有限公司)作為PDLLA cage的材料，采用壓模成形方法制備，壓力500 N，溫度80 ℃。采用醫(yī)用TC4鈦合金，以機械加工方法制備鈦合金cage，彈性模量為110 GPa。cage主體均為箱形，包括上、下兩個翼板，尺寸為5 mm ×12 mm×14 mm。自體三面皮質(zhì)髂骨厚度5 mm，深度12 mm。

1.3 手術(shù)方法 正常對照組不作任何處理，其余三組術(shù)前1 d及術(shù)中給予青霉素240萬U肌內(nèi)注射，4次/d。用咪唑安定10 mg、芬太尼0.1 mg靜脈誘導(dǎo)麻醉，戊巴比妥鈉維持麻醉。麻醉后，于山羊頸部右前外側(cè)縱行切口，分離筋膜，暴露頸長肌，采用Caspar撐開器撐開椎間隙，摘除C3～4髓核，刮除軟骨終板，保留軟骨下骨，植入PDLLA cage(PDLLA cage 組)和鈦合金cage(鈦合金cage組)，cage主體空腔內(nèi)植入，以兩枚螺釘固定于上、下椎體。自體髂骨組取自體三面皮質(zhì)髂骨植入。三組植入后，采用生理鹽水沖洗切面，逐層縫合，最后采用無菌敷料包扎。術(shù)后12周，在戊巴比妥鈉全麻下注射氯化鉀將山羊處死，取出C3～4節(jié)段，去除周圍肌肉組織，保留韌帶，待測。

1.4 頸椎生物力學(xué)檢測 采用生物力學(xué)加載系統(tǒng)(四川大學(xué)生物力學(xué)試驗室研究設(shè)計)，利用非破壞彈性法對標(biāo)本的生物力學(xué)進(jìn)行測定。該系統(tǒng)模擬頸部的生理性活動，采用滑輪系統(tǒng)進(jìn)行加載，頸椎標(biāo)本產(chǎn)生前屈、后伸及左右側(cè)屈，采用扭矩傳感器自動裝置加載標(biāo)本的左右扭轉(zhuǎn)活動。最大力矩為4 N·m，采用3次最大力矩-零周期方式對預(yù)先準(zhǔn)備的標(biāo)本進(jìn)行預(yù)加載，減少標(biāo)本的黏彈性。各組采用1、2、3、4 N·m逐級加載，檢測最大力矩時C3相對于C4的角位移變化。計算樣本頸椎剛度，頸椎剛度=力矩變化(N·m)/角位移增量(°)。本研究中力矩變化以最大加載為4 N·m和最小加載為1 N·m的差值，力矩變化為3 N·m；角位移增量=4 N·m的角位移-1 N·m的角位移。計算頸椎活動范圍(ROM)，ROM=椎體在零載荷時與中立位之間的位移+椎體最大載荷時與零載荷之間的位移。

2 結(jié)果

2.1 四組不同向量角位移變化比較 在1～4 N·m逐級加載時，與正常對照組相比，自體髂骨組在后伸和側(cè)屈兩種向量的角位移(P均<0.05);PDLLA cage組和鈦合金cage組在前屈、后伸、側(cè)屈和旋轉(zhuǎn)各向量的角位移與正常對照組、自體髂骨組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)。在前屈和后伸時，PDLLA cage組和鈦合金cage組間角位移各級加載差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)；側(cè)屈時，兩組各級加載比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)；前屈時，在3、4 N·m加載時，兩組角位移變化比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)。見表1。

2.2 四組不同向量剛度比較 旋轉(zhuǎn)和側(cè)屈加載時，與自體髂骨組及正常對照比較，PDLLA cage組及鈦合金cage組剛度增加，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)；PDLLA cage組與鈦合金組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。前屈和后伸時各組剛度比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。見表2。

2.3 四組不同向量ROM比較 各向運動時，PDLLA cage組及鈦合金cage組的ROM低于自體髂骨組和正常對照組，比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)；側(cè)屈時PDLLA cage組的ROM高于鈦合金cage組(P<0.05)，在前屈、后伸及旋轉(zhuǎn)時兩組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。見表3。

表1 四組不同向量角位移變化比較±s)

注：與正常對照組同向量比較，aP<0.05；與自體髂骨組同向量比較，bP<0.05；與鈦合金cage組同向量比較，cP<0.05。

表2 四組不同向量剛度比較

注：與正常對照組比較，aP<0.05；與自體髂骨組比較，bP<0.05。

表3 四組不同向量ROM比較

注：與正常對照組比較，aP<0.05；與自體髂骨組比較，bP<0.05；與鈦合金cage組比較，cP<0.05。

3 討論

頸椎不穩(wěn)、椎動脈周圍交感神經(jīng)叢受刺激、雙側(cè)基底動脈供血不足是導(dǎo)致頸椎病臨床癥狀的核心環(huán)節(jié)，通過頸椎前路減壓骨融合術(shù)增加頸椎的穩(wěn)定性，可減少繼發(fā)性交感神經(jīng)對頸動脈的刺激，是治療頸椎病的有效手段[6,7]。研究報道，頸椎前路減壓融合手術(shù)存在移植物吸收、塌陷移位等并發(fā)癥，嚴(yán)重者甚至?xí)霈F(xiàn)不融合或假關(guān)節(jié)形成，嚴(yán)重影響頸椎病的遠(yuǎn)期療效[8]。目前三面皮質(zhì)髂骨植骨融合術(shù)仍是頸椎前路融合的金標(biāo)準(zhǔn)，但取自體髂骨會引起失血量增加、血腫、供骨區(qū)疼痛、髂骨骨折及股部感覺異常等問題[9，10]，隨著對椎間融合器的不斷研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用cage行椎間融合可以減少術(shù)中出血量、減少并發(fā)癥尤其是取骨處疼痛的發(fā)生，并且在手術(shù)時間、融合率、優(yōu)良率等方面與自體骨植骨融合效果相同[11]。

本研究所采用的PDLLA cage是由可被人體吸收的聚合物材料——PDLLA制成，其生物力學(xué)特性接近皮質(zhì)骨，可以100%被人體降解吸收，中間植骨、彈性模量接近人體骨骼。這種生物學(xué)材料應(yīng)力遮擋小，可為骨長入和界面成骨提供適合的生物學(xué)環(huán)境[12]。本研究結(jié)果顯示，在1～4 N·m逐級加載時，PDLLA cage組和鈦合金cage組在前屈、后伸、側(cè)屈和旋轉(zhuǎn)各向量的角位移變化與正常對照組及自體髂骨組相比，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。在側(cè)屈時，兩組間角位移各級加載差異有統(tǒng)計學(xué)意義；前屈時，在3、4 N·m負(fù)荷時，兩組間角位移變化差異有統(tǒng)計學(xué)意義。通過力矩變化及角位移增量計算不同組山羊頸椎的剛度結(jié)果顯示，與自體髂骨組及正常對照比較，旋轉(zhuǎn)和側(cè)屈加載時，PDLLA cage組及鈦合金cage組剛度顯著增加，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。各向運動時，PDLLA cage組與鈦合金組間剛度差異無統(tǒng)計學(xué)意義。PDLLA cage組及鈦合金cage組的ROM均顯著低于自體髂骨組和正常對照組；側(cè)屈時PDLLA cage組的ROM顯著高于鈦合金cage組。說明將PDLLA cage應(yīng)用于山羊頸椎C3～4段，能達(dá)到初始穩(wěn)定的要求，其效果與鈦合金相當(dāng)，但明顯優(yōu)于自體骼骨移植，是較理想的頸椎前路融合內(nèi)固定裝置。此外，本研究在手術(shù)過程中保留了終板，避免局部應(yīng)力集中，有利于維持頸椎的剛度和穩(wěn)定性，減少植骨下沉、松動的現(xiàn)象發(fā)生。

綜上所述，PDLLA cage對移植骨的應(yīng)力遮擋比鈦合金cage小，可增加融合節(jié)段的穩(wěn)定性，椎間融合效果更好，是良好的頸椎前路融合內(nèi)固定裝置。

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2016-07-26)