終板螺紋狀處理對豬腰椎椎體終板生物力學穩定性的影響

張在青，陳波，莊青山，徐兆萬，黃壽國，鞠亮，張英華

(1臨沂市中心醫院，山東沂水276400；2濰坊市人民醫院)

椎間植骨融合術可更好地恢復脊柱生理弧度，具有植骨融合率高的優點，逐漸成為脊柱融合的主流術式[1,2]。術后血管長入植骨塊、保持終板機械強度是植骨融合成功的保證[3]。終板中央區下方具有豐富的血管通道和良好的通透性，去除終板后血管容易長入植骨塊，但終板強度大大降低，同時兼顧兩個因素的難度較大[4]。目前臨床上多采用磨鉆、刮匙、絞刀、the SpineJetTM XL對終板進行處理，在保證血管長入的同時還能保留更多的椎體終板[5,6]。腰椎椎體終板經螺紋化處理后，軟骨終板大部分被破壞，骨性終板小部分被破壞，松質骨滲血，可為植骨融合提供良好的植骨床。但其是否會降低終板機械強度，進而影響植骨區的生物力學穩定性，目前研究較少。為此，我們于2016年6月～2017年6月進行了如下研究。

1 材料與方法

1.1 材料 實驗動物：長白豬15只，雌雄不限，8月齡，體質量75～90 kg，由沂水龍家圈養豬場提供。主要儀器：WE-60液壓式萬能材料試驗機購于濟南試驗機廠，最大載荷為60噸；終板處理器、絞刀、骨刀、手術刀、刮匙、尖嘴咬骨鉗、自凝牙托粉、牙托水及小型臺鉗均購于上海醫療器械股份有限公司。

1.2 標本制備及分組處理 將15只豬處死后取其腰椎椎體，挑選出30個大小相似的脊柱功能單位，均保留骨膜、椎間盤、關節囊及韌帶組織，將椎旁肌肉組織剔除干凈。該脊柱功能單位包括上下兩個椎體及其椎間盤，均經X線檢查排除骨質疏松、創傷、骨折、先天性畸形、腫瘤等。將30個脊柱功能單位隨機分為螺紋處理組和絞刀處理組各15個，每組包含15個椎間隙、30個腰椎椎體終板。兩組均采用臺鉗以適當力量夾持固定椎體，咬除椎間隙后面的棘突、椎板及部分小關節突，充分暴露椎間隙。螺紋處理組采用自制終板螺紋化處理器處理終板，處理方法：采用髓核鉗、刮匙、絞刀徹底清除椎間隙的髓核、纖維環等變性組織及部分軟骨終板，將終板螺紋化處理器垂直放入椎間隙內25～30 mm；將終板螺紋化處理器旋轉90°，旋轉2～3次，對間隙上下終板的軟骨終板及部分骨性終板進行螺紋化處理；適當調整處理器方向，重復以上操作2～3次，充分處理椎間隙上下終板，并建立一個扇形骨槽。絞刀處理組用絞刀處理終板。兩組均采用自體髂骨制成的、大小相符的骨塊植入椎間隙，X線透視確定植入的方向及深度均滿意。使用自凝牙托粉在脊柱功能單位兩端制作平臺[7]，使兩端平臺處于水平面，以利于軸向加載。

1.3 相關指標觀察 ①抗壓情況：兩組均隨機選取10個脊柱功能單位，應用萬能試驗機以2 mm/min的恒定速度軸向加壓。觀察兩組軸向壓力負荷下椎體形態變化，自動記錄儀記錄載荷-位移變化運動曲線，記錄終板最大抗壓負荷(ACL)，即椎間隙開始出現塌陷時的載荷。②終板破壞情況：將兩組剩余5個脊柱功能單位的上下兩椎體分開，觀察腰椎椎體軟骨及骨性終板破壞情況。

2 結果

2.1 兩組抗壓情況比較 兩組抗壓負荷超過椎體終板載荷時，均出現椎間隙塌陷及椎間隙高度下降，椎間隙塌陷后可見塊狀植骨形狀略有改變并發生傾斜，椎體終板塌陷程度較輕。螺紋處理組終板ACL為(18.20±0.15)N，絞刀處理組為(18.63±0.33)N，兩組比較P>0.05。

2.2 兩組終板破壞情況 螺紋處理組大部分軟骨終板被破壞，小部分骨性終板被破壞，小部分椎體松質骨外露。絞刀處理組大部分軟骨終板被破壞，骨性終板基本未受到破壞。

3 討論

植骨床血供及植骨區生物力學穩定性對椎間植骨融合手術的成功具有重要影響。臨床上多采用器械對終板進行處理，即可以保留椎體終板的部分機械強度，又可豐富植骨床血管網，以利于提高植骨融合率。但是不管工具和技術如何改進，手術原則基本保持不變，即徹底減壓神經組織、恢復椎間隙高度、擴大椎間孔、恢復腰椎正常生理前凸、椎體間結構性植骨、良好骨性融合和運動節段即刻穩定性等[8,9]。術中要求必須徹底清除髓核組織，并盡可能將中、內層終板軟骨和纖維環清除，以擴大椎間植骨面積。Huh等[10]認為，椎間植骨融合手術中清除60%椎間盤組織，術后植骨融合效果滿意。Closkey等[11]研究發現，超過30%終板面積的植骨融合才能滿足椎間植骨的要求。生物力學研究顯示，只有超過30%終板面積的植骨融合才能為前柱提供有效支撐[12]。骨性終板在維持椎體正常形態和承載應力方面具有重要作用[13]，切除骨性終板后其抗壓強度將會降低33%[14]。為維持終板的力學強度，不得不過多保留終板，而終板過多保留會影響椎間植骨的血供[15]。因此，椎間植骨融合手術中如何在保留終板支撐力和血供之間找到平衡至關重要。

本研究結果顯示，兩組終板ACL比較差異無統計學意義，說明對腰椎椎體終板螺紋狀及絞刀處理終板支撐力依然存在，螺紋狀終板可提供足夠的生物力學強度，能防止植入物塌陷，維持椎間隙高度，減緩椎間退變。本研究結果顯示，螺紋處理組大部分軟骨終板被破壞，小部分骨性終板被破壞，小部分椎體松質骨外露；說明腰椎椎體終板經終板螺紋化處理器后可為植骨融合提供良好的植骨床。本研究絞刀處理組大部分軟骨終板被破壞，骨性終板基本未受到破壞；說明腰椎椎體終板經絞刀處理后對終板生物力學穩定性影響較小，對終板的支撐力破壞較小，但不利于植骨融合，容易導致手術失敗。分析原因，本研究自制的終板螺紋化處理器對腰椎椎體終板螺紋化處理后，可徹底清除大部分軟骨終板，同時螺紋化處理器的齒狀突出部分可切除終板的骨性部分，使椎體松質骨外露。處理后的植骨床血運豐富，易于植骨融合，可對植骨塊提供足夠的支撐強度，避免出現植骨塊下沉，影響椎間隙高度；同時，螺紋狀的骨槽能對植骨塊起到較好的把持作用，可避免植骨塊脫出。終板螺紋化處理器在椎間隙內旋轉能發揮撐開作用，對恢復椎間隙高度具有一定作用。

綜上所述，豬腰椎椎體終板經螺紋狀處理后生物力學穩定性較高，有助于提供豐富的血管網，從而促進植骨融合。本研究的不足之處：①新鮮豬腰椎椎體雖在運動學、幾何學及機械性能等方面與人腰椎椎體相似，但在生物力學上還不能完全模擬人腰椎的生理狀態；②本研究為體外實驗，與正常生理狀態下的脊柱運動有一定區別；③將椎體終板進行整體壓縮后并未對椎體終板經螺紋狀處理后內部分布規律(后外側強度大于中央區)進行研究，仍需要進一步完善實驗設計。

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