兔腰椎間盤嚴重退變骨水泥成形術模型建立與鑒定

蔡碰德 顧恩毅 潘偉坤 陳康堯 鄭 忠

廈門大學附屬福州第二醫(yī)院骨科（福州 350007）

隨著年齡的增加，椎間盤由于老化和機械損傷而發(fā)生生物力學和結構變化導致的腰腿疼痛在老年患者中十分常見［1］，尤其是存在腰椎不穩(wěn)定的患者通常需摘除責任節(jié)段椎間隙髓核、置入椎間融合器并采用椎弓根螺釘內固定，手術創(chuàng)傷大、出血量大、手術時間長，高齡患者常因存在高血壓、冠心病、糖尿病等基礎疾病不能耐受開放大手術，且手術期間容易出現相關并發(fā)癥［2-3］，嚴重影響其生活質量。針對上述的臨床情況，近年來國外有學者介紹了經皮骨水泥椎間盤成形術（percutaneous cement discoplasty，PCD），該技術可經皮注射聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥（polymethyl methacrylate，PMMA）填充于嚴重退變的椎間盤中。這一新型手術方式提供了迅速的節(jié)段穩(wěn)定效果且因椎間孔增大的而達到神經根及硬膜囊間接減壓的效果，具有較為肯定的臨床治療效果［4-5］。然而，將該技術在臨床上廣泛應用還需還大量的動物實驗及臨床隨訪來證明，建立一種可行性強、可重復性好的實驗動物模型用于后期的研究十分必要。本研究通過采用銳性切開實驗兔纖維環(huán)、破壞髓核并飼養(yǎng)6周的方法首先造成椎間盤嚴重退變，而后向椎間隙注射骨水泥建立兔腰椎間盤骨水泥成形術的動物模型，并應用X線、MRI進行驗證。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及造模前影像學檢查

選用體質量1.5～2.5 kg的清潔級健康雄性5月齡新西蘭大白兔6只（福建中醫(yī)藥大學動物實驗中心提供并飼養(yǎng)）。適應性飼養(yǎng)1周后在經面罩氣體全身麻醉下拍攝X線片并行MRI檢查，步驟如下：首先將實驗動物放置于小動物麻醉誘導箱中，采用濃度99.9%異氟烷（深圳瑞沃德生命科技有限公司提供）進行誘導麻醉，流量為4.5～5 L /h。誘導成功后將小動物轉移至固定平臺，通過小動物（兔）專用面罩經氣道給予全身麻醉，99.9%異氟烷，流量為2.0～2.0 L /h，根據麻醉的深度及時調整麻醉劑流量。所用小動物麻醉機由深圳瑞沃德生命科技有限公司提供，型號為540I。麻醉生效后采用移動式X射線機（GE OEC Fluorostar Compact，通用電氣OEC醫(yī)療系統(tǒng)公司，美國）拍攝以腰2～3為中心兔腰椎正側位X線片。而后應用小動物磁共振（GE Signa Advantage 115 T，通用電氣OEC醫(yī)療系統(tǒng)公司，美國）對兔腰椎2～3節(jié)段行T2加權像（T2WI）掃描。掃描參數如下：序列重復時間/ 回波時間（TR/ TE）T2WI為5 000/ 128 ms，層厚1 mm，層間距1 mm，所有MRI影像資料由三位資深MRI醫(yī)師在不同的時間盲法閱片并按Pfirrmann分級［6］法進行評估分級，共分為Ⅰ～Ⅴ級，意見不一致時通過討論定級。本研究動物實驗方案經廈門大學附屬福州第二醫(yī)院倫理委員會審批通過（倫理批件號：FZEYLL2020010015）。

1.2 椎間盤嚴重退變模型建立及鑒定

適應性喂養(yǎng)1周后參考課題組前期的手術造模經驗［7-8］，誘導成功后將小動物轉移至動物手術臺上固定四肢。采用側臥位，腰部下方墊一厚度約6.0 cm的軟墊使術側腰椎間隙增大，術側軀干冠狀面與手術臺水平面成45°。采用小動物麻醉機面罩吸入麻醉，所使用麻醉劑及麻醉方法同前所述。

手術造模步驟具體如下：全身麻醉生效后，剔除手術區(qū)域毛發(fā)，常規(guī)碘伏消毒并鋪無菌洞巾，觸及實驗兔肋弓，以平肋弓下緣（約平腰2～3椎體間隙平面）后正中旁開約1.5 cm處為做一長約4.0 cm的縱向切口。逐層切開皮膚、皮下組織及筋膜，識別腹外斜肌外側緣與腰背肌間隙并鈍性分離該間隙，手術拉鉤前后拉開間隙，觸及肋骨辨別胸12椎體，向下推移2個椎體即為腰2～3椎體間隙。拉鉤牽拉腰2椎體橫突，另一拉鉤下壓腹膜及腹腔臟器，剝離椎體前緣的軟組織顯露腰2～3椎體間隙側前方。在腰2～3椎體間隙側前方用20號尖刀片沿脊柱縱軸逐層切開前縱韌帶、纖維環(huán)，用20 mL注射器針頭刺入椎間盤內并輕微挑撥直至見部分膠凍樣半透明的髓核組織溢出，用微型牙科用小刮匙剔除大部分髓核組織。沖洗切口，縫合腰背肌及腹外斜肌的筋膜及皮膚，無菌敷料覆蓋手術切口，終止吸入麻醉，實驗動物送入動物房麻醉復蘇繼續(xù)飼養(yǎng)。

飼養(yǎng)6周后腰椎手術節(jié)段行磁共振檢查，具體方法及所用儀器設備同前所述。影像學檢查腰椎間盤MRI的Pfirrmann分級為Ⅴ級者的動物進入下一個步驟：椎間盤嚴重退變骨水泥注射模型建立。

1.3 椎間盤嚴重退變骨水泥注射模型建立及鑒定

1.3.1 椎間盤嚴重退變骨水泥注射模型建立 上述影像學表現符合腰椎間盤突出嚴重退變的實驗兔行第二次手術，本次手術麻醉方法、顯露方法同前所述，顯露至腰2～3間隙椎間盤部位。清除手術節(jié)段周圍的瘢痕組織，利用微型撐開器撐開實驗兔腰2～3間隙，通過注射器往椎間盤注入約0.5 mL骨水泥（PALACOS?，德國），待骨水泥凝固后逐層閉合手術切口，終止吸入麻醉，實驗動物送入動物房麻醉復蘇。（手術操作示意圖見圖1）。

圖1 手術操作示意圖

1.3.2 椎間盤嚴重退變骨水泥注射模型鑒定 椎間盤嚴重退變骨水泥注射模型1周后拍攝手術節(jié)段X線片并行磁共振檢查及Pfirrmann分級，具體方法及儀器設備同前。上述影像學檢查完成后經耳緣靜脈注入空氣處死實驗兔，解剖顯露腰2～3椎間隙，探查了解手術部位的骨水泥有無脫落、松動。

2 結 果

椎間盤嚴重退變骨水泥注射模型1周后拍攝手術節(jié)段X線片，結果顯示骨水泥較好地填充于腰2～3間隙，椎間隙高度接近正常狀態(tài)（見圖2）。而MRI掃描Pfirrmann分級顯示6例實驗兔椎間盤嚴重退變模型建立后腰2～3椎間盤信號T2WI椎間盤髓核信號強度Pfirrmann分級均為Ⅴ級，椎間盤內注射骨水泥后Pfirrmann分級均為Ⅳ級。終末解剖處實驗動物顯露腰2～3椎間隙，探查了解手術部位間手術節(jié)段的骨水泥有無脫落、松動。以上結果提示本實驗進行的腰椎間盤嚴重退變骨水泥模型切實可行，可重復性好。

圖2 腰2～3正側位X線片（白色箭頭指示為填充的骨水泥）

3 討 論

隨著社會的老齡化，因椎間盤嚴重退變引起腰腿痛是老年患者較為常見的脊柱脊髓疾病，嚴重影響老年患者的生活質量甚至其壽命，越來越受到眾多脊柱外科醫(yī)師及患者的重視。既往傳統(tǒng)的手術治療方法常需行腰椎責任節(jié)段切開椎間隙融合椎弓根內固定，然而老年患者常合并高血壓、糖尿病、冠心病等基礎疾病不能耐受而只能接受療效不切確的非手術治療方法。近幾年內國內外從事脊柱外科專業(yè)的學者報道采用經皮椎間盤骨水泥成形技術來解決上述的難題，并取得不錯的臨床近期效果。該項技術通過類似于經皮椎體成形術通過經皮微創(chuàng)往責任間隙椎間盤（椎間盤嚴重退變）注入適量骨水泥，使得術前不穩(wěn)定的責任間隙迅速達到穩(wěn)定狀態(tài)。然而這一技術的推廣還需要大量的動物實驗及臨床病例來證明，本課題研究旨在建立一種可行性強、可重復性好的實驗動物模型以便用于后期的生物力學、組織學等基礎研究。

3.1 實驗動物與手術干預節(jié)段的選擇

本課題研究在先前研究的基礎上選取新西蘭大白兔這一實驗動物，相較于中大型動物［9-10］該動物模型飼養(yǎng)容易、來源豐富、價格適中。前期課題實驗已證實新西蘭大白兔手術造模采用呼吸道吸入麻醉效果滿意，安全性高。手術造模發(fā)現其椎間盤大小合適，可通過針刺、切開纖維環(huán)使髓核組織流出人為造成椎間盤退變，后期可進行纖維環(huán)縫合、向椎間隙注入骨水泥、生物凝膠等操作，實驗可操作性強。本動物模型之所以選擇兔腰2～3間隙水平作為手術干預節(jié)段，原因在于手術操作時可以胸12的肋骨作為觸摸的解剖標志，向下識別腰1、2椎體較為準確定位手術節(jié)段，此外選擇在腰2～3椎間隙水平進行可盡量減少肋弓遮擋對手術顯露目標椎間盤及后續(xù)操作的影響。

3.2 本實驗模型的難點

本實驗模型在前期的基礎上實驗動物術前麻醉、手術部位顯露已較為成熟，造模過程中未出現一例實驗動物意外死亡，課題組成員手術造模顯露相應腰椎節(jié)段時間平均不超過20分鐘。然而，在前期預實驗造模過程往椎間隙內注入骨水泥這一步驟中遇到一定的困難。由于受動物體型大小的影響新西蘭大白兔腰椎間隙較為狹小，而骨水泥具有一定的粘稠度，通過細小的注射器將骨水泥推入兔腰椎間隙較為困難。后期進行了以下改進：①切除骨水泥注射部位的部分纖維環(huán)；②使用微小刮匙去除大部分的髓核組織及部分椎間盤終板軟骨；③注射骨水泥時使用微型撐開器撐開椎間隙便于骨水泥更好地進入椎間隙。經過改進后骨水泥能較為順利地注入兔腰2～3椎間隙中。

3.3 模型制備成功的鑒定

本模型制備是否成功主要分為兩部分，第一部分是椎間盤是否發(fā)生嚴重退變，課題組前期的研究已表明MRI特別是其在T2系列上的信號變化能夠較好地反映腰椎間盤在退變過程中形態(tài)、生物化學的變化［11-12］。本課題也證實了手術干預椎間盤6周后MRI椎間盤信號Pfirrmann分級由造模前Ⅰ級變?yōu)棰跫墸f明本實驗椎間盤嚴重退變模型建立成功。第二部分是椎間盤骨水泥注射是否成功，本實驗通過三個方面加以驗證：①術后拍攝實驗兔腰椎正側位X線片證實骨水泥位于腰2～3椎間盤內，位置良好；②磁共振掃描證實腰2～3椎間盤T1及T2系列信號改變符合骨水泥填充影像學改變；③最后動物處死解剖證實所注射入骨水泥位于椎間盤內無松動或者脫落。

3.4 展望

在本課題研究模型建立成功的基礎上，后期研究可針對比較實驗兔腰椎間盤骨水泥注射后生物力學、影像學、組織學等展開相關研究，進一步明確該項新技術的可行性。此外，本課題采用傳統(tǒng)開放手術建立動物模型，創(chuàng)傷較大，后期可嘗試以微創(chuàng)通道建立兔椎間盤嚴重退變模型，并向其椎間隙注射骨水泥。這種微創(chuàng)方式可能為臨床采用類似椎體成形術微創(chuàng)方式治療老年患者嚴重椎間盤退變引起的脊柱脊髓疾病提供動物實驗基礎。