骨水泥加固頸椎椎體螺釘?shù)纳锪W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年中國康復醫(yī)學會第八次全國頸椎病報道我國現(xiàn)有5000萬至1.5億的患者。據(jù)不完全統(tǒng)計,頸椎病在正常人群中的發(fā)病率為3.8％-17.6％。當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年頸椎實行前路植骨內(nèi)固定以后,以其具有增強術(shù)后即刻穩(wěn)定、植骨融合率高、有效恢復椎間高度、術(shù)后外固定簡單、能早

2、期活動并提高良好的生物力學環(huán)境等優(yōu)點得到廣大臨床醫(yī)生的認可并迅速得到廣泛應用。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)佬迯秃蛷娀淖刁w成形術(shù),在對釘?shù)缽娀蛐迯歪數(shù)赖幕A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研究卻發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外鮮有報道。這促使科研工作者利用生物力

3、學的方法,從理論的角度給以解釋并對頸椎前路內(nèi)固定方法進行進一步的改進。
　　 本研究擬使用頸椎前路鋼板螺釘內(nèi)固定器械,在體外進行頸椎生物力學實驗,第一,通過單純對螺釘進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、預防性釘?shù)缽娀i椎椎體、骨質(zhì)疏松椎體螺釘失效修復后椎體螺釘?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螺釘?shù)姆€(wěn)定性。第二,通過對單節(jié)段鋼板螺釘系統(tǒng)進行屈伸、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、預防性強化單節(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、預防性釘?shù)缽娀i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、預防性強化單節(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動范圍的影響。
　　 目的:評價PMMA骨水泥對頸椎前路單皮質(zhì)骨螺釘?shù)男迯突驈娀饔?分析在強化或修復前后、疲勞前后等不同狀態(tài)下的生物力學特性,以期為臨床實施骨質(zhì)疏松椎體螺釘翻修術(shù)、預防性強化或修復骨質(zhì)疏松多節(jié)段前路鋼板螺釘提供生物力學依據(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:分骨水泥強化和修復頸椎前路椎體螺釘?shù)纳锪W研究
　　 1.標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本(均取材于南方醫(yī)科大學人體解剖教研室)。標本均攝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)測定每具標本C3～C7椎體的骨密度(BMD),證實為骨質(zhì)疏松和正常骨質(zhì)標本。每具標本取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個單椎體標本。編號置密封塑料袋中待用。
　　 2.實驗方法40個椎體按正常骨密度組(A組)、骨質(zhì)疏松組(B組),骨質(zhì)疏松修復組(C組)、骨質(zhì)疏松強化組(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,隨機選擇一側(cè)行即時最大軸向拔出力實驗,另一側(cè)在疲勞試驗(2HZ,200

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

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。修整后的標本用聚甲基丙烯酸甲酯包埋,C5呈水平位,標本用雙層塑料袋包裹后置入4℃冰柜冷藏。
　　 2.實驗方法在11具豬頸椎標本(C3-C7)上,利用Motion Analysis捕捉分析系統(tǒng)和MTS858液壓伺服材料試驗機按以下分組順序測量屈伸、左右側(cè)彎、左右旋轉(zhuǎn)6個方向的運動角位移參數(shù)[運動范圍(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’組標本行進行1HZ,2NM(20N-110N)屈伸、左右側(cè)彎疲勞實驗,各加載5000次；釘?shù)缽娀摪骞潭ńM(D’組):對C’組標本實施釘?shù)缽娀?；釘?shù)缽娀摪骞潭ㄆ诮M(E’組):對D’組標本重復C’組的屈伸、左右側(cè)彎疲勞實驗。

11、　　 結(jié)果
　　 第一部分:骨水泥強化和修復頸椎前路椎體螺釘?shù)纳锪W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)計學差異(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組別的骨密度采

12、用相關分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者均沒有顯著性相關關系(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)計學差異。B組明顯低于C、D組均具有顯著性統(tǒng)計學差異(P=0.000,P=0.000),C組與D組相比較無顯著性統(tǒng)計學差異(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)計學差異(P=0.046,P=0.023),B組明顯低于C、D組均具有顯著性統(tǒng)計學差異(P=0.001,P=0.000),C組與D組相比較無顯著性統(tǒng)計學差異(P=0.999)。
　　 第二部分:釘?shù)缽娀瘜︻i椎前路椎間融合術(shù)式穩(wěn)定性影響的生物力學研究
　　 A’組各方向ROM、NZ、EZ與其他各組比較差異均有統(tǒng)計學意義(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)計學意義(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),其他方向的各指標與E’組比較差異均無統(tǒng)計學意義(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,其他各方向各指標與E組比較差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。<

16、br>　　 結(jié)論
　　 1.本研究證實A,B,C,D四組疲勞試驗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,甚至高于疲勞前的B組。
　　 3.體外生物力學測試表明PMMA修復或強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)缽娀蛐迯湍軌蛎黠@增強椎體螺釘?shù)募磿r穩(wěn)定性和抗疲勞能力,此研究

17、為臨床實施骨質(zhì)疏松椎體螺釘翻修術(shù)、預防性強化骨質(zhì)疏松多節(jié)段前路鋼板螺釘提供生物力學依據(jù)。
　　 5.釘?shù)缽娀摪褰M疲勞前后的三維穩(wěn)定性比鋼板固定組的增強,說明PMMA骨水泥強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)缽娀诤罂购笊斓穆葆敯纬瞿芰υ鰪?說明強化后鋼板螺釘?shù)姆€(wěn)定性有所增加。
　　 7.對A’,B’,C’,D’,E’組進行屈伸/左右側(cè)彎疲勞載荷實驗后其所有標