膨脹式椎弓根螺釘在骨質(zhì)疏松條件下穩(wěn)定機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)廣泛應(yīng)用于治療脊柱退行性病變、脊柱骨折、脊柱畸形、脊柱結(jié)核及椎體轉(zhuǎn)移瘤等病癥。椎弓根螺釘?shù)墓潭煽啃匀Q于骨-螺釘界面把持力的維持。但對于骨質(zhì)疏松癥（osteoporosis，OP）患者，由于骨礦物質(zhì)密度降低（bone mineraldensity，BMD），骨小梁變薄，骨-螺釘界面連接不牢固，常使患者面臨著螺釘松動、固定失敗的風(fēng)險(xiǎn)。為強(qiáng)化椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性，在釘?shù)纼?nèi)添加聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmeth

2、acrylate，PMMA）、磷酸鈣骨水泥(Calcium phosphate cement，CPC)、羥基磷灰石骨水泥(Hyduoyapatite cement，HAC)等強(qiáng)化物質(zhì)可提高螺釘穩(wěn)定性，相關(guān)的體外實(shí)驗(yàn)研究較多[4,5,6]，但臨床應(yīng)用并不廣泛。主要由于PMMA 等存在諸多缺點(diǎn)[7,8]，而CPC、HAC 等在體內(nèi)被完全替代之前的這段時間內(nèi)是否可提供足夠的力學(xué)強(qiáng)度，亦需進(jìn)一步評價[5,6,9]。為了簡化術(shù)中的強(qiáng)化操作過程，避

3、免添加生物材料引起的并發(fā)癥，本課題組前期的研究、設(shè)計(jì)了膨脹式椎弓根螺釘（expansive pedicle screw，EPS）,并獲專利保護(hù)（專利號:CN2647255）。離體的生物力學(xué)試驗(yàn)及機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)，表明EPS在強(qiáng)度無下降的情況下，具有更高固定可靠性。但EPS 在骨質(zhì)疏松條件下，是否會實(shí)現(xiàn)長期的穩(wěn)定及EPS 的穩(wěn)定機(jī)制仍不清楚，目前也無EPS 界面研究的相關(guān)報(bào)道。 研究目的：觀察在骨質(zhì)疏松狀態(tài)下，EPS 骨-螺釘界面以及

4、EPS膨脹縫隙內(nèi)組織學(xué)情況，探討其在體強(qiáng)化穩(wěn)定的作用機(jī)制，為臨床應(yīng)用進(jìn)一步提供理論依據(jù)。 研究方法：1）建立骨質(zhì)疏松綿羊的動物模型。采用雙側(cè)卵巢切除法（ovariectomy，OVX）對綿羊去勢。雙能X-線吸收法(dualenergy X-ray absorptiometry，DEXA)測定去勢前、飼養(yǎng)１年后綿羊的BMD，并進(jìn)行對比分析，確定本研究的OP綿羊的動物模型的建立。2）EPS在OP綿羊體內(nèi)界面的顯微CT（micro-c

5、omputedtomography，Micro-CT)評價及組織學(xué)分析。植入EPS，飼養(yǎng)3個月、6個月后取材。采用最新的Micro-CT技術(shù)和包含螺釘?shù)挠步M織切片、染色技術(shù)，研究在OP的松質(zhì)骨內(nèi)EPS骨-螺釘界面以及EPS膨脹縫隙內(nèi)的力學(xué)及組織學(xué)情況。 研究結(jié)果：1）對標(biāo)本的Micro-CT掃描及三維重建后，發(fā)現(xiàn)在EPS膨脹段骨-螺釘界面的骨小梁比界面外的骨小梁濃密，尤其在螺紋間更為明顯，而在EPS非膨脹段的骨-螺釘界面的骨小梁

6、稀疏，與周圍骨質(zhì)的濃密程度相似。在相同界值下取相同體積的與EPS螺紋相鄰的“感興趣區(qū)（regeon of interest，ROI）”進(jìn)行骨計(jì)量學(xué)分析。掃描后的數(shù)據(jù)自動顯示：EPS的膨脹段ROI的組織骨密度(tissure mineral density，TMD )和骨體積分?jǐn)?shù)( bone volume fraction，BVF)、骨表面積體積比( bone surface /bone volume，BS/BV)、骨小梁厚度(trabe

7、cular thickness，Tb.Th)、骨小梁間隙( trabecularspacing，Tb.Sp)等骨小梁的三維參數(shù)，明顯優(yōu)于非膨脹段，經(jīng)Mann-Whitney非參數(shù)檢驗(yàn)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。2）切片鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，EPS骨-螺釘界面及膨脹縫隙中的骨小梁與EPS緊密無縫隙相接觸，界面無結(jié)締組織層。新生骨小梁長入膨脹后的螺釘縫隙中，并與骨-螺釘界面的被壓迫而致密化的松質(zhì)骨相延續(xù)、一直延伸至膨脹中心部。 結(jié)論：1）EPS膨脹