β-磷酸鈣與硫酸鈣在頸前路椎間融合術的實驗研究.pdf

1、自1958年Smith和Robinson首創(chuàng)頸前路椎間盤切除植骨融合術以來，自體髂骨一直是頸前路植骨融合術中選材的金標準，然而取自體髂骨存在如下缺點：供區(qū)疼痛、出血、感染、撕脫骨折、神經(jīng)損傷、取材有限、增加手術時間等。由于上述不利因素，學者們一直努力尋找理想的替代物。 同種異體骨或異種骨因具有一定的骨傳導作用和相對廣泛取材來源已在動物實驗和臨床實踐中成功應用，但存在傳染疾病(艾滋病、乙型肝炎、丙型肝炎、等)和免疫排斥反應的風險。

2、 將前路減壓切除的自體骨充填于鈦網(wǎng)或鈦籠應用于椎間融合雖可避免取髂骨，但切除的骨質(zhì)通常較少。有研究表明鈦網(wǎng)或鈦籠移位率為17％，在上位椎體下沉率為42％，下位椎體下沉率為50％，其推廣應用目前尚有爭議。 隨著材料工藝學及生物力學的發(fā)展，人工合成的骨移植替代材料的研究不斷深入。目前常用的人工骨主要有磷酸鈣和硫酸鈣兩大類，其中磷酸鈣主要由羥基磷灰石和β-磷酸鈣組成，它們具有如下優(yōu)點：良好的骨傳導作用，材料來源廣泛，生物相容性

3、良好等；但也有一些不足之處：首先，人工合成材料一般不具有成骨性及骨誘導性，其次，人工材料生物降解時間各不相同，應根據(jù)實際需要進行選擇。部分材料吸收較快，如：硫酸鈣在植入后6-8周已吸收，此時新骨形成尚未完成，機械支撐性能較弱，易致鋼板螺釘松動斷裂等。而羥基磷灰石雖然支撐性能雖好，但新骨爬行替代緩慢，材料降解緩慢，甚至不降解。β-TCP 生物降解時間在8-12周左右，較為適中。 β-TCP和CS作為植骨材料應用于非負重區(qū)域骨缺損的

4、修復已有較多報道，但應用于頸前路植骨融合術的報道在國內(nèi)外較少見。本課題擬對β-TCP和CS在頸椎前路椎間融合的效果進行初步的探索，以期獲得理想的自體髂骨的替代物。 為了更好地模擬人類的頸椎手術，最好采用非人類的靈長類動物作為模型，然而此類動物價格昂貴，來源有限，飼養(yǎng)困難，故廣大學者多采用山羊、綿羊、豬等動物作為模型進行研究，但很少有比較人與山羊頸椎的生物力學特征的研究報告。本課題從生物力學角度出發(fā)，對人與山羊體外三維生物力學運動

5、特征進行比較，了解山羊能否成為頸椎前路手術的良好模型。因頸椎椎間融合術后植入物需要承受頭部重力作用，需要對硫酸鈣和β-磷酸鈣在體外的生物力學穩(wěn)定性進行研究，國內(nèi)外相關報道也較少。 本課題研究硫酸鈣和β-磷酸鈣的材料力學性能，比較山羊與人頸椎體外三維力學運動特征，建立頸前路融合術的動物模型，觀察β-磷酸鈣和硫酸鈣在山羊頸前路植骨融合術的融合效果，主要研究工作由以下三部分組成： 一、山羊與人頸椎生物力學特性的比較 目

6、的：比較山羊與人頸椎的生物力學特性。 方法：取新鮮成年人尸體與純種崇明白山羊頸椎標本(C0－T1)各8具，在脊柱三維運動測試儀上檢測兩者屈曲、后伸、左右側屈、左右軸向旋轉(zhuǎn)等模式下的運動范圍和中性區(qū)。 結果：山羊與人頸椎在前屈運動方式下，C1-2節(jié)段的ROM分別為16.9±5.1度和14.3±3.2度，超過其它節(jié)段；但山羊在各個節(jié)段前屈運動的ROM和人相比均無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。而且山羊在各個節(jié)段前屈運動的NZ和人

7、相比亦無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。在后伸運動方式下，山羊與人C1-2節(jié)段的ROM分別為20.6±4.8度和18.7±3.7度，C0-1節(jié)段的ROM分別為19.3±4.7和18.4±4.3度，明顯超過其它節(jié)段；但山羊與人在各個節(jié)段后伸運動的ROM相比均無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。而且人與山羊在各個節(jié)段后伸運動的NZ相比亦無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。在軸向旋轉(zhuǎn)運動模式下，人C1-2節(jié)段的ROM為56.3±8.9度，約占整個頸椎旋轉(zhuǎn)活動

8、范圍的70％；山羊C1-2節(jié)段的ROM為48.6±8.6度，約占整個頸椎旋轉(zhuǎn)活動范圍的63％；人C1-2節(jié)段的NZ為29.6±6.5度，約占整個頸椎旋轉(zhuǎn)運動NZ的75％；山羊C1-2節(jié)段的NZ為25.9±7.1度，約占整個頸椎旋轉(zhuǎn)運動NZ的68％。然而山羊在各個節(jié)段旋轉(zhuǎn)運動的ROM和NZ和人相比均無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。在左右側屈運動模式下，山羊在各個節(jié)段側屈運動的ROM和人相比均無統(tǒng)計學差異(P>0.05)，山羊C6-7節(jié)段的N

9、Z和人相比有統(tǒng)計學差異(P<0.05)，其它節(jié)段的NZ和人相比無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。 結論：純種崇明白山羊與人的頸椎在前屈、后伸、左右側屈和軸向旋轉(zhuǎn)等6種生理運動模式下的ROM及NZ相近，兩者的生物力學特征基本一致。從生物力學角度出發(fā)，純種崇明白山羊可作為頸椎融合及生物力學研究的良好動物模型。 二、β-TCP、硫酸鈣與人凍干異體髂骨的生物力學性能比較 目的：體外測定硫酸鈣、β-TCP與人凍干髂骨最大抗壓縮

10、強度及彈性模量。 方法：取3cm×1.5cm×1.0cm條塊狀硫酸鈣、β-TCP與人凍干髂骨各8塊，固定在材料試驗機上，做最大抗壓縮試驗，加載速度1mm/s，描記載荷－變形曲線，計算材料的最大抗壓強度及彈性模量。 結果：CS、β-TCP與人凍干髂骨最大抗壓縮強度分別為 3.26±0.86Mpa，3.16±0.75 Mpa，2.97±0.81 Mpa；三者的彈性模量分別為82.35±10.54 Mpa，76.98±11.7

11、8 Mpa，35.35±6.98 Mpa。硫酸鈣、β-TCP最大軸向抗壓強度與凍干異體髂骨無明顯差異(P>0.05)，兩者的彈性模量均大于凍干異體髂骨(P<0.05)。 結論：硫酸鈣、βB-TCP具有良好的結構支撐作用。 三、β-TCP、硫酸鈣在山羊頸前路椎間融合術的融合評價 目的：評價硫酸鈣、β-TCP應用于山羊頸前路椎間植骨融合術的效果。 方法：將24，只純種崇明山羊隨機等分為3組，分別以條塊狀硫酸鈣

12、、β-FCP、自體髂骨為植骨材料，制備正常山羊的前路頸3/4椎間盤切除減壓植骨鋼板內(nèi)固定術模型，術后1、6、12、24周拍X線片，術后12、24周行三維CT重建檢查，術后24周處死動物，拆除鋼板后行體外三維生物力學測試，檢測融合節(jié)段C3-4的ROM和NZ，并進行脫鈣與不脫鈣組織切片的組織病理學檢查及骨組織形態(tài)計量學檢測。 結果：術后6周平片提示：硫酸鈣組開始吸收。術后12周平片和CT矢狀位重建檢查示CS組僅有1只動物達到完全融合

13、，而β-TCP組及自體骨組分別有4只和5只達到完全融合；術后24周，CS組僅有1只動物達到完全融合，而β-TCP 組及自體骨組分別有5 R和6只達到完全融合。術后24周生物力學測試表明在頸椎前屈/后伸、左側屈/右側屈、左/右軸向旋轉(zhuǎn)等生理運動模式下，β-TCP組和自體骨組C3-4節(jié)段的ROM分別比CS組的C3-4節(jié)段的ROM減少(P<0.05)。術后24周HE切片染色檢查示CS組有少量骨組織從相鄰的椎體長人，移植骨內(nèi)部新骨形成少，有不規(guī)

14、則的條索狀纖維組織和少量軟骨組織充填其中。β-TCP組新生骨分布均勻，形成的骨組織絕大多數(shù)是小梁狀骨，還有少量的殘余β-TCP材料在吸收改建之中，在移植塊的中心區(qū)域有新生的骨髓組織生成。自體骨組顯示出良好的骨性融合，骨組織絕大多數(shù)是成熟的小梁骨，新生骨髓組織在融合區(qū)域大量形成。骨組織計量學定量分析示CS組、β-TCP組和自體骨組新骨形成率分別為25.8±5.1％、45.5±6.7％、49.2±5.8％，β-TCP組和自體骨組相近(P>0