腰骶段脊柱内固定材料及内固定方式研究进展*

2015-04-03陕西中医学院咸阳712046崔永胜综述周劲松审校

陕西医学杂志 2015年5期

陕西中医学院(咸阳 712046) 崔永胜综述周劲松审校

陕西中医学院(咸阳 712046) 崔永胜综述周劲松▲审校

目的：探讨治疗腰骶段疾病脊柱内固定材料及内固定方式。方法：收集近年来骨类损伤、缺如等疾病治疗的相关文献，对骨科内固定材料、骨折后内固定方式的最新研究进展加以归纳，并选择其中比较经典和较新的内固定材料和技术加以详细讲解，分析其各自适应范围和不足，以期从固定材料选择和固定方式两个角度，探寻腰骶段破坏、缺如等脊柱疾病的治疗新思路，为改善此类疾病的手术治疗提供一定的借鉴和参考。结果：从固定材料选择和固定方式两个角度出发，探寻了腰骶段破坏、缺如等脊柱疾病的治疗新思路，为改善此类疾病的手术治疗提供了借鉴和参考。结论：具有优秀性能的复合型可生物降解医用材料可以作为骶椎体缺如、破坏治疗内固定材料的主要选择，坚强内固定作为首选治疗方式。

由于人体具有特殊的骨架中脊柱的腰骶部解剖结构,活动频繁的腰椎与几乎无活动度的骶椎的有机结合,可以在一定程度上具有较好的桥接作用[1,2]。当椎间盘退变或是椎体骨质遭到破坏后,会导致疼痛及相关功能障碍，严重影响了人们工作与生活。骶段疾病目前的治疗，多遵循骨折解剖复位、保护骨折端与软组织血液供应、尽早进行关节活动的坚强内固定为基础来进行。坚强内固定可降低肌肉萎缩、关节僵硬等术后并发症的发生率[3]，但术后导致的骨质疏松、骨不愈合等并发症无法避免[4]，因此，内固定材料及选择的具体方式是衡量治疗效果的关键因素，但在这方面国内外仍有一些争议，现对国内外近几年骨破坏、缺如等疾病的内固定材料与脊椎内固定方式进行综述，以期为腰骶段脊柱疾病的治疗提供一定的借鉴和参考。

1 内固定材料选择金属材料具有良好的力学性能，可进行早期的坚强固定，此外该材料疗效可靠，价格实惠，因此广泛用于临床骨科内固定，但金属内固定材料弹性模量较人体致密骨高(约数十倍之多)，加上力学性能改变不显著，容易出现“应力遮挡效应”，可导致骨质疏松或自身骨退化，且由于部分金属材质蚀损原因[5]，金属离子渗入组织，可能产生对人体一些不利的作用，故目前亟待发展具备优良特性的金属材料和开发性能更好的替代材料,下面对近年来使用较多的金属材料和可替代材料进行一定的归纳。

1.1 金属材料

1.1.1 医用不锈钢：医用不锈钢根据组织结构可分为:①马氏体不锈钢; ②沉淀硬化型不锈钢; ③铁素体不锈钢; ④奥氏体不锈钢[6]4 类。目前在临床上常用的医用不锈钢材料以奥氏体不锈钢为主[7]，此类材质多以奥氏体不锈钢为基础加入其它元素，使材质得到一定性能的改善[8]；另有学者尝试用表面改性来改善不锈钢材质性能，如Dong等[9]通过将铜及其过饱和相位综合到一起，得到了具备抗菌性能的不锈钢材料，且改材质与常规涂层相比杀菌速度和持久性均有一定提升； Lim 等[10]利用微弧氧化技术制备了含钛电子束涂层不锈钢材料，该材质不仅具有较好的组织相容性，促进成骨细胞的增殖与迁移以及减少有害颗粒的释放等特点。医不锈钢材质中，目前临床应用较多的是型号为316L、317等不锈钢牌号的奥氏体材料[7]，由于该材料具有良好的惰性、较强的耐蚀性，已成为国际公认的外科植入体首选材料。对于新型医用材料的开发，可以从[11]：①控制成本；②提高耐腐蚀性能；③改善生物相容性三个方面来进行。

1.1.2 钛合金：钛合金具有巨大的强度、较强的耐腐蚀性以及优越的生物相容性性能，其作为一种新型医用人体植入材料已广泛应用于骨科疾病的内固定治疗[12～14]。虽然医用钛合金的近年来的发展迅速，但是在临床上早期的钛-铝-钒合金仍然是骨科手术中应用最广的材料[15～17]，主要原因是：新兴的钛合金在耐腐蚀性、耐磨性以及力学相容性等方面尚存在一定的问题，并且造价成本较高，最重要的是且术后长期安全性评价实验未经大量统计分析[18]。因此，研究人员需要从加强对钛合金表面改性等相关处理技术方面进行深入研究，进而提高钛合金的综合性能，对钛合金长期植入体内的生物体安全性评价方面深入探究。

1.1.3 钽、铌金属：钽和铌具有高熔点、强度大、抗磨损、耐腐蚀强等特殊的性质，让此类金属在骨科临床领域应用材料研究方面广受关注，其生物相容性好、孔隙率高、弹性模量与正常骨相似等特性，使其在脊柱融合、人工关节等领域应用广泛，尤其是早期股骨头坏死的治疗方面，它取得了令人瞩目的效果[19]。

1.2 可降解材料随着自身骨制的改变和植入时间的延长植入的骨质材料强度和刚度会逐渐衰减，因此，制成高强度的骨内固定材料，能实现骨折早期坚强固定，消除应力遮挡，且无需取出等优点[20]。以下我们从天然和合成两个角度，来分析目前主流的医用可降解材料。

1.2.1 天然可降解材料：源于动植物或者人体内天然存在的大分子被称为天然可降解高分子骨内固定材料，例如：甲壳素，虾壳之中较多，是一种线型多糖，由于生物相容性好、可降解、力学性能好，故常用于缝合钉、内植骨钉等材料[21]；此外，由于胶原是哺乳动物组织如骨、韧带以及皮肤的主要成分，并且具有高抗张强度、弹性好等特性，被作为局部骨内固定材料用于临床骨科[22]。

1.2.2 合成可降解材料：随着增强聚L乳酸可的产生以及在治疗临床骨折取得可人的效果后，吸收性骨内固定复合材料的合成引起了广泛关注[23]，聚磷睛高分子通过侧链衍生化引入性能各异的有机基团的途径，合成范围广泛的骨质材料；聚磷酸酯的成分与骨架核酸的高分子材料非常相似，易于降解生物相容性好，并且结构修饰及功能化相对简单，是相对比较理想的一种骨内固定材料[24]。由于天然及合成可降解高分子材料均难以满足骨内固定所需的力学性能，必须借助其他材料来改变可降解高分子材料的性质，使之达到骨内固定所需要的性能，目前，该方法渐渐成为研究可降解骨内固定材料的焦点[25～27]。

2 脊椎内固定方式选择内固定治疗，又有融合与非融合之分，下文我们将内固定技术分成融合、非融合内固定两类，对近年来出现的情况加以归纳。

2.1 融合内固定

2.1.1坚强融合内固定：坚强融合内固定是指，采用高弹性模量等金属材料制备而成的医用内固定系统，并且采用不同融合方法进行脊椎内固定的一种刚性接触方式。该固定方式，主要包括骶髂螺钉、骶骨椎弓根螺钉、髂骨螺钉等一系列相关技术[28]。坚强融合内固定中，椎弓根螺钉技术目前使用较广，但由于植入物在较大的前屈负荷下易发生弯曲、断裂和松动，没有完全解决腰骶部的内固定问题[29～31]；南京鼓楼医院，曾使用Jackson骶骨棒技术用于腰骶部疾病治疗，相比椎弓根螺钉技术，其内固定的强度和稳定性有较大提高，提高了治疗效果。

2.1.2 动态融合内固定：目前，动态融合内固定具有两种形式：其中一种是由高弹性模量的金属材质制作而成；另一种由较低弹性模量的金属或高分子材料制备而成。当前，临床应用的动态融合固定系统主要有LK韧带成形以及动力螺钉固定装置，该系统用弹性材质或微动装置分散坚强内固定负荷传导的目的是减少邻近节段的应力聚集和应力遮挡效应[32，33]。

2.2 非融合内固定非融合技术由融合固定出现的一系列缺点而引发的一种动态固定理念，即保留部分脊柱节段的运动以及负荷传递的改变，不会对相邻节段的运动造成太大的影响，是一种可以有效避免邻近节段脊椎退变疾病发生的内固定技术[34]。目前主要包括Dynesys 系统、FASS 系统、DSS 系统、BioFlex 系统等几类[35]，以下选取近几年骨科使用较为典型的Dynesys 系统加以介绍。

Dynesys 系统：动态中和固定系统(Dynamic neutralization system，Dynesys)是一种以椎弓根螺钉为基础可包含弹性可屈伸装置的后路动态固定技术，由椎弓根螺钉、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)绳索以及聚碳酸盐氨基甲酸乙酯(PCU)间隔器三者共同组成[36]。该系统可在一定程度上保留术后脊柱的活动性，康复时间相对融合术较短，可有效缓解疼痛，相比固定融合有一定优势，但由于该系统要提供终身的固定作用，加上其应用治疗还不到20年，并且病例随访时间相对较短，因此其远期临床疗效尚待进一步的跟踪调查。

3 总结与展望大量资料表明，虽然国内外针对骨科金属内固定材料方面进行了大量研究，但目前研制出的内固定材料尚需进一步改善。随着人们对坚强固定与动态固定相结合的内固定的治疗原则的认识的深入，研究具有良好的生物相容性、低弹性模量参数以及对骨质损害低的优良性能的材料，特别是具有优秀性能的复合型可生物降解医用材料可以作为未来骶椎体缺如、破坏治疗内固定材料的主要研究方向。尽管动态内固定技术在短期内获得了令人满意的疗效，但该技术缺乏长期的随访、对照实验以及精确的数据支撑，此外由于各种动态固定系统相关的运动学研究，尚处于初期阶段，对手术技巧、手术适应证以及远期疗效等方面仍需进一步研究。

目前，随着计算机辅助技术和骨仿真技术的发展，国内外已有多数研究机构，将骨科内固定方式的选择、内固定器械的外部结构设计与病患的对应破损骨质的解剖学立体模型通过计算机辅助的方式结合起来考虑，并取得相当喜人的效果[37]。故将计算机辅助技术与腰骶段疾病治疗相结合，可以作为未来此类疾病研究的一个新的亮点进行深入探讨，以期取得更好的治疗效果。

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