终板螺纹状处理对猪腰椎椎体终板生物力学稳定性的影响

张在青，陈波，庄青山，徐兆万，黄寿国，鞠亮，张英华

(1临沂市中心医院，山东沂水276400；2潍坊市人民医院)

椎间植骨融合术可更好地恢复脊柱生理弧度，具有植骨融合率高的优点，逐渐成为脊柱融合的主流术式[1,2]。术后血管长入植骨块、保持终板机械强度是植骨融合成功的保证[3]。终板中央区下方具有丰富的血管通道和良好的通透性，去除终板后血管容易长入植骨块，但终板强度大大降低，同时兼顾两个因素的难度较大[4]。目前临床上多采用磨钻、刮匙、绞刀、the SpineJetTM XL对终板进行处理，在保证血管长入的同时还能保留更多的椎体终板[5,6]。腰椎椎体终板经螺纹化处理后，软骨终板大部分被破坏，骨性终板小部分被破坏，松质骨渗血，可为植骨融合提供良好的植骨床。但其是否会降低终板机械强度，进而影响植骨区的生物力学稳定性，目前研究较少。为此，我们于2016年6月～2017年6月进行了如下研究。

1 材料与方法

1.1 材料 实验动物：长白猪15只，雌雄不限，8月龄，体质量75～90 kg，由沂水龙家圈养猪场提供。主要仪器：WE-60液压式万能材料试验机购于济南试验机厂，最大载荷为60吨；终板处理器、绞刀、骨刀、手术刀、刮匙、尖嘴咬骨钳、自凝牙托粉、牙托水及小型台钳均购于上海医疗器械股份有限公司。

1.2 标本制备及分组处理 将15只猪处死后取其腰椎椎体，挑选出30个大小相似的脊柱功能单位，均保留骨膜、椎间盘、关节囊及韧带组织，将椎旁肌肉组织剔除干净。该脊柱功能单位包括上下两个椎体及其椎间盘，均经X线检查排除骨质疏松、创伤、骨折、先天性畸形、肿瘤等。将30个脊柱功能单位随机分为螺纹处理组和绞刀处理组各15个，每组包含15个椎间隙、30个腰椎椎体终板。两组均采用台钳以适当力量夹持固定椎体，咬除椎间隙后面的棘突、椎板及部分小关节突，充分暴露椎间隙。螺纹处理组采用自制终板螺纹化处理器处理终板，处理方法：采用髓核钳、刮匙、绞刀彻底清除椎间隙的髓核、纤维环等变性组织及部分软骨终板，将终板螺纹化处理器垂直放入椎间隙内25～30 mm；将终板螺纹化处理器旋转90°，旋转2～3次，对间隙上下终板的软骨终板及部分骨性终板进行螺纹化处理；适当调整处理器方向，重复以上操作2～3次，充分处理椎间隙上下终板，并建立一个扇形骨槽。绞刀处理组用绞刀处理终板。两组均采用自体髂骨制成的、大小相符的骨块植入椎间隙，X线透视确定植入的方向及深度均满意。使用自凝牙托粉在脊柱功能单位两端制作平台[7]，使两端平台处于水平面，以利于轴向加载。

1.3 相关指标观察 ①抗压情况：两组均随机选取10个脊柱功能单位，应用万能试验机以2 mm/min的恒定速度轴向加压。观察两组轴向压力负荷下椎体形态变化，自动记录仪记录载荷-位移变化运动曲线，记录终板最大抗压负荷(ACL)，即椎间隙开始出现塌陷时的载荷。②终板破坏情况：将两组剩余5个脊柱功能单位的上下两椎体分开，观察腰椎椎体软骨及骨性终板破坏情况。

2 结果

2.1 两组抗压情况比较 两组抗压负荷超过椎体终板载荷时，均出现椎间隙塌陷及椎间隙高度下降，椎间隙塌陷后可见块状植骨形状略有改变并发生倾斜，椎体终板塌陷程度较轻。螺纹处理组终板ACL为(18.20±0.15)N，绞刀处理组为(18.63±0.33)N，两组比较P>0.05。

2.2 两组终板破坏情况 螺纹处理组大部分软骨终板被破坏，小部分骨性终板被破坏，小部分椎体松质骨外露。绞刀处理组大部分软骨终板被破坏，骨性终板基本未受到破坏。

3 讨论

植骨床血供及植骨区生物力学稳定性对椎间植骨融合手术的成功具有重要影响。临床上多采用器械对终板进行处理，即可以保留椎体终板的部分机械强度，又可丰富植骨床血管网，以利于提高植骨融合率。但是不管工具和技术如何改进，手术原则基本保持不变，即彻底减压神经组织、恢复椎间隙高度、扩大椎间孔、恢复腰椎正常生理前凸、椎体间结构性植骨、良好骨性融合和运动节段即刻稳定性等[8,9]。术中要求必须彻底清除髓核组织，并尽可能将中、内层终板软骨和纤维环清除，以扩大椎间植骨面积。Huh等[10]认为，椎间植骨融合手术中清除60%椎间盘组织，术后植骨融合效果满意。Closkey等[11]研究发现，超过30%终板面积的植骨融合才能满足椎间植骨的要求。生物力学研究显示，只有超过30%终板面积的植骨融合才能为前柱提供有效支撑[12]。骨性终板在维持椎体正常形态和承载应力方面具有重要作用[13]，切除骨性终板后其抗压强度将会降低33%[14]。为维持终板的力学强度，不得不过多保留终板，而终板过多保留会影响椎间植骨的血供[15]。因此，椎间植骨融合手术中如何在保留终板支撑力和血供之间找到平衡至关重要。

本研究结果显示，两组终板ACL比较差异无统计学意义，说明对腰椎椎体终板螺纹状及绞刀处理终板支撑力依然存在，螺纹状终板可提供足够的生物力学强度，能防止植入物塌陷，维持椎间隙高度，减缓椎间退变。本研究结果显示，螺纹处理组大部分软骨终板被破坏，小部分骨性终板被破坏，小部分椎体松质骨外露；说明腰椎椎体终板经终板螺纹化处理器后可为植骨融合提供良好的植骨床。本研究绞刀处理组大部分软骨终板被破坏，骨性终板基本未受到破坏；说明腰椎椎体终板经绞刀处理后对终板生物力学稳定性影响较小，对终板的支撑力破坏较小，但不利于植骨融合，容易导致手术失败。分析原因，本研究自制的终板螺纹化处理器对腰椎椎体终板螺纹化处理后，可彻底清除大部分软骨终板，同时螺纹化处理器的齿状突出部分可切除终板的骨性部分，使椎体松质骨外露。处理后的植骨床血运丰富，易于植骨融合，可对植骨块提供足够的支撑强度，避免出现植骨块下沉，影响椎间隙高度；同时，螺纹状的骨槽能对植骨块起到较好的把持作用，可避免植骨块脱出。终板螺纹化处理器在椎间隙内旋转能发挥撑开作用，对恢复椎间隙高度具有一定作用。

综上所述，猪腰椎椎体终板经螺纹状处理后生物力学稳定性较高，有助于提供丰富的血管网，从而促进植骨融合。本研究的不足之处：①新鲜猪腰椎椎体虽在运动学、几何学及机械性能等方面与人腰椎椎体相似，但在生物力学上还不能完全模拟人腰椎的生理状态；②本研究为体外实验，与正常生理状态下的脊柱运动有一定区别；③将椎体终板进行整体压缩后并未对椎体终板经螺纹状处理后内部分布规律(后外侧强度大于中央区)进行研究，仍需要进一步完善实验设计。

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