脊柱腰骶段生物力學(xué)特性及內(nèi)固定材料的應(yīng)用

1、www.CRTER.org孫弘昊，等. 脊柱腰骶段生物力學(xué)特性及內(nèi)固定材料的應(yīng)用脊柱腰骶段生物力學(xué)特性及內(nèi)固定材料的應(yīng)用孫弘昊1，郭慶升2，朱志勇3(1中國(guó)醫(yī)科大學(xué)臨床三系99期79班，遼寧省沈陽(yáng)市 110033；遼寧省人民醫(yī)院，2骨外2科，3骨外3科，遼寧省沈陽(yáng)市 110016)引用本文：孫弘昊，郭慶升，朱志勇. 脊柱腰骶段生物力學(xué)特性及內(nèi)固定材料的應(yīng)用J.中國(guó)組織工程研究，2016，20(16):2425-2432.DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.16.020 ORCID: 0000-0002-2684-9032(孫弘昊)文章快速閱讀：后外側(cè)入路經(jīng)椎弓

2、根360°融合示意圖a：椎體腫瘤侵襲椎弓根和硬膜；b：鈦質(zhì)融合器置于切除腫瘤后的缺損區(qū)域，并以釘棒系統(tǒng)行后路節(jié)段融合。孫弘昊，男，1995年生，山東省濟(jì)寧市人，漢族，中國(guó)醫(yī)科大學(xué)7年制臨床醫(yī)學(xué)本科在讀。中圖分類號(hào):R318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):2095-4344(2016)16-02425-08稿件接受：2016-02-16http:/WWW. 文題釋義：金屬內(nèi)固定材料：在腰骶段脊柱結(jié)核內(nèi)固定材料中，醫(yī)用不銹鋼憑借優(yōu)良的綜合性能在臨床及醫(yī)療領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，成為脊柱內(nèi)固內(nèi)植物產(chǎn)品的首選材料。不銹鋼具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐蝕性能和加工性能，被廣泛應(yīng)用于段脊柱內(nèi)固定器

3、械的制造。高氮無鎳奧氏體不銹鋼、不銹鋼表面改性、抗菌不銹鋼是近年來國(guó)內(nèi)外的主要研究熱點(diǎn)。目前在硬組織修復(fù)和替換方面，醫(yī)用不銹鋼仍然具有鈷基合金、鈦合金及復(fù)合型生物陶瓷等材料無法替代的作用。 脊柱腰骶段生物力學(xué)特性：腰骶部是胸腰椎活動(dòng)度最大的部分。腰椎減壓會(huì)破壞腰椎現(xiàn)有的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)或加重其不穩(wěn)定性，造成神經(jīng)壓迫，因此需進(jìn)行腰椎融合或內(nèi)固定來加強(qiáng)腰椎的穩(wěn)定性。在腰骶段脊柱結(jié)核內(nèi)固定中，常規(guī)方法是實(shí)行短節(jié)段或長(zhǎng)節(jié)段固定或融合。這種方法犧牲了一個(gè)以上正常運(yùn)動(dòng)單元，限制了脊柱正常運(yùn)動(dòng)功能，導(dǎo)致相鄰節(jié)段小關(guān)節(jié)的退變。脊柱結(jié)核后路重建中，短節(jié)段或長(zhǎng)節(jié)段固定和/或融合限制了脊柱的正常運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致鄰近關(guān)節(jié)退變，減少

4、椎骨固定數(shù)量并最大程度保留脊柱運(yùn)動(dòng)是脊柱結(jié)核內(nèi)固定的主要原則。摘要背景：近年來，建立在脊柱生物力學(xué)和材料科學(xué)基礎(chǔ)上的脊柱內(nèi)固定技術(shù)取得了迅猛發(fā)展。目的：綜述脊柱腰骶段生物力學(xué)特點(diǎn)，以及不同內(nèi)固定材料在腰骶段脊柱結(jié)核穩(wěn)定性重建中的作用。方法：應(yīng)用計(jì)算機(jī)檢索Medline、中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)文獻(xiàn)，檢索關(guān)鍵詞為“腰骶段脊柱結(jié)核，生物材料，內(nèi)固定，lumbo-sacral spinal tuberculosis， Biomaterials，fixation”。結(jié)果與結(jié)論：堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定是腰骶段結(jié)核的常規(guī)固定手段，內(nèi)固定材料的應(yīng)用提高了腰骶段脊柱結(jié)核治療時(shí)重建脊柱序列和穩(wěn)定性的療效。金屬材料如不銹鋼

5、、鈦及鈦合金因堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定而被廣泛應(yīng)用，金屬內(nèi)固定材料最大的缺點(diǎn)是內(nèi)固定后沉降、不透光性、應(yīng)力遮擋效應(yīng)和骨質(zhì)疏松，影響了融合效果及內(nèi)固定后影像學(xué)觀察；可吸收材料具有良好的生物相容性和可降解性，是近年來用于骨科內(nèi)固定的新興材料。應(yīng)根據(jù)椎體破壞程度和腰骶穩(wěn)定性改變，研究其固定的生物力學(xué)結(jié)果，選擇合適的內(nèi)固定材料。關(guān)鍵詞：生物材料；骨生物材料；內(nèi)固定；金屬材料；可吸收材料；腰骶段脊柱結(jié)核；穩(wěn)定性；生物力學(xué)3 P.O.Box 1200,Shenyang 110004 kf23385083主題詞：內(nèi)固定器；脊柱；生物力學(xué)；組織工程 基金資助：遼寧省科學(xué)技術(shù)廳自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(201102104)Bio

6、mechanical properties of the lumbosacral spine and application of internal fixation materials Sun Hong-hao1, Guo Qing-sheng2, Zhu Zhi-yong3 (1Third Department of Clinical Medicine, China Medical University, Shenyang 110033, Liaoning Province, China; 2Second Department of Orthopedics, 3Third Departme

7、nt of Orthopedics, the Peoples Hospital of Liaoning Province, Shenyang 110016, Liaoning Province, China)AbstractBACKGROUND: In recent years, the spinal internal fixation technology has made rapid development based on biomechanics and material sciences.OBJECTIVE: To review the biomechanical character

8、istics of the lumbosacral spine and the application of various internal fixation materials in the reconstruction of spinal stability after lumbosacral spinal tuberculosis.METHODS: A computer-based search of Medline and Chinese Journal Full-Text Database was performed for relevant articles using the

9、keyword of “l(fā)umbosacral spinal tuberculosis, biomaterials materials, fixation” in English and Chinese, respectively.RESULTS AND CONCLUSION: Rigid internal fixation is a conventional treatment for lumbosacral tuberculosis, which improves the spinal alignment and stability during the spinal reconstruc

10、tion. Metallic materials such as stainless steel, titanium and titanium alloys have been widely used in rigid internal fixation, but metal sedimentation, non-transparency, stress shielding and osteoporosis after internal fixation impact the fusion effects and imaging observation. Absorbable material

11、s as newly-developing materials have good biocompatibility and biodegradability in orthopedic internal fixation. To select the appropriate material for internal fixation, the biomechanical properties of internal fixation materials will be investigated according to the degree of vertebral damage and

12、lumbosacral stability. Subject headings: Internal Fixators; Spine; Biomechanics; Tissue EngineeringFunding: the Natural Science Foundation of Liaoning Science and Technology Department, No. 201102104Cite this article: Sun HH, Guo QS, Zhu ZY. Biomechanical properties of the lumbosacral spine and appl

13、ication of internal fixation materials. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2016;20(16):2425-2432.1ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH0 引言 Introduction Sun Hong-hao, Third Department of Clinical Medicine, China Medical University, Shenyang 110033, Liaoning Province, China由于脊髓和鄰近神經(jīng)根受壓而引發(fā)的脊柱結(jié)核，在全身骨

14、與關(guān)節(jié)結(jié)核中發(fā)病率最高，占43.9%，脊柱結(jié)核屬于一種骨骼肌結(jié)核，發(fā)病部位以腰椎為主，胸椎次之，胸腰段、腰骶段、頸椎和骶尾椎較少1-4。脊柱結(jié)核病灶清除后穩(wěn)定性重建和內(nèi)固定的安全性是臨床骨科醫(yī)生最關(guān)心重要問題，由于某些特殊部位脊柱結(jié)核如頸胸段椎體前方心臟及大血管阻擋，造成病灶顯露困難，以及椎體體積較小，難以找到合適鋼板進(jìn)行有效內(nèi)固定，而由于腰髓段椎體有骸動(dòng)靜脈分叉及版前靜脈叢存在及髓骨本身形狀不規(guī)則，難以使用鋼板進(jìn)行固定，容易發(fā)生血?dú)庑丶敖桓猩窠?jīng)損傷等并發(fā)癥5-8。腰骶段脊柱結(jié)核臨床較少，發(fā)生率僅占脊柱結(jié)核的2%-3%，但腰骶段脊柱結(jié)核能造成椎體結(jié)構(gòu)破壞，膿腫形成，壓迫脊髓，造成患者殘疾9-1

15、0。近年來腰骶段脊柱結(jié)核發(fā)病率有逐漸增高趨勢(shì)，由于腰骶段(L4-S1)獨(dú)特的解剖結(jié)構(gòu)及生物力學(xué)特點(diǎn)，在內(nèi)固定材料和內(nèi)固定系統(tǒng)選擇上均有其特殊之處，內(nèi)固定及植骨融合失敗等現(xiàn)象是目前的熱點(diǎn)問題。隨著材料學(xué)的發(fā)展，不同內(nèi)固定材料和入路方式使脊柱結(jié)核內(nèi)固定得到更好的應(yīng)用11。研究表明，脊柱在失穩(wěn)狀態(tài)下不但會(huì)進(jìn)一步加重手術(shù)節(jié)段的病損，同時(shí)鄰近節(jié)段也將受累12-14，因此，重建脊柱內(nèi)固定穩(wěn)定性是不可忽視的重要環(huán)節(jié)之一。前路病灶清除椎間植骨融合和骶骨棒內(nèi)固定可有效重建脊柱，對(duì)腰骶段結(jié)核有較好的效果。內(nèi)固定后患者的腰骶角顯示增加，目測(cè)類比評(píng)分和紅細(xì)胞沉降率明顯下降，6-12個(gè)月出現(xiàn)骨融合15。完全清除病灶后，

16、用大塊髂骨移植物經(jīng)單釘棒內(nèi)固定由前路內(nèi)固定，內(nèi)固定時(shí)無血管、神經(jīng)、輸尿管損傷等嚴(yán)重并發(fā)癥，經(jīng)6-42個(gè)月隨訪，內(nèi)固定無松動(dòng)、斷裂，骨移植物無移位并愈合良好，血沉及C-反應(yīng)蛋白正常，腰骶部結(jié)核未復(fù)發(fā)，說明前路病灶清除、植骨融合及單釘棒內(nèi)固定重建腰骶椎穩(wěn)定性好16。一期后路椎間孔病灶清除360°植骨融合后路內(nèi)固定腰骶部脊柱結(jié)核，3個(gè)月后血沉和C-反應(yīng)蛋白值恢復(fù)到正常水平，有1°-3°腰骶角的丟失18。近20年來，建立在脊柱生物力學(xué)和材料科學(xué)基礎(chǔ)上的脊柱內(nèi)固定技術(shù)取得了迅猛發(fā)展，特別是近10年來，新理論和新器械不斷涌現(xiàn)，為脊柱外科醫(yī)生提供了更大選擇空間，拓寬了治療領(lǐng)域，

17、為實(shí)現(xiàn)脊柱畸形矯正、維持節(jié)段穩(wěn)定和促進(jìn)脊柱融合發(fā)揮了積極作用。隨著內(nèi)固定材料的不斷發(fā)展，其在臨床方面的應(yīng)用也越來越廣泛。脊柱內(nèi)固定材料一般需要應(yīng)用椎弓根螺釘、棒系統(tǒng)固定或者前路人工椎體、鈦網(wǎng)、椎間融合器和鈦板固定，統(tǒng)稱為脊柱內(nèi)固定金屬材料，這些材料的作用是起到臨時(shí)穩(wěn)定脊柱作用，有助于患者在短期內(nèi)活動(dòng)，為脊柱骨與骨界面的融合提供有利條件。以往內(nèi)固定材料大多是由醫(yī)用不銹鋼制成的，近年來生物可吸收材料在脊柱外科應(yīng)用逐漸增多。生物可吸收內(nèi)固定材料避免了金屬材料的缺點(diǎn)，如松動(dòng)、移位和妨礙放射檢查等，顯示了在脊柱應(yīng)用的可能性和潛在優(yōu)勢(shì)。文章將對(duì)脊柱腰骶段生物力學(xué)特點(diǎn)，以及不同內(nèi)固定材料在腰骶段脊柱結(jié)核穩(wěn)定

18、性重建中的作用進(jìn)行綜述。1 資料和方法 Data and methods1.1 文獻(xiàn)檢索和篩選要求 1.1.1 檢索數(shù)據(jù)庫(kù) 美國(guó)醫(yī)學(xué)索引(Medline)、中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)等。1.1.2 檢索數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇理由 Medline是美國(guó)國(guó)立醫(yī)學(xué)圖書館生產(chǎn)的國(guó)際性綜合生物醫(yī)學(xué)信息書目數(shù)據(jù)庫(kù)，是當(dāng)前國(guó)際上最權(quán)威的生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)。中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)是中國(guó)文獻(xiàn)量最大、信息最全的數(shù)據(jù)庫(kù)。1.1.3 檢索途徑、檢索詞、檢索詞的邏輯關(guān)系 為全面、準(zhǔn)確地檢索出撰寫綜述的相關(guān)文獻(xiàn)，文章寫作過程中綜合考慮了檢索途徑選擇、檢索詞選擇和各檢索詞間邏輯關(guān)系的配置，制定了科學(xué)的檢索策略。在檢索方案中討論了檢索途徑、檢索詞

19、、 檢索詞邏輯關(guān)系的理由，首先應(yīng)用關(guān)鍵詞檢索，在數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索與腰骶段脊柱結(jié)核內(nèi)固定和內(nèi)固定材料應(yīng)用相關(guān)的文獻(xiàn)，初篩文題和摘要，剔除重復(fù)研究，對(duì)最終納入的文獻(xiàn)下載全文進(jìn)行全面分析。檢索途徑：關(guān)鍵詞檢索、摘要檢索、全文檢索等。 檢索詞：腰骶段脊柱結(jié)核，生物材料，內(nèi)固定，lumbo-sacral spinal tuberculosis，Biomaterials，fixation。 檢索詞的邏輯組配：應(yīng)正確選用邏輯算符來表達(dá)檢索詞之間的邏輯關(guān)系，如邏輯或(OR)擴(kuò)大檢索范圍，邏輯與(AND)縮小檢索范圍。 檢索途徑、檢索詞、檢索詞的邏輯組配的確定理由：首先以關(guān)鍵詞檢索，檢索詞組配為腰骶段脊柱結(jié)核和內(nèi)固

20、定，腰骶段脊柱結(jié)核和內(nèi)固定和生物材料，這樣可以分別檢索出腰骶段脊柱結(jié)核內(nèi)固定研究進(jìn)展和內(nèi)固定中用到的生物材料。檢索的時(shí)間范圍：1993至2015年。1.1.4 文獻(xiàn)篩選流程和篩選標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)篩選流程：按照?qǐng)D1的步驟進(jìn)行。 文獻(xiàn)的篩選標(biāo)準(zhǔn)：與腰骶段脊柱結(jié)核內(nèi)固定相關(guān)的文獻(xiàn)；脊柱結(jié)核內(nèi)固定材料應(yīng)用的相關(guān)文獻(xiàn)。 文獻(xiàn)的篩選標(biāo)準(zhǔn)的制定理由：初篩文題和摘要，篩選與主題相關(guān)的文獻(xiàn)，剔除重復(fù)研究的內(nèi)容。排除的文獻(xiàn)：不相關(guān)的文獻(xiàn)，重復(fù)的文獻(xiàn)，數(shù)據(jù)不完整，結(jié)果效應(yīng)不明確的文章。篩選偏離的描述、原因及對(duì)結(jié)果的影響：根據(jù)研究主題制定的納入標(biāo)準(zhǔn)和排除標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有選擇性偏倚，為避免選擇性偏倚，采用多人質(zhì)量控制的原則，即所有作者

21、共同評(píng)估確定篩選和最終納入的文獻(xiàn)。 文獻(xiàn)篩選結(jié)果的輸出形式：文獻(xiàn)檢索和篩選結(jié)果的輸出采用文獻(xiàn)的引用形式，且保持了格式的一致性，文獻(xiàn)的引用形式包括作者、題名、期刊名稱、發(fā)表年代、卷數(shù)(期數(shù))、頁(yè)碼等。經(jīng)篩選納入評(píng)價(jià)的文獻(xiàn)提供了全文。所有納入的文獻(xiàn)均下載全文，并按期刊格式引用。檢索偏離的描述、原因及對(duì)結(jié)果的影響：檢索過程中會(huì)對(duì)納入的文獻(xiàn)干預(yù)措施、主要結(jié)局指標(biāo)和結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格的分析和評(píng)價(jià)，以減少檢索偏倚。2 結(jié)果 Results 2.1 脊柱腰骶段內(nèi)固定力學(xué)特點(diǎn) 從腰椎的生物力學(xué)角度分析，腰骶部是胸腰椎活動(dòng)度最大的部分。腰椎減壓會(huì)破壞腰椎現(xiàn)有的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)或加重其不穩(wěn)定性，造成神經(jīng)壓迫，因此需進(jìn)行腰椎融合

22、或內(nèi)固定來加強(qiáng)腰椎的穩(wěn)定性。在腰骶段脊柱結(jié)核內(nèi)固定中，常規(guī)方檢索通過檢索PubMed、CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)，共檢索到文獻(xiàn)213篇篩選文題和摘要去重后，納入文獻(xiàn)89篇排除不相關(guān)研究46篇最終納入文獻(xiàn)45篇相關(guān)性重復(fù)性納入標(biāo)準(zhǔn)排除標(biāo)準(zhǔn)圖1 文獻(xiàn)篩選流程 法是實(shí)行短節(jié)段或長(zhǎng)節(jié)段固定或融合。這種方法犧牲了一個(gè)以上正常運(yùn)動(dòng)單元，限制了脊柱正常運(yùn)動(dòng)功能，導(dǎo)致相鄰節(jié)段小關(guān)節(jié)的退變。脊柱結(jié)核后路重建中，短節(jié)段或長(zhǎng)節(jié)段固定和/或融合限制了脊柱的正常運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致鄰近關(guān)節(jié)退變，減少椎骨固定數(shù)量并最大程度保留脊柱運(yùn)動(dòng)是脊柱結(jié)核內(nèi)固定的主要原則。用單節(jié)段固定和短段固定，單節(jié)段固定植入融合時(shí)間較短，短節(jié)段固定的損失率較低，可保持

23、相鄰脊柱的正常運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)固定后脊柱功能的恢復(fù)。如何減少融合、固定節(jié)段，最大限度地保留脊柱運(yùn)動(dòng)功能，是脊柱結(jié)核內(nèi)固定治療中亟待解決的問題之一17-18。內(nèi)固定后的生物力學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)植骨區(qū)是否能獲得骨性融合非常重要。現(xiàn)有的生物力學(xué)檢測(cè)方法包括動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、物理實(shí)驗(yàn)、體外實(shí)驗(yàn)、體內(nèi)實(shí)驗(yàn)及計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)。三維有限元分析法是一種計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)，可以模擬脊柱結(jié)構(gòu)形狀，是較新的脊柱生物力學(xué)研究方法，其與傳統(tǒng)生物力學(xué)方法相互補(bǔ)充和驗(yàn)證的作用越來越受到重視19。運(yùn)用生物力學(xué)原理全面分析脊柱及內(nèi)固定器的力學(xué)改變，輔助設(shè)計(jì)、分析一些新的脊柱器械，對(duì)于合理使用內(nèi)固定器械，驗(yàn)證其有效性具有重要意義。有研究設(shè)計(jì)一種新型脊柱動(dòng)

24、態(tài)內(nèi)固定系統(tǒng)，既能適應(yīng)脊柱的多向活動(dòng)又能設(shè)計(jì)保留棘上韌帶，從設(shè)計(jì)理念而言，更能滿足人體脊柱的正?；顒?dòng)，該棘間多向動(dòng)態(tài)穩(wěn)定器，可安于棘突根部，實(shí)現(xiàn)棘間、棘-板間彈性承載并能多向活動(dòng)，有望克服現(xiàn)有技術(shù)的諸多不足并降低其價(jià)格，以促進(jìn)臨床的廣泛應(yīng)用20。Fleischer等21通過生物力學(xué)探討了腰骶部?jī)?nèi)固定對(duì)減輕骶骨螺釘應(yīng)力和L5/S1運(yùn)動(dòng)范圍的影響。研究證實(shí)，一個(gè)最佳的固定方法可減少骶骨螺釘應(yīng)力和腰椎活動(dòng)度，降低螺釘松動(dòng)的發(fā)生率和長(zhǎng)期腰骶融合潛在的失敗率，具有顯著臨床意義。作者應(yīng)用6具尸體腰骶椎標(biāo)本進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)生物力學(xué)測(cè)試，對(duì)如下4種固定技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，單獨(dú)應(yīng)用L2-S1椎弓根螺釘固定，或與如下3種固定進(jìn)

25、行組合：前路椎間融合器、前路軸向椎間螺紋桿和髂骨螺釘。結(jié)果表明，L2-S1椎弓根螺釘固定合并前路軸向椎間螺紋桿或髂螺釘后，骶骨螺釘載荷和L5/S1運(yùn)動(dòng)范圍最小，其次是同時(shí)應(yīng)用前路融合器，而以單獨(dú)應(yīng)用椎弓根螺釘為最大。在實(shí)驗(yàn)條件下觀察統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，L5/S1運(yùn)動(dòng)范圍的差異一般較小，約0.5°，缺乏臨床意義；實(shí)驗(yàn)條件下骶骨螺釘負(fù)載的差異達(dá)到了約0.7 Nm。實(shí)驗(yàn)方案包括采用高達(dá)7.5 Nm的曲伸、側(cè)彎和軸向扭矩，應(yīng)用椎體運(yùn)動(dòng)跟蹤標(biāo)記，采用椎弓根螺釘應(yīng)變計(jì)測(cè)量骶骨螺釘負(fù)荷。每個(gè)標(biāo)本采用自身對(duì)照方法，不進(jìn)行預(yù)壓。在矢狀位的椎間盤旋轉(zhuǎn)中心施加一個(gè)預(yù)壓，對(duì)于測(cè)量非融合完整脊柱標(biāo)本的運(yùn)動(dòng)影響不大。但

26、當(dāng)模擬損傷和應(yīng)用各種固定方法后，可能會(huì)改變矢狀位椎間旋轉(zhuǎn)中心。未來的研究中可能會(huì)應(yīng)用脊柱預(yù)壓的實(shí)驗(yàn)方法，而且需要進(jìn)一步研究體內(nèi)側(cè)彎和軸向旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的預(yù)壓方法22。2.2 金屬內(nèi)固定材料 在腰骶段脊柱結(jié)核內(nèi)固定材料中，醫(yī)用不銹鋼憑借優(yōu)良的綜合性能在臨床及醫(yī)療領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，成為脊柱內(nèi)固內(nèi)植物產(chǎn)品的首選材料。不銹鋼具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐蝕性能和加工性能，被廣泛應(yīng)用于段脊柱內(nèi)固定器械的制造。高氮無鎳奧氏體不銹鋼、不銹鋼表面改性、抗菌不銹鋼是近年來國(guó)內(nèi)外的主要研究熱點(diǎn)23-24。目前在硬組織修復(fù)和替換方面，醫(yī)用不銹鋼仍然具有鈷基合金、鈦合金及復(fù)合型生物陶瓷等材料無法替代的作用。瞿東濱等25臨床研究發(fā)

27、現(xiàn)，采用鈦合金或不銹鋼材料植入物進(jìn)行一期內(nèi)固定均安全，可以完成脊柱結(jié)核內(nèi)固定治療的基本環(huán)節(jié)，具有明顯的優(yōu)越性，但需根據(jù)患者具體情況選擇合適方式?，F(xiàn)有醫(yī)用不銹鋼材料由于優(yōu)良的綜合性能被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，但其中含有的鎳元素會(huì)因腐蝕溶出，除對(duì)人體產(chǎn)生過敏反應(yīng)外，還存在致畸、致癌的危害性。近年來，對(duì)新型不銹鋼材料在耐蝕性、耐磨損性及生物相容性方面的研究有了很大進(jìn)展，奧氏體不銹鋼的出現(xiàn)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的研究開發(fā)課題。為了解決傳統(tǒng)不銹鋼耐磨性較差的問題，研究人員對(duì)奧氏體不銹鋼進(jìn)行了表面硬化處理26-27。奧氏體不銹鋼表面硬化處理的關(guān)鍵是如何控制好被處理工件的溫度，若溫度偏低則滲速慢，甚至氮或碳原子滲入不

28、進(jìn)基體內(nèi)；若處理溫度偏高，滲入的氮或碳就會(huì)形成鉻的氮化物或碳化物，使不銹鋼表面自由鉻的濃度降低，不銹鋼的耐蝕性能下降。因此，奧氏體不銹鋼表面硬化處理的溫度必須嚴(yán)格控制在±5 范圍內(nèi)，這在一般的離子熱處理設(shè)備內(nèi)是難以實(shí)現(xiàn)的。因而對(duì)于新型腰骶段脊柱內(nèi)固定材料的開發(fā)，進(jìn)一步提高或改善了不銹鋼的生物安全性、力學(xué)性能、耐蝕性能，甚至帶來了一些生物功能化，為醫(yī)用不銹鋼的臨床應(yīng)用帶來了新的機(jī)遇。純鈦及鈦合金由于具有良好的抗腐蝕性和機(jī)械性能而被廣泛應(yīng)用于人體病損及內(nèi)固定材料。大量研究證實(shí)，鈦及鈦合金具有良好的生物相容性和較強(qiáng)的耐腐蝕性，其中鈦合金為目前脊柱內(nèi)固定系統(tǒng)中常用材料，組織相容性良好，質(zhì)量輕

29、，強(qiáng)度好28-29。鈦合金中常見的合金化元素主要包括相穩(wěn)定元素、相穩(wěn)定元素和中性元素3類。鈦合金因其抗拉強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度接近等，成為脊柱內(nèi)固定植入物產(chǎn)品的首選材料30-31。對(duì)腰骶段脊柱結(jié)核行一期后路病灶清除內(nèi)固定并用鈦網(wǎng)進(jìn)行植骨融合，經(jīng)24-59個(gè)月隨訪，有1例患者延遲愈合，腰骶角和椎間隙高度內(nèi)固定后明顯增加，目測(cè)類比評(píng)分2周后明顯減少，紅細(xì)胞沉降率在6個(gè)月恢復(fù)至正常水平，4-8個(gè)月達(dá)到堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定，平均6個(gè)月達(dá)到堅(jiān)強(qiáng)固定，無復(fù)發(fā)和鈦網(wǎng)下沉的情況。經(jīng)后路鈦網(wǎng)內(nèi)固定在腰骶段脊柱結(jié)核中有較好的穩(wěn)定性，可達(dá)到脊柱重建的目17。為了探討脊柱結(jié)核內(nèi)固定的安全性，矢慶明等32通過體外實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)核

30、桿菌和不同內(nèi)固定材料的黏附情況，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，結(jié)核桿菌相對(duì)于同一種材料的黏附數(shù)量均較表皮葡萄球菌少，而在不同材料的結(jié)核桿菌黏附比較中，鈦及鈦合金的細(xì)菌黏附數(shù)量少于不銹鋼，說明在脊柱結(jié)核患者體內(nèi)內(nèi)固定是相對(duì)安全的，內(nèi)固定材料選用鈦或鈦合金優(yōu)于不銹鋼。鈦合金是目前最具有吸引力的金屬生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用材料。鎂及鎂合金作為醫(yī)用材料很早就應(yīng)用于人體，但過快的降解速度限制了其廣泛應(yīng)用。鎂合金具有可降解吸收性、優(yōu)良的力學(xué)性能和生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，成為植入醫(yī)療器械領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。作為潛在的生物降解內(nèi)固定材料，鎂合金及其復(fù)合材料具有優(yōu)于傳統(tǒng)醫(yī)用金屬的突出特點(diǎn)，如生物可降解性、良好的力學(xué)和生物相容性。但由于其在生理環(huán)

31、境中的腐蝕降解速度過快，限制了臨床應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)，降低鎂合金過快的腐蝕速度成為其作為植入醫(yī)療器械材料應(yīng)用的關(guān)鍵。近年來，生物可降解鎂合金再次成為研究熱點(diǎn)，與其作為骨科植入物的先天優(yōu)勢(shì)有關(guān)。近年開發(fā)出不含機(jī)體有害元素的鎂合金，經(jīng)表面改性技術(shù)提升力學(xué)性能和生物相容性，預(yù)示新型鎂合金材料在未來骨科臨床的巨大優(yōu)越性和應(yīng)用潛力。相較于體內(nèi)實(shí)驗(yàn)及臨床研究，體外實(shí)驗(yàn)?zāi)芨焖?、直觀地得到結(jié)論，并且反饋到體內(nèi)實(shí)驗(yàn)及臨床研究中，吸引了越來越多研究者的關(guān)注33-34。隨著冶金技術(shù)及表面處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，鎂及其合金的醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究得到了快速發(fā)展。馬立敏等35通過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，應(yīng)用CT掃描獲取上頸椎空間結(jié)構(gòu)信息建立的上頸

32、椎模型可用于生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明鎂合金和鈦合金固定材料有顯著性差異，鎂合金材料比鈦合金材料臨床固定效果更好，值得在臨床進(jìn)一步推廣應(yīng)用。張余等36研究發(fā)現(xiàn)采用現(xiàn)有的鈦合金內(nèi)固定系統(tǒng)治療寰樞椎脫位，保持寰椎前弓、后弓完整，側(cè)塊處植骨融合確實(shí)，可以更好保持寰樞椎的穩(wěn)定性；寰樞椎融合后，相鄰節(jié)段的關(guān)節(jié)突受力增加，加速退變，應(yīng)密切隨訪；相對(duì)于鈦合金內(nèi)固定系統(tǒng)，采用鎂合金材料制備內(nèi)固定系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位固定，前述應(yīng)力集中區(qū)域的峰值降低，應(yīng)力分布均勻性提高，鎂合金與鈦合金制備的內(nèi)固定系統(tǒng)在相應(yīng)的力學(xué)分布上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。孔祥東等37通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)探討新型高性能醫(yī)用鎂合金的生物安全性，血液學(xué)檢測(cè)結(jié)果顯示，醫(yī)用鎂合

33、金材料對(duì)血常規(guī)各項(xiàng)指標(biāo)、凝血功能、肝腎功能及心功能等均無明顯影響；組織學(xué)觀察顯示，各臟器形態(tài)學(xué)上無明顯的病理性改變，同時(shí)也未引起局部肌肉軟組織的炎癥、異物反應(yīng)；X射線片顯示，螺釘周圍未見明顯氣體積聚，且降解速度較為緩慢，至6個(gè)月時(shí)螺釘依然清晰可見，近骨皮質(zhì)區(qū)見明顯的密度增高影，表明此處骨形成較活躍，說明醫(yī)用鎂合金是一種生物安全性良好的新型醫(yī)用可降解鎂合金材料。2.3 可吸收內(nèi)固定材料 金屬內(nèi)固定材料最大的缺點(diǎn)是內(nèi)固定后沉降、不透光性、應(yīng)力遮擋效應(yīng)和骨質(zhì)疏松?？晌招詢?nèi)固定物是由高分子聚合物經(jīng)特殊加工制成，與傳統(tǒng)的不銹鋼等金屬材料相比，可吸收材料在體內(nèi)一段時(shí)間后能自行降解吸收，避免了再次取出內(nèi)固

34、定物等問題。由可生物降解的共聚物(聚L-乳酸和聚-L-乙醇酸)組成固定板和螺釘顯示出了良好的穩(wěn)定性和堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定38。劉建宇等40采用深圳醫(yī)學(xué)工程研究所試制的聚酰胺類可降解高聚物材料和可吸收人工椎體進(jìn)行了12只綿羊的脊椎部位置入試驗(yàn)研究，效果良好，證實(shí)可吸收人工椎體作為鈦合金人工椎體替代物有很好的應(yīng)用前景。用骨水泥內(nèi)固定進(jìn)行脊柱重建和融合效果較好，無并發(fā)癥，但骨水泥螺釘對(duì)骨重建的不良反應(yīng)及聚合作用對(duì)神經(jīng)的熱損傷限制了其應(yīng)用。與骨水泥螺釘相比，可注射性生物可降解鈣磷酸鹽(Ca-P) 骨替代物經(jīng)前路椎骨螺釘內(nèi)固定后，螺釘彎曲剛性增加，可注射性生物可降解鈣磷酸鹽(Ca-P) 骨替代物的拔出強(qiáng)度較高39

35、。可吸收性脊柱融合器，由具有生物降解性、可消毒性及可以加工性的生物降解高分子材料制備而成，相比傳統(tǒng)椎間融合器，它具有更好的剛度和彈性系數(shù)，對(duì)影像學(xué)評(píng)估干擾更小等諸多優(yōu)勢(shì)?？晌兆甸g融合器具有早期的確實(shí)制動(dòng)作用，可有效維持椎體生理弧度和椎間隙的高度，提供初始及中間時(shí)期的穩(wěn)定性，以實(shí)現(xiàn)骨性融合，有效防止下沉，穩(wěn)定融合節(jié)段41。由PEEK-OPTIMA聚合物材料制成的脊柱內(nèi)固定系統(tǒng)已獲得臨床驗(yàn)證。PEEK-OPTIMA聚合物材料制成的脊柱棒系統(tǒng)彌補(bǔ)了剛性系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的不足，能夠恢復(fù)足夠的脊柱穩(wěn)定性，且失效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鈦材質(zhì)的脊柱棒。采用聚合物制造的脊柱植入物擁有許多臨床優(yōu)點(diǎn)，如在相鄰節(jié)段產(chǎn)生更符合生

36、理狀態(tài)的載荷，從而減緩相鄰節(jié)段退變；可減少骨和螺釘界面的應(yīng)力，以防止骨釘拔出，對(duì)于骨質(zhì)有問題的患者尤其有益；清晰無偽影的成像特點(diǎn)，能夠幫助醫(yī)生更好地進(jìn)行器械置入及臨床觀察。有研究應(yīng)用納米羥基磷灰石/聚酰胺66籠進(jìn)行前路脊柱重建，除1例患者因納米羥基磷灰石/聚酰胺66籠移位出現(xiàn)頸椎骨折，其他無脫落或斷裂發(fā)生。脊柱結(jié)核患者平均融合時(shí)間為5.5個(gè)月，融合率為94.0%，下沉率為5.9%，納米羥基磷灰石/聚酰胺66籠能夠促進(jìn)骨融合，減少下沉，可有效保留和維持椎間隙高度42-43。3 結(jié)論 Conclusion脊柱結(jié)核是骨與關(guān)節(jié)結(jié)核病中發(fā)病率最高的一種常見病，占所骨骼肌結(jié)核的50%。對(duì)脊柱結(jié)核，完全清除

37、病灶并減壓后內(nèi)固定是獲得穩(wěn)定性重建的關(guān)鍵，隨著內(nèi)固定材料和器械的廣泛應(yīng)用，使脊柱結(jié)核內(nèi)固定不穩(wěn)的問題得到了很好解決。腰骶段脊柱結(jié)核雖較少見，但其早期癥狀不典型，容易誤、漏診，故臨床發(fā)現(xiàn)往往較晚。腰骶段脊柱結(jié)核內(nèi)固定又是脊柱結(jié)核治療中最難的部位之一，堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定技術(shù)是腰骶段結(jié)核的常規(guī)固定手段，內(nèi)固定材料的應(yīng)用提高了重建脊柱序列和穩(wěn)定性的療效。金屬材料如不銹鋼、鈦及鈦合金因堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定而被廣泛應(yīng)用，目前臨床上以純鈦制作的接骨板和螺釘最為常用，其穩(wěn)定的固定效果和優(yōu)越的生物相容性為骨組織愈合提供了良好內(nèi)環(huán)境，能維持骨段在正常解剖位置上愈合，較好地恢復(fù)功能和形態(tài)，但其存在應(yīng)力遮擋、不能降解吸收、金屬離子釋出

38、等缺點(diǎn)，影響了融合效果及內(nèi)固定后影像學(xué)觀察，這就給予可吸收椎間融合器發(fā)展的契機(jī)。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者把目光投向了生物降解材料，可吸收材料因其良好的生物相容性和可降解性成為骨科內(nèi)固定的新興材料。目前脊柱結(jié)核內(nèi)固定多采用植骨融合內(nèi)固定，內(nèi)固定材料多為金屬材料，可吸收材料是一個(gè)有前景的研究方向，但目前還不能完全替代金屬內(nèi)固定材料。從生物力學(xué)角度設(shè)計(jì)更加適合腰骶段生物力學(xué)特點(diǎn)的內(nèi)固定器材，應(yīng)具有操作簡(jiǎn)便、力學(xué)性能良好的特點(diǎn)，還應(yīng)該充分考慮腰骶角的恢復(fù)問題。目前在臨床工作中，腰骶段脊柱結(jié)核治療中合適內(nèi)固定材料的選擇，應(yīng)根據(jù)患者椎體破壞程度和腰骶穩(wěn)定性改變，研究其固定的生物力學(xué)結(jié)果，可能獲得較好的療效。 作

39、者貢獻(xiàn)：資料收集為孫弘昊、郭慶升、朱志勇，文章寫作為孫弘昊。利益沖突：所有作者共同認(rèn)可文章無相關(guān)利益沖突。倫理問題：沒有與相關(guān)倫理道德沖突的內(nèi)容。文章查重：文章出版前已經(jīng)過CNKI反剽竊文獻(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行3次查重。文章外審：本刊實(shí)行雙盲外審制度，文章經(jīng)國(guó)內(nèi)小同行外審專家審核，符合本刊發(fā)稿宗旨。作者聲明：第一作者對(duì)于研究和撰寫的論文中出現(xiàn)的不端行為承擔(dān)責(zé)任。論文中涉及的原始圖片、數(shù)據(jù)(包括計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù))記錄及樣本已按照有關(guān)規(guī)定保存、分享和銷毀，可接受核查。文章版權(quán)：文章出版前雜志已與全體作者授權(quán)人簽署了版權(quán)相關(guān)協(xié)議。4 參考文獻(xiàn) References 1 Lan X,Xu JZ,Luo F,et

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