異種骨椎間融合器椎弓根釘固定腰椎體間融合術(shù)的生物力學評價

1、異種骨椎間交融器椎弓根釘固定腰椎體間交融術(shù)的生物力學評價【關(guān)鍵詞】異種骨椎間交融器摘要：目的評價異種骨椎間交融器行后路腰椎椎體間交融的即刻穩(wěn)定效果及自身強度。方法取16具新穎成年男性L15腰椎標本，分別對完好L15正常組；模擬后路間盤L3、4摘除置交融器對照1組；模擬后路間盤L3、4、L4、5摘除置交融器對照2組；模擬后路間盤L3、4摘除置交融器附加椎弓根釘固定對照3組；模擬后路間盤L3、4、L4、5摘除置交融器附加椎弓根釘固定對照4組進展前屈、后伸、改變、軸向壓縮和腰椎移位時交融器的最大撥出力及粘彈性實驗研究。結(jié)果顯示椎間交融器植入后腰椎壓縮、前屈、后伸、位移和改變角度較正常組有一定差異，但

2、不顯著P005；而椎間植入交融器附加椎弓根固定，壓縮、前屈、后伸、位移、改變角度較正常組差異顯著P005。腰椎移位時撥出力實驗結(jié)果說明，對照1、2交融器植入椎體移位時最大撥出力為183KN。對照1、2、3、4組7200s三應力松馳量和蠕變量較正常組差異不顯著P005,對照3、4組初始蠕變量明顯低于正常組和1、2組。結(jié)論異種骨椎間交融器具有足夠的支撐、抗滑、維持或增加椎間隙高度的功能，符合生物力學及臨床要求。關(guān)鍵詞：腰椎；異種骨椎間交融器；椎弓根釘固定；生物力學；穩(wěn)定性；粘彈性Biehanialevaluatinnintervertebralfusinbyintervertebralheterg

3、enusbnefusinageithpediularfixatinAbstrat：bjetiveTevaluatetheiediatestabilityeffetandstrengthftheintervertebralhetergenusbnefusinagefrlubarintervertebralfusinethdSixteenaleL15speienseredividedintfivegrups:grupA,L34disexisin+fusinage;grupB,L34,L45disexisin+fusinage;grup,L34disexisin+fusinageithpediula

4、rfixatin;grupD,L34L45disexisin+fusinageithpediularfixatinandntrlgrup,nralL34,L45Theaxiupullstrengthnfusinage,viselastiprperties,reepfuntinandlubarladingdisplaeenturveeretestedduringlubarflexinandextensin,axialpressinandleftandrighttrsinResult1Thehangefaxialpressin,flexinandextensin,ladingdisplaeenta

5、ndtrsinangleshednstatistisignifiane(P005)beteenntrlgrupandgrupA,grupB,butbviussignifianebeteenntrlgrupandgrupandD;2TheaxiupullstrengthnagefgrupAandBas185KNduringlubardisplaeent;3ThereasnstatistisignifianeinthestressrelaxatinandreepbeteengrupsA,B,Dandntrlgrup(P005),butinitialreepfuntinaslerbviuslytha

6、nthatfntrlgrupnlusinTheintervertebralhetergenusbnefusinageprvidessuffiientperfrsupprt,antidisplaeent,aintainingandenhaningintervertebralhEightandissuitablefrlinialappliatinnbiehanialbasisKeyrds：Lubarvertebru;Intervertebralhetergenusbnefusinage;Pediularfixatin;Biehanis自體髂骨移植作為后路腰椎椎間交融的最常見方式，已廣泛應用于后路腰

7、椎椎間交融術(shù)中。在獲得較好的臨床療效的同時,仍存在著較多的植骨并發(fā)癥和取骨并發(fā)癥。鈦合金age在腰椎椎體間交融手術(shù)中已得到較廣泛應用,但其所產(chǎn)生的并發(fā)癥已也明顯影響了其在臨床上的應用,如交融器的異物反響、應力遮擋、下沉，交融難以判斷觀察，不交融導致的腰椎不穩(wěn)以及價格昂貴、金屬異物在體內(nèi)長期存留等。為此作者研制出一種來源充足、取材方便、價廉、并發(fā)癥少的生物型交融器彌補了以往方法的一些缺乏。作者在借鑒國內(nèi)外各類交融器優(yōu)點的根底上設計了一種扁方型異種骨腰椎間交融器，并在成人新穎腰椎標本上模擬生物力學測試，據(jù)此評價異種骨椎間交融器重建腰椎的生物力學穩(wěn)定性，為臨床應用提供理論根據(jù)。1實驗的準備11材料的

8、制備腰椎椎間交融器的制作，將新穎安康成年牛小腿取下，去除肌肉、骨膜和骨髓后用強氧化離子水清洗屢次，機械加工成前主視長23、寬9、高11，后后視寬9、高10、軸向內(nèi)孔直徑6，縱軸長槽寬6、長14，橫向兩孔直徑4，上、下外表圓弧R30，圓柱局部帶螺紋，紋距25，紋深10。機械加工完成后離子水再次清洗后11氯仿甲醇脫脂2h，濕式密封12kGY，射線輻照滅菌待用。12標本的制備及手術(shù)方法實驗標本取自正常國人急性頭部外傷致死的新穎尸體，均為男性；年齡2030歲，于死亡之后1h之內(nèi)進展解剖切取其腰椎，附帶局部肌肉，對每個標本經(jīng)X線檢查均無腰椎病變與損傷。將標本置于塑料袋中,密封后置于冰箱(-30)內(nèi)保存，

9、實驗前取出標本，在室溫下解凍，去除肌肉，保存前縱韌帶、棘間韌帶、黃韌帶、小關(guān)節(jié)突及關(guān)節(jié)囊。力學性質(zhì)實驗與粘彈性實驗各取16個標本，用自凝牙托粉將標本兩端固定，使標本兩端平整。在16個標本中先取8個標本做彈性實驗，先做正常組應力松弛、蠕變實驗，正常組標本做完后，待標本恢復24h后，模擬后路間盤切除置入1個交融器對照1組，即在L3、4間隙做全椎板切除，拉開硬膜囊，切除間盤及上、下軟骨板，露出局部骨質(zhì)，撐開間隙，用試模試植入，分別以兩側(cè)植入兩個試模同號的異種骨交融器進展應力松弛、蠕變實驗。做完待恢復24h后在L4、5間隙置入交融器對照2組進展應力松弛、蠕變實驗。做完待恢復24h后，在后路間盤L3、4

10、間隙置1枚交融器，以6枚椎弓根釘固定對照3組進展應力松弛、蠕變實驗，做完后待恢復24h后，在L3、4和L4、5間隙置交融器，置6枚椎弓根釘固定對照4組進展應力松弛、蠕變實驗。穩(wěn)定性實驗取8個標本，手術(shù)方式與實驗步驟與應力松弛、蠕變一樣，先做正常組，之后對照1、2、3、4組。實驗用器械根本為后路椎間交融的器械加鉸刀、刮勺、嵌入器、自制4個型號的試模一套。13實驗器材腰椎改變實驗在K-50型改變試驗機上進展。L15標本屈、伸、軸向壓縮、應力松馳及蠕變實驗使用機器為日本島津AG-10TA自動控制電子萬能試驗機。載荷通過載荷傳感器傳遞，位移通過光電編碼器傳遞，應變通過機器的應變單元測量。實驗完畢后，計

11、算機自動輸出實驗結(jié)果。生物材料在應力作用下都有滯后現(xiàn)象，在變形過程中有熵的改變，有機械能損失，所以正式實驗前必須對標本進展預調(diào)處理。本實驗對所有標本在最大應力為其破壞應力的30%應力程度下對試樣反復加、卸載30次，循環(huán)曲線趨于平穩(wěn)后進展實驗1、2。2實驗方法及結(jié)果21腰椎L15腰椎前屈、后伸實驗本實驗以2/in的實驗速度對標本施加載荷，分別測出50500N所對應的位移。各組試樣載荷-位移曲線經(jīng)計算機進展擬合后見圖1、2。數(shù)據(jù)統(tǒng)計學差異分析見表1、2。表1各組前屈載荷位移數(shù)據(jù)統(tǒng)計學差異略表2各組后伸載荷位移數(shù)據(jù)統(tǒng)計學差異略2腰椎軸向壓縮實驗實驗條件同上，依次測出每組試樣各8個的載荷-位移數(shù)據(jù)，曲

12、線見圖3。數(shù)據(jù)統(tǒng)計學差異分析見表3。表3各組壓縮載荷位移數(shù)據(jù)統(tǒng)計學差異略3腰椎改變實驗計算機驅(qū)動機器以2度/in的實驗速度對試樣施加扭矩，分別測出20200N所對應的改變角值。依次測出各組試樣的扭矩-改變角數(shù)據(jù)與曲線。實驗曲線經(jīng)計算機擬合后見圖4。統(tǒng)計學差異分析見表4。表4各組改變載荷位移數(shù)據(jù)統(tǒng)計學差異略4腰椎移位時交融器撥出力實驗以2/in的速度對標本施加撥出力，至交融器撥出時記錄最大撥出力，結(jié)果見表5。表5腰椎移位時撥出力實驗結(jié)果略5L15段脊柱壓縮應力松馳實驗略正常組、對照14組應力松馳曲線經(jīng)計算機擬合后見圖5。統(tǒng)計學差異見表6。由對數(shù)計算繪出的正常組、對照1、2、3、4組腰椎歸一化應力

13、松馳函數(shù)曲線見圖6。統(tǒng)計學差異見表7。表6各組7200s應力松弛量統(tǒng)計學差異略表7各組7200s蠕變量統(tǒng)計學差異略轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.6L45腰椎蠕變實驗略正常組、對照1、2、3、4組蠕變曲線見圖7。由正常組、對照1、2、3、4組實驗結(jié)果可得到J(t)的一組實驗值，Jt的實驗函數(shù)曲線見圖8。3討論退變性下腰椎疾患常伴有不同程度的不穩(wěn)。Tener等實驗證明，腰椎在側(cè)屈、后伸時負荷最大，切小關(guān)節(jié)會破壞腰椎的柔韌性、耦合運動，導致應力集中，關(guān)節(jié)間隙狹窄，使腰椎穩(wěn)定性下降。為了重建腰椎的穩(wěn)定，節(jié)段性交融是必要的。自體髂骨移植是最常見的交融方式，在獲得一定的臨床療效的同時，也存在較多的缺陷，即易出現(xiàn)植

14、骨塊脫出、松動、吸收、塌陷,并影響植骨交融率，其次，取自體骨手術(shù)的非嚴重并發(fā)癥發(fā)生率高達10%20%，包括失血量增加、血腫、供骨區(qū)疼痛、化膿性感染、股外側(cè)皮神經(jīng)、臀上神經(jīng)損傷導致的感覺障礙。討論取代髂骨移植方式及如何使交融節(jié)段獲得穩(wěn)定以促進植骨交融是我們研究的課題。隨著金屬交融器臨床應用逐漸增多，該交融器的缺點及并發(fā)癥的報告也逐漸增多3、4，有的學者再次把目光轉(zhuǎn)向了異體骨，但異體骨存在著無法找到供體的日益嚴重的缺陷。尋找一種取材方便廣泛、價格低廉的生物型交融器是臨床工作的要求。生物型交融器應具有以下特點：1簡化了傳統(tǒng)手術(shù)的程序，縮短了手術(shù)的時間。2替代物要有足夠的強度獲得椎體間支撐；生物相容性

15、好,不引起不良生物反響；無污染、不對受者造成感染。3替代物要具有骨誘導性，可作為新骨形成的基架,可促進成骨、刺激間質(zhì)干細胞分化為活潑的成骨細胞。4來源充足，取材方便，價廉。異種骨也像其他器官一樣具有明確的免疫原性。其免疫原主要存在于骨的有機質(zhì)中。劉偉用免疫組化的方法結(jié)合新穎不脫鈣切片技術(shù)首次證實：異種植骨的抗原性主要位于骨細胞和哈佛管道內(nèi)皮上，骨膠原常常被觀察到?jīng)]有抗原性或是有很弱的抗原性。羅卓荊等5用雙染色法測定結(jié)果，在牛松質(zhì)骨內(nèi)的多種細胞成分是移植的主要抗原成分，所以皮質(zhì)骨含有較弱的抗原性，且去除抗原性的方法也比松質(zhì)骨容易得多。異種骨腰椎椎間交融器取材于牛小腿的皮質(zhì)骨，經(jīng)過嚴格的脫脂脫蛋白

16、處理。應用時交融器中心復合植入大量的自體骨，大大的增強了骨誘導性，腰椎椎間交融器僅作為扁方形皮質(zhì)骨支架復合植入，故雖是不同種屬間組織移植，但引起的免疫排擠反響非常微弱，對組織交融無不良反響。交融器植入本身并不能進步椎節(jié)的穩(wěn)定性，Diar等6指出：除非附加椎弓根螺釘系統(tǒng)內(nèi)固定，否那么后路腰椎椎體間交融器不宜單獨使用，尤其是存在中重度不穩(wěn)傾向的下腰疾患。Zha等7報道應用單枚交融器附加椎弓根螺釘治療腰椎滑脫癥時，獲得滿意的效果。本實驗結(jié)果顯示椎間交融器植入后腰椎壓縮、前屈、后伸、位移和改變角度較正常組有一定差異，但不顯著P005，而椎間植入交融器附加椎弓根固定，壓縮、前屈、后伸位移、改變角度較正常

17、組差異顯著P005，說明無論是植入單枚椎間交融器還是置入雙枚椎間交融器附加椎弓根釘固定都可到達穩(wěn)定腰椎的目的。王8報道了以應變電測原理和技術(shù)模擬單枚椎間交融器附加椎弓根固定行后腰椎體間交融術(shù)，進展應變電測量，其結(jié)果為椎間交融器植入后附加椎弓根固定腰椎強度與剛度值均超過正常腰椎。本實驗結(jié)果雖然測量方法與其不同，但與王的結(jié)果表現(xiàn)出良好的一致性。證明腰椎間植入交融器附加椎弓根釘固定有利于脊柱的穩(wěn)定性，是一個較好的術(shù)式。無論是應力松馳或是蠕變都以最初的600s內(nèi)應力或應變變化較大。應力松馳曲線呈對數(shù)關(guān)系變化，蠕變曲線呈指數(shù)關(guān)系變化。對照1、2、3、4組7200s應力松馳量和蠕變量較正常組差異不顯著P0

18、05。對照3、4組初始蠕變量明顯低于正常組和1、2組，這是由于附加椎弓根釘固定進步了腰椎的剛度和強度所為。異種骨腰椎椎間交融器的設計有如下特點：1交融器的彎曲輪廓與終板的凹度相適應；2交融器上下端呈鋸齒狀，能嵌入終板，增大抗撥出力。3交融器插入端圓形設計有助于平安植入交融器。4交融器前凸角度為8，交融器后路高度有8、9、10、11、12；5兩枚交融器植入后骨與骨接觸面積近50，大面積接觸中空面可置入大量自體骨；6交融器的前后端承載面能適應地擱在保存著的終板皮質(zhì)骨上；7交融器與椎間隙之間接觸嚴密，相鄰椎體與交融器內(nèi)植骨之間的松質(zhì)骨結(jié)合結(jié)實。作者設計的扁方形腰椎間異種骨交融器，植入椎體后留有一定的

19、間隙，可防止圓形交融器在交融過程中造成的應力集中及植骨接觸面積小等缺點，進步了骨愈合才能。由于設計的交融器上下齒紋角度合理，還可通過椎間加壓，明顯進步了抗撥出強度。作者作了圓柱形和扁方形椎體間異種骨交融器置入椎體間后的撥出力的預實驗，結(jié)果顯示兩者之間的最大撥出力差異不顯著。在新型椎間交融器的研制過程中，減輕和消除植入物對人體內(nèi)在力學環(huán)境的影響，是研究工作所追尋的目的，其目的不但是重建脊柱的支撐和運動功能，更重要的是使植入物在人體長期不發(fā)生松動和脫出，一個重要的問題是防止在植入體的界面上出現(xiàn)應力集中9。作者設計的異種骨椎間交融器，在椎體安置后其抗壓、抗彎剛度、改變角度均與正常組無顯著差異，尤其是附加椎弓根釘固定效果更好。說明其設計符合生物力學原理。參考文獻：1馬洪順，張忠君，黎曉華.胎兒臂叢神經(jīng)上干粘彈性實驗研究J.中國生物醫(yī)學工程學報，2022，233：274278.2馬洪順，陸有，王曉晨.骨質(zhì)疏松對骨生物力學性質(zhì)影響實驗研究J.中國生物醫(yī)學工程學報，2022，224：364369.