上胸椎手術(shù)入路及生物力學(xué)研究現(xiàn)狀

覃文航，張世進(jìn)，羅遠(yuǎn)國(guó)，施冬冬

(1.覃塘區(qū)人民醫(yī)院骨科，廣西 貴港 537100；2.解放軍923醫(yī)院骨科，廣西 南寧 530000)

0 引言

上胸椎指第一胸椎至第四胸椎(T1-T4)的節(jié)段范圍，由于此處解剖學(xué)毗鄰復(fù)雜，其疾病如骨折、腫瘤、結(jié)核等，雖少見(jiàn)但不易處理[1-2]，該節(jié)段的手術(shù)入路是所有脊柱手術(shù)方式中最多的。本文將從上胸椎手術(shù)發(fā)展史、解剖特點(diǎn)、脊柱節(jié)段模型、生物力學(xué)研究方面進(jìn)行綜述，以供臨床及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究參考。

1 上胸椎手術(shù)的發(fā)展

脊柱手術(shù)入路可簡(jiǎn)單分為前、后入路以及前后聯(lián)合入路三種手術(shù)方式。早期上胸椎手術(shù)的開(kāi)展是建立在安全操作的基礎(chǔ)上的，對(duì)于病灶的顯露及處理以減輕脊髓壓迫、緩解癥狀為主。1815年Hayward最先采用經(jīng)椎板切除術(shù)來(lái)治療胸椎骨折，但患者在術(shù)后不久死于手術(shù)并發(fā)癥[3]。此后，Smith[4]對(duì)一位因上胸椎椎體骨折導(dǎo)致不全癱的患者，首次開(kāi)展后路全椎板切除術(shù)并獲得成功。后方入路被最早應(yīng)用到上胸椎疾病手術(shù)治療當(dāng)中，Potts[5]在19世紀(jì)70年代提出經(jīng)后方入路椎旁引流，可以起到緩解結(jié)核膿腫對(duì)椎管壓迫的效果，有學(xué)者[6]在其基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，采用肋橫突切除術(shù)來(lái)達(dá)到減壓目的。Hadra和Holdsworth等[7-8]通過(guò)鋼絲和棘突鋼板固定胸椎，達(dá)到了促進(jìn)融合和維持脊柱穩(wěn)定的目的。后來(lái)脊柱三柱理論逐漸為外科學(xué)者所接受，同時(shí)伴隨脊柱內(nèi)固定材料的創(chuàng)新和改進(jìn)，恢復(fù)力學(xué)穩(wěn)定得到了廣泛認(rèn)可，1962年Harrington[9]等在治療側(cè)彎時(shí)選擇用脊柱凹側(cè)撐開(kāi)和凸側(cè)加壓的內(nèi)固定方式，被人稱(chēng)為Harrington系統(tǒng)，最危險(xiǎn)的并發(fā)癥是過(guò)度牽引以致脊髓牽拉損傷而發(fā)生截癱。1983年Cotrel和Dubousset運(yùn)用新式鉤棒矯形內(nèi)固定系統(tǒng)提出脊柱三維矯形理論，推動(dòng)了脊柱外科手術(shù)巨大進(jìn)展，即CD系統(tǒng)。CD系統(tǒng)在脊柱側(cè)凸、骨折移位治療、椎體及附件病灶切除及其他重建脊柱生物力學(xué)穩(wěn)定性上具有里程碑意義[10]。1959年Boucher[11]首次利用椎弓根螺釘技術(shù)成功進(jìn)行了脊柱融合，椎弓根螺釘技術(shù)逐漸成為脊柱外科史上發(fā)展最迅速的技術(shù)。椎弓根螺釘內(nèi)固定系統(tǒng)對(duì)重建脊柱三柱力學(xué)穩(wěn)定性及復(fù)位效果等方面上佳，但由于胸椎椎弓根解剖結(jié)構(gòu)細(xì)小，毗鄰復(fù)雜，胸椎椎弓根螺釘技術(shù)學(xué)習(xí)進(jìn)展曲線較慢[12]。前路手術(shù)使脊柱外科醫(yī)生能夠很好地觀察胸椎前、椎體、椎間盤(pán)、椎管和神經(jīng)根。該方法目前用于上胸椎椎間盤(pán)疾病、椎體骨髓炎或椎間盤(pán)炎、椎體骨折和腫瘤的手術(shù)治療，可適當(dāng)減壓和脊柱穩(wěn)定[13]。上胸椎經(jīng)胸前路手術(shù)入路的報(bào)道最早于治療胸椎結(jié)核[14]，隨著抗癆藥物問(wèn)世，病例數(shù)量的下降導(dǎo)致對(duì)前路手術(shù)的需求減少。1957年Cauchoix等[15]人的研究證實(shí)，從胸骨正中縱向劈開(kāi)，可以顯露上胸椎前方，適用于T4-T5椎體節(jié)段病變，能夠充分暴露術(shù)野，但因手術(shù)創(chuàng)傷大，術(shù)中出血較多，術(shù)后恢復(fù)慢，并發(fā)癥多的緣故，并不輕易為人們所接受。1995年Gieger為有局限性椎體疾病的患者提供了一種簡(jiǎn)單的頸椎前路手術(shù)方法，其中以中線腹側(cè)減壓為手術(shù)目標(biāo)，采用經(jīng)下頸椎低位前方入路，易于實(shí)現(xiàn)向椎旁關(guān)節(jié)的側(cè)向暴露，但下位椎體的暴露程度被縱隔大血管限制在T3[16]。對(duì)于脊柱腫瘤而言，尤其是上胸椎節(jié)段的視野顯露是脊柱手術(shù)的難點(diǎn)之一，1997年Comey等認(rèn)為對(duì)于病變?cè)谏闲刈礣3以下者不適宜此法[17]。行頸椎低位前方入路時(shí)，術(shù)前需仔細(xì)評(píng)估胸椎切跡所對(duì)椎體水平，當(dāng)胸椎切跡距離病灶椎體遠(yuǎn)時(shí)，可以適當(dāng)延長(zhǎng)切口直至充分顯露術(shù)野，此法能充分減壓和重建脊柱穩(wěn)定，缺點(diǎn)在于術(shù)中容易出現(xiàn)喉返神經(jīng)牽拉損傷[18]。閆亮等[19]人采用前路、后路或前后路聯(lián)合手術(shù)治療的83例頸胸段脊柱疾病，所有患者術(shù)后1年內(nèi)植骨部位均達(dá)到骨性融合，生物力學(xué)穩(wěn)定，內(nèi)固定牢固，提示頸胸段脊柱疾病的三種手術(shù)治療策略均安全有效。有人認(rèn)為前后聯(lián)合入路對(duì)內(nèi)固定穩(wěn)定性影響較小，可降低術(shù)后植入器械相關(guān)的并發(fā)癥[20]。前后聯(lián)合入路對(duì)椎體復(fù)位及神經(jīng)功能恢復(fù)具有明顯改善作用，與單一前路或后路手術(shù)比較，效果更優(yōu)[21-23]。也有人認(rèn)為前后聯(lián)合入路與單一入路取得的臨床效果類(lèi)似，甚至聯(lián)合入路所需手術(shù)時(shí)間、出血量、后期康復(fù)功能鍛煉等并不具有明顯優(yōu)勢(shì)[24-25]。從AO原則來(lái)講，理論上源自前方的壓迫應(yīng)選擇前路減壓，但臨床中仍建議選擇術(shù)者更為熟練的入路來(lái)操作。

2 上胸椎解剖學(xué)特點(diǎn)

2006年肖增明等[1]人從前方入路研究上胸椎與其毗鄰組織結(jié)構(gòu)的解剖關(guān)系，在20例福爾馬林處理后的人尸體上胸椎節(jié)段附近研究，按經(jīng)典前路劈胸術(shù)式暴露血管、神經(jīng)、椎體，觀察上胸椎周鄰重要組織走行及其與椎體前緣之間距離，結(jié)果頭臂干外側(cè)間隙入路可顯露至T3椎體下緣(約占95%)，從頭臂干內(nèi)側(cè)間隙入路至T3椎體以下視野顯露較小(只占45%)。從上腔靜脈與升主動(dòng)脈之間的間隙雖可暴露T4椎體前緣，但術(shù)野不開(kāi)闊。喉返神經(jīng)右側(cè)支由迷走神經(jīng)發(fā)出平T1、T2椎體高度，穿經(jīng)鎖骨下動(dòng)脈下緣內(nèi)上斜行，平C7/T1間盤(pán)上方進(jìn)入氣管食道溝。上腔靜脈引出的左頭臂靜脈可平T3椎體(約占55%)。主動(dòng)脈弓最高點(diǎn)約4/5在T3-4椎間盤(pán)平跨椎體前緣。約3/4的胸導(dǎo)管會(huì)在T1椎體到T1/2椎間盤(pán)水平進(jìn)靜脈角。由此可見(jiàn)頭臂干外側(cè)間隙入路暴露T3和T4椎體較容易，且比頭臂干內(nèi)側(cè)間隙相比可多顯露半個(gè)或一個(gè)椎體節(jié)段。值得一提的是，經(jīng)此間隙入路需注意的是迷走神經(jīng)心支，右側(cè)T1處注意保護(hù)右喉返神經(jīng)，左側(cè)則注意保護(hù)胸導(dǎo)管。2008年吳銳輝等[26]的研究為改良肩胛深層入路顯露上胸椎提供了解剖學(xué)依據(jù)，按雙側(cè)肋骨切口高度水平把21具福爾馬林處理后的人類(lèi)脊柱模型，隨機(jī)分為右高左低、左高右低及低位切口3組；按改良肩胛深層入路，從皮膚進(jìn)入胸腔顯露T1-T4椎體，該手術(shù)入路皮膚切口長(zhǎng)度為(22.88±1.70) cm；從第3肋處，縱向撐開(kāi)切口范圍為(6.10±0.68) cm，能完整顯露T2到T4椎體節(jié)段；如同時(shí)切除部分第2肋骨，撐開(kāi)切口寬度為(8.08±0.93) cm，T1椎體部分到T4椎體；如繼續(xù)進(jìn)一步游離部分第4肋骨，撐開(kāi)切口寬度可達(dá)(8.87±0.73) cm，則可完全顯露T2-T5椎體后側(cè)方；當(dāng)只游離部分第4肋時(shí)只能顯露T3-T5椎體，撐開(kāi)切口寬度平均(6.03±0.53) cm；這種術(shù)式的有點(diǎn)在于交感神經(jīng)干、奇靜脈弓及胸導(dǎo)管等重要組織手術(shù)過(guò)程中出現(xiàn)在與上胸椎相對(duì)恒定的水平，具有創(chuàng)傷小，顯露好，安全性高等可行性。陳前芬等[27]采用腋中線胸腔入路可以良好顯露T2-T5椎體，完成椎體切除、植骨內(nèi)固定重建胸椎穩(wěn)定的手術(shù)操作。王歡喜等[28]利用解剖學(xué)結(jié)合放射學(xué)，在三維空間上對(duì)肋橫突結(jié)合區(qū)進(jìn)行研究，他們認(rèn)為肋橫突結(jié)合區(qū)的橫徑和深度比椎弓根大，可以在此處置入更長(zhǎng)的螺釘。

3 脊柱節(jié)段損傷模型的建立

在測(cè)試內(nèi)固定穩(wěn)定性時(shí)需要建立合適的損傷模型。常用的方法是模擬骨折缺損模型，如部分橫向切斷后柱和椎間盤(pán)后置回原位，因這種橫向切割未造成縱向失穩(wěn)現(xiàn)已棄用。WILKE等[29]用手術(shù)刀或骨鑿進(jìn)行椎體、韌帶、間盤(pán)內(nèi)切除做出的骨折模型較為常用。實(shí)驗(yàn)的方法是去除T3椎體，在T2和T4椎體植骨接觸面挖出6-12 mm寬的凹形骨槽將肋骨植入，在T2和T4椎體進(jìn)行內(nèi)固定。有研究表明牛羊的脊柱和人類(lèi)脊柱運(yùn)動(dòng)相似，可采用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)來(lái)完成脊柱生物力學(xué)分析，但人類(lèi)是直立行走，這與動(dòng)物始終存在差異[30-31]。不管是在動(dòng)物還是人類(lèi)尸體標(biāo)本模型上，比較前屈/后伸、左/右旋轉(zhuǎn)、左/右側(cè)屈穩(wěn)定性都是非常困難的，尤其是軸心旋轉(zhuǎn)不理想[32]。國(guó)內(nèi)外多數(shù)學(xué)者認(rèn)為新鮮年輕、骨質(zhì)健康的人尸體是最理想的標(biāo)本，高齡骨質(zhì)及韌帶均有不同程度增生、退變，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前需對(duì)尸體的一般信息(包括年齡、體重、長(zhǎng)度、寬度、死亡原因)記錄。福爾馬林固定處理后的骨標(biāo)本，骨量通常會(huì)丟失1/3-1/2，不適于進(jìn)行加壓、內(nèi)固定拔出等破壞性強(qiáng)度試驗(yàn)，Michael等[33]人建議盡可能選取BMD>0.90g/cm2的標(biāo)本來(lái)完成力學(xué)測(cè)試。對(duì)于溫度的要求，Panjabi等[34]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明新鮮尸體脊柱節(jié)段在-18℃左右保存8個(gè)月左右不會(huì)改變其骨質(zhì)結(jié)構(gòu)。因此目前國(guó)內(nèi)外基本認(rèn)為將標(biāo)本用塑料袋包扎保存在-18℃～30℃之間是安全的，需要應(yīng)用時(shí)提起12-24h室溫消融解凍。

4 上胸椎生物力學(xué)研究

隨著材料學(xué)、組織工程學(xué)和生物力學(xué)的迅速發(fā)展，新的脊柱內(nèi)固裝置不斷出現(xiàn)，保護(hù)脊髓、促進(jìn)融合、重建脊柱穩(wěn)定，為后期恢復(fù)功能鍛煉創(chuàng)造了條件。新裝置的研究需通過(guò)體外穩(wěn)定性測(cè)試、動(dòng)物體內(nèi)試驗(yàn)，才能取適宜的內(nèi)固定植入到臨床手術(shù)當(dāng)中。脊柱包括3個(gè)活動(dòng)區(qū)(頸椎、胸椎和腰椎)和2個(gè)融合區(qū)(骶骨和尾骨)，活動(dòng)節(jié)段可進(jìn)行軸向、側(cè)位和矢狀位旋轉(zhuǎn)以及軸向、側(cè)位和前后位平移，因此脊柱被認(rèn)為具有6個(gè)自由度[35]。以往測(cè)量三維運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性多采用單一力矩轉(zhuǎn)動(dòng)脊柱，利用三維運(yùn)動(dòng)掃描儀測(cè)量平面運(yùn)動(dòng)角度[36]，多國(guó)內(nèi)外對(duì)脊柱的力學(xué)條件要求可統(tǒng)一建議為：在脊柱單獨(dú)方向的力矩加載實(shí)驗(yàn)中，腰椎節(jié)段通常建議至少達(dá)到7.5 N·m，頸椎節(jié)可為2.0-3.0 N·m，而胸椎節(jié)段的生物力學(xué)測(cè)試建議4.0-5.0 N·m[29]。人體脊柱的力學(xué)特性可以用載荷-位移曲線來(lái)描述，其中包括耦合效應(yīng)。在三維空間測(cè)量椎體位移，曲線顯示胸椎是一個(gè)具有耦合運(yùn)動(dòng)特征的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)，軸向力(壓縮/拉伸)導(dǎo)致了顯著的水平錯(cuò)位，脊柱運(yùn)動(dòng)節(jié)段在前屈位時(shí)壓縮較拉伸易彎曲。隨著脊柱生物力學(xué)的深入研究，脊柱在三維空間內(nèi)相鄰的兩個(gè)椎體和中間的椎間盤(pán)即為一個(gè)運(yùn)動(dòng)單位。體外測(cè)量胸椎的運(yùn)動(dòng)度的方式通常有兩種即接觸性測(cè)量與非接觸性測(cè)量，利用感應(yīng)片或電極測(cè)量線位移或角度位移的方式被稱(chēng)為接觸性測(cè)量，而非接觸性測(cè)量通過(guò)三維運(yùn)動(dòng)掃描儀采集位移變化傳輸在計(jì)算機(jī)上經(jīng)圖像處理后來(lái)測(cè)定脊柱空間運(yùn)動(dòng)范圍[38]。劉會(huì)江等[39]在他們研發(fā)的上胸椎前路鈦板內(nèi)固定裝置，對(duì)比現(xiàn)有的頸椎前路Orion鈦板，通過(guò)接觸性測(cè)量方式測(cè)量拔釘實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了該種上胸椎前路鈦板固定的力學(xué)穩(wěn)定，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上通過(guò)傳感器測(cè)出兩種鈦板的拔釘強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，上胸椎前路鈦板內(nèi)固定裝置最大拔出力平均為(1005.11±252.78) N與頸椎前路Orion鈦板內(nèi)固定裝置拔出力(469.37±142.75) N相比更有優(yōu)勢(shì)，為了進(jìn)一步研究專(zhuān)門(mén)的上胸椎鈦板，他們采用15例新鮮尸體T1-T4節(jié)段分成3組(上胸椎前路鈦板內(nèi)固定組、Orion鈦板折彎內(nèi)固定組、Orion鈦板不折彎內(nèi)固定組)，在保持標(biāo)本外觀形態(tài)良好下通過(guò)三維6向運(yùn)動(dòng)，證實(shí)新型上胸椎鈦板在生物力學(xué)上具有良好三維運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性[40]。

生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)在脊柱內(nèi)固定尤其椎弓根螺釘研究中具有不可替代的地位，通過(guò)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)測(cè)試內(nèi)固定的屈服強(qiáng)度、植入物疲勞度和穩(wěn)定性，從而判斷其臨床可行性。脊柱后路的椎弓根螺釘系統(tǒng)的可以有效固定前中后柱，理論上應(yīng)該更符合脊柱重建的生物力學(xué)要求，但螺釘生物力學(xué)性能主要與螺釘?shù)牟馁|(zhì)、直徑、長(zhǎng)度、螺釘?shù)慕M合方式及骨骼質(zhì)量等多種因素相關(guān)[41]。付長(zhǎng)峰等[42]在旁路法植入胸椎椎弓根螺釘?shù)牧W(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，螺釘經(jīng)橫突、椎弓根旁間隙至椎體，這種情況下螺釘沿椎體矢狀軸拔出強(qiáng)度最低，同經(jīng)椎弓根入路拔出強(qiáng)度相比平均下降17.4%，螺釘經(jīng)椎弓根外側(cè)皮質(zhì)表面穿進(jìn)椎體內(nèi)與經(jīng)椎弓根入路相比，螺釘沿椎體垂直方向的拔出力大小會(huì)降低，不過(guò)相較釘-棒系統(tǒng)而言，鈦板內(nèi)固裝置在重建脊柱穩(wěn)定性上面或許會(huì)更具優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)論

綜上所述，近十幾年來(lái)外科手術(shù)技術(shù)整體發(fā)展水平取得不錯(cuò)的成績(jī)，但就上胸椎節(jié)段而言，醫(yī)師沒(méi)有多年的臨床操作積累，是難以實(shí)施手術(shù)的。對(duì)于上胸椎病損，術(shù)前影像檢查盡可能做到完善，術(shù)前把握定位，結(jié)合患者對(duì)手術(shù)的耐受能力，病變的性質(zhì)選擇最適宜的手術(shù)方式，以達(dá)到緩解和治愈患者病痛的目的。力求多學(xué)科多中心探索，不斷改良新的方法與技術(shù)，從而推動(dòng)外科手術(shù)技術(shù)的發(fā)展。