頸椎后路單開門椎管擴(kuò)大椎板成形聯(lián)合選擇性融合術(shù)的生物力學(xué)研究

王亞楠，王建法，李亞威，劉軍偉，張 一，李志磊，孫國紹，邵世坤

(鄭州大學(xué)附屬鄭州中心醫(yī)院神經(jīng)脊柱外科，河南 鄭州 450000)

頸椎后路椎管擴(kuò)大成形術(shù)是臨床常用的治療多節(jié)段頸椎管狹窄癥的手術(shù)方式，手術(shù)療效確切、術(shù)式簡單。頸椎后路椎管擴(kuò)大成形術(shù)主要包括頸椎后路融合及非融合手術(shù)，兩種術(shù)式均能夠有效治療絕大多數(shù)頸椎管狹窄癥，但是在治療多節(jié)段頸椎管狹窄癥伴單節(jié)段不穩(wěn)時(shí)，非融合手術(shù)無法重建頸椎節(jié)段的穩(wěn)定性，遠(yuǎn)期可能造成不穩(wěn)節(jié)段的脊髓損傷，影響預(yù)后效果；另外，若因單節(jié)段不穩(wěn)而進(jìn)行多節(jié)段融合，必然會(huì)導(dǎo)致術(shù)后頸椎正常活動(dòng)度大量喪失，影響患者頸椎功能。為重建不穩(wěn)節(jié)段的穩(wěn)定性，同時(shí)保留其余手術(shù)節(jié)段的活動(dòng)度，避免多節(jié)段融合，我們既往嘗試將頸椎后路單開門椎管擴(kuò)大椎板成形聯(lián)合選擇性融合術(shù)作為改良術(shù)式治療多節(jié)段頸椎管狹窄癥伴單節(jié)段不穩(wěn)，取得了一定的療效，但是對(duì)于同一個(gè)不穩(wěn)定模型分別行頸椎后路椎管擴(kuò)大成形術(shù)和頸椎后路單開門椎管擴(kuò)大椎板形成聯(lián)合選擇性融合術(shù)中的生物力學(xué)差異并不清楚。

由于羊頸椎與人頸椎在解剖形態(tài)、影像學(xué)、骨密度、生物力學(xué)方面具有相似性，可以作為頸椎研究的良好動(dòng)物模型[1-3]，因此我們選取了4只本地羊的新鮮頸椎標(biāo)本，對(duì)頸椎整體進(jìn)行觀察、研究。頸椎不穩(wěn)常常發(fā)生于C3/4或C4/5節(jié)段[4]，因此每個(gè)標(biāo)本分別在C3/4節(jié)段制作頸椎失穩(wěn)標(biāo)本，然后在失穩(wěn)標(biāo)本的基礎(chǔ)上行頸椎后路單開門椎管擴(kuò)大成形微型鈦板內(nèi)固定術(shù)，制作傳統(tǒng)術(shù)式標(biāo)本，完成相關(guān)測(cè)量后，在傳統(tǒng)術(shù)式標(biāo)本上加用選擇性融合術(shù)制作改良術(shù)式標(biāo)本。用這3種標(biāo)本模擬頸椎最大活動(dòng)范圍，以X射線透視的骨性標(biāo)志為定位點(diǎn)，測(cè)量本地羊頸椎在不同內(nèi)固定下的生物力學(xué)性能參數(shù)，兩兩對(duì)比，探討頸椎后路單開門椎管擴(kuò)大椎板成形聯(lián)合選擇性融合術(shù)與頸椎后路單開門椎管擴(kuò)大成形微型鈦板內(nèi)固定術(shù)能否在保持頸椎活動(dòng)度的同時(shí)重建頸椎穩(wěn)定性。

1 材料與方法

1.1 標(biāo)本收集

選取成年(1歲)本地公羊4只，取其新鮮頸椎標(biāo)本，通過 X射線透視排除頸椎腫瘤、畸形及外傷，去除皮膚、筋膜及大部分肌肉，保證各關(guān)節(jié)囊及韌帶完整，制作成頸椎功能單位，活動(dòng)頸椎排除制作標(biāo)本過程中導(dǎo)致的椎體不穩(wěn)。為保證標(biāo)本新鮮，選擇當(dāng)天宰殺本地羊制作標(biāo)本，使用雙層塑料袋密封標(biāo)本，置于-18 ℃冰箱內(nèi)冷藏備用。

1.2 標(biāo)本制作

失穩(wěn)標(biāo)本：選取符合要求的羊頸椎標(biāo)本，剔除多余的肌肉組織，保留各節(jié)段椎間盤、椎體、關(guān)節(jié)囊及韌帶的完整，標(biāo)本置于操作臺(tái)，切除C3/4節(jié)段關(guān)節(jié)囊、骨質(zhì)，人為制作不穩(wěn)椎體(圖1a)。

a：失穩(wěn)標(biāo)本，箭頭表示被破壞的雙側(cè)關(guān)節(jié)；b：傳統(tǒng)術(shù)式標(biāo)本；c：改良術(shù)式標(biāo)本圖1 制作完成的標(biāo)本

傳統(tǒng)術(shù)式標(biāo)本：所有失穩(wěn)標(biāo)本行C2～C5節(jié)段頸椎后路單開門椎管擴(kuò)大成形微型鈦板內(nèi)固定術(shù)，使用微型鈦板固定C2～C5節(jié)段椎板(圖1b)。

改良術(shù)式標(biāo)本：保留所有傳統(tǒng)術(shù)式標(biāo)本上的微型鈦板，分別于C3/4節(jié)段椎體兩側(cè)增加側(cè)塊螺釘、連接鈦棒，行側(cè)塊螺釘內(nèi)固定，重建不穩(wěn)節(jié)段的穩(wěn)定性，其余節(jié)段不處理(圖1c)。

使用的內(nèi)固定裝置為上海三友醫(yī)療器械股份有限公司提供的瑞塔頸椎后路椎板成形內(nèi)固定系統(tǒng)和賽維娜頸椎后路系統(tǒng)。

1.3 檢測(cè)方法

頸椎前凸角測(cè)量：在頸椎側(cè)位X射線片中測(cè)量C1椎體上緣延長線與C5椎體下緣延長線的夾角，即前凸角，見圖2。

紅色線條：C1椎體上緣；黃色線條：C5椎體下緣圖2 頸椎前凸角測(cè)量

標(biāo)本的C1～C5節(jié)段在極度屈曲位的前凸角為頸椎屈曲度(cervical flexion angles,CFA)，在極度后伸位的前凸角為頸椎后伸度(cervical extension angles,CEA)，頸椎活動(dòng)度(range of motions，ROM)=CEA-CFA。

測(cè)試前4 h解凍標(biāo)本，將失穩(wěn)標(biāo)本置于X射線透視機(jī)下進(jìn)行極度屈曲位和極度后伸位透視，將圖像同步傳入計(jì)算機(jī)，用圖像處理和分析系統(tǒng)計(jì)算頸椎ROM、CFA及CEA。每次測(cè)試進(jìn)行1次加載/卸載循環(huán)，測(cè)量3次，取其平均值并記錄。重復(fù)上述操作，分別記錄失穩(wěn)標(biāo)本、傳統(tǒng)術(shù)式標(biāo)本和改良術(shù)式標(biāo)本相關(guān)數(shù)據(jù)。所有標(biāo)本均在同一天完成實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

失穩(wěn)標(biāo)本與改良術(shù)式標(biāo)本CFA、ROM比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，但失穩(wěn)標(biāo)本與改良術(shù)式標(biāo)本的CEA比較，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；傳統(tǒng)術(shù)式標(biāo)本與改良術(shù)式標(biāo)本的ROM比較，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，但傳統(tǒng)術(shù)式標(biāo)本與改良術(shù)式標(biāo)本CFA及CEA比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，失穩(wěn)標(biāo)本與傳統(tǒng)術(shù)式標(biāo)本CFA、CEA及ROM比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表1。

表1 不同狀態(tài)下羊頸椎的活動(dòng)度(°)

3 討論

多節(jié)段頸椎管狹窄癥是一種由各種原因?qū)е碌淖倒苋莘e及矢狀徑縮小的常見疾病，患者表現(xiàn)為頸部疼痛、肢體麻木無力及行走不穩(wěn)等，手術(shù)是其有效的治療方式[5]。頸椎后路椎管擴(kuò)大成形術(shù)是較為理想的治療頸椎狹窄癥的一種術(shù)式，已被廣泛應(yīng)用于臨床，其中單開門椎管擴(kuò)大椎板成形術(shù)是其代表術(shù)式，具有良好的臨床預(yù)后效果[6]。一項(xiàng)納入520例患者的研究證實(shí)，頸椎后路椎管擴(kuò)大成形術(shù)后患者頸椎矢狀位前凸角只有1.8°的改變，并且術(shù)后仍保留了87.9%的頸椎活動(dòng)度[7]，因此頸椎后路椎管擴(kuò)大成形術(shù)既能達(dá)到椎管間減壓的目的，又能有效保留頸椎活動(dòng)功能。

頸椎后路椎管擴(kuò)大成形術(shù)維持頸椎椎板“開門”狀態(tài)的固定方式較多，包括細(xì)線懸吊、螺釘固定、金屬板固定等，多根據(jù)臨床具體情況選擇。但是頸椎后路非融合手術(shù)無法重建頸椎節(jié)段的穩(wěn)定性，而頸椎不穩(wěn)節(jié)段可能造成脊髓損傷、交感型頸椎病等，易影響患者預(yù)后[8-9]。因此，在制訂存在局部不穩(wěn)因素的多節(jié)段頸椎管狹窄癥患者的手術(shù)策略時(shí)應(yīng)考慮到同時(shí)重建節(jié)段穩(wěn)定性。國外相關(guān)學(xué)者對(duì)伴頸椎不穩(wěn)的患者嘗試采用椎管擴(kuò)大椎板成形術(shù)聯(lián)合多節(jié)段側(cè)塊或椎弓根螺釘內(nèi)固定，術(shù)后患者神經(jīng)功能得到有效改善，并且局部穩(wěn)定性得到重建[10-11]，但是多節(jié)段融合必然會(huì)導(dǎo)致較多的頸椎正常活動(dòng)度喪失。

為了解決上述問題，盡可能保留部分手術(shù)節(jié)段的活動(dòng)度，避免多節(jié)段融合，同時(shí)固定不穩(wěn)節(jié)段，我們前期通過對(duì)多節(jié)段頸椎管狹窄癥伴單節(jié)段不穩(wěn)的患者實(shí)施頸椎后路單開門椎管擴(kuò)大椎板成形聯(lián)合選擇性融合術(shù)，在頸椎后路單開門椎管擴(kuò)大成形微型鈦板內(nèi)固定術(shù)的基礎(chǔ)上，不在頸椎不穩(wěn)椎體安裝鈦板，而是兩側(cè)分別置入側(cè)塊螺釘，安裝連接棒，使用絲線將不穩(wěn)節(jié)段的椎板固定于連接棒，維持“開門”狀態(tài)。該術(shù)式可有效改善患者的神經(jīng)功能，并且能夠在保留部分頸椎生理曲度和活動(dòng)度的同時(shí)重建不穩(wěn)椎體的穩(wěn)定性[12]。但這僅能明確選擇性融合術(shù)能夠達(dá)到良好的臨床效果，未能與傳統(tǒng)頸椎后路椎管擴(kuò)大成形術(shù)進(jìn)行臨床對(duì)比。鑒于此，本研究選擇對(duì)同一個(gè)離體動(dòng)物標(biāo)本進(jìn)行測(cè)試，比較頸椎后路單開門椎管擴(kuò)大椎板成形聯(lián)合選擇性融合術(shù)與頸椎后路單開門椎管擴(kuò)大成形微型鈦板內(nèi)固定術(shù)在ROM、CEA及CFA等方面的差異，盡可能排除個(gè)體差異的干擾。

傳統(tǒng)維持“開門”狀態(tài)常使用絲線懸吊固定椎板，但是術(shù)后“再關(guān)門”的發(fā)生率較高，可達(dá)34%[13]，一旦發(fā)生“再關(guān)門”可能會(huì)導(dǎo)致脊髓壓迫癥狀加重，甚至需要二次手術(shù)。近年來出現(xiàn)了許多新的內(nèi)固定方式，常見的內(nèi)固定材料有錨釘、鈦攬及微型鈦板等，我們選擇了微型鈦板固定椎板保持“開門”狀態(tài)，因?yàn)槲⑿外伆迮c其他材料相比更有利于門軸側(cè)骨性愈合，可防止“再關(guān)門”，也可明顯減少術(shù)后頸椎活動(dòng)度的丟失，降低軸性癥狀的發(fā)生率[14-15]，且微型鈦板可提供堅(jiān)強(qiáng)的內(nèi)固定，椎板能夠即刻獲得穩(wěn)定性，有利于患者術(shù)后早期活動(dòng)，遠(yuǎn)期預(yù)后優(yōu)于絲線懸吊[16]。但臨床手術(shù)中為了減少患者手術(shù)費(fèi)用，有時(shí)會(huì)放棄使用價(jià)格昂貴的微型鈦板，轉(zhuǎn)而選擇絲線懸吊的方法，這會(huì)在一定程度上增加術(shù)后“再關(guān)門”發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。相對(duì)于臨床手術(shù)中需要考慮患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，本研究中實(shí)驗(yàn)耗材充足，于是我們保留了不穩(wěn)定節(jié)段的微型鈦板，以保證提供良好的椎板“開門”效果。但是實(shí)驗(yàn)中我們也發(fā)現(xiàn)，在不穩(wěn)節(jié)段同時(shí)植入釘棒和微型鈦板存在困難，二者相互影響，有時(shí)甚至需要重新調(diào)整側(cè)塊螺釘位置后才能植入微型鈦板，這可能與羊頸椎管較窄、椎板較厚，導(dǎo)致微型鈦板的固定面積以及與椎板的貼合程度有限等因素有關(guān)。因此，臨床手術(shù)中如果選擇微型鈦板固定不穩(wěn)節(jié)段，需要提前規(guī)劃合適的位置植入側(cè)塊螺釘及微型鈦板，避免出現(xiàn)內(nèi)置物相互影響導(dǎo)致反復(fù)調(diào)釘。

人體新鮮頸椎標(biāo)本獲取較為困難，因此動(dòng)物模型被廣泛用于體內(nèi)外脊柱研究。Sheng等[17]研究認(rèn)為，狒狒的脊柱與人的脊柱最為相近，但是狒狒的頸椎標(biāo)本獲取同樣較為困難，且價(jià)格昂貴，而成年羊的頸椎在解剖特性、尺寸大小等方面與人的頸椎相似，且來源廣泛、標(biāo)本制作方法簡單，因此，國內(nèi)外學(xué)者在進(jìn)行人頸椎相關(guān)的力學(xué)研究時(shí)更傾向于使用羊頸椎來制作動(dòng)物模型[18-20]。黃師等[3]認(rèn)為，羊頸椎在前屈、后伸、左右側(cè)屈和軸向旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)模式下與人頸椎各個(gè)節(jié)段的活動(dòng)度相比無明顯差異。一項(xiàng)動(dòng)物解剖的系統(tǒng)回顧發(fā)現(xiàn)，人的椎管直徑和平均椎體寬度比大部分同體型的動(dòng)物都要大，但是平均椎體高度相對(duì)更小[17]。實(shí)際操作過程中我們同樣發(fā)現(xiàn)本地羊的頸椎與成人頸椎存在較大的解剖差異，其中本地羊的C1椎體較長，形態(tài)特異，故不納入研究；C2～C7椎體形態(tài)及大小與成人C3～C7椎體相似，因此本研究以C2椎體為起始節(jié)段。雖然本地羊與成人頸椎存在一定差異，但是本研究是對(duì)同一標(biāo)本在不同術(shù)式下的力學(xué)特性進(jìn)行對(duì)比，對(duì)標(biāo)本在形態(tài)上與人的相似性要求不高。鑒于此，針對(duì)本次試驗(yàn)的頸椎生物力學(xué)測(cè)試需求，我們選擇本地羊相應(yīng)節(jié)段頸椎作為替代模型進(jìn)行試驗(yàn)。另外，由于本地羊的所有椎板都比成人的椎板更厚、更窄，因此，術(shù)中我們?cè)诓挥绊憣?shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)椎板進(jìn)行了簡單打磨，并進(jìn)行了開槽，使微型鈦板能夠“卡住”椎板，從而更好地維持椎板的“開門”狀態(tài)，術(shù)中未再使用螺釘固定椎板。

我們之前的研究是測(cè)量改良術(shù)式患者手術(shù)節(jié)段手術(shù)前后的CEA、CFA及ROM結(jié)果，分析選擇性融合術(shù)在活體中的影像學(xué)結(jié)果，但僅能對(duì)比手術(shù)前后的差異，無法對(duì)比頸椎后路單開門椎管擴(kuò)大成形微型鈦板內(nèi)固定術(shù)與頸椎后路單開門椎管擴(kuò)大椎板成形聯(lián)合選擇性融合術(shù)之間的生物力學(xué)差異。另外，圖像捕捉系統(tǒng)通過體表裝置獲取標(biāo)本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，而本研究在標(biāo)本上人為制造極度屈曲或過伸，通過X射線透視，以骨性標(biāo)志為參照，提高了測(cè)量準(zhǔn)確性；并且本研究是以頸椎整體作為研究對(duì)象，而非對(duì)單個(gè)節(jié)段進(jìn)行研究，更接近于真實(shí)生活狀態(tài)；同時(shí)，3種實(shí)驗(yàn)狀態(tài)均作用于同一標(biāo)本，排除了個(gè)體差異導(dǎo)致的結(jié)果失準(zhǔn)。

根據(jù)本研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)比兩種術(shù)式與失穩(wěn)標(biāo)本的不同活動(dòng)度發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)術(shù)式標(biāo)本的CFA、CEA、ROM差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明頸椎后路單開門椎管擴(kuò)大成形微型鈦板內(nèi)固定術(shù)能夠很好地保留ROM、CFA及CEA。改良術(shù)式標(biāo)本與失穩(wěn)標(biāo)本的CEA比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，考慮原因?yàn)檫x擇性融合術(shù)使用側(cè)塊螺釘固定C3/4椎體，這必然會(huì)犧牲一部分頸椎的活動(dòng)度。傳統(tǒng)術(shù)式標(biāo)本和改良術(shù)式標(biāo)本與失穩(wěn)標(biāo)本的ROM比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這提示雖然選擇性融合術(shù)犧牲了部分CEA，但是其仍能夠有效保留頸椎大部分的活動(dòng)度。同時(shí)，傳統(tǒng)術(shù)式標(biāo)本與改良術(shù)式標(biāo)本ROM比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，同樣與側(cè)塊螺釘固定C3/4椎體導(dǎo)致該節(jié)段的活動(dòng)度喪失有關(guān)，而這恰恰說明了單節(jié)段固定的可靠性。因此，與頸椎后路椎管擴(kuò)大成形術(shù)相比，選擇性融合術(shù)能夠在有效保留ROM的同時(shí)重建不穩(wěn)椎體的穩(wěn)定性。

綜上，本研究結(jié)果證實(shí)，改良術(shù)式標(biāo)本與失穩(wěn)標(biāo)本的ROM基本一致，這表示改良術(shù)式能夠很好地保留頸椎的大部分活動(dòng)度，但是改良術(shù)式標(biāo)本的CEA和ROM分別較失穩(wěn)標(biāo)本及傳統(tǒng)術(shù)式標(biāo)本減少，提示單節(jié)段固定會(huì)造成部分頸椎前凸角及活動(dòng)度喪失。這些都證實(shí)改良術(shù)式能夠在有效保持ROM的同時(shí)，重建椎體穩(wěn)定性，避免頸椎不穩(wěn)加重導(dǎo)致脊髓損傷。

鑒于本研究標(biāo)本量較少，且未對(duì)各節(jié)段椎體及其他方向的力學(xué)分布進(jìn)行研究，下一步我們將增加標(biāo)本量，同時(shí)對(duì)標(biāo)本進(jìn)行CT掃描，建立羊頸椎的三維立體模型，進(jìn)一步對(duì)改良術(shù)式的頸椎屈伸、側(cè)屈及旋轉(zhuǎn)時(shí)不同節(jié)段的力學(xué)分布進(jìn)行分析研究。