β-磷酸鈣與硫酸鈣在頸前路椎間融合術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、自1958年Smith和Robinson首創(chuàng)頸前路椎間盤切除植骨融合術(shù)以來，自體髂骨一直是頸前路植骨融合術(shù)中選材的金標(biāo)準(zhǔn)，然而取自體髂骨存在如下缺點(diǎn)：供區(qū)疼痛、出血、感染、撕脫骨折、神經(jīng)損傷、取材有限、增加手術(shù)時(shí)間等。由于上述不利因素，學(xué)者們一直努力尋找理想的替代物。 同種異體骨或異種骨因具有一定的骨傳導(dǎo)作用和相對(duì)廣泛取材來源已在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床實(shí)踐中成功應(yīng)用，但存在傳染疾病(艾滋病、乙型肝炎、丙型肝炎、等)和免疫排斥反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。

2、 將前路減壓切除的自體骨充填于鈦網(wǎng)或鈦籠應(yīng)用于椎間融合雖可避免取髂骨，但切除的骨質(zhì)通常較少。有研究表明鈦網(wǎng)或鈦籠移位率為17％，在上位椎體下沉率為42％，下位椎體下沉率為50％，其推廣應(yīng)用目前尚有爭(zhēng)議。 隨著材料工藝學(xué)及生物力學(xué)的發(fā)展，人工合成的骨移植替代材料的研究不斷深入。目前常用的人工骨主要有磷酸鈣和硫酸鈣兩大類，其中磷酸鈣主要由羥基磷灰石和β-磷酸鈣組成，它們具有如下優(yōu)點(diǎn)：良好的骨傳導(dǎo)作用，材料來源廣泛，生物相容性

3、良好等；但也有一些不足之處：首先，人工合成材料一般不具有成骨性及骨誘導(dǎo)性，其次，人工材料生物降解時(shí)間各不相同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。部分材料吸收較快，如：硫酸鈣在植入后6-8周已吸收，此時(shí)新骨形成尚未完成，機(jī)械支撐性能較弱，易致鋼板螺釘松動(dòng)斷裂等。而羥基磷灰石雖然支撐性能雖好，但新骨爬行替代緩慢，材料降解緩慢，甚至不降解。β-TCP 生物降解時(shí)間在8-12周左右，較為適中。 β-TCP和CS作為植骨材料應(yīng)用于非負(fù)重區(qū)域骨缺損的

4、修復(fù)已有較多報(bào)道，但應(yīng)用于頸前路植骨融合術(shù)的報(bào)道在國(guó)內(nèi)外較少見。本課題擬對(duì)β-TCP和CS在頸椎前路椎間融合的效果進(jìn)行初步的探索，以期獲得理想的自體髂骨的替代物。 為了更好地模擬人類的頸椎手術(shù)，最好采用非人類的靈長(zhǎng)類動(dòng)物作為模型，然而此類動(dòng)物價(jià)格昂貴，來源有限，飼養(yǎng)困難，故廣大學(xué)者多采用山羊、綿羊、豬等動(dòng)物作為模型進(jìn)行研究，但很少有比較人與山羊頸椎的生物力學(xué)特征的研究報(bào)告。本課題從生物力學(xué)角度出發(fā)，對(duì)人與山羊體外三維生物力學(xué)運(yùn)動(dòng)

5、特征進(jìn)行比較，了解山羊能否成為頸椎前路手術(shù)的良好模型。因頸椎椎間融合術(shù)后植入物需要承受頭部重力作用，需要對(duì)硫酸鈣和β-磷酸鈣在體外的生物力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行研究，國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道也較少。 本課題研究硫酸鈣和β-磷酸鈣的材料力學(xué)性能，比較山羊與人頸椎體外三維力學(xué)運(yùn)動(dòng)特征，建立頸前路融合術(shù)的動(dòng)物模型，觀察β-磷酸鈣和硫酸鈣在山羊頸前路植骨融合術(shù)的融合效果，主要研究工作由以下三部分組成： 一、山羊與人頸椎生物力學(xué)特性的比較 目

6、的：比較山羊與人頸椎的生物力學(xué)特性。 方法：取新鮮成年人尸體與純種崇明白山羊頸椎標(biāo)本(C0－T1)各8具，在脊柱三維運(yùn)動(dòng)測(cè)試儀上檢測(cè)兩者屈曲、后伸、左右側(cè)屈、左右軸向旋轉(zhuǎn)等模式下的運(yùn)動(dòng)范圍和中性區(qū)。 結(jié)果：山羊與人頸椎在前屈運(yùn)動(dòng)方式下，C1-2節(jié)段的ROM分別為16.9±5.1度和14.3±3.2度，超過其它節(jié)段；但山羊在各個(gè)節(jié)段前屈運(yùn)動(dòng)的ROM和人相比均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。而且山羊在各個(gè)節(jié)段前屈運(yùn)動(dòng)的NZ和人

7、相比亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。在后伸運(yùn)動(dòng)方式下，山羊與人C1-2節(jié)段的ROM分別為20.6±4.8度和18.7±3.7度，C0-1節(jié)段的ROM分別為19.3±4.7和18.4±4.3度，明顯超過其它節(jié)段；但山羊與人在各個(gè)節(jié)段后伸運(yùn)動(dòng)的ROM相比均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。而且人與山羊在各個(gè)節(jié)段后伸運(yùn)動(dòng)的NZ相比亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。在軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模式下，人C1-2節(jié)段的ROM為56.3±8.9度，約占整個(gè)頸椎旋轉(zhuǎn)活動(dòng)

8、范圍的70％；山羊C1-2節(jié)段的ROM為48.6±8.6度，約占整個(gè)頸椎旋轉(zhuǎn)活動(dòng)范圍的63％；人C1-2節(jié)段的NZ為29.6±6.5度，約占整個(gè)頸椎旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)NZ的75％；山羊C1-2節(jié)段的NZ為25.9±7.1度，約占整個(gè)頸椎旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)NZ的68％。然而山羊在各個(gè)節(jié)段旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的ROM和NZ和人相比均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。在左右側(cè)屈運(yùn)動(dòng)模式下，山羊在各個(gè)節(jié)段側(cè)屈運(yùn)動(dòng)的ROM和人相比均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)，山羊C6-7節(jié)段的N

9、Z和人相比有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)，其它節(jié)段的NZ和人相比無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。 結(jié)論：純種崇明白山羊與人的頸椎在前屈、后伸、左右側(cè)屈和軸向旋轉(zhuǎn)等6種生理運(yùn)動(dòng)模式下的ROM及NZ相近，兩者的生物力學(xué)特征基本一致。從生物力學(xué)角度出發(fā)，純種崇明白山羊可作為頸椎融合及生物力學(xué)研究的良好動(dòng)物模型。 二、β-TCP、硫酸鈣與人凍干異體髂骨的生物力學(xué)性能比較 目的：體外測(cè)定硫酸鈣、β-TCP與人凍干髂骨最大抗壓縮

10、強(qiáng)度及彈性模量。 方法：取3cm×1.5cm×1.0cm條塊狀硫酸鈣、β-TCP與人凍干髂骨各8塊，固定在材料試驗(yàn)機(jī)上，做最大抗壓縮試驗(yàn)，加載速度1mm/s，描記載荷－變形曲線，計(jì)算材料的最大抗壓強(qiáng)度及彈性模量。 結(jié)果：CS、β-TCP與人凍干髂骨最大抗壓縮強(qiáng)度分別為 3.26±0.86Mpa，3.16±0.75 Mpa，2.97±0.81 Mpa；三者的彈性模量分別為82.35±10.54 Mpa，76.98±11.7

11、8 Mpa，35.35±6.98 Mpa。硫酸鈣、β-TCP最大軸向抗壓強(qiáng)度與凍干異體髂骨無明顯差異(P>0.05)，兩者的彈性模量均大于凍干異體髂骨(P<0.05)。 結(jié)論：硫酸鈣、βB-TCP具有良好的結(jié)構(gòu)支撐作用。 三、β-TCP、硫酸鈣在山羊頸前路椎間融合術(shù)的融合評(píng)價(jià) 目的：評(píng)價(jià)硫酸鈣、β-TCP應(yīng)用于山羊頸前路椎間植骨融合術(shù)的效果。 方法：將24，只純種崇明山羊隨機(jī)等分為3組，分別以條塊狀硫酸鈣

12、、β-FCP、自體髂骨為植骨材料，制備正常山羊的前路頸3/4椎間盤切除減壓植骨鋼板內(nèi)固定術(shù)模型，術(shù)后1、6、12、24周拍X線片，術(shù)后12、24周行三維CT重建檢查，術(shù)后24周處死動(dòng)物，拆除鋼板后行體外三維生物力學(xué)測(cè)試，檢測(cè)融合節(jié)段C3-4的ROM和NZ，并進(jìn)行脫鈣與不脫鈣組織切片的組織病理學(xué)檢查及骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)檢測(cè)。 結(jié)果：術(shù)后6周平片提示：硫酸鈣組開始吸收。術(shù)后12周平片和CT矢狀位重建檢查示CS組僅有1只動(dòng)物達(dá)到完全融合

13、，而β-TCP組及自體骨組分別有4只和5只達(dá)到完全融合；術(shù)后24周，CS組僅有1只動(dòng)物達(dá)到完全融合，而β-TCP 組及自體骨組分別有5 R和6只達(dá)到完全融合。術(shù)后24周生物力學(xué)測(cè)試表明在頸椎前屈/后伸、左側(cè)屈/右側(cè)屈、左/右軸向旋轉(zhuǎn)等生理運(yùn)動(dòng)模式下，β-TCP組和自體骨組C3-4節(jié)段的ROM分別比CS組的C3-4節(jié)段的ROM減少(P<0.05)。術(shù)后24周HE切片染色檢查示CS組有少量骨組織從相鄰的椎體長(zhǎng)人，移植骨內(nèi)部新骨形成少，有不規(guī)

14、則的條索狀纖維組織和少量軟骨組織充填其中。β-TCP組新生骨分布均勻，形成的骨組織絕大多數(shù)是小梁狀骨，還有少量的殘余β-TCP材料在吸收改建之中，在移植塊的中心區(qū)域有新生的骨髓組織生成。自體骨組顯示出良好的骨性融合，骨組織絕大多數(shù)是成熟的小梁骨，新生骨髓組織在融合區(qū)域大量形成。骨組織計(jì)量學(xué)定量分析示CS組、β-TCP組和自體骨組新骨形成率分別為25.8±5.1％、45.5±6.7％、49.2±5.8％，β-TCP組和自體骨組相近(P>0