譚　斌， 周道政

(開縣人民醫(yī)院 骨科， 重慶 開縣　405400)

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經(jīng)皮椎體成形骨水泥注入對(duì)腰椎生物力學(xué)的影響*

譚斌， 周道政

(開縣人民醫(yī)院 骨科， 重慶 開縣405400)

[摘要]目的： 觀察經(jīng)皮椎體后凸成形骨水泥注入對(duì)骨質(zhì)疏松兔模型鄰近腰椎生物力學(xué)功能的影響。方法: 切除36只雌性新西蘭大白兔雙側(cè)卵巢，建立L3骨質(zhì)疏松骨折動(dòng)物模型，造模成功后隨機(jī)均分為試驗(yàn)組和對(duì)照組2組，試驗(yàn)組行經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù)(PKP)，對(duì)照組行開放復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)，術(shù)后5、10、15個(gè)月檢測骨密度值、椎體彎曲和壓縮實(shí)驗(yàn)最大載荷量、椎體術(shù)后平均高度以及矢狀面Cobb角。結(jié)果: 試驗(yàn)組術(shù)后5、10及15個(gè)月的骨密度分別為(0.073 2±0.008 1)、(0.070 8±0.008 0)及(0.067 5±0.006 3)g/cm2，均顯著高于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);試驗(yàn)組15個(gè)月后手術(shù)椎體前緣和后緣平均高度分別由術(shù)前(38.34±4.23)%和(49.85±4.43)%恢復(fù)至(81.53±8.32)%和(60.16±6.28)%,矢狀面Cobb角由術(shù)前(30.16±4.15)°恢復(fù)至(8.53±2.26)°;試驗(yàn)組不同時(shí)間點(diǎn)的骨密度值、椎體彎曲和壓縮實(shí)驗(yàn)最大載荷量、椎體前緣與后緣高度均高于術(shù)前，矢狀面Cobb角低于術(shù)前,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；對(duì)照組不同時(shí)間點(diǎn)的骨密度值、椎體彎曲和壓縮實(shí)驗(yàn)最大載荷量高于術(shù)前(P<0.05)，椎體前緣與后緣高度、矢狀面Cobb角與術(shù)前比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);試驗(yàn)組術(shù)后不同時(shí)間點(diǎn)的骨密度值、椎體彎曲和壓縮實(shí)驗(yàn)最大載荷量、椎體前緣與后緣高度均高于對(duì)照組，矢狀面Cobb角低于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論: PKP可改善骨質(zhì)疏松骨折鄰近椎體的骨密度、承載能力、及椎體后凸角度。

[關(guān)鍵詞]兔； 脊柱骨折； 生物力學(xué)； 經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù)； 開放復(fù)位內(nèi)固定術(shù)； 生物力學(xué)

經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù)(percutaneous kyphoplasty，PKP)屬于脊柱微創(chuàng)領(lǐng)域的新技術(shù)，創(chuàng)傷小，安全且不良反應(yīng)少，常用于治療骨質(zhì)疏松引起的椎體骨折，術(shù)后鄰近椎體繼發(fā)性骨折為這種手術(shù)方式最常見的并發(fā)癥，原因是骨水泥強(qiáng)化還是骨質(zhì)疏松發(fā)展，尚存有爭議[1-2]。目前絕大部分研究以尸體標(biāo)本作為研究對(duì)象，與活體組織的生物力學(xué)存在一定差異，且標(biāo)本為游離的單個(gè)椎體，對(duì)研究鄰近椎體及椎間盤生物力學(xué)影響具有一定的局限性。本研究以新西蘭大白兔建立骨質(zhì)疏松模型，探討PKP對(duì)骨質(zhì)疏松動(dòng)物模型鄰近腰椎生物力學(xué)功能的改善情況。

1材料和方法

1.1材料

艾克瑞AKDX-09W雙能量X射線骨密度儀(深圳市艾克瑞電氣有限公司)，PLX112CC型臂X線機(jī)(南京普朗醫(yī)療器械)，DCP-KY3000型電腦測控壓縮試驗(yàn)儀(四川長江造紙儀器有限責(zé)任公司)， Instron3300三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)機(jī)(美國英斯特朗公司)，Sensation CT掃描儀(德國西門子公司)。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物購自重慶醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心清潔級(jí)健康雌性新西蘭大白兔40只，3月齡，體質(zhì)量2.5～3.0 kg。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1骨質(zhì)疏松模型的建立所有實(shí)驗(yàn)雌性大白兔在全麻狀態(tài)下切除雙側(cè)卵巢，卵巢切除后3個(gè)月檢測實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的骨密度值，采用雙能X線吸收測定法檢測L1-L4的骨密度值(g/cm2)。建模成功的標(biāo)準(zhǔn)為骨密度值≤正常大白兔骨密度值2.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，椎體內(nèi)松質(zhì)骨骨小梁數(shù)量減少且變細(xì)，間距增寬，髓腔變大；人為手術(shù)造成L3椎體壓縮性骨折。

1.2.2動(dòng)物分組與手術(shù)方法骨質(zhì)疏松造模成功36只，按隨機(jī)數(shù)字表法均分為試驗(yàn)組和對(duì)照組，各組18只，試驗(yàn)組行經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù)(PKP)，對(duì)照組行開放復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)。開放復(fù)位內(nèi)固定術(shù)手術(shù)：大白兔全麻，側(cè)臥位，經(jīng)C臂X線機(jī)定位L3椎體后，以椎體為中心做后正中縱行切口，顯露L3椎體和上下椎體的棘突、椎板關(guān)節(jié)突、橫突；椎弓根入點(diǎn)按照Weinstein解剖定位法定位，位置正確后植入椎弓根螺釘(頸椎椎弓根螺釘，購自威海威高醫(yī)療系統(tǒng)有限公司)；X線確定螺釘位置，如正確安裝正反螺紋套筒，旋緊自鎖螺帽，調(diào)節(jié)螺紋角度螺栓后鏈接橫連桿；傷口處置負(fù)壓引流管，傷口縫合，術(shù)后臀部肌注抗生素抗炎3 d。PKP手術(shù): 大白兔全麻，側(cè)臥位，經(jīng)C型臂X線機(jī)定位L3椎體后，用一次性注射器8號(hào)針頭經(jīng)皮刺入大白兔L3腰椎骨皮質(zhì)內(nèi)，在C型臂X線機(jī)監(jiān)視下用13G經(jīng)皮椎體成形術(shù)穿刺針經(jīng)椎弓根穿刺至椎體后緣皮質(zhì)前2～3 mm處停止，取出針芯，將椎體鉆鉆入椎體至所需深度，將球囊順工作套管送入相應(yīng)椎體通道中；X線監(jiān)視下注入對(duì)比劑擴(kuò)張球囊，逐漸增加壓力至球囊擴(kuò)張滿意，一般不超過350 Pa；當(dāng)球囊已擴(kuò)張至到達(dá)椎體終板及四周皮質(zhì)或椎體達(dá)到預(yù)計(jì)復(fù)位效果時(shí)，立即停止增加壓力，兩側(cè)球囊均擴(kuò)張滿意后，取出球囊；采用天津市合成材料工業(yè)研究所生產(chǎn)的丙烯酸樹脂骨水泥，從雙側(cè)套管將骨水泥注入椎體內(nèi)，單個(gè)椎體骨水泥注入量約2mL，術(shù)后臀部肌注抗生素抗炎3 d。

1.3觀察指標(biāo)

(1)骨密度值；(2)生物力學(xué)功能指標(biāo)：對(duì)動(dòng)物模型與術(shù)前和術(shù)后5、10、15個(gè)月分別進(jìn)行三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)，以2 mm/min速率向椎體中點(diǎn)施壓，求最大彎曲載荷；同時(shí)對(duì)L3椎體進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，以2 mm/min的速率加壓，求最大壓縮載荷；(3)椎體前緣、后緣高度；(4)矢狀面Cobb角度。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2結(jié)果

2.1骨密度

與術(shù)前比較，試驗(yàn)組和對(duì)照組大白兔術(shù)后5、10、15個(gè)月的骨密度值均顯著增大，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，兩組動(dòng)物術(shù)后5、10、15個(gè)月的骨密度值隨著時(shí)間的延長逐漸減??；試驗(yàn)組術(shù)后5個(gè)月、10個(gè)月及15個(gè)月的骨密度均顯著高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表1。

表1　兩組動(dòng)物手術(shù)前后骨密度

(1)與同組手術(shù)前比較，P<0.05；(2)與對(duì)照組手術(shù)后相應(yīng)組別比較，P<0.05

2.2生物力學(xué)功能

與術(shù)前比較，試驗(yàn)組和對(duì)照組動(dòng)物術(shù)后5、10、15個(gè)月的腰椎最大載荷均顯著增大，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；兩組腰椎承載壓力能力隨著時(shí)間的延長逐漸下降，與對(duì)照組術(shù)后5、10、15個(gè)月的腰椎承載壓力能力比較，試驗(yàn)組動(dòng)物相應(yīng)組別的腰椎承載壓力能力均顯著增強(qiáng)，差異比較均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表2。

表2　兩組動(dòng)物手術(shù)前后椎體彎曲和壓縮實(shí)驗(yàn)最大載荷的比較±s,n=18)

(1)與同組手術(shù)前比較，P<0.05；(2)與對(duì)照組相應(yīng)時(shí)段比較，P<0.05

2.3椎骨高度和Cobb角比較

與術(shù)前比較，試驗(yàn)組動(dòng)物術(shù)后5、10、15個(gè)月的椎體前緣、后緣高度值均顯著增大，Cobb角度顯著減小，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，但對(duì)照組各指標(biāo)變化均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；與對(duì)照組術(shù)后5、10、15個(gè)月比較，試驗(yàn)組動(dòng)物相應(yīng)組別的椎體前緣、后緣高度顯著增加，Cobb角顯著變小，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表3。

表3　兩組動(dòng)物手術(shù)前后椎體高度和Cobb角度的比較±s,n=18)

(1)與同組手術(shù)前比較，P<0.05；(2)與對(duì)照組相應(yīng)時(shí)段比較，P<0.05

3討論

骨質(zhì)疏松癥的多發(fā)人群為老年人和絕經(jīng)后婦女，很容易發(fā)生骨折，骨質(zhì)疏松性椎體壓縮骨折是老年患者常見并發(fā)癥，目前對(duì)其發(fā)病機(jī)制及愈合方式尚缺乏深入詳細(xì)了解，臨床防治不理想，且骨折再次發(fā)生率高[3]。

最大載荷是椎體生物力學(xué)功能的重要考察指標(biāo)，當(dāng)椎體負(fù)荷超過其最大承受力時(shí)，將發(fā)生椎體塌陷和壓縮性骨折[4]。研究表明，骨密度值與椎體最大載荷呈正相關(guān)[5]；這與本研究結(jié)果一致，術(shù)后骨密度與椎體承載壓力能力均得到改善并呈相同的變化趨勢。PKP使松質(zhì)骨向四周擠壓至密實(shí)，形成兩個(gè)四周骨壁相對(duì)完整的空腔，在空腔內(nèi)注入骨水泥，凝固形成以空腔為模具的骨水泥鑄件，支撐已被擠壓密實(shí)的松質(zhì)骨，使傷椎能夠有效承受脊柱的軸向載荷[6]。以往對(duì)尸體胸腰段骨質(zhì)疏松單椎體標(biāo)本分別行球囊擴(kuò)張椎體后凸成形術(shù)和椎體成形術(shù)，結(jié)果顯示兩種手術(shù)方式都明顯增加骨質(zhì)疏松性椎體壓縮骨折椎體的抗壓強(qiáng)度和恢復(fù)剛度，改善其生物力學(xué)功能[7]。經(jīng)皮球囊擴(kuò)張后凸成形術(shù)與JACK椎體擴(kuò)張器后凸成形術(shù)均可有效改善骨質(zhì)疏松性椎體壓縮骨折椎體的最大載荷、抗壓強(qiáng)度及剛度，從而提高抗壓破壞能力，強(qiáng)化骨折椎體[4]。以豬椎體標(biāo)本比較單側(cè)與雙側(cè)入路椎體后凸成形術(shù)對(duì)骨質(zhì)疏松性椎體壓縮骨折椎體力學(xué)性能的影響，結(jié)果顯示雙側(cè)入路可注入較多的骨水泥，且分布更均勻，椎體最大載荷與剛度恢復(fù)更佳，并可預(yù)防已修復(fù)的椎體再次發(fā)生骨折[8]。周鵬等[9]對(duì)28例骨質(zhì)疏松椎體壓縮骨折患者采用骨水泥經(jīng)皮椎體成形術(shù)進(jìn)行治療，全部完成手術(shù)，術(shù)后患者腰背部疼痛明顯好轉(zhuǎn)，椎體前緣高度無明顯繼續(xù)壓縮，椎體后凸角度無明顯增大。有關(guān)椎體成形術(shù)和椎體后凸成形術(shù)對(duì)鄰近椎體椎間盤的生物力學(xué)影響的研究，結(jié)果表明椎體楔形骨折使重力彎矩和豎脊肌力增大，造成椎體和椎間盤承載明顯增加，骨水泥強(qiáng)化的影響相對(duì)較小，椎體后凸成形術(shù)糾正后凸畸形，降低了脊柱負(fù)載[10]，本研究結(jié)果也表明PKP可有效改善鄰近椎體后凸角度和恢復(fù)骨折椎體高度。

楊豐建等[10]將16個(gè)胸椎脊柱功能單位制成壓縮骨折模型，對(duì)骨折椎體行椎體后凸成形術(shù)，分別用磷酸鈣骨水泥和聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥灌注，術(shù)后脊柱功能單位強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，剛度及椎間盤位移比均明顯減小，表明椎體后凸成形術(shù)增強(qiáng)了脊柱功能單位的生物力學(xué)性能；但該方法可促使鄰近節(jié)段退變，改變灌注劑材料特性可以改善對(duì)鄰近節(jié)段的影響[2,11]。本研究對(duì)骨質(zhì)疏松兔活體模型分別行PKP和開放復(fù)位內(nèi)固定術(shù)，觀察其對(duì)鄰近椎體生物力學(xué)功能的影響，結(jié)果表明，與術(shù)前比較，兩組動(dòng)物椎體承載壓力能力得到顯著提升，PKP術(shù)后椎體承載壓力能力明顯高于開放復(fù)位內(nèi)固定術(shù)組，但術(shù)后5、10、15個(gè)月兩組模型承載壓力能力逐漸下降；術(shù)后觀察15個(gè)月，行開放復(fù)位內(nèi)固定術(shù)的動(dòng)物椎體術(shù)后，平均高度和矢狀面Cobb角均無明顯變化，PKP組模型動(dòng)物15個(gè)月后手術(shù)椎體前緣、后緣平均高度及矢狀面Cobb角均顯著改善；PKP術(shù)組動(dòng)物椎體術(shù)后高度測量值和Cobb角的變化與開放復(fù)位內(nèi)固定術(shù)組比較，差異顯著，兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物手術(shù)后均成活，沒有發(fā)生感染等嚴(yán)重不良反應(yīng)?？梢?，PKP較開放復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)可更好地改善鄰近椎體后凸角度，更顯著地改善椎體承載壓力的能力，治療骨質(zhì)疏松安全有效。

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(2016-01-02收稿，2016-04-28修回)

中文編輯： 文箐潁； 英文編輯： 劉華

Effect of Percutaneous Kyphoplasty on BiomechanicalFunction of Adjacent Lumbar Vertebrae

TAN Bin, ZHOU Daozheng

(DepartmentofOrthopedicSurgery,People'sHospitalofKaiCounty,KaiCounty405400,Chongqing,China)

[Abstract]Objective: To observe the effect of percutaneous kyphoplasty (PKP) on biomechanical function of adjacent lumbar vertebrae in rabbit osteoporosis model. Methods: 36 female New Zealand white rabbits were ovariectomized to establish L3 animal model of osteoporotic fracture and randomly divided into control group (treated with open reduction and internal fixation operation) and experimental group (treated with PKP operation). 5, 10, 15 months after operation, the bone mineral density, maximum load of vertebra bending and compression, average vertebra height and the sagittal Cobb angle of vertebra were detected and compared between two groups. Results: The bone mineral density of experimental group 5 months, 10 months and 15 months after operation were (0.073 2±0.008 1)g/cm2,(0.070 8±0.008 0)g/cm2 and (0.067 5±0.006 3)g/cm2, all of which were significantly higher than those of control group (P<0.05). In experimental group, 15 months after surgery, the average height of anterior and posterior margin of vertebral body return from preoperative (38.34±4.23)% and (49.85±4.43)% to postoperative (81.53±8.32)% and (60.16±6.28)%. The sagittal Cobb angle of vertebra returned from preoperative (30.16±4.15)° to postoperative (8.53±2.26)°. In experimental group, the bone mineral density, maximum load of vertebra bending and compression and the average height of anterior and posterior margin of vertebral body at different time points after surgery were significantly higher than their counterparts before surgery while the sagittal Cobb angle of vertebra after surgery was lower than that before surgery(P<0.05). In control group, the bone mineral density, maximum load of vertebra bending and compression at different time points after surgery were significantly higher than their counterparts before surgery(P<0.05), but there were no statistical differences in the average height of anterior and posterior margin of vertebral body and the sagittal Cobb angle of vertebra between before surgery and after surgery (P>0.05). Compared with control group , the bone mineral density, maximum load of vertebra bending and compression and the average height of anterior and posterior margin of vertebral body in experimental group were significantly higher while the sagittal Cobb angle was significantly lower(P<0.05). Conclusion: Percutaneous kyphoplasty can improve bone mineral density, load capability and kyphosis angle of adjacent lumbar vertebrae in osteoporotic fracture.

[Key words]rabbits; spinal fractures; biomechanics; percutaneous kyphoplasty; open reduction and internal fixation; biodynamics

[中圖分類號(hào)]R683.2

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1000-2707(2016)05-0610-05

DOI:10.19367/j.cnki.1000-2707.2016.05.031

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-05-13網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.5012.R.20160513.2120.044.html