婁紀(jì)剛，劉浩*，武文杰，李會波，王貝宇，戎鑫

(1.四川大學(xué)華西醫(yī)院骨科，四川 成都 610041；2第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院骨科，重慶 400038)

實驗研究

新型人工頸椎間盤山羊模型的建立及其研究

婁紀(jì)剛1，劉浩1*，武文杰2，李會波1，王貝宇1，戎鑫1

(1.四川大學(xué)華西醫(yī)院骨科，四川 成都 610041；2第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院骨科，重慶 400038)

目的 觀察新型國產(chǎn)人工頸椎間盤植入山羊體內(nèi)后的效果，為其進(jìn)一步的改進(jìn)和臨床應(yīng)用提供實驗基礎(chǔ)。方法 12只雄性山羊，均行C3～4新型國產(chǎn)人工頸椎間盤置換術(shù)。所有山羊于術(shù)前及術(shù)后不同時間點均行頸椎正側(cè)位X線檢查，測量C3～4節(jié)段椎間高度(disc height，DH)，椎間角(intervertebral angle，IVA)和脊柱功能單位(functional spinal unit，F(xiàn)SU)Cobb角，并進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。結(jié)果 所有實驗山羊均成活，無傷口感染，未出現(xiàn)癱瘓。術(shù)后第2天，有一只山羊出現(xiàn)聲音嘶啞，但1周后逐漸恢復(fù)正常。術(shù)前及術(shù)后不同時間點的C3～4節(jié)段椎間高度、IVA和FSU Cobb角的對比分析顯示，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。結(jié)論 新型國產(chǎn)人工頸椎間盤系統(tǒng)操作簡便，實驗動物術(shù)后并發(fā)癥少，且較好的維持了目標(biāo)節(jié)段椎間高度和頸椎生理曲度。

新型頸椎間盤假體；頸椎間盤置換；動物模型；動物實驗；頸椎曲度

人工頸椎間盤置換術(shù)的設(shè)計理念是使用假體替代原有的椎間盤，行使其功能，達(dá)到維持手術(shù)節(jié)段椎間高度，保留置換節(jié)段活動范圍，并可能延緩鄰近節(jié)段椎間盤的加速退變[1-3]。因而，近年來人工頸椎間盤置換術(shù)成為了脊柱外科領(lǐng)域研究的熱點。但目前國內(nèi)臨床常用的人工頸椎間盤基本都是進(jìn)口產(chǎn)品，不僅價格昂貴，而且主要參照歐美人種設(shè)計，在尺寸、生物力學(xué)方面與亞洲人種有差異[4-5]。因此，研發(fā)與國人頸椎間盤的生理特征更相符的國產(chǎn)化人工頸椎間盤產(chǎn)品，是一個十分重要且緊迫的課題。

在此形勢下，我院與江蘇創(chuàng)生醫(yī)療器械有限公司等機(jī)構(gòu)合作，共同研發(fā)了與國人頸椎間盤的生理特征更相符的國產(chǎn)人工頸椎間盤Pretic-I(國家實用新型專利，專利號ZL201120045610.5)。產(chǎn)品采用球-槽關(guān)節(jié)設(shè)計，由上、下板及1塊半球形的內(nèi)核組成，上下板材料為鈦合金(Ti6A14V)，內(nèi)核材料為超高分子量聚乙烯(UHMWPE)[6]。人的尸體頸椎標(biāo)本作為體外生物力學(xué)研究的常用模型得到了廣泛的應(yīng)用。而該新型國產(chǎn)人工頸椎間盤植入尸體頸椎后的生物力學(xué)研究表明，其能有效維持置換節(jié)段的運動功能，并可能延緩鄰近節(jié)段椎間盤髓核內(nèi)壓力的過度增加[7]。然而，尸體頸椎標(biāo)本在幾何形態(tài)和機(jī)械特性方面變化較大，不能很好的模擬臨床真實狀態(tài)；且無法良好反映間盤置換對置換節(jié)段椎間高度和頸椎曲度的影響。

因此，本實驗通過建立國產(chǎn)人工頸椎間盤的山羊模型，觀察手術(shù)時間、出血量、手術(shù)并發(fā)癥及術(shù)后恢復(fù)情況等，并對比分析影像學(xué)指標(biāo)，以評估國產(chǎn)人工頸椎間盤在山羊體內(nèi)的效果，為其進(jìn)一步的改進(jìn)和臨床應(yīng)用提供動物實驗基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取健康成年雄性山羊12只，年齡2～3歲，體重(29±3.1)kg。術(shù)前均行頸椎正側(cè)位X線檢查，排除明顯骨病、畸形、外傷、骨質(zhì)疏松等。將所有山羊隨機(jī)編號，均行C3～4椎間盤摘除，Pretic-I新型人工頸椎間盤置換術(shù)。術(shù)后即刻、3個月、6個月、12個月均行山羊頸椎正側(cè)位X線檢查。

1.2 手術(shù)方法 術(shù)前24 h禁食。術(shù)前30 min肌注速眠新Ⅱ注射液合劑1.5 mL，建立靜脈輸液通道，然后以丙泊酚6 mg/kg·h的速度靜滴，麻醉成功后氣管插管。動物采用仰臥位，四肢固定于手術(shù)床上，頸部墊高固定，常規(guī)手術(shù)區(qū)消毒鋪巾。沿頸前右側(cè)胸鎖乳突肌內(nèi)側(cè)緣作一長7～8 cm斜切口，逐層分離皮下組織、頸闊肌，鈍性分離，從氣管、食管與頸血管鞘之間的間隙進(jìn)入，直達(dá)椎前筋膜。通過觸摸寰椎前結(jié)節(jié)定位。在兩側(cè)頸長肌之間進(jìn)入，骨膜下剝離，用拉鉤將頸長肌向兩側(cè)牽開，顯露C3、C4椎體及椎間盤。切開C3～4椎間盤前方纖維環(huán)，髓核鉗盡可能清除髓核組織，采用Caspar撐開器平行撐開目標(biāo)椎間隙，刮匙及椎板咬骨鉗清除后方殘余纖維環(huán)及髓核組織，用高速磨鉆打磨終板，明膠海綿徹底止血。使用Pretic-I專用試模器確定植入假體的大小。試模滿意后于椎體相應(yīng)位置打孔、開槽，植入確定型號的假體(見圖1)。再次透視頸椎正側(cè)位X線片，明確假體位置合適后(見圖2)，沖洗傷口，逐層縫合切口，切口涂抹紅霉素軟膏。

1.3 術(shù)后處理 術(shù)后無需頸椎外固定護(hù)理，正常進(jìn)食水。術(shù)后前3天每日肌注青霉素80萬U，術(shù)后第1周每日觀察動物切口、飲食、呼吸、大小便等，且切口每日碘伏消毒，并涂紅霉素軟膏，預(yù)防切口感染。

1.4 影像學(xué)評估 術(shù)前、術(shù)后即刻、3個月、6個月、12個月均行山羊頸椎正側(cè)位X線檢查。采用矢量繪圖軟件Canvas 11(ACD Systems公司，美國)于頸椎側(cè)位X線片上測量C3～4節(jié)段椎間高度(disc height，DH)，椎間角(intervertebral angle，IVA)和脊柱功能單位(functional spinal unit，F(xiàn)SU)Cobb角。C3～4節(jié)段平均椎間高度為前緣椎間高度、中間椎間高度和后緣椎間高度的均值(見圖3)。采用Cobb法[8]測量C3～4節(jié)段IVA，即C3椎體下緣與C4椎體上緣切線的交角；目標(biāo)節(jié)段FSU Cobb角，即C3椎體上緣連線與C4椎體下緣連線的夾角(見圖3)，比較術(shù)前、術(shù)后DH、IVA與FSU Cobb角的變化情況。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法 所有的測量指標(biāo)均以“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件包(IBM公司，美國)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。術(shù)前及術(shù)后不同時間點測量指標(biāo)的比較采用單因素方差分析(one-way ANOVA)，服從正態(tài)分布且方差齊同條件下，采用LSD法；方差不齊條件下，采用Dunnett T3法。檢驗標(biāo)準(zhǔn)為a=0.05。

2 結(jié) 果

2.1 一般結(jié)果 12只山羊均順利完成C3～4椎間盤置換手術(shù)，術(shù)后所有山羊均成活，且四肢活動良好，切口均未出現(xiàn)感染，為甲級愈合，未出現(xiàn)癱瘓。術(shù)后第2天，有1只山羊出現(xiàn)聲音嘶啞，疑為術(shù)中刺激喉返神經(jīng)所致，1周后逐漸恢復(fù)正常。術(shù)后山羊頸椎正側(cè)位X線片顯示，頸椎間盤假體位置良好，無明顯頸椎不穩(wěn)等。平均手術(shù)時間為(75.0±5.0)min，平均出血量為(5.5±1.5)mL，術(shù)后恢復(fù)正?；顒拥臅r間平均為(5.0±1.3)h。

2.2 影像學(xué)結(jié)果 山羊術(shù)前及術(shù)后不同時間點的影像學(xué)結(jié)果見表1。結(jié)果顯示，術(shù)后即刻、3個月、6個月、12個月的DH均較術(shù)前顯著增加，且差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，而術(shù)后不同時間點的DH相比，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。術(shù)前、術(shù)后即刻、3個月、6個月、12個月不同時間點的IVA及FSU Cobb角對比分析顯示，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05，見表1)。

表1 山羊手術(shù)前后不同時間點DH、IVA、FSU Cobb角比較

3 討 論

山羊頸椎與人的頸椎相似，具有7個椎體和6個椎間盤，雖然形態(tài)上與人的頸椎有差別，但在解剖結(jié)構(gòu)和尺寸上與人的頸椎最為接近[9-10]。而且，山羊頭部直立，垂直負(fù)重，其頸椎的承重軸和力學(xué)特點也和人的頸椎相似。因此，山羊頸椎模型是頸椎外科內(nèi)植物應(yīng)用于臨床前最常用的實驗動物模型。Kandziora等[11]的研究表明山羊C2～3、C3～4節(jié)段的生物力學(xué)特性接近人體頸椎。山羊C2～3節(jié)段相比C3～4節(jié)段，其椎間隙更窄，且活動度也稍差。Wilke等[10]對山羊與人脊柱特點的對比研究也指出，山羊頸椎與人體頸椎有很大的相似性，特別是C3～4節(jié)段與人的C5～6節(jié)段最為接近。因此山羊的C3～4節(jié)段更適合人工頸椎間盤的植入。

a Pretic-I國產(chǎn)間盤 b 植入確定型號的間盤假體

圖1 確定型號的間盤假體植入過程示意

圖2 山羊頸椎正側(cè)位X線片示間盤假體位置良好

注：ADH-前緣椎間高度；MDH-中間椎間高度；PDH-后緣椎間高度；DH=(ADH+MDH+PDH)/3；IVA-椎間角，即C3椎體下緣與C4椎體上緣切線的交角；FSU-Cobb角，即C3椎體上緣連線與C4椎體下緣連線的夾角

圖3 山羊頸椎側(cè)位X線片上影像學(xué)指標(biāo)測量示意

頸椎間盤置換的目的是有效維持置換節(jié)段椎間高度，保持手術(shù)節(jié)段活動范圍[12-13]。我們將國產(chǎn)人工頸椎間盤植入山羊C3～4節(jié)段后，術(shù)后即刻、3個月、6個月、12個月的椎間高度相比術(shù)前均顯著增加，且差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；術(shù)后不同時間點的C3～4節(jié)段椎間高度對比分析，結(jié)果均無顯著性差異，表明新型國產(chǎn)人工頸椎間盤置換后較好的維持了目標(biāo)節(jié)段的椎間高度。另外，術(shù)前及術(shù)后即刻、3個月、6個月、12個月不同時間點的IVA和FSU Cobb角的對比分析，也表明差異均無統(tǒng)計學(xué)意義；且頸椎曲度(FSU Cobb角)與之前的研究結(jié)果類似[14]，這表明新型國產(chǎn)人工頸椎間盤較好的維持了C3～4節(jié)段IVA和FSU Cobb角，有利于頸椎生理曲度的良好保持。

盡管人工頸椎間盤置換術(shù)具有其優(yōu)勢，但假體相關(guān)的并發(fā)癥也時有報道。其中，假體下沉是人工頸椎間盤置換術(shù)后最常見的假體相關(guān)并發(fā)癥，發(fā)生率約3%～10%[15]。造成假體下沉的原因主要有兩點：一是終板過度打磨，導(dǎo)致其生物力學(xué)強(qiáng)度下降；二是間盤假體的形態(tài)與頸椎終板不符，或假體尺寸偏小，均造成板-骨接觸面積減小，下沉風(fēng)險增大[16-17]。而國產(chǎn)間盤假體終板的設(shè)計具有一定的凸度，可一定程度的提高假體終板與頸椎終板在形態(tài)上的契合度，增加板-骨接觸面積，減少點狀受力，進(jìn)而減少下沉等并發(fā)癥的發(fā)生。此外，異位骨化也是頸椎間盤置換術(shù)后的一種常見并發(fā)癥[18]。但實驗山羊的隨訪研究中，并未發(fā)現(xiàn)明顯的下沉和異位骨化的發(fā)生。這可能與我們的臨床觀察時間較短和樣本量相對較少有關(guān)，仍需進(jìn)一步的深入研究。而我們對于山羊頸椎屈伸活動范圍的觀察，均是在山羊麻醉的情況下，人為的屈、伸山羊頸椎并拍攝X線片，但該法差異性較大，不能準(zhǔn)確反映山羊頸椎的活動情況，值得我們探究一種合適的方式用于評估在體運動狀況。另外，間盤置換術(shù)后鄰近節(jié)段的退變情況仍需后續(xù)的深入研究。

新型國產(chǎn)人工頸椎間盤相比目前臨床常用的人工頸椎間盤，具有如下特點：a)設(shè)計上主要參照國人的頸椎解剖特點；b)該間盤上、下板為鈦合金材質(zhì)，內(nèi)核采用超高分子量聚乙烯，盡可能減少假體磨損后產(chǎn)生的細(xì)小的金屬碎屑，進(jìn)而減少假體相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生；c)該間盤終板表面設(shè)計上具有一定的凸度，與頸椎下終板契合更佳，板-骨接觸面積增大，不僅可提高假體植入后的初期穩(wěn)定性，并有利于其長期穩(wěn)定性和減少下沉等相關(guān)并發(fā)癥。另外，進(jìn)口產(chǎn)品價格昂貴，人工頸椎間盤國產(chǎn)化后，將更具有價格優(yōu)勢。但對于國產(chǎn)人工頸椎間盤的臨床有效性和實用性，仍需進(jìn)一步的深入研究。

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Establishment of Novel Artificial Cervical Disc Goat Model and Related Study

Lou Jigang1，Liu Hao1，Wu Wenjie2，et al

(1.Department of Orthopaedics，West China Hospital，Sichuan University，Chengdu 610041，China；2.Department of Orthopaedics，Southwest Hospital，The Third Military Medical University，Chongqing 400038，China)

Objective To observe the effect of novel domestic-made artificial cervical disc in vivo with goat model，in order to provide an experimental basis for further improvement and clinical application.Methods 12 male experimental goats underwent C3～4novel domestic-made artificial cervical disc replacement.All the goats were examined preoperatively and postoperatively on anteroposterior and lateral radiographs.The disc height (DH)，intervertebral angle (IVA) and functional spinal unit (FSU) lordosis angle were measured and analyzed statistically.Results All experimental goats survived after operation，without incision infection and paralysis.Hoarseness occurred in one goat the second day after operation，and disappeared one week later.Statistical comparison in DH，IVA and FSU lordosis angle at C3～4segment showed no significant difference among different time points.Conclusion Novel domestic-made artificial cervical disc system is easy to operate，has less complications，and can maintain the postoperative disc height and cervical spinal curvature well.

new cervical disc prosthesis；cervical disc replacement；animal model；animal experiment；cervical curvature

1008-5572(2017)05-0426-04

四川省科技支撐計劃(2014SZ0236)；國家實用新型專利：一種人工椎間盤(ZL201120045610.5)；*本文通訊作者：劉浩

R322.7+1

A

2016-11-04

婁紀(jì)剛(1988- )，男，博士研究生在讀，四川大學(xué)華西醫(yī)院骨科，610041。

婁紀(jì)剛，劉浩，武文杰，等.新型人工頸椎間盤山羊模型的建立及其研究[J].實用骨科雜志，2017，23(5)：426-429.