腰椎間盤置換術后對鄰近節段腰椎終板的應力影響與影響因素分析

孫云明 戚廣秀 王立民

勝利石油管理局勝利醫院骨科，山東東營 257055

腰椎間盤退行性疾病是臨床上的常見疾病，可導致患者失去工作能力，甚至嚴重影響患者生活質量，對于經過長期保守治療后仍然無改善[1]。過去治療腰椎間盤退行性疾病患者一般采用脊柱內固定融合術，但是隨著醫學技術的發展與對生活質量要求的提高，很多脊柱內固定融合術后患者經過病例隨訪，有鄰近節段加速退變現象等嚴重并發癥，造成其生活質量不高[2]。人工腰椎間盤置換術當前在臨床上得到廣泛應用，國內外病例隨訪效果也比較良好[3-4]。然而，人工腰椎間盤材料特性與正常人體腰椎間盤還有較大的差異，可能會出現排斥與不適應情況。為此針對鄰近節段腰椎終板應力的研究有助于了解植入后鄰近節段腰椎退變發生的生物力學情況[4]。本文為此通過實驗探討了腰椎間盤置換術后對鄰近節段腰椎終板的生物影響，現報道如下：

1 材料與方法

1.1 標本來源

選用4 具新鮮成人腰椎（L2～S1）節段標本，死亡年齡最小24歲，最大46歲，平均32.5歲。 入選標準：均為意外死亡患者，經過腰椎正側位X線攝像檢查，排除嚴重并發癥，在標本上下端利用聚甲基丙烯酸甲酯進行包埋固定；-20℃冰箱中保存，實驗前取出室溫下解凍。

1.2 實驗假體

采用SMH-1 型人工腰椎間盤（國家專利號：97243345）。由一塊由高分子聚乙烯加工制成的塑料滑動人工髓核與兩塊鈦合金屬上下人工終板組成。本實驗將應用7 mm高度的塑料髓核材料與L4/5型號金屬終板對測試成人腰椎標本進行腰椎間盤髓核摘除術與人工腰椎間盤置換術操作。實驗前室溫下解凍腰椎節段標本24 h，利用L4/5節段運動單位作為手術節段，從而測量上鄰近L3/4腰椎測試節段椎間盤的上下腰椎軟骨終板的應力情況，制作具備可靠性良好的鄰近節段腰椎終板實驗模型。

表1 不同手術對 L3/4腰椎終板應力變化（±s，°，n=4）

表1 不同手術對 L3/4腰椎終板應力變化（±s，°，n=4）

方法 終板 5 mm 15 mm 25 mm 35 mm正常腰椎間盤腰椎間盤置換術腰椎間盤摘除術上終板下終板上終板下終板上終板下終板0.812 ±0.123 0.582 ±0.102 0.838 ±0.051 0.646 ±0.236 0.863 ±0.285 0.861 ±0.262 0.963 ±0.056 0.668 ±0.062 0.914 ±0.362 0.754 ±0.002 1.036 ±0.625 0.923 ±0.125 0.965 ±0.042 0.852 ±0.032 0.992 ±0.258 1.089 ±0.425 1.338 ±0.0.95 1.139 ±0.852 0.962 ±0.011 0.639 ±0.085 0.909 ±0.362 0.890 ±0.223 1.354 ±0.521 0.969 ±0.010

1.3 實驗方法

在本實驗中，筆者把鄰近節段腰椎終板實驗模型的測試操作通過均分為4個終板應力測試定點，將標本固定于應力測試儀器，模擬脊柱在體運動時軸向后伸、前屈、壓縮、左側側彎和左側轉旋5個不同生理運動，利用壓力傳感器對腰椎終板表面各個應力測試點進行加載測量應力情況。

1.4 手術方法

鄰近L3/4節段腰椎終板盈利標本分別依按正常腰椎間盤、腰椎間盤髓核摘除術、人工腰椎間盤置換術的順序進行測驗比較應力情況。

1.4.1 腰椎間盤髓核摘除術 人工腰椎間盤置換術的手術入路同標準后路椎間盤髓核摘除術，清除殘余肌肉與脂肪后，顯露L4/5節段的黃韌帶和椎板，明確定位手術椎板間隙，利用組織鉗緊密夾住間隙處黃韌帶，從內側沿椎板附著處切開黃韌帶，將黃韌帶與硬脊膜推向前方，切除黃韌帶，然后進入椎管。向上和向下咬除鄰近部分黃韌帶、椎板，顯露硬膜囊與神經根前方的后纖維環與縱韌帶，切開后纖維環與縱韌帶，用合適的髓核鉗摘除椎間盤內髓核組織，從而制成腰椎間盤摘除術后模型。

1.4.2 人工腰椎間盤置換術 人工腰椎間盤置換術采用全腰椎間盤切除并行SMH-1 型人工腰椎間盤假體置換術手術操作，手術入路步驟同腰椎間盤髓核摘除術，用圓頭銼、刮匙、咬骨鉗完全切除前方椎間盤組織，直到軟骨終板，利用椎間撐開器撐開椎間隙然后切除椎間盤組織，修整刮除椎間隙內上下軟骨終板達骨性終板，選擇L4/5型號金屬終板及7mm高度的塑料髓核材料的SMH-1 型實驗假體，撐開椎間隙，確認實驗假體位置和椎間隙高度恢復理想后，縫合纖維環舌瓣，制成人工腰椎間盤置換術后模型。

1.5 統計學方法

測試獲得的腰椎終板應力數據結果均利用SPSS 18.0 統計軟件包進行分析，計量資料數據以均數±標準差（±s）表示，各個應力測試定點間的應力差異分析，兩兩比較分析采用SNK法檢驗，檢驗方法采用多因素方差分析統計，以P<0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 應力變化

在置換術中，筆者測得軸向壓縮下鄰近節段終板平均最大應力均顯示有所增大，與腰椎間盤正常狀態組別比較差異有統計學意義（P<0.05），但是明顯少于腰椎間盤摘除術（P<0.05）。終板測試定點應力差值兩兩比較差異有統計學意義（P<0.05）。 見表1、圖1。

2.2 多因素分析

筆者在多因素的方差分析統計結果，提示鄰近節段應力測試定點、終板類型以及手術方法等不同的變異因素差異有統計學意義（P<0.05）。見表2。

表2 腰椎間盤置換術后對鄰近節段腰椎終板的生物影響多因素方差分析

3 討論

腰間盤相當于一個微動關節，是由透明軟骨板、纖維環和髓核組成，分布在腰椎骨間。腰椎間盤退行性改變或外傷所致纖維環破裂，髓核從破裂處脫出，壓迫腰椎神經，從而出現腰腿放射性疼痛[5]。腰痛是大多數本癥患者最先出現的癥狀，發生率約91%。少數患者只有腿痛而無腰痛，所以說并不是每一個患者一定會發生腰痛。還有一些患者先出現腰痛，一段時間后出現腿痛，同時腰痛自行減輕或消失，來就診時僅主訴腿痛。痛多為刺痛，常伴有麻木、酸脹的感覺節段退變性疾病逐漸引起人們的關注[6]。同時目前對于人工椎間盤置換術后能夠有效預防鄰近節段退變性病變的確切機制還不十分清楚，且尚未見相關課題研究報道[7-8]。當前有研究提示術后超出90%的患者在其上鄰近節段出現退變癥狀，在下鄰節段則無癥狀發生，表明退變癥狀是腰間盤術后比較常見與嚴重的并發癥，多發生于上鄰近節段[8]。但是有學者的研究表明在融合內固定術后，下鄰近節段卻更容易發生退變[9]。而腰椎終板是十分重要的腰椎椎間盤構成組織，無論是在椎間盤本身的傳遞應力載荷等生物特性起明顯影響作用，還是緊密鄰接椎體與椎間盤之間的解剖位置密切關系上有著必然性的影響關系[10]；另外，腰椎間盤是椎間盤退行性疾病導致疼痛的主要部位，當椎間盤退變及功能減退后，過度負荷會轉移至其相鄰結構[11]。本文結果顯示軸向壓縮下鄰近節段終板平均最大應力均顯示有所增大，與腰椎間盤正常狀態組別比較差異有統計學意義（P<0.05），但是明顯少于腰椎間盤摘除術（P<0.05）。鄰近節段應力測試定點，終板類型以及手術方法對對鄰近節段腰椎終板都有明顯的生物影響。也就是說，人工腰椎間盤置換手術后鄰近節段結構生物力學特性研究可能對其長期臨床療效有著重要的臨床意義。

總之，腰椎間盤置換術對上鄰近節段終板應力負荷明顯小于腰椎間盤摘除術，可有效地預防上方鄰近節段加速退變，值得推廣應用。

[1] 劉倚禮.人工腰椎間盤置換術的治療效果回顧和適應證探討[J].中國脊柱脊髓雜志，2006，16（4）：249．

[2] 劉筒禮，黃東生，梁安靖，等.人工腰椎間盤置換對維持腰椎活動度和椎間隙高度的作用[J].中華醫學雜志，2010，85（1）：41-44．

[3] 徐義春，劉尚禮，張美超，等.人工腰椎間盤植入后小關節應力分布的比較研究[J].中國臨床解剖學雜志，2008，23（4）：423-426．

[4] Benneker LM，Heini PF，Alim M，et al.Vertebral endplate marrow contact channel occlusions and intervertebral disc degeneration[J].Spine，2009，30（2）：167-173．

[5] Aiki H，Ohwada O，Kobayashi H，et al.Adjacent segment stenos is after lumbar fusion requiring second operation[J]．J Orthop Sci，2012，10（5）：490-495．

[6] 黃東生.脊柱退變性疾病[M].廣州：暨南大學出版社，2010：65-83．

[7] David T．Long term results of one-level lumbar arthroplasty：minimum 10-year follow-up of the CHARITE artificial disc in 106 patients[J].Spine，2011，32（6）：661-666．

[8] 王新濤，閆景龍，楊顯聲，等.微小顆粒骨移植骨細胞活性的實驗研究[J].中華創傷骨科雜志，2008，3（10）：260-265.

[9] 王金國，吳華，丁曉琳，等.顆粒骨經椎弓根椎體內外植骨融合內固定治療胸腰椎骨折[J].中國骨與關節損傷雜志，2008，9（23）：711-713.

[10] 郭林，趙德偉.難治性人工髖關節置換術后翻修的臨床經驗[J].中國骨與關節損傷雜志，2008，9（23）：723-725.

[11] Kwon BK，Elgafy H，Keynan O，et al.Progressive junctional kyphosis at the caudal end of lumbar instrumented fusion： etiology，predictors，and treatment[J].Spine，2008，31（17）：1943-1951.