上胸椎手術入路及生物力學研究現狀

覃文航，張世進，羅遠國，施冬冬

(1.覃塘區人民醫院骨科，廣西 貴港 537100；2.解放軍923醫院骨科，廣西 南寧 530000)

0 引言

上胸椎指第一胸椎至第四胸椎(T1-T4)的節段范圍，由于此處解剖學毗鄰復雜，其疾病如骨折、腫瘤、結核等，雖少見但不易處理[1-2]，該節段的手術入路是所有脊柱手術方式中最多的。本文將從上胸椎手術發展史、解剖特點、脊柱節段模型、生物力學研究方面進行綜述，以供臨床及基礎實驗研究參考。

1 上胸椎手術的發展

脊柱手術入路可簡單分為前、后入路以及前后聯合入路三種手術方式。早期上胸椎手術的開展是建立在安全操作的基礎上的，對于病灶的顯露及處理以減輕脊髓壓迫、緩解癥狀為主。1815年Hayward最先采用經椎板切除術來治療胸椎骨折，但患者在術后不久死于手術并發癥[3]。此后，Smith[4]對一位因上胸椎椎體骨折導致不全癱的患者，首次開展后路全椎板切除術并獲得成功。后方入路被最早應用到上胸椎疾病手術治療當中，Potts[5]在19世紀70年代提出經后方入路椎旁引流，可以起到緩解結核膿腫對椎管壓迫的效果，有學者[6]在其基礎上進行改良，采用肋橫突切除術來達到減壓目的。Hadra和Holdsworth等[7-8]通過鋼絲和棘突鋼板固定胸椎，達到了促進融合和維持脊柱穩定的目的。后來脊柱三柱理論逐漸為外科學者所接受，同時伴隨脊柱內固定材料的創新和改進，恢復力學穩定得到了廣泛認可，1962年Harrington[9]等在治療側彎時選擇用脊柱凹側撐開和凸側加壓的內固定方式，被人稱為Harrington系統，最危險的并發癥是過度牽引以致脊髓牽拉損傷而發生截癱。1983年Cotrel和Dubousset運用新式鉤棒矯形內固定系統提出脊柱三維矯形理論，推動了脊柱外科手術巨大進展，即CD系統。CD系統在脊柱側凸、骨折移位治療、椎體及附件病灶切除及其他重建脊柱生物力學穩定性上具有里程碑意義[10]。1959年Boucher[11]首次利用椎弓根螺釘技術成功進行了脊柱融合，椎弓根螺釘技術逐漸成為脊柱外科史上發展最迅速的技術。椎弓根螺釘內固定系統對重建脊柱三柱力學穩定性及復位效果等方面上佳，但由于胸椎椎弓根解剖結構細小，毗鄰復雜，胸椎椎弓根螺釘技術學習進展曲線較慢[12]。前路手術使脊柱外科醫生能夠很好地觀察胸椎前、椎體、椎間盤、椎管和神經根。該方法目前用于上胸椎椎間盤疾病、椎體骨髓炎或椎間盤炎、椎體骨折和腫瘤的手術治療，可適當減壓和脊柱穩定[13]。上胸椎經胸前路手術入路的報道最早于治療胸椎結核[14]，隨著抗癆藥物問世，病例數量的下降導致對前路手術的需求減少。1957年Cauchoix等[15]人的研究證實，從胸骨正中縱向劈開，可以顯露上胸椎前方，適用于T4-T5椎體節段病變，能夠充分暴露術野，但因手術創傷大，術中出血較多，術后恢復慢，并發癥多的緣故，并不輕易為人們所接受。1995年Gieger為有局限性椎體疾病的患者提供了一種簡單的頸椎前路手術方法，其中以中線腹側減壓為手術目標，采用經下頸椎低位前方入路，易于實現向椎旁關節的側向暴露，但下位椎體的暴露程度被縱隔大血管限制在T3[16]。對于脊柱腫瘤而言，尤其是上胸椎節段的視野顯露是脊柱手術的難點之一，1997年Comey等認為對于病變在上胸椎T3以下者不適宜此法[17]。行頸椎低位前方入路時，術前需仔細評估胸椎切跡所對椎體水平，當胸椎切跡距離病灶椎體遠時，可以適當延長切口直至充分顯露術野，此法能充分減壓和重建脊柱穩定，缺點在于術中容易出現喉返神經牽拉損傷[18]。閆亮等[19]人采用前路、后路或前后路聯合手術治療的83例頸胸段脊柱疾病，所有患者術后1年內植骨部位均達到骨性融合，生物力學穩定，內固定牢固，提示頸胸段脊柱疾病的三種手術治療策略均安全有效。有人認為前后聯合入路對內固定穩定性影響較小，可降低術后植入器械相關的并發癥[20]。前后聯合入路對椎體復位及神經功能恢復具有明顯改善作用，與單一前路或后路手術比較，效果更優[21-23]。也有人認為前后聯合入路與單一入路取得的臨床效果類似，甚至聯合入路所需手術時間、出血量、后期康復功能鍛煉等并不具有明顯優勢[24-25]。從AO原則來講，理論上源自前方的壓迫應選擇前路減壓，但臨床中仍建議選擇術者更為熟練的入路來操作。

2 上胸椎解剖學特點

2006年肖增明等[1]人從前方入路研究上胸椎與其毗鄰組織結構的解剖關系，在20例福爾馬林處理后的人尸體上胸椎節段附近研究，按經典前路劈胸術式暴露血管、神經、椎體，觀察上胸椎周鄰重要組織走行及其與椎體前緣之間距離，結果頭臂干外側間隙入路可顯露至T3椎體下緣(約占95%)，從頭臂干內側間隙入路至T3椎體以下視野顯露較小(只占45%)。從上腔靜脈與升主動脈之間的間隙雖可暴露T4椎體前緣，但術野不開闊。喉返神經右側支由迷走神經發出平T1、T2椎體高度，穿經鎖骨下動脈下緣內上斜行，平C7/T1間盤上方進入氣管食道溝。上腔靜脈引出的左頭臂靜脈可平T3椎體(約占55%)。主動脈弓最高點約4/5在T3-4椎間盤平跨椎體前緣。約3/4的胸導管會在T1椎體到T1/2椎間盤水平進靜脈角。由此可見頭臂干外側間隙入路暴露T3和T4椎體較容易，且比頭臂干內側間隙相比可多顯露半個或一個椎體節段。值得一提的是，經此間隙入路需注意的是迷走神經心支，右側T1處注意保護右喉返神經，左側則注意保護胸導管。2008年吳銳輝等[26]的研究為改良肩胛深層入路顯露上胸椎提供了解剖學依據，按雙側肋骨切口高度水平把21具福爾馬林處理后的人類脊柱模型，隨機分為右高左低、左高右低及低位切口3組；按改良肩胛深層入路，從皮膚進入胸腔顯露T1-T4椎體，該手術入路皮膚切口長度為(22.88±1.70) cm；從第3肋處，縱向撐開切口范圍為(6.10±0.68) cm，能完整顯露T2到T4椎體節段；如同時切除部分第2肋骨，撐開切口寬度為(8.08±0.93) cm，T1椎體部分到T4椎體；如繼續進一步游離部分第4肋骨，撐開切口寬度可達(8.87±0.73) cm，則可完全顯露T2-T5椎體后側方；當只游離部分第4肋時只能顯露T3-T5椎體，撐開切口寬度平均(6.03±0.53) cm；這種術式的有點在于交感神經干、奇靜脈弓及胸導管等重要組織手術過程中出現在與上胸椎相對恒定的水平，具有創傷小，顯露好，安全性高等可行性。陳前芬等[27]采用腋中線胸腔入路可以良好顯露T2-T5椎體，完成椎體切除、植骨內固定重建胸椎穩定的手術操作。王歡喜等[28]利用解剖學結合放射學，在三維空間上對肋橫突結合區進行研究，他們認為肋橫突結合區的橫徑和深度比椎弓根大，可以在此處置入更長的螺釘。

3 脊柱節段損傷模型的建立

在測試內固定穩定性時需要建立合適的損傷模型。常用的方法是模擬骨折缺損模型，如部分橫向切斷后柱和椎間盤后置回原位，因這種橫向切割未造成縱向失穩現已棄用。WILKE等[29]用手術刀或骨鑿進行椎體、韌帶、間盤內切除做出的骨折模型較為常用。實驗的方法是去除T3椎體，在T2和T4椎體植骨接觸面挖出6-12 mm寬的凹形骨槽將肋骨植入，在T2和T4椎體進行內固定。有研究表明牛羊的脊柱和人類脊柱運動相似，可采用動物實驗來完成脊柱生物力學分析，但人類是直立行走，這與動物始終存在差異[30-31]。不管是在動物還是人類尸體標本模型上，比較前屈/后伸、左/右旋轉、左/右側屈穩定性都是非常困難的，尤其是軸心旋轉不理想[32]。國內外多數學者認為新鮮年輕、骨質健康的人尸體是最理想的標本，高齡骨質及韌帶均有不同程度增生、退變，進行實驗前需對尸體的一般信息(包括年齡、體重、長度、寬度、死亡原因)記錄。福爾馬林固定處理后的骨標本，骨量通常會丟失1/3-1/2，不適于進行加壓、內固定拔出等破壞性強度試驗，Michael等[33]人建議盡可能選取BMD>0.90g/cm2的標本來完成力學測試。對于溫度的要求，Panjabi等[34]通過實驗研究表明新鮮尸體脊柱節段在-18℃左右保存8個月左右不會改變其骨質結構。因此目前國內外基本認為將標本用塑料袋包扎保存在-18℃～30℃之間是安全的，需要應用時提起12-24h室溫消融解凍。

4 上胸椎生物力學研究

隨著材料學、組織工程學和生物力學的迅速發展，新的脊柱內固裝置不斷出現，保護脊髓、促進融合、重建脊柱穩定，為后期恢復功能鍛煉創造了條件。新裝置的研究需通過體外穩定性測試、動物體內試驗，才能取適宜的內固定植入到臨床手術當中。脊柱包括3個活動區(頸椎、胸椎和腰椎)和2個融合區(骶骨和尾骨)，活動節段可進行軸向、側位和矢狀位旋轉以及軸向、側位和前后位平移，因此脊柱被認為具有6個自由度[35]。以往測量三維運動穩定性多采用單一力矩轉動脊柱，利用三維運動掃描儀測量平面運動角度[36]，多國內外對脊柱的力學條件要求可統一建議為：在脊柱單獨方向的力矩加載實驗中，腰椎節段通常建議至少達到7.5 N·m，頸椎節可為2.0-3.0 N·m，而胸椎節段的生物力學測試建議4.0-5.0 N·m[29]。人體脊柱的力學特性可以用載荷-位移曲線來描述，其中包括耦合效應。在三維空間測量椎體位移，曲線顯示胸椎是一個具有耦合運動特征的復雜三維結構，軸向力(壓縮/拉伸)導致了顯著的水平錯位，脊柱運動節段在前屈位時壓縮較拉伸易彎曲。隨著脊柱生物力學的深入研究，脊柱在三維空間內相鄰的兩個椎體和中間的椎間盤即為一個運動單位。體外測量胸椎的運動度的方式通常有兩種即接觸性測量與非接觸性測量，利用感應片或電極測量線位移或角度位移的方式被稱為接觸性測量，而非接觸性測量通過三維運動掃描儀采集位移變化傳輸在計算機上經圖像處理后來測定脊柱空間運動范圍[38]。劉會江等[39]在他們研發的上胸椎前路鈦板內固定裝置，對比現有的頸椎前路Orion鈦板，通過接觸性測量方式測量拔釘實驗，證實了該種上胸椎前路鈦板固定的力學穩定，在拉伸試驗機上通過傳感器測出兩種鈦板的拔釘強度進行對比，上胸椎前路鈦板內固定裝置最大拔出力平均為(1005.11±252.78) N與頸椎前路Orion鈦板內固定裝置拔出力(469.37±142.75) N相比更有優勢，為了進一步研究專門的上胸椎鈦板，他們采用15例新鮮尸體T1-T4節段分成3組(上胸椎前路鈦板內固定組、Orion鈦板折彎內固定組、Orion鈦板不折彎內固定組)，在保持標本外觀形態良好下通過三維6向運動，證實新型上胸椎鈦板在生物力學上具有良好三維運動穩定性[40]。

生物力學實驗在脊柱內固定尤其椎弓根螺釘研究中具有不可替代的地位，通過體內外實驗測試內固定的屈服強度、植入物疲勞度和穩定性，從而判斷其臨床可行性。脊柱后路的椎弓根螺釘系統的可以有效固定前中后柱，理論上應該更符合脊柱重建的生物力學要求，但螺釘生物力學性能主要與螺釘的材質、直徑、長度、螺釘的組合方式及骨骼質量等多種因素相關[41]。付長峰等[42]在旁路法植入胸椎椎弓根螺釘的力學研究中發現，螺釘經橫突、椎弓根旁間隙至椎體，這種情況下螺釘沿椎體矢狀軸拔出強度最低，同經椎弓根入路拔出強度相比平均下降17.4%，螺釘經椎弓根外側皮質表面穿進椎體內與經椎弓根入路相比，螺釘沿椎體垂直方向的拔出力大小會降低，不過相較釘-棒系統而言，鈦板內固裝置在重建脊柱穩定性上面或許會更具優勢。

5 結論

綜上所述，近十幾年來外科手術技術整體發展水平取得不錯的成績，但就上胸椎節段而言，醫師沒有多年的臨床操作積累，是難以實施手術的。對于上胸椎病損，術前影像檢查盡可能做到完善，術前把握定位，結合患者對手術的耐受能力，病變的性質選擇最適宜的手術方式，以達到緩解和治愈患者病痛的目的。力求多學科多中心探索，不斷改良新的方法與技術，從而推動外科手術技術的發展。