董 軍，梁寶寶，黃思華，孫 園，楊 曉，張 瑛，刁 攀，臧全金，賀西京*

1.西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院骨科，西安 710004

2.西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院腫瘤科，西安 710004

頸椎次全切除融合術(shù)（ACCF）是治療脊髓型頸椎病、后縱韌帶骨化等疾病的常見(jiàn)術(shù)式，該手術(shù)通過(guò)頸前路將至少1個(gè)頸椎椎體于雙側(cè)鉤椎關(guān)節(jié)以內(nèi)進(jìn)行部分切除，直達(dá)后縱韌帶、硬膜，以實(shí)現(xiàn)對(duì)脊髓或神經(jīng)根的徹底減壓［1］。為重建頸椎的生物力學(xué)穩(wěn)定性，在完成前路充分的減壓后需置入鈦籠或自體骨塊至上述減壓槽內(nèi)，重建術(shù)后椎體的支撐功能，并將上下鄰近椎體通過(guò)鈦板固定，以期在后期實(shí)現(xiàn)頸椎的骨性融合［2］。因此，患者接受ACCF后也必然喪失至少2個(gè)節(jié)段的運(yùn)動(dòng)功能［3］。既往研究［4-6］發(fā)現(xiàn)，頸椎的C1/C2節(jié)段主要完成大部分的頸椎旋轉(zhuǎn)功能，頸椎的C3/C4/C5/C6/C7節(jié)段除了完成部分旋轉(zhuǎn)功能外更重要的是要實(shí)現(xiàn)前屈、后伸、左右側(cè)曲及多維度的耦合運(yùn)動(dòng)。ACCF需要將2個(gè)相鄰運(yùn)動(dòng)節(jié)段進(jìn)行融合，這將對(duì)頸椎的正常活動(dòng)產(chǎn)生顯著影響［7-8］。有研究［9］發(fā)現(xiàn)，ACCF術(shù)后不僅導(dǎo)致融合節(jié)段的活動(dòng)度（ROM）消失，更在一定程度上增加了加速鄰近節(jié)段退行性變的風(fēng)險(xiǎn)，使患者后期面臨二次手術(shù)的可能。

有學(xué)者在人工頸椎椎間盤（ACD）置換術(shù)中通過(guò)保留椎間隙的運(yùn)動(dòng)功能使患者術(shù)后頸椎ROM得到最大程度的恢復(fù)［10-11］，但局限于其未重建椎體的有效高度，ACD無(wú)法應(yīng)用于ACCF。為此，本課題組設(shè)想通過(guò)設(shè)計(jì)一種能夠兼顧重建頸椎椎體高度和保留椎間運(yùn)動(dòng)功能的假體，以突破頸椎次全切除術(shù)后必須通過(guò)將上下鄰近椎體融合而導(dǎo)致椎間ROM喪失這一困境。本課題組設(shè)計(jì)了一種用于頸椎次全切除后的可動(dòng)人工頸椎（ACV）假體［12］，前期的體外生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究［13］表明，ACV在植入頸椎標(biāo)本后能保留相應(yīng)節(jié)段ROM。為深入了解ACV植入活體的可行性，本研究對(duì)山羊?qū)嵤〤4次全切除術(shù)，并將ACV植入C4，觀察ACV是否具備重建活體動(dòng)物椎體高度、恢復(fù)頸椎ROM的功能。

1 材料和方法

1.1 動(dòng)物、儀器和軟件

雄性山羊（西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院外科動(dòng)物中心；許可證號(hào)：XJTULAC2014-405）；山羊用ACV假體若干套；電動(dòng)吸痰器、電動(dòng)負(fù)壓吸引器（江西北環(huán)實(shí)業(yè)有限公司），常規(guī)手術(shù)器械及耗材；X線機(jī)（QDR-2000型；Hologic，美國(guó)），雙軸伺服液壓控制生物材料測(cè)試機(jī)（MTS 858型；MTS，美國(guó)），光電子三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)（Optotrak Certus型；NDI，加拿大）；MTS操作工作站，Optotrack Certus工作站，Matlab 軟件。

1.2 ACV假體

ACV包括椎體部、2個(gè)椎間盤部件、4枚椎體固定釘，椎體部和椎間盤部之間有球窩關(guān)節(jié)（圖1）。椎體部上下面頂端有一個(gè)球窩結(jié)構(gòu)與椎間盤部的核心形成關(guān)節(jié)。椎體部側(cè)面中部有5個(gè)大小不一的貫通孔，為植骨處。椎間盤部件下面的中部設(shè)有一中心高度為1 cm的圓頂關(guān)節(jié)頭結(jié)構(gòu)，被椎體部的淺球窩關(guān)節(jié)包繞，兩者形成關(guān)節(jié)，假體的可動(dòng)性即體現(xiàn)在此。椎間盤部的前側(cè)有一個(gè)豎直的椎體固定板，固定板上有2個(gè)螺釘固定孔，孔道的方向與圓板呈斜向上角20°，2枚螺釘將椎間盤部固定于相應(yīng)椎體。椎體部側(cè)面和圓板上表面的終板結(jié)構(gòu)為磨砂粗糙樣。椎間盤部件的固定螺釘為前端尖頭的自攻螺釘，螺釘直徑為3.0 ～ 3.5 mm，固定螺釘?shù)慕菝倍吮绕浼舛寺源?。椎體部長(zhǎng)40 ～ 45 mm，橫徑為14 mm；上椎間盤部的圓板與豎直的椎體釘固定板之間角度為84°，下椎間盤部的圓板與豎直的椎體釘固定板之間角度為100°，以便與相應(yīng)椎體終板密切貼合；上下椎間盤表面有倒齒結(jié)構(gòu)，利于骨的成形。假體的椎間盤部和椎體之間在前屈、后伸、左右側(cè)曲方向上各有6°的ROM，在軸向上有360°的ROM。

圖1 山羊用ACV假體系統(tǒng)Fig. 1 ACV prosthesis system for goat

1.3 模型建立

6只山羊用于建立頸椎次全切除術(shù)后減壓非融合模型（模型組）。山羊術(shù)前禁食48 h、禁飲8 h。取仰臥位，頸部適當(dāng)墊高后用碘伏棉球消毒頸部皮膚，經(jīng)耳緣靜脈推注硫噴妥鈉溶液（0.01 g/mL）。麻醉生效后，行X線檢查排除頸椎骨性結(jié)構(gòu)異常。消毒、鋪巾后取右側(cè)縱行切口分離頸部肌肉及軟組織，暴露C3～5；以C3和C5正中嵴作為標(biāo)志，在嵴上分別置入椎體撐開(kāi)釘各1枚，咬除C4部分骨質(zhì)，行椎體次全切除術(shù)。用髓核鉗摘除C3/C4和C4/C5椎間盤，使減壓槽的大小約為40 mm×15 mm×12 mm并保留咬除的骨質(zhì)。在體外組裝好ACV假體后，將上述骨質(zhì)用咬骨鉗咬碎后植入假體側(cè)面的貫通孔中，將假體植入減壓槽內(nèi)，分別于C3、C5置入椎體固定螺釘各2枚（圖2）。術(shù)中進(jìn)行肌電圖監(jiān)護(hù)。

圖2 ACV植入山羊C4 Fig. 2 Process of implanting ACV into goat C4

1.4 影像學(xué)檢查

分別于術(shù)前及術(shù)后3 h行X線檢查，測(cè)量節(jié)段性Cobb角（SCA）和頸椎Cobb角（CCA），測(cè)量方法見(jiàn)圖3。

圖3 山羊頸椎手術(shù)前后SCA和CCA測(cè)量Fig. 3 Measurements of SCA and CCA before and after operation

1.5 頸椎ROM測(cè)量

選取同一飼養(yǎng)條件下年齡和體質(zhì)量相匹配的正常山羊6只作為對(duì)照組。模型組和對(duì)照組山羊均按照西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)指導(dǎo)章程規(guī)定進(jìn)行安樂(lè)死，經(jīng)頸部前方咽下做橫行切口，切開(kāi)皮膚，離斷肌肉、食管、氣管至枕頸結(jié)合處，切開(kāi)枕頸關(guān)節(jié)囊及周圍韌帶。分離C7～ T1處肌肉軟組織，仔細(xì)剔除標(biāo)本附著的脂肪、肌肉等軟組織，保留關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)和周圍韌帶的完整性。將所得標(biāo)本置于密封塑料袋中，保存于-20℃恒溫實(shí)驗(yàn)冰箱內(nèi)。

生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前24 h將標(biāo)本放在裝有相變蓄冷劑的泡沫保溫盒內(nèi)緩慢解凍，并用干燥紗布吸除表面多余水分。用若干長(zhǎng)度約為30 mm的螺釘將標(biāo)本的C1與C2、C6與C7分別固定。將標(biāo)本一端置于包埋缸內(nèi)，保持標(biāo)本豎直且位于包埋缸的中心位置。將N-（3-二甲基氨基丙基）-1，3-丙二胺和雙酚A-（環(huán)聚氯丙烷）環(huán)氧樹(shù)脂按照1∶1充分混合后傾倒于包埋缸內(nèi)，注意保持標(biāo)本靜止且豎直；待上述包埋劑凝固后，將標(biāo)本固定于MTS生物材料測(cè)試機(jī)上，然后再固定另一端，使標(biāo)本最終位于2個(gè)包埋缸的中心位置。待包埋劑凝固后，連同包埋缸取下標(biāo)本，分別將含有4個(gè)發(fā)光二極管的標(biāo)記點(diǎn)緊密固定于C4、C5、C6和C7（共16個(gè)，圖4）；該發(fā)光二極管能主動(dòng)發(fā)出紅外光，測(cè)試過(guò)程中其空間位置能被Optotrack Certus捕捉并記錄。

圖4 新鮮山羊頸椎標(biāo)本頸椎ROM測(cè)試Fig. 4 ROM testing of fresh goat cervical specimen

分別調(diào)試MTS操作工作站和Optotrack Certus工作站；調(diào)試完畢后將標(biāo)本固定于MTS測(cè)試機(jī)上，標(biāo)本尾端固定（C6/C7），MTS機(jī)于頭端（C1/C2）施加1.5 N·m的力矩，使標(biāo)本產(chǎn)生前屈后伸、左右側(cè)曲、左右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；在標(biāo)本被動(dòng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，MTS測(cè)試機(jī)記錄力矩和標(biāo)本整體瞬時(shí)角度的變化，Optotrack Certus記錄發(fā)光二極管的瞬時(shí)空間位置；瞬時(shí)空間位置經(jīng)Matlab程序轉(zhuǎn)換為椎體ROM。MTS測(cè)試機(jī)施加5個(gè)循環(huán)，選取每具標(biāo)本后3個(gè)循環(huán)平均值作為測(cè)量結(jié)果。在測(cè)試過(guò)程中用濕生理鹽水紗布包裹標(biāo)本，保持標(biāo)本濕潤(rùn)。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料以±s表示，組內(nèi)手術(shù)前后數(shù)據(jù)比較采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，組間數(shù)據(jù)比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)或非參數(shù)檢驗(yàn)；以P＜ 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 模型建立情況

模型組山羊年齡為（18.0±1.6）個(gè)月，體質(zhì)量為（33.2±3.8）kg；對(duì)照組山羊年齡為（17.8±1.2）個(gè)月，體質(zhì)量為（33.5±3.1）kg。2組山羊年齡和體質(zhì)量差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞ 0.05），具有可比性。模型組手術(shù)過(guò)程順利，硫噴妥鈉使用量為（46.8±16.2）mL，出血量為（286.7±101.7）mL，液體輸入量為（2 005.8±616.2）mL，手術(shù)時(shí)間為（140.5±26.5）min。麻醉恢復(fù)后山羊均二便正常，四肢無(wú)功能障礙，完全站立后腹脹短期內(nèi)消失且飲食正常；術(shù)后14 d傷口完全愈合，無(wú)傷口及肺部感染征象。

2.2 影像學(xué)檢查結(jié)果

模型組山羊術(shù)后頸椎X線檢查證實(shí)ACV植入在C4水平，假體尺寸合適、位置良好，未見(jiàn)假體脫位或斷裂（圖5）。術(shù)前SCA和CCA分別為10.8°±0.9°和21.8°±0.5°，術(shù)后SCA和CCA分別為10.7°±0.9°和21.5°±1.5°，手術(shù)前后SCA和CCA差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞ 0.05）。

圖5 ACV植入術(shù)后X線片F(xiàn)ig. 5 Roentogenographs after ACV implantation

2.3 頸椎ROM

術(shù)后6個(gè)月，2組頸椎標(biāo)本ROM測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。C2/C3左側(cè)曲、C3/C4右側(cè)曲和右旋、C4/C5前屈和左旋、C2/C5右旋，組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜ 0.05），其他方向ROM差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞ 0.05）。

表1 模型組和對(duì)照組頸椎ROMTab.1 Cervical ROM of model and control groups n=6，±s

表1 模型組和對(duì)照組頸椎ROMTab.1 Cervical ROM of model and control groups n=6，±s

注：*與對(duì)照組比較，P ＜ 0.05。Note：* P ＜ 0.05，compared with control group.

右旋/（°）Right rotation/（°）C2/C3 對(duì)照Control -1.63±0.57 1.73±0.89 2.71±0.40 -1.82±0.16 0.42±0.11 -1.19±0.05模型Model -2.35±0.81 2.11±1.73 1.62±0.43* -1.23±1.13 0.66±0.46 -1.06±0.46 C3/C4 對(duì)照Control -3.15±0.75 1.65±0.70 1.14±0.02 -1.41±0.78 1.79±0.58 -2.76±0.13模型Model -3.22±0.84 2.07±1.29 1.60±0.62 -0.32±0.26* 1.05±0.46 -1.40±0.49*C4/C5 對(duì)照Control -1.70±0.57 2.27±0.84 1.38±0.07 -1.06±0.03 0.92±0.11 -4.50±0.03模型Model -2.44±0.21* 2.82±0.48 1.60±0.34 -1.10±0.42 1.50±0.46* -3.80±0.87 C2/C5 對(duì)照Control -5.90±1.40 5.10±1.10 5.00±0.33 -4.40±0.39 2.20±0.16 -7.80±0.08模型Model -7.01±0.96 6.00±1.60 4.40±1.90 -3.10±1.70 3.10±0.63 -5.50±0.87*分組Group前屈/（°）Flexion/（°）后伸/（°）Extension/（°）左側(cè)曲/（°）Left lateral bending/（°）右側(cè)曲/（°）Right lateral bending/（°）左旋/（°）Left rotation/（°）

3 討 論

對(duì)于頸椎非融合假體而言，假體植入后不僅需要完成重建椎體及椎間盤高度，同時(shí)還需重建頸椎生物力學(xué)穩(wěn)定性，為后期脊髓及神經(jīng)功能的恢復(fù)提供良好的環(huán)境。考慮到山羊與人頸椎解剖學(xué)上的差異，本課題組設(shè)計(jì)了專用于重建山羊頸椎次全切除術(shù)后非融合的ACV假體。其基本構(gòu)造與人用假體類似，同樣具有淺球窩關(guān)節(jié)，能完成前伸后屈、左右側(cè)曲方向上6°的運(yùn)動(dòng)及軸向上360°的旋轉(zhuǎn)。與人用假體所不同的是，為充分估計(jì)山羊頸椎椎間隙的特殊性，該假體系統(tǒng)的上下椎間盤部的螺釘固定板與終板分別呈一定角度，以使假體與上下椎體緊密貼合。另外，4枚椎體自攻釘?shù)拈L(zhǎng)度相對(duì)人用螺釘較長(zhǎng)，具有更強(qiáng)的把持力。本研究中椎間盤部前方設(shè)計(jì)有類似鋼板的結(jié)構(gòu)，通過(guò)上下4枚螺釘將ACV的椎間盤部固定于C3和C5，使ACV的運(yùn)動(dòng)部分位于C3/C4、C4/C5椎間隙。

X線檢查顯示山羊術(shù)前和術(shù)后SCA和CCA差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示ACV植入后對(duì)山羊頸椎曲度無(wú)明顯影響。術(shù)后山羊生命體征平穩(wěn)并能正常進(jìn)食、飲水，說(shuō)明山羊食管和氣管通暢，提示手術(shù)過(guò)程安全。根據(jù)脊柱的三柱理論，前中柱為脊柱的主要穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)［14］，因此，完成前中柱的重建是維持脊柱生物力學(xué)穩(wěn)定性的主要手段。術(shù)后X線檢查可見(jiàn)ACV的尺寸合適、位置正確，提示前中柱得到重建。

術(shù)后頸椎ROM測(cè)試提示模型組各節(jié)段各方向ROM與對(duì)照組基本類似，提示該假體能在很大程度上保留頸椎活動(dòng)功能。但同時(shí)在某些方向上，模型組存在ROM不足或偏大的情況。造成模型組中C2/C3左側(cè)曲、C3/C4右側(cè)曲和右旋的ROM低于對(duì)照組的原因可能為假體可動(dòng)部分被軟組織包繞，使假體球窩內(nèi)存在軟組織嵌入，這在后期的標(biāo)本解剖過(guò)程中得到證實(shí)；而C4/C5前屈和左旋ROM高于對(duì)照組的原因是假體在植入過(guò)程中可能沒(méi)有完全放置到椎體正中，使假體的可動(dòng)部分在1.5 N·m測(cè)試條件下呈現(xiàn)輕度半脫位狀態(tài)，提示假體需進(jìn)一步改進(jìn)，且在手術(shù)過(guò)程中力爭(zhēng)精準(zhǔn)安放。同時(shí)，結(jié)果還顯示模型組C2/C5右旋ROM低于對(duì)照組，其可能原因：①頸椎實(shí)際活動(dòng)過(guò)程是多方向上的耦合運(yùn)動(dòng)，假體長(zhǎng)期體內(nèi)植入后可能存在輕度松動(dòng)，造成假體位置偏斜；②假體植入后局部椎間隙可能存在骨贅，后者影響了個(gè)別節(jié)段的ROM，這在后期標(biāo)本解剖過(guò)程中得到證實(shí)。

綜上所述，本研究通過(guò)植入一種既能重建頸椎穩(wěn)定性又能保留椎間運(yùn)動(dòng)功能的ACV，成功建立了頸椎次全切除減壓非融合山羊模型。對(duì)該模型的術(shù)后影像學(xué)評(píng)估發(fā)現(xiàn)，術(shù)后頸椎解剖徑線無(wú)顯著變化，提示該假體能在椎體次全切除術(shù)后重建頸椎的高度且對(duì)相應(yīng)節(jié)段的脊髓無(wú)損傷。術(shù)后頸椎ROM測(cè)試發(fā)現(xiàn)，假體植入后可很大程度上保留頸椎椎間的活動(dòng)功能，但同時(shí)在某些方向上存在ROM不足或偏大的情況，提示后期假體需進(jìn)一步改進(jìn)。本研究存在以下不足，為靈活掌握術(shù)中前路固定螺釘?shù)姆较颍撓到y(tǒng)的前路固定螺釘采用了非自鎖式固定螺釘，該固定方式有螺釘拔出的風(fēng)險(xiǎn)，后期需進(jìn)一步改善假體的固定方式；本研究?jī)H采用X線檢查評(píng)價(jià)假體植入的功能，今后還需長(zhǎng)期觀察并動(dòng)態(tài)了解內(nèi)固定和脊髓之間的關(guān)系。