微小颗粒骨复合自体骨空心螺纹内固定器用于颈椎椎间融合

　　作者：夏景君，张志鹏，闫景龙，裴刘宝，张砚，安琪 作者单位：哈尔滨医科大学附属第一医院骨外四科，150001;哈尔滨师范大学附属医院;哈尔滨医科大学

　　【摘要】 [目的]研究微小颗粒骨与自体骨空心螺纹内固定器应用于颈椎椎体间融合情况，探讨微小颗粒骨作为一种新的移植材料的成骨特点。[方法]将绵羊18只用环钻行前路C3、4，C5、6双节段间盘切除，并分别植入自体髂骨及充填自体微小颗粒骨于自体皮质骨空心螺纹固定器内。术后行X线、组织学检查及力学测试。[结果]术后3个月实验组椎体间均获骨性愈合，对照组有1例未获得骨性愈合。力学测试显示两组有统计学差异，实验组好于对照组。[结论]自体骨螺纹内固定器内充填自体松质骨颗粒可以替代自体髂骨作为一种新型椎间移植材料;微小颗粒骨在牢固的内固定支持下可以获得较好的脊柱融合。

　　【关键词】 颈椎; 内固定; 微小颗粒骨

　　在颈前路椎间融合中，自体髂骨是常用的移植骨材料。这种植骨方式存在很多弊端，如移植后大部分移植骨发生坏死，移植骨中生长因子得不到释放等等。微小颗粒骨作为一种新的植骨方式，在实验中取得良好效果，在本实验中，将微小颗粒骨与同种异体骨空心螺纹内固定器应用于颈椎椎体间融合。通过研究移植的融合情况，对微小颗粒骨的成骨情况作以评价。

　　1 材料与方法

　　1.1 实验动物

　　地产绵羊18只，平均年龄2～3岁，平均体重30～40 kg。

　　1.2 主要器材

　　外径12～14 mm的环钻。

　　1.3 实验方法

　　1.3.1 自体骨空心螺纹内固定器制备 无菌条件下取绵羊腓骨，剔除软组织及骨膜后反复冲洗，制成外径14 mm外表面带螺纹，长10 mm的中空“固定器”，其壁上等距离钻孔7～8个，酒精脱水24 h，丙酮脱脂24 h，冻干7 d后真空封装。γ射线灭菌24 h后备用。

　　1.3.2 手术方法

　　3%戊巴比妥钠腹腔内注射麻醉后。在无菌条件下，取2髂骨骨条，其中1条置于无菌生理盐水中，缓慢地将其磨成直径300～500 μm的微小颗粒骨材料，另1条待用。

　　麻醉满意后，将实验动物仰卧位固定于手术台上，沿右侧胸锁乳突肌前缘，于气管外做长约10 cm斜形切口，逐层切开，将颈血管鞘牵向外侧，气管食管牵向内侧，于两侧颈长肌中间剥离骨膜显露C3、4，C5、6间隙，分别以环钻切除椎间盘，C5、6间隙制做与“固定器”相匹配的螺纹。于C3、4植入自体髂骨，于C5、6植入自体骨空心螺纹内固定器，内充填自体微小颗粒骨，并压实。确认颈椎植骨稳定后，逐层闭创。术后常规饲养观察，不放置外固定。

　　1.4 观察指标

　　每隔1个月处死6只，进行以下检查：(1)影像学检查：完整取下颈椎摄正侧位X线片;(2)组织学检查：HE染色、光学显微镜观察。3个月标本，行力学测试后再行HE染色，光学显微镜观察;(3)力学测试：用树脂分别固定C3～6游离端，行测试。

　　2 结果

　　2.1 大体观察

　　术后3个月实验组椎体间结合牢稳无活动，对照组亦发生骨性融合。

　　2.2 影像学

　　术后1个月X线片示实验组、对照组移植物结构完整，前者螺纹结构模糊，其间的颗粒骨大部分吸收。

　　术后2个月X线片示实验组结构大部分保存，有不规则新生骨长入其间，另有部分新生骨痂连接上下椎体，对照组大部分吸收，呈高低密度混杂影，有少量骨痂形成，连接上下椎体(图1)。

　　术后3个月X线片示实验组椎体间骨移植处有大量骨痂形成，骨桥连接上、下椎体，对照组骨痂较少(图2)。

　　图1 实验组结构大部分保留，对照组大部分吸收。可见少量骨痂形成(略)

　　图2 实验组形成大量骨痂(略)

　　2.3 组织学

　　2.3.1 术后1个月 实验组：移植骨可见大量空虚骨陷窝。皮质骨轮廓完整。受区间充质细胞及毛细血管长入颗粒骨间并分化成为透明软骨细胞。

　　对照组：自体髂骨内大量骨细胞死亡，边缘有毛细血管长入。

　　2.3.2 术后2个月 实验组：大量软骨细胞长入，微小颗粒骨大部分被吸收(图3)。

　　对照组：软骨细胞长入，但是仍可见大片死骨。

　　图3 微小颗粒骨被大量吸收，大量软骨细胞形成。4×(略)

　　2.3.3 术后3个月 实验组：大部分移植骨被吸收。成熟骨小梁可见，且有一定方向性，可见骨髓腔形成(图4)。

　　对照组：仍可见死骨残留，亦可见骨小梁形成。

　　图4 实验组大部分微小颗粒骨被吸收，形成大量骨小梁。2×(略)

　　2.4 生物力学测试结果

　　测试方法：(1)压缩试验：以30～100 N的垂直压力压缩，重复10次;(2)扭转试验：旋转角度为±3°，扭转力为10 N，重复10次;(3)疲劳试验频率为2 Hz，压力为20～100 N，计3 000次;(4)重复(1)+(2)。记录每次的最大应力值。统计学方法应用t检验。用SPSI软件处理(表1)。

　　表1 羊颈椎的压缩试验与扭转试验结果(略)

　　实验组与对照组疲劳试验前后的压缩试验、扭转试验最大应力有统计学差异(P<0.05)，实验组较对照组愈合牢固。

　　3 讨论

　　颈椎前路减压椎间植骨融合术是治疗颈椎间盘疾病的方法之一。理想的椎体间植入物需要有以下特点：手术操作简单安全、可靠;能够与相邻椎体牢固、可靠地融合;具有良好的生物相容性;具有足够的抗破坏强度和抗疲劳强度;可促进成骨，可促进间质干细胞分化为活跃的成骨细胞;有骨诱导性，可作为新骨形成的支架。目前较为常用的为自体髂骨移植，但它存在很多缺点，移植骨内大部分细胞死亡，无法参与成骨过程。移植骨的块状结构妨碍新骨的长入，阻碍移植骨中生长因子的释放等等。

　　针对以上缺点，颗粒状植骨应运而生，颗粒骨的应用始于20世纪70年代的“SloofLing技术”[1]，骨粒的直径在2～4 mm之间，主要应用于需要髋关节翻修而且存在大量骨缺损的患者。这种术式取得了良好的临床效果。传统的观点认为，植骨块越小，成骨能力越差。但刘好源等[2]人将兔的自体骨泥(以手摇钻或电钻作用于骨质产生的骨碎屑)植入兔的股四头肌内，免疫组化检查证明其有良好的成骨活性。

　　在此基础上，夏景君等[3]设计了微小颗粒骨(直径在300～500 μm)。在其后实验证实，微小颗粒骨在骨诱导方面强于块状骨，它的结构有利于骨内细胞的存活。张滨[4]、王宏伟[5]、侯占江[6]等人证明微小颗粒骨较其它直径的植骨，具有成骨能力强，释放生长因子量大、持续时间长，骨内有更多的骨细胞存活、吸收迅速、替代完全，并且可以起到骨化中心的作用等优点。

　　本实验组织学结果示实验组微小颗粒骨较对照组吸收快、完全，血管长入快，骨小梁形成规则，且具有愈合牢固的特点，是一种良好的脊柱融合材料。

　　但微小颗粒骨有组织结构松散的缺点，当进行需要一定强度结构的植骨时，显然很不适合，因此，在实验中应用了同种异体骨的螺纹内固定器。内固定器具有螺纹，可自稳于上下终板内，置入时的撑开力可使椎间盘纤维环、前后纵韧带处于张力状态，后者又有助于稳固内固定器。螺纹内固定器的螺纹与椎体骨接触面积大，且表面粗糙，不易滑动，能提供即时固定。而且因其水平置于椎间，依靠其坚强的皮质骨支撑椎间隙，有效地保持了颈椎的生理弯曲，相当一段时间内维持椎间高度，远期椎间高度丧失较自体松质骨少。

　　自体骨空心螺纹内固定器壁上有孔，有利于血管长入。移植骨能够获得更多的营养成分，骨细胞的存活量也必然增加，有利于微小颗粒骨作用的发挥，有利于骨愈合过程。

　　术后2个月，X线片示实验组同种异体骨轮廓大体完整，但已有新骨形成，连接上下椎体，其间有新生骨长入，这提示皮质骨吸收较缓慢，结构较完整，其支架作用得以保持。

　　本研究结果提示，同种异体皮质骨力学强度的优越性与自体微小颗粒骨的优势相结合，一方面明显避免了术后相当长时期内因骨质吸收塌陷所造成的椎间隙狭窄，另一方面可靠地获得骨性融合，远期获得生物稳定效果，力学测试证实两组间有统计学意义上的差异，表明微小颗粒骨组融合程度强于髂骨组。

　　综上所述，同种异体骨螺纹内固定器内充填自体松质骨颗粒可以替代自体髂骨作为一种新型椎间移植材料，微小颗粒骨在内固定支持下可以获得较好的脊柱融合。

　　【参考文献】

　　[1] Magnus T.The morselized and impacted bone graft：animals experiments on proteins，impaction and load[J]. Acta Orthop Scand，2000，71(1)：1-35.

　　[2] 刘好源，童兴杰，应可满，等.自身骨泥成骨活性的实验研究[J].中国矫形外科杂志，1999，6(6)：440.

　　[3] 夏景君，阎景龙，张志鹏，等.颗粒骨和块状骨对骨髓基质细胞作用的实验研究[J].哈尔滨医科大学学报,2002，36：141-143.

　　[4]张滨，闫景龙，夏景君，等.骨形态发生蛋白在微小颗粒骨诱导成骨过程中的表达[J].中国矫形外科杂志，2004，12(16)：1248-1249.

　　[5] 王洪伟，闫景龙，张滨.微小颗粒骨异位成骨过程中TGF-的表达[J].临床骨科杂志，2004，7(2)：217.

　　[6] 侯占江，闫景龙，付海亮，等.微小颗粒骨异位成骨过程中碱性成纤维细胞生长因子的表达[J].中华创伤杂志,2003，19(12)：734-737.