聚DL-乳酸融合器对山羊颈椎C3～4节段椎间融合的作用

张君，柴明祥，路坦，孙晓辉，贾金领

(新乡医学院第一附属医院，河南新乡453100)



聚DL-乳酸融合器对山羊颈椎C3～4节段椎间融合的作用

张君，柴明祥，路坦，孙晓辉，贾金领

(新乡医学院第一附属医院，河南新乡453100)

目的 观察聚DL-乳酸融合器(PDLLA cage)在山羊颈椎C3～4节段椎间融合中的作用。方法 将32只成年雌性山羊随机均分为PDLLA cage组、钛合金cage组、自体髂骨组和正常对照组。切除前三组山羊的C3～4椎间盘，分别植入PDLLA cage、钛合金cage和自体三面皮质髂骨。于术后12周，处死所有动物，取C3～4颈椎标本。采用生物力学加载系统的非破坏弹性法测定标本的生物力学，计算1、2、3、4 N·m逐级加载纯力矩进行前屈、后伸、侧屈和旋转后的角位移变化、刚度及活动范围(ROM)。结果 1～4 N·m逐级加载，PDLLA cage组与钛合金cage组前屈、后伸、侧屈和旋转的角位移与正常对照组、自体髂骨组比较差异有统计学意义(P均<0.05)；前屈时，在3、4 N·m负荷PDLLA cage组与钛合金组角位移比较差异有统计学意义(P均<0.05)。旋转和侧屈时，PDLLA cage组及钛合金cage组较自体髂骨组、正常对照组刚度增加(P均<0.05)。PDLLA cage组及钛合金cage组较正常对照组各向量运动的ROM减小(P均<0.05)；侧屈时PDLLA cage组ROM高于钛合金cage组(P<0.05)。结论 PDLLA cage生物相容性好，可为山羊颈椎椎间融合提供较好的初始生物力学稳定性。

颈椎病；聚DL-乳酸融合器；颈椎融合术；生物力学；山羊

颈椎结构较为复杂和特殊，在整个脊柱结构中活动度大，稳定性差，易受损伤。随着生活方式改变及人口老龄化，颈椎病的发病率逐年增加，并呈低龄化趋势，严重危害公众的健康和生活质量[1,2]。颈椎前路减压骨融合术是治疗颈椎病的有效手段，自体骼骨是经典而理想的植骨来源，但存在失血量多、血肿、供骨区疼痛、髂骨骨折等并发症，而同种异体骨或人工骨替代材料又存在感染、免疫排斥反应及融合性差等弊端[3]。目前临床常用的颈椎椎间融合器以钛合金材料为主，具有组织相容性好、强度高等优点，但也存在与椎体接触面积有限、应力相对集中等缺点[4]。聚DL-乳酸(PDLLA)是一类可完全生物降解的脂肪族聚酯类高分子材料，其生物力学特性接近皮质骨，应力遮挡小，能为骨融合创造良好的生物学和生物力学环境[5]。2016年1～6月，本研究将PDLLA融合器植入山羊颈椎，观察其对融合节段的椎间高度、前凸角和椎间角的影响，评价其对颈椎稳定性的影响。

1 材料与方法

1.1 动物分组 成年雌性山羊(四川麻羊)32只，2岁，体质量(30.27±1.42)kg。随机将32只山羊分为四组：PDLLA cage 组、钛合金cage组、自体髂骨组及正常对照组，每组8只。

1.2 融合器制备 采用相对分子质量为800 000、硫化温度为80 ℃、粉末状的PDLLA(四川成都迪康生物材料有限公司)作为PDLLA cage的材料，采用压模成形方法制备，压力500 N，温度80 ℃。采用医用TC4钛合金，以机械加工方法制备钛合金cage，弹性模量为110 GPa。cage主体均为箱形，包括上、下两个翼板，尺寸为5 mm ×12 mm×14 mm。自体三面皮质髂骨厚度5 mm，深度12 mm。

1.3 手术方法 正常对照组不作任何处理，其余三组术前1 d及术中给予青霉素240万U肌内注射，4次/d。用咪唑安定10 mg、芬太尼0.1 mg静脉诱导麻醉，戊巴比妥钠维持麻醉。麻醉后，于山羊颈部右前外侧纵行切口，分离筋膜，暴露颈长肌，采用Caspar撑开器撑开椎间隙，摘除C3～4髓核，刮除软骨终板，保留软骨下骨，植入PDLLA cage(PDLLA cage 组)和钛合金cage(钛合金cage组)，cage主体空腔内植入，以两枚螺钉固定于上、下椎体。自体髂骨组取自体三面皮质髂骨植入。三组植入后，采用生理盐水冲洗切面，逐层缝合，最后采用无菌敷料包扎。术后12周，在戊巴比妥钠全麻下注射氯化钾将山羊处死，取出C3～4节段，去除周围肌肉组织，保留韧带，待测。

1.4 颈椎生物力学检测 采用生物力学加载系统(四川大学生物力学试验室研究设计)，利用非破坏弹性法对标本的生物力学进行测定。该系统模拟颈部的生理性活动，采用滑轮系统进行加载，颈椎标本产生前屈、后伸及左右侧屈，采用扭矩传感器自动装置加载标本的左右扭转活动。最大力矩为4 N·m，采用3次最大力矩-零周期方式对预先准备的标本进行预加载，减少标本的黏弹性。各组采用1、2、3、4 N·m逐级加载，检测最大力矩时C3相对于C4的角位移变化。计算样本颈椎刚度，颈椎刚度=力矩变化(N·m)/角位移增量(°)。本研究中力矩变化以最大加载为4 N·m和最小加载为1 N·m的差值，力矩变化为3 N·m；角位移增量=4 N·m的角位移-1 N·m的角位移。计算颈椎活动范围(ROM)，ROM=椎体在零载荷时与中立位之间的位移+椎体最大载荷时与零载荷之间的位移。

2 结果

2.1 四组不同向量角位移变化比较 在1～4 N·m逐级加载时，与正常对照组相比，自体髂骨组在后伸和侧屈两种向量的角位移(P均<0.05);PDLLA cage组和钛合金cage组在前屈、后伸、侧屈和旋转各向量的角位移与正常对照组、自体髂骨组比较差异有统计学意义(P均<0.05)。在前屈和后伸时，PDLLA cage组和钛合金cage组间角位移各级加载差异均无统计学意义(P均>0.05)；侧屈时，两组各级加载比较差异有统计学意义(P均<0.05)；前屈时，在3、4 N·m加载时，两组角位移变化比较差异有统计学意义(P均<0.05)。见表1。

2.2 四组不同向量刚度比较 旋转和侧屈加载时，与自体髂骨组及正常对照比较，PDLLA cage组及钛合金cage组刚度增加，差异有统计学意义(P均<0.05)；PDLLA cage组与钛合金组比较差异无统计学意义(P均>0.05)。前屈和后伸时各组刚度比较差异无统计学意义(P均>0.05)。见表2。

2.3 四组不同向量ROM比较 各向运动时，PDLLA cage组及钛合金cage组的ROM低于自体髂骨组和正常对照组，比较差异有统计学意义(P均<0.05)；侧屈时PDLLA cage组的ROM高于钛合金cage组(P<0.05)，在前屈、后伸及旋转时两组比较差异无统计学意义(P均>0.05)。见表3。

表1 四组不同向量角位移变化比较±s)

注：与正常对照组同向量比较，aP<0.05；与自体髂骨组同向量比较，bP<0.05；与钛合金cage组同向量比较，cP<0.05。

表2 四组不同向量刚度比较

注：与正常对照组比较，aP<0.05；与自体髂骨组比较，bP<0.05。

表3 四组不同向量ROM比较

注：与正常对照组比较，aP<0.05；与自体髂骨组比较，bP<0.05；与钛合金cage组比较，cP<0.05。

3 讨论

颈椎不稳、椎动脉周围交感神经丛受刺激、双侧基底动脉供血不足是导致颈椎病临床症状的核心环节，通过颈椎前路减压骨融合术增加颈椎的稳定性，可减少继发性交感神经对颈动脉的刺激，是治疗颈椎病的有效手段[6,7]。研究报道，颈椎前路减压融合手术存在移植物吸收、塌陷移位等并发症，严重者甚至会出现不融合或假关节形成，严重影响颈椎病的远期疗效[8]。目前三面皮质髂骨植骨融合术仍是颈椎前路融合的金标准，但取自体髂骨会引起失血量增加、血肿、供骨区疼痛、髂骨骨折及股部感觉异常等问题[9，10]，随着对椎间融合器的不断研究发现，应用cage行椎间融合可以减少术中出血量、减少并发症尤其是取骨处疼痛的发生，并且在手术时间、融合率、优良率等方面与自体骨植骨融合效果相同[11]。

本研究所采用的PDLLA cage是由可被人体吸收的聚合物材料——PDLLA制成，其生物力学特性接近皮质骨，可以100%被人体降解吸收，中间植骨、弹性模量接近人体骨骼。这种生物学材料应力遮挡小，可为骨长入和界面成骨提供适合的生物学环境[12]。本研究结果显示，在1～4 N·m逐级加载时，PDLLA cage组和钛合金cage组在前屈、后伸、侧屈和旋转各向量的角位移变化与正常对照组及自体髂骨组相比，差异有统计学意义。在侧屈时，两组间角位移各级加载差异有统计学意义；前屈时，在3、4 N·m负荷时，两组间角位移变化差异有统计学意义。通过力矩变化及角位移增量计算不同组山羊颈椎的刚度结果显示，与自体髂骨组及正常对照比较，旋转和侧屈加载时，PDLLA cage组及钛合金cage组刚度显著增加，差异有统计学意义。各向运动时，PDLLA cage组与钛合金组间刚度差异无统计学意义。PDLLA cage组及钛合金cage组的ROM均显著低于自体髂骨组和正常对照组；侧屈时PDLLA cage组的ROM显著高于钛合金cage组。说明将PDLLA cage应用于山羊颈椎C3～4段，能达到初始稳定的要求，其效果与钛合金相当，但明显优于自体骼骨移植，是较理想的颈椎前路融合内固定装置。此外，本研究在手术过程中保留了终板，避免局部应力集中，有利于维持颈椎的刚度和稳定性，减少植骨下沉、松动的现象发生。

综上所述，PDLLA cage对移植骨的应力遮挡比钛合金cage小，可增加融合节段的稳定性，椎间融合效果更好，是良好的颈椎前路融合内固定装置。

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10.3969/j.issn.1002-266X.2016.37.013

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1002-266X(2016)37-0041-03

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