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椎体终板及其临床相关问题.doc
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    椎体终板及其临床相关问题

    随着脊柱外科的发展,椎间融合技术愈发完善,而随访中发现的内植物或椎间融合器的下沉使人们清楚地认识到椎体骨性终板在椎间融合中的重要意义,从而引发了围绕椎体骨性终板的一系列研究。

    一 骨性终板的形成(发生学)

    脊柱的骨化过程开始于3个骨化核,一个位于椎体,两个位于左右两侧的椎弓,大约开始于胚胎期的第二个月,到出生时,3个中心尚未融合。脊柱的发育成熟是一个缓慢的过程,约终止于25岁左右。

    除原发骨化中心外,至8-13岁时,椎体上下面的圆形骺板-体骺开始出现次级骨化中心:即椎体上下面的四周出现的环状骺板片,称为二次骨化中心,也叫骺环。组织学上,一般至25岁才能与原发骨化中心构成的椎体相连完全,有人统计认为平均17岁,此时即形成了椎体的骨性终板:即椎体头尾侧的二次骨化中心与椎体中央的原发骨化中心相融合而形成。

    二 终板的血供与神经支配

    2.1终板的血供

    论及骨性终板的血供,必然涉及椎体血供模式,脊柱的动脉分布可分成骨外血管网和骨内营养动脉两大部分。椎体的血供具有明显的节段性:节段动脉;节段动脉位于椎体两侧,共5对,呈绳梯式吻合。节段动脉主干行经椎体两侧时向椎体发出两短支,分为周围支与中央支,中央支常为1-3支,于椎体后侧中分进入椎体,又名赤道动脉,属骨内营养动脉。

    文献表明,动物骨骼约接受心排除量的5-10%,骨内血管床也与其他血管床一样受神经、体液及代谢信息的影响而发生反应。

    Brinker等人应用药物性血管激动剂及其阻滞剂进行实验,结果显示骨内存在?-1肾上腺素受体,而动脉应用去甲肾上腺素(NAd)也会增加犬胫骨滋养血管的灌注压。在内皮细胞存在的地方,乙酰胆碱可致血管扩张,它通过释放内皮细胞源性的松弛因子而调节,并同时抑制平滑肌收缩。Brinker等人研究表明,此现象可被阿托品阻断,提示血管内皮存在碱样受体。WALLACE等人通过对10只绵羊随机分为二组,A组应用NAD,B组应用乙酰胆碱,NAD浓度为2。5?G/ML,以25速度滴入,此量可减少静息时犬皮质骨血流75%;乙酰胆碱浓度为50,滴速为25,此量可降低犬皮质骨滋养动脉压7MMHG。并于用药5分钟前,心室内注射放射性微球(GADO),其后分别测量血压及取血样,最后处死取材,取整个腰椎,负20度保存,复温后,去除软组织,应用条带锯切取骨-间盘-骨界面切片,厚2毫米,应用放射性微球技术测椎体骨性终板血供,A组,无明显变化,B组明显增加约60%,结果与BRINKER等人研究一致,由此得出结论,骨-间盘-骨界面血管存在碱受体,此现象显示,椎体终板血管网并不单纯是一个被动的管道系统,还可以通过不同的生理条件来改变,从而影响间盘营养。

    SadaukiOki等人应用8只20周龄日本白兔,通过光镜HE染色、显微血管造影及扫描电镜技术发现,在椎体骨性终板区,血管芽呈密集分布,在周边纤维环部较中央髓核部为少,故认为两区血管芽形态上的差异在终板渗透弥散中起主要作用。

    间盘的营养主要为经过椎体骨性终板区的血管通道经负压弥散而获得,但对流也起很大作用。前述WALLACE与BRINKER等人的研究已证明了终板血流与皮质骨血流相似,因此表明终板血运受全身及局部神经介质、体液的调控。

    2.2 终板的神经支配

    在间盘退变吸收的病人中,椎体终板常出现点状病灶;MRI显示间盘物质可以突入椎体,而椎体的血管及纤维骨髓样组织也可以侵入间盘内。这就产生了致痛物质产生的假说,创伤与炎症可使致痛因子合成增加,这些因子能使静息的伤痛感受器激活,而后者通常在很大的机械刺激下都难以激活。因间盘退变所致疼痛性质不同,或为钝痛或为放射痛,表明受累神经纤维不同,如无髓鞘的C型纤维及较细的有髓纤维(A-?);他们均可合成P物质及降钙素基因相关肽(CGRP),或仅含CGRP。BROWN等人应用免疫组化及氢清除技术对严重退变的15例腰椎间盘进行研究,同样取骨-间盘-骨结合组织并固定,冰冻切片,以研究神经分布,结果显示病变组明显高于对照组,尤其在椎体终板区及间盘邻近区。而CGRP J及P物质具有血管扩张作用及痛觉传感作用,此类感觉神经终端的增加提示血流增加以增加退变间盘的营养,连同软骨板的缺陷,强烈提示骨性终板及椎体也是疼痛根源。

    三终板的形态

    终板的形态包括其几何形状、大小及其各个领域的厚度。其大小及几何形状因不同节段而不同,自颈椎至腰椎,总体趋势是逐渐变大;通常终板与椎体横切面形状近似,呈圆形或肾形(因其为原发与次级骨化中心相融合而成),周边高起,中央凹陷呈一圆形或肾形空穴;不同个体及不同节段水平,此空穴在深度及形状上存在较大差异。终板周缘存在一突起的、含较厚皮质骨的边缘,正如EDELSON与NATHAN仔细描述的一样,这个边缘名为骺环,发自于12-25岁期间的椎体终板表面的钙化沉积区域;除了发育较好的外环外,也存在几个(达7个)额外的环状钙化区,这些骺环与其下终板相融合,构成一密集而较厚的骨性终板边缘,这就可能增加终板周缘区的载荷能力。EDWARDS等人也得出近似的结论:即应用连续矢状剖面,分别应用印度蓝及白色蔗糖染色,再在NIH图象分析仪下测定胸腰椎椎体皮质骨壳及上下椎体终板,发现骨性终板包含几个明显的分区,以传导从椎间盘到椎体的机械压力,周边为密质骨环,中央为一个光滑的多孔的中央区与髓核连接,从而使营养自软骨终板弥散到无血管的椎间盘。在压力下,间盘内压分布到终板;无退变的间盘,其纤维环与髓核完整,压力自髓核经终板中央传导到达椎体中央,经髓核传导的力远大于纤维环传导的力;而退变的间盘,会再分配压力到到周围的纤维环,从而使较高的应力作用于终板周缘及椎体皮质骨壳。在轴向载荷下,会发生终板及其下的骨小梁变形。

    EDWARDS等人测定胸腰椎皮质骨壳厚度,结果表明椎体皮质厚度各侧差异很大,终板中央部有显著的降低,而皮质骨壳与终板交汇处则明显增厚,在椎体后方皮质骨区中分仅及邻近终板处的75%,而前方皮质的角部较后方皮质及双终板为厚。在上终板,周边部较中央部为厚。在许多下胸椎及腰椎椎体中,在临近终板处,存在第二次连续的密质骨区,但在上中胸椎较少见,各椎体的比率为:T9:66%,L1:80%,L5:88%。骨性终板中央区薄而多孔,周边区则较厚。终板的双层结构与椎体皮质骨壳不同,可能归因于终板的生物力学特性。

    四,终板的生物力学特性及影响因素

    根据EDWARDS的研究,胸腰椎终板厚度自0。26-108毫米,且上下终板厚度无差异,而韩国人LIM TAE-HONG等人通过对7具人颈椎(C3-C7)27个椎体应用CT行终板测量,每个椎体行冠状面连续切片扫描,层厚15毫米,且同时转至图象分析系统下处理,每个椎体取三层切片,每层取中心及两侧方中点为测绘点,取均值;结果显示颈椎各节段终板厚度一致,其上下终板也近似。李等人认为颈椎体间融合物下沉是一严重并发症,其原因可归因于以下几种:骨质疏松、椎体间过度活动、手术构建不佳、终板切除过度、术后过度活动及病人不带支具等等;故他们同时进行了颈椎终板骨密度的测量,应用双能X线吸收仪(DEXA)技术进行,并同时进行了破坏性的压迫实验。分三组进行,组一:终板完整,组二:应用磨钻磨去一半终板,组三:应用磨钻全部切除终板。应用一8毫米直径的压迫头进行,压迫负荷按10毫米/分位移计算,压迫头最大位移为2毫米,足以致终板骨折;同时绘制负荷-位移曲线,曲线最大值即为压迫失败负荷-骨折负荷(LF);每组均对BMD、终板厚度及LF进行相关回归分析,组间进行方差分析,结果显示:BMD与终板厚度无关,BMD与LF具线性相关;组一内多元回归显示LF与BMD显著相关,但与厚度无关,终板条件显著影响LF,然而颈椎节段与终板位置(上或下)对LF无影响,组一的LF较组三的明显为大。

    众所周知,骨机械力随BMD的增加而增加,椎体的BMD是预测植骨块-终板界面力的一个重要参数;然而,三组比较发现完整切除终板可显著减小椎体骨力,可见骨终板在防止下沉中的重要性,故骨终板应尽可能多地保留,虽然同时需切除部分终板以获得血管长入。

    关于终板强度,PEREY等人用经典的研究进行了压迹实验,他应用一相对大的(1cm2)、平均压迫器进行。他总结说:终板的中心、外侧、前方区域无强度的差异,且终板力量随年龄增长而降低,但并未给予具体数据,Grant与Thomus等人进行了近似的研究,目的为1)是否存在终板某些区域强于另一些区域;2)腰骶椎有否差异;3)上下终板有否差异。方法:选用71个健康椎体终板进行,按质量分好与差。

    压迫试验(压迹)

    应用传统的单轴压迫仪进行,并附带中脑进行驱动及记录数据,以一3mm直径半圆形压迫器,以0.2mm/s速度压入骨内3mm,并以35HZ频率记录负荷及位移,每个腰椎的上下终板及骶椎上终板均行检验。

    结果:骶骨上终板强于腰椎上终板,在腰椎上,外侧缘较前后中心均强,最强的点在最靠近椎弓根处,它较中心部强2.5倍,而S1后方区域较前方强3.1倍,且自后向前,存在一较稳定的强度递减梯度,故S1终板的前后概况与腰椎上终板情况存在较显著的差别。

    腰椎上终板及S1终板刚度分布在前后左右方向上存在显著差异,腰椎上终板周边部较中央部更为坚强,而骶骨则无周边方向上的变化。骶骨终板后侧最强,向前则连续递减,腰椎上终板则前缘最强。

    腰椎下终板与骶1终板强度与刚度无显著差异,而腰椎下终板较上终板无论强度还是刚度均较强,下终板后侧较上终板明显坚强,而前方则无差别。

    综上可知:腰椎终板有几个共同特点:后侧强于前侧,周边强于中央,最强点在后外侧,椎弓根正前方为中央区的两倍多,而其上、下终板也不同,下较上大40%。

    骶椎无侧方差异,强度自后向前变化较明显,后方较前方为强,平均较腰椎上终板强45%,与下终板相当,解剖学上已有人进行研究,与前述的形态特点相关,而在爆裂骨折中,上终板损伤远多于下终板,由此可以得到明确的解释。

    五)终板的准备方法与内植物的设计

    众所周知,椎体间融合具有许多优点:1.通过椎体的直接的载荷传导;2.恢复间盘间隙的高度;3.紧张纤维环;4.恢复前突曲度;5.减少移植骨量;6.减少手术中的肌肉损伤。一个成功的椎间融合技术需明了以下问题:1.提供充分的轴向压应力以对抗内植物/移植骨的下沉或塌陷,从而维持间盘间隙的高度,并创造一个与骨爬行替代相容的生物环境,以达椎间融合;2.坚强内固定与较少自体骨移植可望减少取骨区并发症并达到较高的融合#

    当椎间盘被椎间融合装置替代时,多数的载荷则通过内植物传导,载体传导通过的内植物-终板接触面积,与内植物与终板接触面的大小,形状相关联,如果过小或不匹配,那么,在内植物-骨接触面就能产生过度的应力,从而致内植物下沉,相反,如果内植物-终板接触面积较大,则致使其内容的移植骨与宿主骨接触面积大而难以达到骨性融合。为防止内植物在一轴向预应力下的下沉,内植物与宿主松质骨界间接触,面积达终板总面积的30-40%,这一较小面积已足够。......(后略) ......