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编号:10222699
颈前路内固定钢板的生物力学研究及临床应用
http://www.100md.com 《中国脊柱脊髓杂志》 2000年第3期
     作者:王柏川 朱青安

    单位:王柏川(第一军医大学医学生物力学实验室 510515 广州市同和);朱青安(第一军医大学医学生物力学实验室 510515 广州市同和)

    关键词:

    中国脊柱脊椎杂志000316 中图分类号:R687.3+2 文献标识码:A

    文章编号:1004-406X(2000)-03-0175-03

    1952年Leroy Abbott提出经前路手术治疗颈椎创伤、变性性疾病、感染和肿瘤等,继而Robinson(1955年)和Smith(1958年)提出采用前路减压自体骨植入融合治疗,并由Cloward(1961年)应用此术式治疗颈椎外伤。随后这种经颈前路减压自体骨植入融合术逐渐开展起来,并在七、八十年代迅速普及。然而这种手术的缺陷在广泛的应用中也明显暴露出来,如移植骨不融合、移植骨脱出和/或塌陷、进行性颈椎后凸、脊柱排列紊乱等,主要是由脊柱不稳引起的。为克服这一缺陷,出现了内固定和外固定两种稳定方法。外固定方法主要是应用环状外固定架(halo vest),内固定方法主要是应用前路钢板和后路钢丝、螺钉等。颈前路钢板内固定能较好地克服自体骨植入术的不足,有较高的生物力学稳定性和较好的临床疗效。作者拟对颈前路钢板的生物力学、临床应用及存在的问题进行综述。
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    1 颈前路内固定钢板

    Bohler于1964年首先使用了颈前路内固定钢板和螺钉,此后有多种颈前路钢板系统应用的报道。目前使用较广的颈前路钢板有两类:(1)以AO Orozco钢板及Caspar钢板为代表的双皮质螺钉(皮质骨螺钉)类型(图1);(2)以Morscher钢板及Orion钢板为代表的单皮质螺钉(松质骨螺钉)类型(图2)。

    AO钢板(图3)由H型钢板发展而来,4个固定螺钉尾部各有一锁定螺钉,中间螺钉位置固定。Caspar钢板呈梯形(图4),无锁定螺钉,中间螺钉位置可适当调整。这两种钢板的共同特点是两端的固定螺钉与椎体垂直,并穿透椎体后皮质。Morscher钢板(图5)即CSLP(cervical spine locking plate),由AO钢板改进而来,两端固定螺钉分别与椎体平面呈12°角,远端分离,上下各两个锁定螺钉。Orion钢板(图6)即ACLPS(anterior cervical locking plate system),钢板的冠状面与矢状面有一定弧度以适应椎体的生理曲度,可紧贴椎体。两端固定螺钉分别与椎体平面呈15°角,远端分离。上下各一个锁定螺钉,中间螺钉与椎体垂直,位置可调整。这两种钢板的共同特点是两端的螺钉与椎体成一定角度,和钢板一同形成弓形,不穿透椎体后皮质。
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    图1 双皮质螺钉型 图2 单皮质螺钉型 图3 AO钢板 图4 Caspar钢板 图5 Morscher钢板 图6 Orion钢板

    单皮质螺钉是通过螺钉与椎体成一定角度而固定,较双皮质螺钉钢板安全,操作也更简便,还能缩减钢板的长度。带锁钢板的优点是螺钉和钢板连为一体,钢板可阻止螺钉退出,即使螺钉松动并从椎体退出时,也会和钢板一同向外移动,螺钉尾部不会独自从钢板中脱出,减少了损伤食道的危险。内固定材料使用钛合金已成为一种趋势,其强度是钢的80%~90%,优点是重量轻,生物相容性好,不易腐蚀,无磁性,对MRI和CT检查影响较小。

    2 颈前路内固定钢板的生物力学研究

    国外对颈前路钢板在脊柱不稳模型中的应用有较多的生物力学研究,研究内容主要包括稳定试验、强度试验和疲劳试验。国内则几乎没有此方面的报道。

    80年代末进行了一些早期的生物力学研究。Ulrich等[1]进行了前路和后路固定装置的比较研究,认为前路钢板在前屈时的稳定性不如正常颈椎,对颈椎的稳定作用不如后路固定装置。Sutterlin等[2]应用Caspar钢板在牛颈椎模型上进行前路和后路固定的评价,发现前路双皮质螺钉固定在前屈时仅能恢复正常颈椎稳定性的1/2,而后路固定可基本恢复正常颈椎的稳定性。Coe等[3]在人尸体标本上也得出相似的结论。另外,Kalff等[4]在32例颈椎后柱不稳的人尸体标本上测试时也发现颈前路钢板不能增加颈椎前屈和旋转时的稳定性。这些早期的生物力学实验都提示前路钢板的稳定作用不如后路固定装置,尽管能增加损伤脊柱的稳定程度,仍达不到正常颈椎的稳定性。因此Montesano等[5]认为前路钢板不能单独用于前屈型颈椎损伤,只能作为外固定或后路内固定的辅助手段。这与临床实践并不符合[6~12]
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    90年代后,一些作者开始探讨实验室结果与临床观察相矛盾的原因。Schulte等[13]曾做过颈椎椎间盘切除后不植骨、椎间盘切除后植骨、椎间盘切除后植骨再行前路钢板固定等三种术式对颈椎稳定性影响的比较研究,得出植骨较不植骨能显著增加颈椎稳定性、行前路钢板固定后稳定性进一步增加的结论。Traynelis[14]和Grubb[15]认为以往的生物力学研究中,可能由于仅切除了椎间盘而不植骨,因此前路钢板固定不能明显改善颈椎的稳定性。Traynelis等[14]在10例新鲜人颈椎不稳的研究中证实,骨块植入和Caspar钢板固定的颈椎在6个自由度上均比正常颈椎稳定,而后路钢丝固定只在旋转和前屈时较正常颈椎稳定。 Clausen等[16]利用15例新鲜人颈椎标本进行Caspar钢板与CSLP的比较研究表明,Caspar钢板能显著增加前屈、后伸以及经疲劳试验后的后伸稳定性,而CSLP只能显著增加前屈的稳定性;实验中两种钢板没有明显增加颈椎侧弯和旋转的稳定性。他们还认为Caspar钢板在全脊柱不稳方面优于CSLP。由于上述实验方法的改进,得到了前路钢板确能增加颈椎稳定性的实验结果,促进了颈前路钢板的临床应用。
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    由于前路钢板的不断改进,先后出现了AO钢板、Caspar钢板、CSLP和Orion钢板等,生物力学研究也随之转向了各种钢板间的比较。Grubb等[15]在45例猪和10例人标本上比较了Caspar钢板(双皮质螺钉)、Caspar钢板(单皮质螺钉)和CSLP三种钢板,提示植骨和钢板固定能提供近似或强于正常颈椎的稳定性,CSLP在稳定、强度和疲劳试验中与Caspar钢板相似,在前屈型损伤中优于Caspar钢板;双皮质螺钉与单皮质螺钉看来没有明显的差别。Lowey做过Orion钢板的生物力学测试,认为Orion钢板在6个自由度上较CSLP更稳定,且在疲劳试验后仍有较高的稳定性,而CSLP则明显下降[12]。从这些实验中看到,前路钢板的改进使颈椎的稳定程度提高,且单皮质螺钉同样可获得较好的握持力。

    目前有关颈前路钢板的生物力学评价主要集中于颈椎的稳定性方面,标本来自新鲜的动物(牛、猪、羊)和人尸体颈椎。新鲜人尸体颈椎是最理想的标本,但来源困难,文献报道中的实验标本大多为60~80岁老年人,骨及韧带会有不同程度退行性改变,Traynelis[14]认为相对于青年人颈椎有较大活动度来讲,来自老年人标本的实验数据可能会低估颈前路钢板的作用。脊柱不稳模型的制作一般采用在C5~C6间切断前纵韧带、棘上韧带、棘间韧带、黄韧带,破坏椎间盘及小关节囊,仅保留后纵韧带,实际上是全脊柱不稳的模型,基本反映了颈椎创伤时的情况。稳定性的生物力学评价各家报道不完全一致,一般认为颈前路钢板能增加前屈和后伸的稳定性,钢板在颈椎前屈时起支撑物的作用,在后伸时起张力带的作用,对能否增加旋转和侧弯的稳定性则有不同结论。双皮质螺钉和单皮质螺钉在强度和疲劳试验中似乎没有太大差异,Maiman等[17]曾进行过Caspar螺钉的拔出试验,认为椎体后皮质不能增加螺钉的拔出力。
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    3 颈前路内固定钢板的临床应用

    自临床开展颈前路钢板内固定术以来,已有许多文献报道,大多集中在颈椎创伤的治疗方面,均对颈前路钢板持肯定态度。手术方法是前路减压(椎间盘或椎体切除),自体骨植入,再行前路钢板固定。Caspar等[8]报道一组60例颈椎外伤患者(其中30例为前后柱不稳)的治疗结果,随访至少1年,都获稳定融合。Randle等[11]应用Caspar钢板治疗54例颈椎外伤病人(均为前后柱不稳),平均随访6个月,也都获得稳定融合。另外,有人认为在以颈椎后部不稳为主的情况下,前路钢板同样有效。例如,Aebi等[6]报道应用AO钢板治疗86例颈椎外伤,其中22例以前部损伤为主,64例以后部损伤为主,术后全部融合。但Randle[11]认为尽管前路钢板固定是有效的稳定手段,仍不能替代传统的后路固定方法。

    前路钢板在治疗颈椎非创伤性疾病方面,也有较好的效果。Bose等[7]报道应用Caspar钢板治疗97例病人(退行性变85例,外伤8例,肿瘤5例),平均随访9个月,95例获得稳定融合(97.91%)。国内袁文等[18]报道应用AO钢板治疗15例颈椎疾病(外伤7例,颈椎病6例,OPLL 1例,肿瘤1例),平均随访7.2个月,都获得骨性融合。田伟等[19]报道应用AO钢板和Caspar钢板治疗颈椎疾患25例(脊髓型颈椎病9例,椎间盘突出症6例,外伤性颈椎半脱位7例,OPLL 3例),平均随访7.7个月,也得到相似的结果。从这些报道中可以看到,前路钢板在治疗颈椎非创伤性疾病方面与治疗颈椎创伤有相似的结果。颈前路钢板内固定是治疗前柱不稳较好的方法。它能提供即刻的颈椎稳定,牢固固定植骨块,促进融合,达到长期的颈椎稳定;患者可尽早活动,缩短住院日,避免二期手术或后路固定。手术原则应为直接、彻底的减压并重建病变节段的稳定性。金大地等[20]认为凡涉及颈椎椎体部分或次全切除且需植骨融合的病例,均为颈前路钢板固定的适应证,且对于两个平面以上的融合,特别是对颈椎椎体爆裂型骨折脱位、颈椎椎体肿瘤等,前路钢板有明显的优势。Connolly等[9]回顾性比较了使用前路钢板固定和不使用钢板固定治疗43例椎关节强直的疗效,结论是使用前路钢板固定进行一个平面的融合不能明显提高临床疗效和融合成功率,但能显著提高多平面融合的成功率。
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    尽管颈前路钢板的作用已得到肯定,但与之有关的并发症不容忽视。颈前路钢板可出现螺钉松动、断裂,甚至钢板断裂,文献报道发生率为5%,与操作技术、融合节段和骨质疏松等有关[7、10]。Bose等[7]的报道中7例出现螺钉断裂,10例螺钉松动,2例螺钉过深,认为与异体骨、多平面融合和操作不熟练有关。值得注意的是,使用较长的钢板时,由于固定钢板两端的椎体上张力增大,前路钢板固定可能会失败。与颈前路钢板相关的并发症有脊髓和神经根损伤,主要与双皮质螺钉有关,Caspar[21]在强调螺钉必须穿透后皮质的同时,也注意到有穿透硬脊膜损伤脊髓的可能性。植骨失败或移位出现于假关节、螺钉穿入椎间盘、钢板与椎体贴合不紧密等情况;食道损伤是较严重的并发症,但较罕见,Smith等[22]曾报道过2例由颈前路钢板引起的食道穿孔。与颈前路钢板有关的远期并发症主要是融合椎体相邻上下节段的退行性改变,可高达60%,主要病理变化是颈椎病样改变,如颈椎椎体前后方骨赘形成、椎间隙变窄、椎体滑移等[23]
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    颈前路钢板在治疗外伤导致的颈椎不稳中扮演了重要角色,颈前路减压、植骨后行前路钢板固定可避免后路手术和使用笨重的颈托制动。前路固定可能是处理颈椎过伸损伤最理想的方法,这也得到生物力学实验的证实。在所有的报道中,单皮质螺钉与双皮质螺钉相比,对提高融合率和促进功能恢复一样有效,且不用穿透后皮质,不致于损伤脊髓和神经根。颈前路钢板对于颈椎退行性变疾病是否有肯定的效果,则有不同的看法,尽管临床报道的治疗效果近似于颈椎外伤的疗效,仍需考虑一些潜在的问题,如由螺钉引起的脊髓和神经根损伤等。在颈椎退行性病变,尤其是前路多平面椎间盘切除和融合的情况下,颈前路钢板的作用有待于研究。在治疗颈椎退行性变疾病时,应持谨慎态度。

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    收稿日期:1999-12-15

    修回日期:2000-03-10

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