不同减压范围下行BioFlex动态稳定系统内固定对邻近节段椎间盘应力的影响

中国组织工程研究第20卷第35期2016–08–26出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchAugust26,2016Vol.20,No.35ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH5203·研究原著·万盛钰，男，1986年生，四川省自贡市人，汉族，2013年广州医科大学毕业，硕士，医师，主要从事脊柱外科研究。中图分类号:R318文献标识码:A文章编号:2095-4344(2016)35-05203-07稿件接受：2016-06-19不同减压范围下行BioFlex动态稳定系统内固定对邻近节段椎间盘应力的影响万盛钰1，杨波2，林旭1(1自贡市第四人民医院，四川省自贡市643000；2广州医科大学第三附属医院，广东省广州市510150)引用本文：万盛钰，杨波，林旭.不同减压范围下行BioFlex动态稳定系统内固定对邻近节段椎间盘应力的影响[J].中国组织工程研究，2016，20(35):5203-5209.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.35.005ORCID:0000-0001-5373-1104(万盛钰)文章快速阅读：文题释义：BioFlex系统：是由镍钛合金的弹性棒和钛合金的椎弓根螺钉组成。镍钛材质本身具有4倍于钛合金材料的屈服应力，弹性圈又保证了产品具有很好的柔韧性。该器械能够减少传统坚强固定所产生的应力遮挡效应，逐步形成矢状位的新平衡，有利于患者获得更好的愈后及舒适度。减压：对于椎管狭窄患者，临床上有多种减压方式，而不同减压范围行BioFlex系统动态内固定后对邻近节段的研究提示：随着减压范围的扩大其邻近椎间盘应力逐步增大，最大增大60%左右。因此建议在临床上应用此系统时避免过多切除脊柱结构间的关节突关节。摘要背景：BioFlex系统作为一种新型的经椎弓根固定的动态稳定装置，国内外对其生物力学的报道较少。目的：探讨不同减压范围行BioFlex系统固定后对邻近节段椎间盘应力的影响。方法：选取8具新鲜牛腰段脊柱标本，应用电子万能试验机模拟人体在3种常见生理状态下(站立、坐位弯腰和站立位手提20kg重物并弯腰)腰椎椎间盘所承受的轴向载荷(500，900，2300N)，每具标本逐级减压建模分为5个组：①完整状态组；②完整状态+BioFlex组；③椎板部分切除+BioFlex组；④关节突内侧1/2切除+BioFlex组；⑤关节突全部切除+BioFlex组。应用应变片记录邻近椎间盘纤维环所受的应力，通过电子万能试验机记录的载荷-位移曲线计算刚度变化值。结果与结论：①邻近节段椎间盘的应力随着减压范围的扩大而增加，相对于完整状态，行BioFlex固定后其应力均明显增加，差异有显著性意义(P0.05)；关节突内侧1/2切除+BioFlex组与椎板部分切除+BioFlex组相比，增加明显，差异有显著性意义(P0.05)；但是椎板部分切除+BioFlex组与完整状态+BioFlex组、关节突全部切除+BioFlex组与关节突内侧1/2切除+BioFlex组相比差异均无显著性意义(P0.05)；②轴向刚度随着减压范围扩大而逐步减少，但是与完整状态相比行BioFlex固定后轴向刚度值均增加明显，4种重建结构之间两两比较差异不显著；③结果表明BioFlex固定后随着脊柱减压范围的扩大，其邻近节段椎间盘所受的应力逐步增大，但不同减压范围不会影响其重建脊柱结构的刚度。关键词：骨科植入物；脊柱植入物；动态固定；BioFlex；腰椎退行性变；减压；生物力学不同减压范围行BioFlex系统固定后对邻近节段椎间盘应力的影响牛腰椎脊柱标本给予不同范围减压后行BioFlex系统固定电子万能试验机记录椎间盘应力和轴向刚度实验结果显示：(1)BioFlex固定后随着脊柱减压范围的扩大，其邻近节段椎间盘所受的应力逐步增大；(2)不同减压范围不会影响其重建脊柱结构的刚度。万盛钰，等.不同减压范围下行BioFlex动态稳定系统内固定对邻近节段椎间盘应力的影响P.O.Box10002,Shenyang110180’sHospital,Zigong643000,SichuanProvince,China主题词：内固定器；减压术,外科；椎间盘；生物力学；组织工程InfluencesofBioFlexdynamicstabilizationsystemfixationonthestressofadjacentsegmentsofintervertebraldiscatdifferentdecompressionrangesWanSheng-yu1,YangBo2,LinXu1(1ZigongNo.4People’sHospital,Zigong643000,SichuanProvince,China;2ThirdAffiliatedHospital,GuangzhouMedicalUniversity,Guangzhou510150,GuangdongProvince,China)AbstractBACKGROUND:BioFlexsystemasanewpediclescrewfixationofdynamicstabilizationdevicehaslessbeenreportedconcerningitsbiomechanics.OBJECTIVE:TostudytheeffectofBioFlexsystemfixationatdifferentdecompressionrangesondiscstressatadjacentsegments.METHODS:Eightsamplesoffreshcalfspineswereused.Underphysiologicaxialloads(500,900,2300N),electronicuniversaltestingmachinewasusedtosimulatethelumbarspineatthreephysiologicalstates(standing,sittingandbending,standingonaportable20kgweightandbending).Progressivedecompressionmodelingforeachspecimenanddividingintofivegroups:(1)completestatusgroup;(2)completestatus+BioFlexgroup;(3)partiallaminectomy+BioFlexgroup;(4)1/2medialfacetectomy+BioFlexgroup;(5)totalfacetectomy+BioFlexgroup.Straingaugeswereusedtorecordthestressofdiscannulus.Electronicuniversaltestingmachinewasusedtorecordload-displacementcurveandcalculatestiffness.RESULTSANDCONCLUSION:(1)Thestressoftheadjacentsegmentoftheintervertebraldiscincreasedwiththeexpansionoftherangeofdecompression.Comparedwiththecompletestatus,stressobviouslyincreasedafterBioFlexfixation,showingsignificantdifferences(P0.05).Thestresswassignificantlyincreasedinthe1/2medialfacetectomy+BioFlexgroupcomparedwiththepartiallaminectomy+BioFlexgroup(P0.05).However,nosignificantdifferencewasdetectedbetweenthepartiallaminectomy+BioFlexgroupandcompletestatus+BioFlexgroup,andbetweentotalfacetectomy+BioFlexgroupand1/2medialfacetectomy+BioFlexgroup(P0.05).(2)Axialstiffnessreducedwiththeexpansionoftherangeofdecompression.Comparedwiththecompletestatus,axialstiffnessnoticeablyincreasedafterBioFlexfixation.Thedifferencewasnotsignificantamongfourkindsofreconstructionstructures.(3)ThesefindingsconfirmedthatafterBioFlexfixation,withtheexpansionoftherangeofdecompression,thestressofadjacentsegmentsofintervertebraldiscgraduallyincreased,butdifferentrangesofdecompressioncannotaffectthestiffnessofreconstructionstructure.Subjectheadings:InternalFixators;Decompression,Surgical;IntervertebralDisk;Biomechanics;TissueEngineeringCitethisarticle:WanSY,YangB,LinX.InfluencesofBioFlexdynamicstabilizationsystemfixationonthestressofadjacentsegmentsofintervertebraldiscatdifferentdecompressionranges.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2016;20(35):5203-5209.0引言Introduction非融合技术的主要目的是重建脊柱生理活动功能，同时减少融合所带来的相关并发症，特别是治疗后可能引起的邻近节段退变。脊柱非融合术后远期是否能避免或减少相邻节段退变的发生?目前还没有一致的答案。国内尚未有BioFlex系统体外生物力学报道，课题拟通过体外生物力学方法研究BioFlex系统在不同手术减压范围对邻近节段的影响，为其临床应用提供生物力学的理论依据。1材料和方法Materialsandmethods1.1设计完全随机分组，对照实验。1.2时间及地点实验于2012年3月至2013年1月在广州医科大学数字化与生物力学实验室完成。1.3材料1.3.1实验标本选取8具新鲜牛脊柱标本(6-8月龄，平均7.1个月)包括全部腰段(L2-L6)，于广州市江村屠宰厂购买。实验前予以X射线检查排除相关脊柱疾病后制作原始脊柱标本，在保留棘上韧带、棘间韧带、关节突关节、椎间盘、前纵韧带及椎骨完整的前提下剔除周围肌肉组织，测量L4椎弓内外侧直径(a)，L4椎弓根植入点至椎体前缘的长度(b)，L4椎弓根植入的e角度数(α)，L4，5椎弓根中点间的距离(L)，其解剖数据测万盛钰，等.不同减压范围下行BioFlex动态稳定系统内固定对邻近节段椎间盘应力的影响ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH5205，各标本数