人工椎间盘置换术

　　当前最常用的两种脊柱手术：椎间盘切除术和融合术，都致力于消除下腰痛，然而都不可避免的显著的改变了椎间盘的正常生理结构、功能。从而导致包括毗邻椎间盘等邻近组织器官的退化。

 

　　研究者已经认识到当前外科技术解决椎间盘问题的不足之处。与其他关节一样，对于脊柱较好的解决方式是关节成形术和关节固定术。在脊柱活动部分，可通过人工椎间盘或人工髓核达到关节成形。关节成形术的主旨在于置换病变或废用关节。一个关节成形术的基本要求是恢复部分功能以及重建解剖结构。实行关节成形术后，既可以保持脊柱稳定，又可以恢复部分功能。手术后，邻近椎间盘的过重负荷可以减轻。植人物合理的设计和材料选择。将使椎间盘与其后方的结构达到平衡，从而减轻了关节面的退化以及消除因此而导致的疼痛。

 

　　可以通过椎间盘全置换或部分置换来达到脊柱关节成形的目的。人工椎间盘全置换整体替换了退化的椎间盘。由于原椎间盘已被移去，植人物不依赖周围环境。所以只要周围组织仍然存在，椎间盘退行性变的任何一期，都可以进行植入手术。尽管一些力学指标如压缩性、灵活性、伸展性、抗扭性及力量都比较好，可达到所需性能，但是要设计一种人工替代物完全模拟椎间盘的全部功能也是非常困难的。在设计复合型人工椎间盘时，设计者面临关节咬合、耗损等问题。

 

　　为了使负荷最小化，人工椎间盘经常被设计成与椎体相似大小的横截面，从而加大负重面。外科植入因此更困难，它需要每一个人工椎间盘都必须有一个开放性的前方人路。在植入物的上下表面使用坚硬的材料可以增加植入物的体积。

 

　　为避免植入物移位，植入物必须与椎间盘紧密联结．在植入物的上下表面必须使用一些坚硬材料如金属。紧密联结可以通过下述方式达到：使用一个或数个螺钉固定；设计螺纹状平面；设计多孔表面便于新骨长入；在椎间盘侧翼使用螺钉固定。连结失败是医生、患者都不愿看到的不幸结局。

 

　　随着人们对椎间盘生物力学特征、组织形态、生物化学组成、超微结构、不同年龄段的生物学活性、免疫学机制等，尤其是对椎间盘在脊柱生理功能中的重要作用及其临床致病的多样性、复杂性的认识不断深化，损伤、病变、退变后的椎间盘结构和功能的重建愈加受到重视。因此，许多学者设计椎间盘假体以代替之。人工椎间盘置换是替代脊柱融合的一种方法，其目的是治疗腰疼并能保留手术节段的椎体活动度。四肢关节置换的经验已经证实保留关节活动度比关节融合能明显改善关节功能。但是。脊柱融合的病人由于融合节段相邻椎体的代偿性活动，也具有良好的脊柱活动度。在过去的10年里，脊柱融合术并没有像四肢关节融合那样失去了其普及性。脊柱融合是一种安全的手术，对65％的腰疼病人取得了满意的疗效。除此以外，脊柱融合也有许多明显的缺陷：融合并不总能成功，尤其是两个或多个节段融合以后，会增加相邻节段的应力，加速椎间盘和小关节的退行性改变。近年来，通常辅助内固定进行脊柱融合，以提高融合率，缩短术后疗程。但是内固定会增加融合区域的僵硬度，进一步增加相邻的没有融合节段的应力。

 

　　脊柱融合的缺点提高了人们对人工椎间盘置换的兴趣，现在已有数种人工椎问盘假体，其中几种已植入人体。但是，人工椎间盘置换的结果一公布，就出现了许多不同的观点。有人认为椎间盘置换手术是不必要的也是不符合伦理的，与此相反，有人认为椎间盘置换可能替代脊柱融合。这些争论并没有得到文献资料的支持，很少有关于人工椎间盘置换结果的报告。关于术前诊断和临床结果的评价标准也很少报告。而且，这些研究都是同一批进行人工椎间盘置换的医生基于短期随访所做出的。

 

　　一、历里现状1962年Nachemson在人尸体上做实验研究，在退变椎间盘的髓核内注入硅橡胶，硅橡胶在30min即凝固成橡胶样固体，然后将此退变的椎间盘按“年轻人方式”进行纵轴加压测试。1966年Fernstrom报告在颈椎和腰椎间盘切除后塞人一不锈钢球状假体，此球状假体直径10～16mm。由于不锈钢球过硬和高接触应力而致沉陷入椎体而放弃。

 

　　1973年Urbaniak和其同事在4只成年黑猩猩中置人8个人工椎间盘。假体由涤纶纤维编织加强的硅胶网及中间夹有硅橡胶核心构成。假体的上下面覆有开放的涤纶网孔以利于人体组织长入其内固定。并发症包括感染、假体周围骨吸收和假体位置不佳。此人工椎间盘移植节段进行生物力学测试，具有与正常运动节段相似的屈曲、旋转和压缩运动。1975年此设计获得了美国专利。1975年Froning提出由可充盈屈曲的囊状物及假体终板固定针构成人工椎间盘。将假体终板及固定针用力压入椎体终板，然后将抽气缩小的假体插入椎间隙，并再次充气。此设计在未行实验前即放弃。1978年Hoogeland等提出有关节运动的人工椎间盘，上端为聚乙烯球形凹陷的平台，类似于髋臼，下端为半球形的金属构件．用骨水泥予以固定。在体外20个L2～5尸体运动节段进行剪切应力、静态纵轴压力和周期纵轴压力的力学测试。

 

　　3种负载类型测试所得结果与文献中报告的完整尸体脊柱力学测试一样，但未报告此设计的进一步研究情况。

 

　　1982年Patil一项获得专利的设计值得注意。这种假体由两个球状不锈钢杯组成，一个直径略大，使另一个能安置在内。两个不锈钢杯由保持椎间盘高度为6mm的8个弹簧相连。在每个钢杯的骨和假体界面有6个1mm粗的锥形金属长钉用作与椎体结合。此项设计无体外和体内的力学测试报告。1990年另一项获得专利的技术为在液体中加入药物因子，例如加入神经生长因子和皮肤生长因子以促进韧带愈合。方法是从囊腔引出一小管到邻近的连接腰穿针的储存器，当需要时可改变液体的化学成分。此膜为聚乙烯、邻苯二甲酸盐、聚丙烯硅橡胶、硅一碳共聚物或聚四氯乙烯。此设计完全是理论性的无力学bench—testing或动物研究报告。

 

　　Stefee应用在欧洲获得专利的人工椎间盘，此假体由两层钛板间含有Polyolefin橡胶(Hexsyn)制成的髓核构成。钛板呈珊瑚状以利于骨长入其内。钛板与椎体终板面积一致，使椎间隙完全填满，减少瘢痕的形成。此假体未行动物试验，但是有6个人工椎间盘置人人体，5个良好，1个失败。最近Steffee和其同事改进生产过程发明了第二代人工椎间盘。SB Charite人工椎间盘在1982年由Kurt Sehellnack教授和Btittnerl-Janz设计，两年后SB Charit6人工椎间盘在柏林Ham—boldt大学Charit6医院首次被移植。1987年德国Waldemar Link公司获得生产权利。

 

　　其由两个钴铬合金终板(end—plates)和一个超高分子聚乙烯滑动的核心(Sliding core)所构成(图37—1)。终板有两种几何形状变异体：平行翼(plane—parallel)和倾斜翼(Plane~一()blique)。每种翼的终板各有三种型号，以便根据椎体的大小而选择，其中倾斜翼常用于L5～S1。能够做近似生理性节段运动的滑动核心的高度为7．5～11．5mm，其常见的高度为9．5mm，并与终板的型号相匹配。在滑动核心的周围有一金属环，目的是进行X线定位。理想的椎间盘假体应在三个旋转平面及轴向压缩上完全复制完整椎间盘的坚强度。椎间盘假体由中间弹簧联接上下两部分．以提供矢状面上15。～20。的轴向旋转。原始型的SB I型为圆形的不锈钢终板，其上有11个齿。改型的SBⅡ终板为带有侧翼的钴一铬一钼合金，其呈卵圆形，增加表面面积，每侧终板有6个齿。最近一代的改型在金属和骨界面呈凸面，在前、后缘有3排斜向中心的锯齿。Buttner—Janz报道自1984年以来63例病人置入76个SB Charite人工椎间盘。回顾其中63个假体，5％发生术中假体移位进入椎体(SBⅡ型和SBⅢ型)，3％假体前侧脱位(SBⅡ型)，21％终板出现裂隙(SBⅡ型)和6％终板破裂(SBⅡ型)。平均随访15个月(最长3年)以后，83％病人感“较术前为好”。然而最近报告由于少数严重的并发症如人工椎间盘破裂，在德国已暂停临床应用，迫切需要进一步的研究和设计。

 

　　Lee和其同事将目前的人工椎间盘设计类型分为五类：低摩擦滑动型、弹簧系统型、充盈液体的囊腔型、由橡胶或其他弹性体制成的椎间盘假体型和弹性椎间盘与钢柱结合型。

 

　　1992年，Ray调查确定大多数全椎间盘置换假体并未用于临床，不是放弃就是处在设计或动物实验阶段。目前研究已经导致了四种假体模型的发展：液压模型(hydraulic mod—e1)、弹性连续性模型(elastic continuummodel)、混合模型(composite model)和力学模型(mechanical model)。

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