人工椎体的发展及在脊柱外科中的应用卢公标　权正学　蒋电明 【摘　要】 目的　综述人工椎体的发展、研究及适用范围,为临床应用提供参考。

　方法　广泛查阅近年国内外相关文献,总结人工椎体的构成材料、设计类型及临床应用。

　结果　人工椎体组成材料有陶瓷、异体骨、金属及生物工程复合材料等,但各有优缺点。

常见类型可大体分为单纯支撑型、撑开固定型和可调固定型,以可调固定型较为理想。

人工椎体已应用于脊柱肿瘤、结核、骨折以及感染等,并取得良好的效果。

　结论　人工椎体可在临床上广泛应用,但在构成材料和设计类型方面还有待进一步改进。

【关键词】 人工椎体 椎体替代 脊柱中图分类号:R318.08　R681.5 文献标识码:AD EVELOP M ENT AND APPL I CATI ON OF ARTIF I C I AL VERTEBRAL B ODY IN SP INAL SURGER Y L U Gong biao, QUA N Z heng x ue,J IA N G D ianm ing.F irst A f f ilia ted H osp ita l of Chong qing U n iversity of M ed ica l S ciences, Chong qing,400016,P.R.Ch inaCorresp ond ing au thor:QUA N Z heng x ue,E2m a il:quanz x18@126.co m【Abstract】 Objective　To study the developm en t,investigati on,and app licati on of the artificial verteb ral body so as to p rovide an essen tial reference fo r the fu tu re research and clin ical app licati on.M ethods　T he recen t articles on m aterials,types,and clin ical app licati on s of the artificial verteb ral body w ere review ed.Results　T he m aterials u sed fo r the artificial verteb ral body w ere po rcelain,alloy,varian t bone,and compo site.Bu t each of them had its ow n advan tages and disadvan tages.T he types of the artificial verteb ral body w ere grouped as expandab le and non2expandab le ones;how ever,the expandab le type w as m uch better.T he artificial verteb ral body had been app lied to the treatm en ts of sp inal tumo r,tubercu lo sis,fractu re,and infecti on,w ith better effects.Conclusion　T he artificial verteb ral body can be ex ten sively app lied.How ever,the m aterials and types need to be i m p roved.【Key words】 A rtificial verteb ral body V erteb ral body rep lacem en t Sp ineFounda tion ite m:N ati onal H igh T echno logy R esearch and D evelopm en t P rogram of Ch ina(2002AA326020) 自1969年H am di首次报道L2浆细胞瘤和转移性腺癌行椎体肿瘤切除、假体替代以来,人工椎体作为一类有效的椎体替代物在临床上得到广泛应用。

其材料各异,有异体骨、陶瓷、金属等,但每种材料的人工椎体均有优缺点。

如异体骨存在来源有限、免疫排斥反应等,陶瓷类体内易碎和易被疲劳破坏,金属植入带来骨应力屏蔽和骨吸收问题。

近年来,随着组织工程学的发展出现了复合型椎体替代材料,既能提供术后即刻稳定性又能与椎体形成永久骨性融合。

人工椎体设计类型也从最初的单纯支撑型,发展到能理想恢复椎体高度的可调固定型。

我们就近年来有关人工椎体的研究、发展及应用作一综述。

1　人工椎体的发展1.1　金属材料基金项目:国家高技术研究发展计划(863)资助项目(2002AA326020)作者单位:重庆医科大学附属第一医院骨科(重庆,400016)通讯作者:权正学,副教授,硕士导师,研究方向:脊柱与脊髓损伤, E2m ail:quanzx18@ 1.1.1　单纯支撑型　O no等(1975、1988)报道采用金属及陶瓷材料制成人工椎体,用于治疗颈椎转移性肿瘤。

其共同特点为无特殊的固定系统,与上下椎体的固定依赖于其内填充骨水泥或嵌于椎体之间。

该型人工椎体仅起到支撑作用。

1.1.2　撑开固定型　A rb it等[1]使用改良哈氏棒人工椎体行椎体间撑开固定,恢复椎体切除后脊柱的高度。

L ow ery等[2]介绍M esh人工椎体用于椎体缺损替代及椎间隙填充,该人工椎体为中空网状结构,长度不可调节,两端有环状结构起稳定作用。

原林等[3]设计出具备纵向弹性和前、后、左、右弯曲功能的人工椎体,可模拟正常脊柱单位的运动性能,植入人体后对脊柱的力学环境影响小,但其内部不能植骨。

该型人工椎体多利用螺旋撑开原理恢复脊柱高度,但植入后其本身长度固定且不能调节,因此应用时选择较严格,否则不仅难以恢复理想的椎体高度,且有脱落的危险。

1.1.3　可调固定型　Knop等[4]将Synex人工椎体用于胸腰椎前柱损伤的重建,为钛质中空网状结构,长度可调节,终板有圆形和矩形两种,能与相邻终板紧密结合,提供良好的三维稳定性。

赵定麟等[5]研制的中空可调式钛合金人工椎体,以及2001年Sofam o rdanek公司的L IFT人工椎体,均通过螺旋撑开调节人工椎体高度,但因仅有尖刺状物与上下椎体固定,常需与其他内固定器联合使用。

杨瑞甫等[6]设计的人工椎体,依靠端盖上的锥形刺,加上边套于轴线上旋入上下椎体1c m左右,并固定螺钉三重保险,勿需联合使用其他内固定,具有术后即刻稳定性。

该人工椎体在与上下椎体形成固定的同时,可以调节椎体的长度,达到理想的恢复椎体高度的目的,且多为钛合金中空结构,其内能植骨与椎体形成永久骨性融合,兼顾了远期的稳定。

1.2　新型复合材料Schu lte等[7]对一种新型的椎体替代材料进行了初步研究,该人工椎体由聚醚烷 生物玻璃复合物组成,终板由碳纤维添加聚醚酮组成,能被射线透过。

既能提供优良的即刻稳定性,又能保持长期稳定性。

Itoh等[8]采用羟基磷灰石 胶原蛋白混合材料制成13周内可被吸收的人工椎体,同时吸附人工合成骨形成蛋白2促进骨痂生长,能有效防止内植物塌陷。

林明侠等[9]报道采用动物骨制成无机的人椎体模型,复合骨形成蛋白、骨基质明胶及纤维蛋白,应用于椎体肿瘤,具有成骨活性。

娄朝晖等[10]用山羊作动物实验,对磁性生物陶瓷人工椎体靶向治疗椎体肿瘤进行了可行性研究。

该人工椎体由磁性生物陶瓷、脊柱前路解剖型固定钢板和骨水泥3个部分组成,实验表明在体外磁场的作用下,具有顺磁性的磁性生物陶瓷磁化并产生“体内局部强化磁场”,形成体腔内特定区域的靶向治疗的增强效应。

2　生物力学研究王新伟等[11]通过测试牛胸腰椎椎体切除后不同内植物重建的破坏载荷,得出结论:正常小牛胸腰椎标本极限载荷最高,平均为1050N;髂骨植骨组最小,为80N,仅有原始标本的45%;单纯钛合金人工椎体组平均破坏载荷比髂骨植骨组高16%,附加前路钢板及后路椎弓根钉固定,破坏载荷均高于单纯植入者。

Knop等[4]通过Synex人工椎体的生物力学性能测试,证明其能将脊柱压力分散,生物力学稳定性高,不需附加后路内固定器。

V ah ldiek等[12]对新鲜冰冻尸体脊柱(T12～L4)行生物力学测试,评价椎体肿瘤切除、替代物植入、附加内固定器械后脊柱的潜在稳定性。

实验显示:椎体替代物植入后仅附加前路内固定器与完整椎体相比移动度大,特别于轴向扭转。

Pflugm acher等[13]对成人胸腰椎测试可调节与不可调节椎体替代物的力学性能,提示两类椎体替代物在体外力学性能方面没有明显差异;椎体替代联合附加前后路内固定器后,其强度和稳定性最大。

Kandzi o ra 等[14]通过用成人颈椎(C3～5)实验也得出:可调节椎体替代物在生物力学方面和不可调节椎体替代物及自体髂骨相比,无明显优势;由于低延展性和旋转刚度,其任何一种都不适合单独应用;只有附加前、后路内固定系统后,才能重建颈椎的旋转稳定性。

3　放置位置对脊柱生物力学性能的影响AO关于脊柱内固定的重要原则之一是支撑原则,即内植物应植于脊柱承载侧以减小压缩、剪切以及扭转载荷,达到支撑脊柱(前柱)以防止轴向畸形的目的[15]。

王新伟等[16]以可调式中空钛合金人工椎体为例,探讨人工椎体理想位置的选择。

实验发现:人工椎体不同植入位置与中间位相比,其应变、应力强度均有不同程度变化。

斜放对各个状态的生物力学稳定性影响最大,而侧区放置时除在该侧的侧方弯曲应变差别较小外,其余各个状态亦有明显影响。

因此应用人工椎体时,应注意尽量将其植入椎体中部偏后,避免斜放及偏向椎体一侧,以免引起固定后稳定性的下降。

L ow e等[17]用尸体胸腰椎作体外力学实验,研究终板的抗压缩强度。

实验表明:终板后外侧抗压缩强度最大,中间部分最小,抗中空植入物(在几何形状上接近于目前常用的一种M esh人工椎体)临界压缩强度明显高于抗实体植入物者。

对临床上人工椎体类型及放置位置的选择具有一定的指导意义。

4　临床应用4.1　脊柱肿瘤椎体是骨转移性肿瘤脊柱转移中最常累及的部位,随着肿瘤防治水平的提高,手术切除病灶或病变椎体成为临床上脊柱肿瘤综合治疗的重要步骤之一。

人工椎体目前广泛应用于椎体肿瘤切除后脊柱稳定性的重建。

4.1.1　人工椎体置换适应证　Ho sono等[18]认为,脊柱转移瘤行人工椎体置换术的指征包括:①转移瘤大部位于椎体内,脊柱稳定性丧失或即将丧失者;②瘤体大部位于椎体内,即便脊柱稳定性无明显丧失,但转移瘤相关症状明显,传统方法无法缓解者。