Различные факторы (патология дисков, спондилолистез поясничного отдела, туберкулез, опухоли, травмы и т.д.) могут привести к нестабильности поясничного отдела, и слияние позвонков является важным инструментом для восстановления стабильности поясничного отдела. Развитие биомеханики позвоночника в 1980-х годах еще больше прояснило важность задней структуры поясницы для стабильности поясницы и обеспечило теоретическую основу для скрепления позвоночника [1]. В последние годы развитие различных методов сращения привело к увеличению частоты сращения позвоночника. Целью данного исследования было углубление понимания биомеханических характеристик различных методов сращения в нижнепоясничном отделе посредством биомеханического исследования непосредственной и усталостной стабильности широко используемых в настоящее время клинических методов сращения нижнепоясничного отдела. I. Материалы и методы 1. Материалы 2. Экспериментальные материалы: 9 свежих образцов взрослых поясничных 1-крестцовых позвонков были использованы для данного эксперимента, перед экспериментом было проведено рентгеновское исследование для исключения органических поражений кости; блоки межпозвоночного костного трансплантата были взяты из подвздошного гребня здоровых трупов с костной корой с трех сторон, каждый блок был размером около 2,5 см (длина) × 1,2 см (ширина) × 1,1 см (высота); устройство для межпозвоночного соединения (кейдж) было изготовлено из титана агентом Huajiehao. ТФК с диаметрами 16 мм и 14 мм соответственно был выбран в соответствии с предварительными рентгеновскими измерениями; задний транспедикулярный аппарат внутренней фиксации представлял собой короткосегментную систему внутренней фиксации CD той же компании. 3. Подготовка образца: После получения образца мягкие ткани, такие как жир и прикрепленные мышцы, удалялись, оставляя связки, капсулу сустава, межпозвоночный диск и костные структуры нетронутыми. Концы образца заделывались полиметакрилатом и хранились в двойном пластиковом пакете, герметично запаянном, в морозильной камере при температуре -20°C для хранения. 4. Методы 5. Трехмерный тест движения позвоночника: Трехмерный тестер движения позвоночника, используемый в данном эксперименте (рис. 1), может имитировать характеристики движения позвоночника в человеческом теле, т.е. испытательное устройство может приложить чистый дипольный момент силы к образцу позвоночника, не влияя на свободное движение образца после нагрузки. Крестец образца крепится к основанию, а нагрузочный диск крепится к концу вставки L1. Пара сил равной величины, противоположного направления и параллельных друг другу прикладываются к образцу через нагрузочный диск для формирования пары чистых сил, действующих на образец. Контролируя величину приложенной силы, регулируя ориентацию нагрузочного диска и направление нагрузочного диска, к образцу прикладываются моменты пары сил сгибания/разгибания вперед, сгибания влево/вправо и осевого вращения влево/вправо, имитируя физиологическую активность пояснично-крестцового отдела и вызывая соответствующее движение поясничного отдела позвоночника. Изображения трехмерного движения позвоночника при нулевой и максимальной нагрузке (8,0 Н.м) делаются двумя камерами, расположенными под углом друг к другу, а метки, прикрепленные к шкале, идентифицируются и позиционируются компьютеризированной системой обработки изображений. Согласно теории кинематики жесткого тела, движение любых трех точек жесткого тела может характеризовать движение всего жесткого тела, поэтому две камеры, расположенные под углом друг к другу, могут быть использованы для расчета изменения угла между сегментами, т.е. диапазона движения (ROM). 6, усталость тест: усталость группы образцов будут размещены на 868Mini-MTS многоосевой экспериментальной машины (рис. 2), на скорости 400N / S, загружены до 200N нагрузки (частота нагрузки 1 Гц); слева и справа 10 ° каждый поворот, количество усталости для 1500 раз. После завершения операции образец извлекается, а затем помещается на спинальную 3D-машину для испытаний. 7. экспериментальная процедура: испытание трехмерного движения сегмента L4-5 проводилось на одном и том же образце для каждого из следующих восьми состояний: ① интактная структура нижнего поясничного отдела позвоночника; ② нестабильный поясничный отдел позвоночника (т.е. полная ламинэктомия L4 и нижняя синовэктомия с одновременным удалением пульпозного ядра L4-5)[2]; ③ внутренняя фиксация короткого сегмента CD (CD); ④ внутренняя фиксация короткого сегмента CD с межпозвоночным костным трансплантатом (CD-… костный блок, Рисунок 3); ⑤ внутренняя фиксация короткого сегмента CD с межпозвонковой фиксацией TFC (CD-TFC, Рисунок 4); ⑥ усталость CD; ⑦ усталость CD-костного блока; ⑧ усталость CD-TFC. После каждого состояния усталости устройство внутренней фиксации устанавливалось заново, а педикулярные винты проверялись на ослабление, чтобы избежать влияния на результаты испытаний в следующем состоянии; чтобы избежать смещения (систематической ошибки) в результатах испытаний из-за различных последовательностей испытаний, последовательности испытаний в различных состояниях менялись случайным образом. В то же время, образец постоянно опрыскивали физраствором, чтобы обеспечить его увлажнение на протяжении всего эксперимента, чтобы минимизировать дегенерацию тканей, вызванную экспериментом. После установки внутренней фиксации CD, блока CD-кости и CD-TFC (рис. 5) необходимо было сделать рентгеновские снимки, чтобы убедиться, что эндооссальное положение удовлетворительное. 8. статистическая обработка: данные, собранные для этого эксперимента, в основном представляли собой диапазон движения (выраженный как угловое смещение), из которых экспериментальные ошибки и грубые различия были скорректированы, и все данные были подвергнуты двухстороннему категориальному ANOVA (метод Student-Newman-Keuls). Для каждой группы лечения был проведен t-тест (α = 0,05) для среднего значения данных рандомизированного парного дизайна с использованием сегментарного движения собственной интактной структуры в качестве контрольной группы для наблюдения статистической значимости изменений ПЗУ в каждой группе лечения по сравнению с группой интактной структуры; также группа блокады костей CD сравнивалась с группой CD-TFC и группой усталости блокады CD -группа усталости блока кости с группой усталости CD-TFC и группой усталости CD-TFC, соответственно, для дальнейшего изучения влияния двух методов синтеза на стабильность позвоночника. II. РЕЗУЛЬТАТЫ Значительное увеличение ПЗУ углового смещения использовалось в качестве индикатора сегментарной нестабильности. ПЗУ на уровне L4-5 при переднем сгибании/разгибании, сгибании влево/вправо и вращении влево/вправо, измеренное в восьми состояниях поясничного отдела позвоночника после приложения нагрузки 8,0 Н.м, показано в прилагаемой таблице и на рисунке 6. Результаты показывают, что модель нестабильности поясничного отдела была построена удовлетворительно, и что ПЗО во время всех действий была значительно увеличена в группе нестабильности по сравнению с группой интактной структуры. Группы CD-блока и CD-TFC имели значительно большую стабильность по сравнению с нормальным поясничным отделом позвоночника во всех шести направлениях движения. -Поясничный отдел позвоночника был нестабилен в состоянии утомления при CD, и был значительно нестабилен при сгибании и разгибании вперед и ротации влево и вправо, но не отличался значительно от нормального поясничного отдела позвоночника при сгибании влево и вправо в боковом направлении. Стабильность костного блока ЦД по-прежнему была лучше, чем у нормального поясничного отдела позвоночника в направлении сгибания и разгибания вперед, но не отличалась от нормального поясничного отдела позвоночника в направлении левого и правого бокового сгибания и левой и правой ротации; стабильность ЦД-ТФК была значительно выше, чем у нормального поясничного отдела позвоночника в направлении заднего разгибания и левой и правой ротации в состоянии утомления, но не отличалась от нормального поясничного отдела позвоночника в направлении сгибания вперед и левого и правого бокового сгибания. Не было существенной разницы в стабильности группы усталости блока CD-костей и группы усталости CD-TFC во всех направлениях, как показано на рисунке 8, где не было существенной разницы в стабильности двух групп в направлении сгибания и разгибания вперед и левого и правого бокового сгибания, но стабильность CD-TFC была значительно лучше, чем стабильность группы блока CD-костей в направлении левой и правой ротации. III. Обсуждение 1. Биомеханическое сравнение процедур PLF и PLIF в нижней части спины Процедура PLF (заднелатеральное сращение) была наиболее распространенным методом сращения в ортопедии до 1990-х годов, но клинические и биомеханические исследования выявили высокую частоту образования псевдосуставов, что привело к снижению частоты выполнения процедуры [3]. 1944-1945 Briggs, Milligan and Cloward Техника PLIF (трансфораминальное поясничное межтеловое сращение) была впервые предложена в 1944-1945 годах и с тех пор усовершенствована усилиями многих ученых. С биомеханической точки зрения, чем ближе костный трансплантат к центру движения позвоночника или к линии передачи силы тяжести, тем лучше будет сращение[4]. Функциональный отдел позвоночника (FSU) состоит из двух смежных позвонков и межпозвоночного диска между ними, причем центр движения находится в диске. Поэтому межпозвоночная костная пластика более благоприятна для заживления кости, чем другие методы костной пластики. Простая система короткосегментной трансфораминальной внутренней фиксации CD, разработанная в данном эксперименте, имитировала процедуру PLF-фузии, в то время как CD-костный блок или CD-TFC имитировали процедуру PLIF. Результаты показали, что не было существенной разницы в непосредственной стабильности реконструированного нижнего поясничного отдела позвоночника между группами CD-блока и CD-TFC и группой только CD, а стабильность группы CD существенно не отличалась от стабильности нормального поясничного отдела позвоночника во время сгибания влево/вправо и осевого вращения влево/вправо. Однако после усталости стабильность поясничного отдела позвоночника в группе CD значительно снизилась и стала нестабильной, в то время как в двух других группах после усталости стабильность позвоночника существенно не изменилась. Репозиционирование и фиксация поясничного соскальзывания и нестабильности, а также слияние имплантатов могут достичь требований биомеханики и стабильности позвоночника, а применение системы фиксации педикулярный винт-стержень улучшает слияние позвоночника; однако отсутствие сильной поддержки со стороны передней колонны для чисто задней короткосегментной внутренней фиксации может легко привести к таким осложнениям, как потеря эффекта репозиционирования и нарушение внутренней фиксации. В клинической практике пациентам, выбравшим PLF, рекомендуется ограничить подвижность поясницы во время ранних послеоперационных функциональных упражнений под защитой скобы и подождать 3 месяца для подтверждения начального заживления кости, прежде чем увеличивать подвижность поясницы. В случаях значительного соскальзывания и тяжелой нестабильности позвоночника в отдельных сегментах L4-5 и L5S1 следует по возможности выбрать процедуру PLIF, так как это поможет сохранить эффект репозиции и уменьшить коррекционные потери, предотвращая при этом образование псевдоартрозов. Недавно была предложена комбинированная процедура PLIF и PLF для состояний плохой стабильности [5]. PLIF обеспечивает переднюю поддержку позвоночника, а PLF повышает стабильность задней колонны, позволяя одним задним разрезом достичь окружного слияния передней и задней поясничных колонн, обеспечивая необходимую поддержку передней колонны, в то время как задняя внутренняя фиксация более чем переломана или ослаблена. Помимо обеспечения широкого ложа имплантатов в переднем направлении, PLIF может также улучшить процент успешного сращения ПЛФ за счет уменьшения межпозвонкового движения и сохранения высоты межпозвонкового диска. 2. Биомеханическое сравнение применения кортикальных костных блоков и межпозвонкового сращения (кейджа) при PLIF Теоретическая основа процедуры PLIF заключается в том, что межпозвонковое сращение с использованием костного трансплантата более биомеханично, помогает сохранить высоту позвонка и избежать вторичного неврального стеноза. Многие клинические исследования выявили значительное облегчение хронической боли в пояснице у пациентов после PLIF. Из-за сложности процедуры, PLIF все еще не широко используется в Китае. Кроме того, все еще существуют определенные осложнения, такие как образование псевдоартроза после PLIF [6]. Для решения проблемы межпозвонкового сращения были разработаны различные устройства для межпозвонкового сращения (из нержавеющей стали, биокерамики, титанового сплава, углеродного волокна, полимерных материалов), в которые помещаются материалы для костной пластики [7]. Хотя клинические исследования устройств для межтелового сращения еще только появляются, биомеханических испытаний было проведено относительно немного, и выводы неоднозначны, причем большинство из них посвящено исследованиям на животных. заключили, что результаты применения Cage существенно не отличались от предыдущих послеоперационных испытаний PLIF с применением кортикальных костных блоков [9]. Поскольку процесс межпозвонкового сращения в значительной степени зависит от верхней и нижней костей концевой пластинки для обеспечения широкого пространства сращения, а концевая пластинка не полностью развита в животных моделях, существуют различия в результатах экспериментов на животных и людях. Предыдущие биомеханические исследования Cage на образцах позвоночника человека относительно немногочисленны и были сосредоточены на непосредственной стабильности позвоночника после PLIF, без биомеханических испытаний в ближайшем и пост-усталостном периодах. Биомеханические испытания не показали значительных изменений в стабильности поясничного отдела после ПЛИФ с различными типами межпозвонкового сращения [10], поэтому можно предположить, что использование ТФК является репрезентативным. В данном эксперименте не было существенной разницы между непосредственной стабильностью позвоночника в группе блокады костей CD и группе CD-TFC, обе группы были лучше, чем нормальная стабильность поясничного отдела позвоночника, и этот результат отличается от некоторых сообщений в литературе[11]. (2) Качество межпозвонкового костного трансплантата Трехсторонний кортикальный костный трансплантат из передней трети подвздошной кости должен быть достаточно прочным, чтобы заполнить все позвоночное пространство. В ходе экспериментов мы наблюдали два случая сгибания DTT в группе усталости CD-блока, что косвенно подтверждает роль DTT в трехмерной фиксации позвоночника. Цель кейджа — обеспечить более сильную переднюю поддержку поясничного столба путем вдавливания в концевую пластинку через ее резьбовой край, эффективно снижая сдвиговые силы, действующие на пояснично-крестцовый сустав и педикулярные винты, а также позволяя размещать в кейдже аутогенную отменную кость и биоматериал для содействия заживлению кости [12]. Теоретически, использование этих новых кейджей в большей степени способствует сохранению высоты позвонков, стандартизации и упрощению хирургических процедур, а также снижению частоты осложнений. Учитывая, что в данном исследовании непосредственная стабильность поясничного отдела позвоночника существенно не отличалась между группой с блоком CD-костей и группой CD-TFC, а стабильность после усталости была лучше, чем в группе с интактным позвоночником, и что долгосрочная эффективность Cage требует дальнейшего наблюдения, автор считает, что выбор межпозвонковых имплантатов должен варьироваться от человека к человеку, и что не следует категорично придерживаться применения новых видов внутренней фиксации, а клиническая практика должна Следует учитывать состояние самого пациента, ожидания от результата операции, экономический статус и владение оператором техникой PLIF. В данном эксперименте были смоделированы ранние биомеханические изменения после сращения нижнепоясничного отдела, в то время как клинический процесс сращения позвоночника является динамическим, при этом стабильность межпозвонкового сустава постепенно увеличивается по мере заживления кости. На данный момент остается актуальной задача более точной биомеханической оценки для правильного моделирования всего позвоночника, инструментария и условий нагрузки in vivo.