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關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的生物力學(xué)研究進(jìn)展

本文原載于《中華骨科雜志》2015年第9期

關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)(zygapophyseal joint)又稱椎間關(guān)節(jié),是由脊柱相鄰上、下椎體關(guān)節(jié)突所組成的滑膜關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)由第二頸椎下關(guān)節(jié)突一直延續(xù)到腰椎,有著復(fù)雜的生物力學(xué)結(jié)構(gòu),對維持脊柱后方結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起到重要作用。與其他大關(guān)節(jié)相比,關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的生物力學(xué)研究相對滯后。近些年來,學(xué)者們逐漸認(rèn)識到關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)在脊柱生物力學(xué)方面的重要性,相關(guān)的研究方法和技術(shù)也在不斷發(fā)展和更新。本文以'脊柱'、'關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)'、'解剖學(xué)'、'生物力學(xué)'、'手術(shù)'等為關(guān)鍵詞,計算機檢索數(shù)據(jù)庫Pubmed、EMBASE、中國生物醫(yī)學(xué)光盤數(shù)據(jù)庫、中國知網(wǎng)、維普中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(1980年1月至2014年12月)。納入語言為中文和英文;納入文獻(xiàn)類型為期刊論文、學(xué)位論文、中外專利、綜述?;仡櫧陙黻P(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)解剖學(xué)、生物力學(xué)及臨床應(yīng)用的最新研究進(jìn)展,重點探討生物力學(xué)研究對相關(guān)手術(shù)及后期治療的指導(dǎo)意義(圖1)。



一、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的解剖學(xué)研究進(jìn)展

關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)為平面關(guān)節(jié),與椎間盤及脊柱周圍韌帶一起維持脊柱的穩(wěn)定,同時還參與椎管的構(gòu)成、保護椎管內(nèi)容物。脊柱關(guān)節(jié)突在椎弓根與椎板相接處伸出,形成上、下關(guān)節(jié)突,兩側(cè)各一對(圖2)。關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)屬于滑膜關(guān)節(jié),關(guān)節(jié)面由軟骨覆蓋,關(guān)節(jié)面形狀在各個節(jié)段均隨關(guān)節(jié)面的成角而變化,大體上呈橢圓形。頸椎上關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面朝向后上方,下關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面朝前下方,可以在下一個頸椎的上關(guān)節(jié)面上滑動。在胸椎和腰椎,關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)通過椎弓根與椎體形成一體[1]。關(guān)節(jié)面的方向及成角決定了不同部位的脊柱活動度不同。關(guān)節(jié)的運動由韌帶樣關(guān)節(jié)囊引導(dǎo),關(guān)節(jié)囊包繞全部關(guān)節(jié),限制了脊柱活動,維持了脊柱的力學(xué)穩(wěn)定性[2,3,4]。近年的研究表明,在臨床治療和手術(shù)的實施細(xì)節(jié)中,關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)越來越受到研究者的重視,為手術(shù)方案指導(dǎo)、術(shù)后康復(fù)治療及預(yù)后的評估提供了重要依據(jù)。


(一)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的傾斜角度及活動度

關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)活動度,直接影響脊柱的活動度。關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的解剖學(xué)特點,尤其是關(guān)節(jié)面的角度,是椎體耦合運動的重要因素。關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面的軸位成角在頸椎為20°~78°、胸椎為55°~80°、腰椎為82°~86°。關(guān)節(jié)面在頸椎呈近似水平,使頸椎及上胸椎有很好的軸向旋轉(zhuǎn)能力及側(cè)彎能力;下胸椎及腰椎關(guān)節(jié)面成角逐漸傾斜,腰椎近似垂直,使下胸椎及腰椎活動受到限制,從而保護了椎間盤及椎管內(nèi)容物,減小了非生理狀況下的損害[5,6]。矢狀面成角在頸椎、胸椎、腰椎分別為70°~96°、85°~120°、15°~70°,即從頸椎到腰椎矢狀位成角越來越小,椎體的活動也越來越受限制[7,8]。由于關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)在矢狀面及冠狀面均成角,導(dǎo)致椎體側(cè)屈時伴有輕度軸向扭轉(zhuǎn),而軸向扭轉(zhuǎn)的同時又能產(chǎn)生輕度側(cè)屈。

關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)為脊柱生物力學(xué)結(jié)構(gòu)的重要組成部分,單純關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)損傷即可引起脊柱活動度的改變。Crawford等[9]觀察C5,6單側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)絞索對脊柱活動度的影響,僅向關(guān)節(jié)絞索側(cè)進(jìn)行軸位旋轉(zhuǎn)時活動度無明顯差異,其余工況條件下脊柱活動度減少了2.7°~3.6°。

在王志剛等[10]的探討骨性結(jié)構(gòu)參數(shù)在退行性腰椎滑脫發(fā)病機制中的作用的回顧性研究中,腰椎滑脫患者與正常對照組相比,雙側(cè)關(guān)節(jié)突面冠狀位角有顯著性差異。其研究結(jié)論是腰椎的骨性結(jié)構(gòu)參數(shù)在退行性脊柱滑脫的發(fā)病機制中對總體人群而言不是重要因素,從反面證明了退行性變是退行性滑脫的重要因素。而荊慧田等[11]認(rèn)為腰椎滑脫患者滑脫節(jié)段的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)角明顯小于非滑脫患者的相應(yīng)節(jié)段,關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)角度改變與退行性腰椎滑脫的因果關(guān)系尚不明確。我們認(rèn)為CT三維重建技術(shù)以及MRI的應(yīng)用,將有助于探究兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系。

(二)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)軟骨解剖學(xué)及生物力學(xué)研究

關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)表面覆蓋軟骨,在不同的位置層厚不同。關(guān)節(jié)邊緣部位較厚,逐漸過渡到中心部位最薄。Womack等[12]在下頸椎的研究中得出下頸椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)軟骨厚度與關(guān)節(jié)面半徑及周長的關(guān)系:


公式中t為軟骨厚度;tmax為所在截面軟骨厚度最大值;k為常量,與軟骨截面形狀相關(guān);r為軟骨厚度最大值處圓心半徑;rperim為所求軟骨厚度相應(yīng)半徑。研究同時指出關(guān)節(jié)面軟骨覆蓋不完全,在關(guān)節(jié)邊緣存在裸露區(qū)。

關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)軟骨的生物力學(xué)性質(zhì)主要取決于軟骨組成(膠原纖維、含水量等)、年齡及關(guān)節(jié)負(fù)載情況。目前研究僅僅從宏觀角度對關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的生物力學(xué)有較為廣泛的探討。由于關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)軟骨相對較小、關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、力學(xué)模型構(gòu)建復(fù)雜等因素,針對關(guān)節(jié)軟骨的生物力學(xué)研究較少。僅有Elder等[13]對犬腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)進(jìn)行研究,他們認(rèn)為關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)軟骨與全身大關(guān)節(jié)的軟骨相似。

(三)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)附屬結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)研究

關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)是整個脊柱唯一的滑膜關(guān)節(jié),滑膜和關(guān)節(jié)韌帶包繞在關(guān)節(jié)表面,輔助關(guān)節(jié)的運動并限制上、下關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的分離?;颖。瑑?nèi)層緊貼在關(guān)節(jié)囊韌帶內(nèi)側(cè),且結(jié)構(gòu)松弛,對關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的生物力學(xué)作用有限,因此無相關(guān)的生物力學(xué)研究。關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊受機械敏感神經(jīng)元支配,關(guān)節(jié)囊損傷是腰痛的來源之一。

滑膜組織內(nèi)層向關(guān)節(jié)腔內(nèi)折疊形成滑膜皺襞,在關(guān)節(jié)腔邊緣滑膜皺襞與脂肪和纖維結(jié)締組織共同構(gòu)成半月板樣結(jié)構(gòu)(與膝關(guān)節(jié)半月板不同)。它在關(guān)節(jié)腔內(nèi)起到增加關(guān)節(jié)面接觸面積、保護關(guān)節(jié)軟骨的作用,并能夠引導(dǎo)、限制上下關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的相對運動,減輕摩擦[6]。

二、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的生物力學(xué)研究進(jìn)展

(一)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)對脊柱穩(wěn)定性的作用

脊柱運動是三軸六向的復(fù)合運動,雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)與椎間盤共同構(gòu)成三角結(jié)構(gòu)維持椎體間穩(wěn)定,任一關(guān)節(jié)的破壞都會導(dǎo)致脊柱失穩(wěn)。White和Panjabi[14]認(rèn)為,當(dāng)相對位移大于3.5mm、成角畸形大于20°時可以認(rèn)為脊柱失穩(wěn)。Rankine和Dickson[15]指出腰椎失穩(wěn)與關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的退變、損傷密切相關(guān)。脊柱旁肌肉組織通過改變脊柱的彎曲方向能夠使脊柱保持平衡;同時關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)限制了椎間盤的過度扭轉(zhuǎn),減緩了椎間盤退變,維持了脊柱穩(wěn)定[16]。關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)主要承載脊柱后部的軸向應(yīng)力,限制脊柱的過度運動,保護椎管內(nèi)結(jié)構(gòu)。同時,關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)也在加強脊柱扭轉(zhuǎn)強度、限制移位、防止關(guān)節(jié)分離中具有重要作用。

(二)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊韌帶的生物力學(xué)作用

關(guān)節(jié)囊韌帶主要由彈性蛋白和膠原纖維組成,主要作用為限制關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的活動。Zdeblick等[17]觀察了尸體C3~C7標(biāo)本在關(guān)節(jié)囊部分切除前后側(cè)屈和軸位扭轉(zhuǎn)的角度變化。其結(jié)果表明50%的關(guān)節(jié)囊被切除后相同扭矩下脊柱軸位的旋轉(zhuǎn)角度增加了19%,脊柱后部的位移增加了32%;75%的關(guān)節(jié)囊被切除后脊柱后部呈分離狀態(tài)。這一結(jié)果說明關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊對限制脊柱運動有重要作用,在前屈、側(cè)屈和扭轉(zhuǎn)過程中尤為顯著。

(三)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊在材料學(xué)和載荷下的力學(xué)測量研究

關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊的完整及周圍韌帶的完整是保持關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)穩(wěn)定的重要條件。力學(xué)指標(biāo)的測量在關(guān)節(jié)囊韌帶的研究中也是不可或缺的一類。Little和Khalsa[18]分析了關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊的生物力學(xué)性質(zhì),測量了其在水平位和垂直位的受力情況及黏彈性。他們認(rèn)為關(guān)節(jié)囊的彈性模量是非線性、非均質(zhì)性的;儲能模量與復(fù)數(shù)模量關(guān)系密切;關(guān)節(jié)囊所受到的力與膠原纖維所受力一致;垂直受力情況下應(yīng)力松弛率呈線性分布,而與膠原纖維平行方向的應(yīng)力松弛則表現(xiàn)為非線性。

三、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的生物力學(xué)研究對臨床的指導(dǎo)作用

(一)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)切除術(shù)后脊柱生物力學(xué)的研究

關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)切除術(shù)在臨床上應(yīng)用廣泛,術(shù)式可分為單側(cè)切除、雙側(cè)切除及部分切除等。姜峰[19]分析一側(cè)關(guān)節(jié)突切除對腰椎穩(wěn)定性的影響后得出結(jié)論:手術(shù)切除范圍在一定程度上能夠改變腰椎的力學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)切除范圍小于1/2時,生物力學(xué)穩(wěn)定性無顯著改變;大于1/2時,腰椎的局部力學(xué)穩(wěn)定性將受到破壞,較前者相比腰椎扭轉(zhuǎn)及側(cè)屈活動度顯著增加,生物力學(xué)穩(wěn)定性顯著降低。Schulte等[20]研究椎板切除術(shù)后腰椎活動度的變化,指出L3,4雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)切除術(shù)后屈曲、軸位扭轉(zhuǎn)的活動度顯著增加,伸展和側(cè)屈的活動度有增加趨勢。綜上所述,關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)切除術(shù)后脊柱活動度增加,穩(wěn)定性下降,損傷風(fēng)險增加。

(二)椎間融合術(shù)、人工椎間盤置換術(shù)后關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的生物力學(xué)

椎間融合術(shù)作為一種成熟的手術(shù)方式已被廣泛應(yīng)用于多種脊柱疾病。人工椎間盤置換術(shù)則是近十幾年來治療椎間盤退變疾病的新方法。它在切除病變椎間盤、解除壓迫的同時,還可以恢復(fù)脊柱的高度和活動能力。保留運動節(jié)段,使術(shù)后相鄰節(jié)段繼發(fā)性退變減少,理論上可避免椎間融合術(shù)帶來的相鄰節(jié)段退變。

目前針對兩種術(shù)式的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)生物力學(xué)研究較多。吳強[21]分析了兩種手術(shù)方式對頸椎鄰近下位關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的影響。結(jié)果表明椎間盤摘除術(shù)后鄰近下位關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)內(nèi)的壓力降低;而椎間盤融合后,相鄰下位關(guān)節(jié)內(nèi)壓力增大。這兩種情況都可能是誘發(fā)關(guān)節(jié)退變或退變加速的原因。而人工椎間盤置換術(shù)后相鄰下位關(guān)節(jié)內(nèi)的壓力接近正常,符合頸椎正常的生物力學(xué)要求。房佐忠[22]報告了兩種術(shù)式對頸椎相鄰上位關(guān)節(jié)內(nèi)壓力的影響:椎間盤摘除后C4, 5和相鄰上位節(jié)段關(guān)節(jié)內(nèi)的壓力在較小載荷時下降,但當(dāng)載荷增加到100N時關(guān)節(jié)內(nèi)壓力大于對照組。研究結(jié)果表明頸椎間盤摘除術(shù)后相應(yīng)椎體應(yīng)力分布產(chǎn)生了變化;而C4~C6雙節(jié)段椎間融合內(nèi)固定術(shù)后相鄰上位關(guān)節(jié)內(nèi)壓力明顯升高。上述兩種情況可能是導(dǎo)致其發(fā)生退變或退變加快的原因之一。雙節(jié)段人工頸椎間盤置換后置換節(jié)段和相鄰上位節(jié)段關(guān)節(jié)內(nèi)壓力與正常組接近,提示雙節(jié)段人工頸椎間盤置換術(shù)與頸椎正常生物力學(xué)要求相符。袁一等[23]的腰椎人工椎間盤置換術(shù)后的生物力學(xué)研究也得到了相似的結(jié)果。

Ivicsics等[24]分析了豬腰椎髓核摘除術(shù)對關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)生物力學(xué)的影響。研究表明術(shù)后關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)承受的軸向應(yīng)力由未摘除前的40.7%增加到82.0%;髓核摘除后引起的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)壓力變大可增加關(guān)節(jié)軟骨磨損,可能與關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的退變有關(guān)。隨后Ivicsics等[25]又對9具尸體標(biāo)本進(jìn)行了生物力學(xué)研究,結(jié)果表明髓核切除術(shù)后關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)載荷顯著增加,與之前的研究結(jié)果一致。

Ma等[26]對L2,3椎間融合術(shù)后上、下相鄰節(jié)段的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)應(yīng)力變化進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:與正常對照相比,L1下關(guān)節(jié)突在前屈、后伸、側(cè)屈工況下應(yīng)力增大;L2上關(guān)節(jié)突在側(cè)屈工況下應(yīng)力增大。下位鄰近節(jié)段關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)應(yīng)力分布變化表現(xiàn)為:L3下關(guān)節(jié)突在旋轉(zhuǎn)、側(cè)屈工況下應(yīng)力顯著減??;L4上關(guān)節(jié)突在各工況下應(yīng)力與正常狀態(tài)無異。在椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)后,通過減小腰椎前屈、后伸及側(cè)屈的活動范圍,可緩解上位鄰近節(jié)段關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的應(yīng)力代償性增大,從而減緩鄰近節(jié)段退行性病變的發(fā)生或加劇。

Nandyala等[27]比較了前路頸椎間盤切除融合術(shù)(anterior cervical discectomy and fusion,ACDF)、頸椎人工椎間盤置換術(shù)兩種術(shù)式翻修手術(shù)的效果。研究指出:與ACDF翻修手術(shù)相比,人工椎間盤置換翻修手術(shù)患者的住院時間顯著延長,治療費用和圍手術(shù)期感染率均顯著增高,但兩組患者死亡率沒有統(tǒng)計學(xué)差異。

綜上所述,我們認(rèn)為人工椎間盤置換術(shù)的近期手術(shù)效果較好,可恢復(fù)病變節(jié)段的穩(wěn)定性和活動功能。但與椎間融合術(shù)相比,遠(yuǎn)期翻修手術(shù)的風(fēng)險顯著加大,因此醫(yī)生應(yīng)全面考慮患者情況進(jìn)行個體化治療。正如膝、髖等大關(guān)節(jié)病變的手術(shù)方式從關(guān)節(jié)融合發(fā)展到關(guān)節(jié)置換一樣,脊柱手術(shù)術(shù)式也正經(jīng)歷著從成熟的融合術(shù)式到更為復(fù)雜的非融合固定的發(fā)展階段。隨著手術(shù)技術(shù)及植入物的不斷翻新,人工椎間盤置換術(shù)將會更加成熟;而更加注重脊柱后方重建的諸如類似關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)重建的技術(shù)也會逐步發(fā)展起來。

(三)脊柱后路非融合技術(shù)對關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的生物力學(xué)影響

脊柱后路非融合技術(shù)是治療椎間盤突出癥及椎管狹窄引起的疼痛的新方法。與椎間融合術(shù)及人工椎間盤置換術(shù)相比,脊柱后路非融合技術(shù)創(chuàng)傷小,可保留脊柱的活動度。目前主要應(yīng)用于臨床的后路動態(tài)穩(wěn)定裝置主要分為兩類:一類是以Coflex系統(tǒng)、Wallis系統(tǒng)、DIAM系統(tǒng)、X-STOP系統(tǒng)等為代表的椎體間穩(wěn)定裝置;另一類是以Dynesys系統(tǒng)為代表的基于椎弓根螺釘?shù)膹椥怨潭ㄑb置。

Ha等[28]回顧性分析了應(yīng)用DIAM系統(tǒng)治療的腰椎管狹窄患者的術(shù)后恢復(fù)情況及影像學(xué)指標(biāo),他們認(rèn)為DIAM系統(tǒng)能在不改變鄰近節(jié)段活動度的同時限制病變節(jié)段活動,并改建關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的排列,恢復(fù)其生物力學(xué)性能。而Schilling等[29]的力學(xué)研究結(jié)果則顯示:相比Coflex系統(tǒng)、Wallis系統(tǒng),DIAM系統(tǒng)的壓力剛度更低,對手術(shù)節(jié)段幾乎沒有穩(wěn)定作用。上述兩項研究的結(jié)果相悖,我們認(rèn)為主要原因是兩項研究的觀察指標(biāo)不同。前者主要依據(jù)主觀指標(biāo),如應(yīng)用視覺模擬評分及功能障礙指數(shù)評價術(shù)后恢復(fù)情況;而后者更多的是關(guān)注力學(xué)指標(biāo)及植入物材料屬性來評價植入物對脊柱功能單元穩(wěn)定性的作用。因此,應(yīng)進(jìn)行更多的臨床數(shù)據(jù)分析和力學(xué)試驗來評估DIAM系統(tǒng)的療效。

Tsai等[30]對尸體標(biāo)本L4,5節(jié)段進(jìn)行力學(xué)檢測,用以探究Coflex系統(tǒng)對脊柱穩(wěn)定性的作用。結(jié)果表明部分失穩(wěn)組(去除棘上韌帶、棘間韌帶、黃韌帶、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊以及兩側(cè)50%的下關(guān)節(jié)突)、Coflex系統(tǒng)固定組、全椎板切除組與完整組相比,節(jié)段間活動度并無明顯變化。我們認(rèn)為,部分失穩(wěn)組活動度與完整組無差異,說明Coflex系統(tǒng)能夠在關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及韌帶切除的情況下對脊柱起到良好的生物力學(xué)重建作用。

曾騰輝等[31]對腰椎進(jìn)行Wallis系統(tǒng)置入前后的力學(xué)研究,結(jié)果證實Wallis系統(tǒng)能夠減少腰椎前屈和后伸的活動度,增強脊柱穩(wěn)定性,且關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)內(nèi)平均壓力在前屈和后伸時明顯降低。

Korovessis等[32]通過臨床對照試驗證實了Wallis系統(tǒng)可延緩腰椎融合術(shù)后鄰近節(jié)段退變的自然發(fā)生,也延緩了接受鄰近節(jié)段融合術(shù)的時間。

Wiseman等[33]在分析了X-STOP系統(tǒng)對腰椎伸展時關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)載荷的影響后認(rèn)為:腰椎伸展時該系統(tǒng)能顯著減少關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的載荷,椎間盤甚至能夠達(dá)到零載荷。Schulte等[20]分析了椎板切除術(shù)后Wallis系統(tǒng)和Dynesys系統(tǒng)對腰椎生物力學(xué)穩(wěn)定性的作用。結(jié)果表明兩種植入物都能有效限制脊柱的屈伸運動;由于Wallis系統(tǒng)用綁帶加固了上、下棘突,與X-STOP系統(tǒng)相比對脊柱前屈的限制作用更加顯著。

(四)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融合術(shù)的生物力學(xué)研究進(jìn)展

早期關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融合為單純植骨融合,由于即刻穩(wěn)定性較差現(xiàn)已較少應(yīng)用。關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)固定時螺釘需穿過關(guān)節(jié)內(nèi),術(shù)后可限制固定節(jié)段腰椎的活動、增加剛度,但術(shù)后并發(fā)癥較多。而通過關(guān)節(jié)融合器的應(yīng)用不僅可提高融合率、增加抵抗剪切力,術(shù)后并發(fā)癥也較關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘更少。

劉觀燚等[34]對20具胸椎標(biāo)本進(jìn)行了解剖學(xué)研究并于直視下置入關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)椎弓跟螺釘,研究結(jié)果證實胸椎后路經(jīng)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)椎弓跟螺釘具有解剖學(xué)可行性,可作為胸椎椎弓根螺釘固定的一種補充內(nèi)固定方法,但置釘?shù)臏?zhǔn)確性要求較高。羅宇等[35]觀察了經(jīng)椎間孔椎間融合術(shù)結(jié)合單側(cè)棒釘系統(tǒng)及對側(cè)關(guān)節(jié)突螺釘治療腰椎退變性疾病的療效后認(rèn)為,該手術(shù)方法能夠有效固定融合并預(yù)防鄰近節(jié)段退變。關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)位于脊柱前后徑的中間位置,與椎間融合術(shù)比較關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融合能夠更好地平衡脊柱的前后受力。曾忠友等[36]回顧性分析了單側(cè)椎弓根螺釘聯(lián)合對側(cè)經(jīng)皮椎板關(guān)節(jié)突螺釘固定治療下腰椎病變的病例資料,認(rèn)為該手術(shù)方式操作簡單、創(chuàng)傷小、穩(wěn)定性好、融合率高、并發(fā)癥少,是治療下腰椎病變較好的手術(shù)方式。崔志明等[37]研發(fā)的腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融合器能夠增加關(guān)節(jié)面接觸面積,置入精度高,可減少神經(jīng)損傷等并發(fā)癥的發(fā)生。

由于關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融合適應(yīng)證較窄,置入螺釘容易松動等原因,臨床上關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘較椎弓根釘?shù)膽?yīng)用更少。但與椎弓根螺釘相比,關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)螺釘更符合脊柱的生物力學(xué)原理,特別是雙關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融合能夠顯著限制脊柱旋轉(zhuǎn)。另外,融合器的出現(xiàn)使手術(shù)操作更加精確,關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)融合將成為更為可靠、安全和科學(xué)的脊柱融合方式。

(五)腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)不對稱與腰椎間盤突出癥相關(guān)性的生物力學(xué)研究

關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)不對稱是引起腰椎不穩(wěn)、腰痛及腰椎間盤突出的重要因素。通常認(rèn)為,腰椎同一節(jié)段關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)角度相差大于5°時即存在腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)不對稱。

Schmidt等[38]的有限元分析及力學(xué)研究表明,當(dāng)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)不對稱時軸向旋轉(zhuǎn)方向總是朝向關(guān)節(jié)角度接近冠狀位的一側(cè),這會增加椎間盤損傷,誘發(fā)椎間盤突出癥。李建功[39]探討了腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)不對稱與腰椎間盤突出發(fā)病的相關(guān)性。他們認(rèn)為由于腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的不對稱,椎體后柱的生物力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了改變,使脊柱異?;顒釉黾?;而雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)和椎間盤的載荷不均勻則增加了椎間盤損傷的風(fēng)險,是腰椎間盤突出癥發(fā)病的危險因素之一。賴必華等[40]認(rèn)為腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)不對稱可能是腰椎間盤突出癥術(shù)后復(fù)發(fā)的危險因素之一。

綜上所述,目前在解剖學(xué)、生物力學(xué)及臨床脊柱外科等方面對關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)有了較為深入的研究。尤其在不同手術(shù)方式、不同手術(shù)植入物的研究中從生物力學(xué)的角度對臨床脊柱外科給予了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹笇?dǎo)。盡管如此,該領(lǐng)域還有許多問題尚未闡明:由于關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)較小,其軟骨、韌帶與其他滑膜關(guān)節(jié)相比更難以獲取,因此對關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)軟骨、韌帶相關(guān)的生物化學(xué)及免疫學(xué)研究相對缺乏。我們認(rèn)為在關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)軟骨韌帶的研究中,應(yīng)用計算機輔助骨科生物力學(xué)的方法是今后的研究方向。應(yīng)用有限元分析方法,結(jié)合醫(yī)學(xué)影像學(xué)資料和相關(guān)分析軟件,可以更直觀更有效地分析關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)骨及軟骨的生物力學(xué)特征。

參考文獻(xiàn)(略)

(收稿日期:2015-01-19)

(本文編輯:馬寶意)

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