新型脊柱外固定技術(shù)減少醫(yī)源性脊旁肌損傷的動物模型研究

李珊，彭文,2，晏怡果，王程，宋西正，李學(xué)林 歐陽智華，薛靜波，王文軍

1.南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科研究所，湖南 衡陽 421001；2.佛山市骨科內(nèi)置物（施泰寶）工程技術(shù)研究中心，廣東 佛山 528200

交通事故及高處墜落傷常常合并胸腰椎骨折等脊柱創(chuàng)傷性疾病，傳統(tǒng)的治療方式大多采用開放內(nèi)固定手術(shù)，但開放內(nèi)固定手術(shù)中肌肉組織創(chuàng)傷大，出血多[1]，因此脊柱外固定手術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。自1977年Magerl[2]首先設(shè)計(jì)并應(yīng)用脊柱外固定器以來，國內(nèi)外的外固定器結(jié)構(gòu)大同小異[3～5]，均由椎弓根螺釘以及體外調(diào)節(jié)裝置組成。但其復(fù)雜笨重的體外調(diào)節(jié)裝置導(dǎo)致病人術(shù)后難以平臥；外露部件較大易致釘?shù)栏腥荆蛊渫茝V應(yīng)用受到限制。為盡量減輕手術(shù)創(chuàng)傷和患者痛苦，南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院脊柱外科團(tuán)隊(duì)根據(jù)Magerl 脊柱外固定器的三維復(fù)位原理，對椎弓根螺釘?shù)恼{(diào)節(jié)裝置和脊柱外固定器的框架固定結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，自主研發(fā)了新型脊柱外固定器（專利號：CN201310498699.4），使其在更容易實(shí)施體外撐開復(fù)位和彈性固定的同時盡可能簡化其外部結(jié)構(gòu)，降低復(fù)位器部分切跡后，該外固定系統(tǒng)外露部件高1 cm，術(shù)后以無菌敷料覆蓋可降低針道感染幾率，并不影響患者平臥，顯著減少手術(shù)對患者生活帶來的不便。迄今為止，該團(tuán)隊(duì)及合作醫(yī)院對2000余例胸腰椎骨折患者應(yīng)用了新型脊柱外固定器，其適應(yīng)癥主要包括：①經(jīng)影像學(xué)確診的胸腰椎新鮮爆裂性骨折，前中柱損傷為主（AO 分型A 型和B1/2型）；②椎管狹窄程度＜50%，且以椎體后緣平移為主；③椎體高度丟失＞30%，后凸畸形＞25 °；④雖有神經(jīng)功能損害，但Frankel 分級為A 級的患者除外；⑤部分符合以上條件的多節(jié)段骨折[6]。通過臨床隨訪以及相關(guān)基礎(chǔ)研究，明確該技術(shù)能夠滿足胸腰椎骨折患者對骨折椎體撐開、提拉、撬撥復(fù)位等治療效果的要求，其術(shù)后深部感染率遠(yuǎn)低于其他脊柱外固定技術(shù)[7]；由于該技術(shù)固定時間短，患者可早期下床功能鍛煉，減少了應(yīng)力集中和應(yīng)力遮擋，術(shù)后內(nèi)置物失敗和鄰近節(jié)段椎間盤退變等并發(fā)癥發(fā)生率遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)開放手術(shù)，同時脊柱運(yùn)動功能節(jié)段得以最大程度保留，大大降低患者術(shù)后腰背部疼痛的發(fā)生率[6,8～10]。基于大樣本臨床應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，本研究通過構(gòu)建新型脊柱外固定技術(shù)以及開放內(nèi)固定手術(shù)山羊動物模型，評估兩種治療方式對山羊脊旁肌損傷的影響，并闡明新型脊柱外固定器及其相關(guān)技術(shù)的作用機(jī)制[11,12]，期為脊柱外固定裝置的優(yōu)化升級和臨床進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供科學(xué)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)對象及分組 選取10只1歲左右、體重（20±2.0）kg 的山羊（健康雄性本地雜交山羊），隨機(jī)分為脊柱外固定手術(shù)組、開放內(nèi)固定手術(shù)組，每組5頭。X 線透視檢查排除骨病、骨畸形及外傷等特殊情況。實(shí)驗(yàn)動物均由南華大學(xué)實(shí)驗(yàn)動物學(xué)部統(tǒng)一采購管理。

1.1.2 主要設(shè)備 胸腰椎后路常用手術(shù)器械包、高頻電刀儀、山羊胸腰椎后路專用手術(shù)臺架、胸腰椎后路椎弓根釘棒系統(tǒng)、胸腰椎后路脊柱外固定系統(tǒng)（廣東施泰寶醫(yī)療科技有限公司）、Achieva 3.0 T 超高場磁共振成像系統(tǒng)、WDW-100微機(jī)控制萬能材料試驗(yàn)機(jī)（以下稱試驗(yàn)機(jī)）、XL 2118 A 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀（以下稱電阻應(yīng)變儀）、100 NS 型拉伸應(yīng)力傳感器（以下稱拉伸應(yīng)力傳感器）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 動物模型構(gòu)建 予以肌注0.02 ml/kg 鹿眠寧（鹽酸塞拉嗪注射液）進(jìn)行麻醉，麻醉滿意后取俯臥位[13]。術(shù)中每30 min 肌注一次鹿眠寧0.01 ml/kg。術(shù)畢予以肌注同等劑量的陸醒寧（鹽酸苯噁唑）催醒[14]。待山羊恢復(fù)自主意識后轉(zhuǎn)運(yùn)至羊舍，完全蘇醒后可正常飲食[15,16]。（1）新型脊柱外固定技術(shù)。C 臂機(jī)透視確定山羊L3節(jié)段，于L2、L4雙側(cè)椎弓根體表投影位置置入克氏針并在C 臂機(jī)透視下調(diào)整至椎弓根螺釘置釘方向，用空心套筒沿克氏針方向置入并咬定骨面后拔出克氏針，通過空心套筒置入直徑5.5 mm 的超長臂椎弓根螺釘，并在C 臂機(jī)透視下確認(rèn)椎弓根螺釘位置良好。分別安裝并鎖定縱向連接棒與撬撥套件，調(diào)節(jié)其位置距山羊皮膚0.5～1 cm，剪除多余椎弓根螺釘尾端，用酒精紗布纏繞各螺釘與皮膚交界處，無菌敷料覆蓋，見圖1。（2）開放內(nèi)固定手術(shù)。C 臂機(jī)透視確定山羊L3節(jié)段，做L1～5節(jié)段后路正中皮膚切口，沿棘突逐層暴露至椎板及小關(guān)節(jié)，以單齒拉鉤撐開后路皮膚及脊旁肌肉，雙關(guān)節(jié)鉗咬除進(jìn)釘點(diǎn)部位骨贅及部分骨皮質(zhì)，在L2、L4雙側(cè)制備進(jìn)釘通道，分別置入直徑5.5 mm 的椎弓根螺釘4枚，C 臂機(jī)透視明確釘?shù)澜嵌群线m。根據(jù)山羊腰椎曲度及長度，剪裁并預(yù)彎鈦棒安裝至椎弓根螺釘U(kuò) 型槽內(nèi)，螺帽鎖死并加壓固定，折斷椎弓根螺釘多余尾端。雙氧水及稀釋絡(luò)合碘反復(fù)沖洗傷口，逐層縫合后路肌肉、筋膜及皮膚，無菌敷料覆蓋。

圖1 山羊脊柱外固定手術(shù)后（左）及新型脊柱外固定器外觀（右）應(yīng)用新型脊柱外固定器手術(shù)僅有部分椎弓根螺釘置入體內(nèi)，連接棒以及撬撥套件均位于體外，體外部分總高度為2～3 cm a.撬撥套件b.連接棒c.椎弓根螺釘Fig.1 After spinal external fixation in goats(left),Spinal external fixator products(right)After the operation,only part of the pedicle screws were implanted in the body.Other connecting rods and prying kits were located in vitro,and the total height of the external part was 2～3 cm; a, prying kit; b,connecting rod;c,pedicle screw

1.2.2 大體及影像學(xué)觀察 術(shù)后3個月過量麻醉處死山羊，將手術(shù)節(jié)段腰椎（L1～5）整體取出，用生理鹽水紗布包裹[17]，將手術(shù)節(jié)段標(biāo)本分別行腰椎3.0 T 核磁共振（MRI）橫斷面、矢狀面以及冠狀面，手術(shù)節(jié)段周邊各層面掃描[18]。使用Philips DICOM Viewer 3.0分別計(jì)算脊柱外固定手術(shù)組及開放內(nèi)固定手術(shù)組橫斷面上脊旁肌各區(qū)域（手術(shù)區(qū)、螺釘區(qū)、鈦棒區(qū)）T2平均值，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[19]。

1.2.3 背最長肌準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn) 完成影像學(xué)評估后，兩組手術(shù)節(jié)段標(biāo)本脊旁肌取材進(jìn)行肌肉組織準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)的加載速度設(shè)置為2 mm/min，即為測試應(yīng)變率，將所有標(biāo)本進(jìn)行應(yīng)變率加載，分別連續(xù)記錄數(shù)據(jù)直至測試條完全斷裂。通過已獲取的數(shù)據(jù)計(jì)算工程應(yīng)力：σ=F/A，通過拉伸長度計(jì)算工程應(yīng)變：ε=（L-L0）/L0，取平均值，通過σ與ε之間關(guān)系繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線，計(jì)算極限強(qiáng)度與破壞應(yīng)變。通過以上數(shù)據(jù)計(jì)算楊氏模量：E=（F/S）/（L0/L）[20,21]。

1.2.4 病理組織學(xué)觀察 脊旁肌準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)完成后，將測試條及其外側(cè)保留完整肌肉劃分為手術(shù)區(qū)域、螺釘區(qū)域、鈦棒區(qū)域，分別將肌肉制備成邊長約10 mm 的立方塊，生理鹽水清洗后置于4%的多聚甲醛中固定，石蠟切片，HE 染色及Masson 染色，根據(jù)HE 染色通過肌纖維橫截面積量化分析肌肉組織病理變化[22,23]，通過Masson 染色評估肌肉組織內(nèi)纖維增生以及炎性浸潤程度。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料以及等級資料評價指標(biāo)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，若為正態(tài)分布且方差齊性，采用單因素方差分析，多重比較采用LSD 法；若為非正態(tài)分布或方差不齊，采用多組比較的秩和檢驗(yàn)，多重比較采用Kruskal-Wallis H 檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)動物一般情況

開放內(nèi)固定手術(shù)組1頭山羊因術(shù)中麻醉監(jiān)控不佳，出現(xiàn)躁動，導(dǎo)致高頻電刀誤入椎板間隙，術(shù)后腦脊液漏，顱內(nèi)感染，救治無效死亡；脊柱外固定手術(shù)組1頭山羊因術(shù)中經(jīng)皮椎弓根螺釘誤入椎管，導(dǎo)致雙下肢癱瘓，大小便失禁，術(shù)后大劑量激素沖擊治療后，癥狀無明顯好轉(zhuǎn)，予以肌注過量麻藥處死；其他實(shí)驗(yàn)動物順利完成實(shí)驗(yàn)，未出現(xiàn)斷釘、斷棒及嚴(yán)重感染導(dǎo)致癱瘓或死亡。成功構(gòu)建開放內(nèi)固定手術(shù)與新型脊柱外固定技術(shù)動物模型各4頭，如圖2，術(shù)后飼養(yǎng)滿3月后予以肌注過量麻藥處死。

圖2 新型脊柱外固定技術(shù)模型（左）與開放內(nèi)固定手術(shù)模型（右）Fig.2 Gross images after spinal external fixation surgery(left)and open internal fixation surgery(right)

2.2 山羊脊旁肌大體標(biāo)本觀察

解剖兩組山羊模型脊旁肌標(biāo)本進(jìn)行手術(shù)部位周邊的大體觀察，開放內(nèi)固定手術(shù)組有大量的瘢痕組織包繞在椎弓根螺釘尾端及鈦棒周圍；脊柱外固定手術(shù)組僅螺釘周圍出現(xiàn)少量的瘢痕組織，其他區(qū)域肌肉基本保持正常狀態(tài)，如圖3。

圖3 模型山羊脊旁肌標(biāo)本大體觀察左：開放內(nèi)固定手術(shù)組脊旁肌 椎弓根螺釘尾端及鈦棒周圍包繞大量瘢痕組織右：脊柱外固定手術(shù)組脊旁肌 僅螺釘周圍出現(xiàn)少量瘢痕組織，其他區(qū)域肌肉基本正常a：釘孔b：結(jié)締組織c：肌肉Fig.3 Open internal fixation surgery group(left),spinal external fixation surgery group(right)In the open internal fixation group,a large amount of scar tissue was wrapped around the end of the pedicle screw and titanium rod,while only a small amount of scar tissue appeared around the screw in the spinal external fixation surgery group,and the muscles in other parts remained basically normala,nail hole;b,connective tissue;c,muscle

2.3 山羊脊旁肌準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)

通過繪制兩組模型山羊脊旁肌標(biāo)本準(zhǔn)靜態(tài)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并根據(jù)其結(jié)果計(jì)算各標(biāo)本的極限強(qiáng)度與破壞應(yīng)變（表1），可明確開放內(nèi)固定手術(shù)組各標(biāo)本極限強(qiáng)度及破壞應(yīng)變均小于脊柱外固定手術(shù)組，P＜0.05，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

表1 模型山羊脊旁肌準(zhǔn)靜態(tài)拉伸材料性能參數(shù)（,n=8）Tab.1 Performance parameters of goat paraspinal muscle quasistatic stretching material(Mean±SD，n=8)

表1 模型山羊脊旁肌準(zhǔn)靜態(tài)拉伸材料性能參數(shù)（,n=8）Tab.1 Performance parameters of goat paraspinal muscle quasistatic stretching material(Mean±SD，n=8)

2.4 模型山羊腰椎磁共振影像學(xué)觀察

對兩組手術(shù)節(jié)段脊旁肌標(biāo)本進(jìn)行3.0 T 磁共振掃描，各序列各截面背最長肌形態(tài)及信號進(jìn)行無創(chuàng)的定性觀察與分析，開放內(nèi)固定手術(shù)組橫斷面及矢狀面可見內(nèi)固定裝置周邊存在大量結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)不清的混雜信號，特別是螺釘外側(cè)的肌肉組織中呈現(xiàn)代表損傷的高信號，而單純受到手術(shù)暴露影響，未安裝內(nèi)置物的區(qū)域靠近棘突部位有少量的空隙存在，且周邊組織信號稍有增強(qiáng)。而在新型脊柱外固定技術(shù)組，僅螺釘周圍出現(xiàn)少量的肌肉損傷，其他部位肌肉基本保持正常狀態(tài)，見圖4。

圖4 手術(shù)節(jié)段脊旁肌各區(qū)域磁共振掃描圖像（T2W_TSE_DRIVE_HR）a：開放內(nèi)固定手術(shù)組螺釘區(qū)b：脊柱外固定手術(shù)組螺釘區(qū)c：開放內(nèi)固定手術(shù)組鈦棒區(qū)d：脊柱外固定手術(shù)組鈦棒區(qū)e：開放內(nèi)固定手術(shù)組手術(shù)區(qū)f：脊柱外固定手術(shù)組手術(shù)區(qū)g：開放內(nèi)固定手術(shù)組矢狀面h：脊柱外固定手術(shù)組矢狀面Fig.4 MRI of paraspinal muscles in different regions of operation segment(T2W_TSE_DRIVE_HR)a: screw area of open internal fixation surgery group; b: screw area of spinal external fixation surgery group; c: titanium rod area of open internal fixation surgery group; d: titanium rod area of spinal external fixation surgery group; e: surgical area of open internal fixation surgery group; f:operation area of spinal external fixation surgery group; g:sagittal plane of open internal fixation group; h: sagittal plane of spinal external fixation surgery group

對兩組模型山羊雙側(cè)脊旁肌手術(shù)區(qū)、螺釘區(qū)、鈦棒區(qū)各層面T2值共6組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析（圖5），結(jié)果表明，脊柱外固定手術(shù)組螺釘區(qū)均高于該組手術(shù)區(qū)與鈦棒區(qū)，均P=0.00，手術(shù)區(qū)與鈦棒區(qū)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.36）；開放內(nèi)固定手術(shù)組鈦棒區(qū)與該組螺釘區(qū)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.24），而其手術(shù)區(qū)與螺釘區(qū)以及鈦棒區(qū)之間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.00）；脊柱外固定手術(shù)組與開放內(nèi)固定手術(shù)組之間比較，脊柱外固定手術(shù)組螺釘區(qū)與開放內(nèi)固定手術(shù)組鈦棒區(qū)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.07），兩組其他區(qū)域之間均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。以上兩兩比較采用LSD 分析，F(xiàn)=30.41。

圖5 手術(shù)節(jié)段脊旁肌各區(qū)域T2值Fig.5 Dorsal longest muscle T2 value data

2.5 山羊脊旁肌病理組織學(xué)觀察

兩組脊旁肌標(biāo)本組織切片HE 染色結(jié)果見圖6。通過Image J 軟件計(jì)算各組各區(qū)域背脊旁肌肌纖維橫截面積并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析（圖7），結(jié)果顯示，脊柱外固定手術(shù)組螺釘區(qū)肌纖維橫截面積均高于該組手術(shù)區(qū)與鈦棒區(qū)，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.02、0.03），該組手術(shù)區(qū)與鈦棒區(qū)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.88）；開放內(nèi)固定手術(shù)組鈦棒區(qū)與該組螺釘區(qū)之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.20），該組手術(shù)區(qū)與螺釘區(qū)以及鈦棒區(qū)之間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.00、0.04）；脊柱外固定手術(shù)組與開放內(nèi)固定手術(shù)組之間比較，脊柱外固定手術(shù)組螺釘區(qū)與開放內(nèi)固定手術(shù)組手術(shù)區(qū)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.78），兩組其他各區(qū)域之間均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。以上兩兩比較采用LSD 分析，F(xiàn)=11.827。

圖6 手術(shù)節(jié)段脊旁肌各區(qū)域HE 染色圖像 開放內(nèi)固定手術(shù)組螺釘區(qū)以及鈦棒區(qū)肌纖維之間及肌束之間間隙明顯增寬，單肌纖維的橫截面積增大，提示該區(qū)域肌肉組織為損傷狀態(tài) 開放內(nèi)固定手術(shù)組手術(shù)區(qū)與脊柱外固定手術(shù)組各區(qū)域其肌束基本無萎縮或有少量萎縮，肌纖維之間及肌束之間的組織間隙較小，肌束周邊界限清晰，肌纖維橫截面基本呈多邊形，未出現(xiàn)橫截面變圓、肌纖維明顯萎縮及腫脹，提示該區(qū)域肌肉組織為正常狀態(tài)或損傷尚不嚴(yán)重Fig.6 He staining images of paraspinal muscles in different regions of the operation segment;In the open internal fixation group,the muscle tissue in screw area and titanium rod area showed that the tissue gap between muscle fibers and between muscle bundles was significantly widened,and the cross-sectional area of single muscle fiber was increased,indicating that the muscle tissue in this area was in a state of injury;However,in the open internal fixation group and the spinal external fixation group,there was no atrophy or a small amount of atrophy in the muscle tracts,the tissue gap between the muscle fibers and between the muscle tracts was small,and the boundary of the muscle tracts was clear.At the same time,the cross-section of muscle fiber was polygonal,and there was no cross-section roundness,muscle fiber atrophy and swelling,suggesting that the muscle tissue in this area was normal or the injury was not serious

圖7 脊旁肌各區(qū)域肌纖維橫截面積Fig.7 Transection area of paraspinal muscle fibers

兩組脊旁肌標(biāo)本組織切片Masson 染色結(jié)果見圖8。通過Image J 軟件分別計(jì)算同一張切片視野內(nèi)肌纖維（紅色）以及膠原纖維（藍(lán)色）的面積，計(jì)算其面積比值S肌肉/S纖維進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析（圖9）。結(jié)果表明，脊柱外固定手術(shù)組螺釘區(qū)脊旁肌Masson 染色比值均低于該組手術(shù)區(qū)與鈦棒區(qū)，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.00），該組手術(shù)區(qū)與鈦棒區(qū)之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.53）；開放內(nèi)固定手術(shù)組鈦棒區(qū)與該組螺釘區(qū)之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.14），該組手術(shù)區(qū)與螺釘區(qū)以及鈦棒區(qū)之間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.00）；脊柱外固定手術(shù)組與開放內(nèi)固定手術(shù)組之間比較，脊柱外固定手術(shù)組螺釘區(qū)與開放內(nèi)固定手術(shù)組鈦棒區(qū)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.10），兩組其他各區(qū)域之間均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。以上兩兩比較采用LSD 分析，F(xiàn)=152.23。

圖8 手術(shù)節(jié)段脊旁肌各區(qū)域Masson 染色圖像；在開放內(nèi)固定手術(shù)組螺釘區(qū)、鈦棒區(qū)以及脊柱外固定手術(shù)組螺釘區(qū)發(fā)現(xiàn)肌肉組織內(nèi)存在大量稀疏的纖維組織以及部分炎性組織，同時在部分損傷嚴(yán)重的肌肉組織內(nèi)，甚至能夠看到部分肌細(xì)胞表現(xiàn)為藍(lán)染；在開放內(nèi)固定手術(shù)組手術(shù)區(qū)以及脊柱外固定手術(shù)組手術(shù)區(qū)、鈦棒區(qū)中則纖維組織形態(tài)規(guī)則且未浸潤至肌肉組織內(nèi)部，肌細(xì)胞表現(xiàn)為形態(tài)規(guī)則的紅色多邊形，未發(fā)現(xiàn)有細(xì)胞藍(lán)染。Fig.8 Masson stain of longest dorsal muscle Masson staining images of paraspinal muscles in different regions of operation segment;In the screw area and titanium rod area of open internal fixation group and the screw area of the spinal external fixation group,there were a large number of sparse fibrous tissue and some inflammatory tissue were found and some muscle cells were even blue stained in some severely injured muscle tissues;In the operation area of open internal fixation group and the operation area and titanium rod area of the spinal external fixation group,the fibrous tissue was regular in shape and did not infiltrate into the muscle tissue.The muscle cells showed regular red polygon in shape,and no blue staining was found.

圖9 背最長肌各區(qū)域Masson 染色肌纖維與膠原纖維面積比值Fig.9 Masson staining ratio data for the longest dorsal muscle

3 討論

3.1 不同手術(shù)方式對脊旁肌的影響

本研究制作動物模型對比新型脊柱外固定技術(shù)與內(nèi)固定手術(shù)對脊旁肌的影響，通過對手術(shù)節(jié)段脊旁肌進(jìn)行大體觀察和影像學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，開放內(nèi)固定手術(shù)組肌肉組織損傷相對嚴(yán)重，內(nèi)固定節(jié)段的棘突旁幾乎沒有正常組織附著，大量無肌肉功能的瘢痕組織形成；而外固定手術(shù)組除螺釘周圍出現(xiàn)少量瘢痕組織，其他部位肌肉基本保持正常狀態(tài)。因此認(rèn)為脊柱外固定手術(shù)能夠避免脊旁肌的剝離，減少因棘突上及小關(guān)節(jié)突周圍的部分肌腱韌帶復(fù)合體的一并切除所帶來的脊旁肌損傷，這與既往臨床資料的分析結(jié)果基本一致[24]。

本實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)開放內(nèi)固定手術(shù)組其外側(cè)相對正常的脊旁肌磁共振圖像上表現(xiàn)為損傷或炎性的高信號影，T2量化后參數(shù)明顯增高，這與相應(yīng)的肌肉組織學(xué)染色形態(tài)研究基本一致，部分損傷較為嚴(yán)重的肌肉組織出現(xiàn)肌纖維之間及肌束之間的組織間隙明顯增寬，肌纖維結(jié)構(gòu)混雜，單肌纖維的橫截面積增大。而外固定手術(shù)組則除螺釘周圍出現(xiàn)少量瘢痕組織，其他部位肌肉基本保持正常狀態(tài)，磁共振檢查也僅有少量高信號影，組織形態(tài)學(xué)上并無過多改變。本研究通過準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)繪制兩組肌肉組織的應(yīng)力-應(yīng)變曲線發(fā)現(xiàn)，無論是在極限強(qiáng)度、破壞應(yīng)變以及彈性模量上脊柱外固定手術(shù)組的殘余肌肉組織均明顯優(yōu)于內(nèi)固定組[25,26]，這也進(jìn)一步說明脊柱外固定手術(shù)相較于內(nèi)固定手術(shù)能夠更好地保護(hù)脊旁肌的生物力學(xué)功能。

3.2 胸腰椎后路手術(shù)導(dǎo)致脊旁肌損傷機(jī)制

通過大體觀察、磁共振分析、生物力學(xué)測試以及組織學(xué)觀察，本研究明確了在脊旁肌保護(hù)意義上，脊柱外固定手術(shù)明顯優(yōu)于內(nèi)固定手術(shù)[27]。同時發(fā)現(xiàn)各組內(nèi)部比較，其不同區(qū)域的肌肉損傷程度并不相同，可能是由于肌肉組織受到不同程度的人為因素干預(yù)所致。為便于分析術(shù)中脊旁肌醫(yī)源性損傷因素，本實(shí)驗(yàn)對開放內(nèi)固定手術(shù)節(jié)段的肌肉組織進(jìn)行分區(qū)：受到手術(shù)操作以及螺釘留存影響的肌肉組織為螺釘區(qū)，受到手術(shù)操作以及鈦棒留存影響的肌肉組織為鈦棒區(qū)，僅受到手術(shù)操作影響的為手術(shù)區(qū)；外固定手術(shù)也與之對應(yīng)劃分區(qū)域[28]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在內(nèi)固定組手術(shù)區(qū)，其肌肉組織相對完整，存在少量肌肉組織重新附著在棘突上，但粘附并不緊密，其磁共振掃描結(jié)果以及組織學(xué)觀察同樣支持該區(qū)域的肌肉組織基本恢復(fù)正常狀態(tài)。內(nèi)固定組螺釘區(qū)與鈦棒區(qū)則表現(xiàn)為大量瘢痕組織形成，其磁共振表現(xiàn)為脊旁肌存在大量表示損傷或炎性的高信號影，組織學(xué)表現(xiàn)為肌纖維之間及肌束之間的組織間隙明顯增寬，肌纖維結(jié)構(gòu)混雜，單肌纖維的橫截面變圓、肌纖維明顯萎縮或水腫，出現(xiàn)明顯核內(nèi)移現(xiàn)象，少量肌纖維呈現(xiàn)波浪狀（圖10）。在肌纖維橫截面積的量化評估中，損傷嚴(yán)重的分區(qū)其肌纖維橫截面積明顯大于其他各組，同時其數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差也相應(yīng)變大。這與既往文獻(xiàn)所述脊柱融合術(shù)后出現(xiàn)腰背部肌肉失神經(jīng)支配導(dǎo)致肌肉萎縮的組織形態(tài)學(xué)改變不同，這種表現(xiàn)應(yīng)為無菌性炎癥所致肌纖維損傷。特別是Masson 染色能夠在部分肌細(xì)胞內(nèi)看到藍(lán)染（圖10），更加直接說明了這部分肌細(xì)胞因嚴(yán)重?fù)p傷或炎性反應(yīng)，導(dǎo)致肌細(xì)胞膜通透性增加，大分子的苯胺藍(lán)染料可以通過肌細(xì)胞膜。而開放內(nèi)固定手術(shù)組中除螺釘區(qū)肌肉組織表現(xiàn)有一定的組織損傷外，其他未直接接觸內(nèi)置物的肌肉組織均呈正常肌肉組織表現(xiàn)[29,30]。因此認(rèn)為開放內(nèi)固定手術(shù)組大部分的肌肉損傷是因?yàn)閮?nèi)固定裝置長時間留置體內(nèi)，對周邊肌肉組織產(chǎn)生長時間騷擾與擠壓而導(dǎo)致慢性無菌性炎癥[31]。綜上所述，新型脊柱外固定技術(shù)相較于傳統(tǒng)開放內(nèi)固定手術(shù)，通過經(jīng)皮超長臂椎弓根螺釘置釘以及改進(jìn)外置固定，可避免術(shù)中廣泛剝離導(dǎo)致的肌腱韌帶復(fù)合體損傷，同時減少術(shù)后由于內(nèi)固定裝置擠壓和干擾引發(fā)慢性炎性反應(yīng)所導(dǎo)致的脊旁肌損傷。

圖10 損傷嚴(yán)重的肌肉組織HE 染色（左）與Masson 染色典型表現(xiàn)（右）左：HE 染色肌細(xì)胞同時表現(xiàn)為細(xì)胞萎縮以及細(xì)胞水腫，并且部分細(xì)胞能夠觀察到典型的核內(nèi)移現(xiàn)象 右：Masson 染色肌細(xì)胞出現(xiàn)明顯的炎性反應(yīng)，表現(xiàn)為肌細(xì)胞藍(lán)染Fig.10 Typical performance of HE staining(Left figure) and Masson staining(Right figure) of severely damaged muscle tissueHE staining showed that myocytes showed atrophy and edema at the same time,and some cells could observe the typical phenomenon of nuclear translocation;Masson staining showed obvious inflammatory reaction in muscle cells,which showed blue staining