课题背景：本系列研究课题于2005年获得国家“八六三”课题基金资助，已发表论文多篇。研究通过胸腔镜置入记忆合金加压staple钉调节脊柱三维生长。现已完成前期的力学实验以及动物实验，准备进行临床实验以达到拥有完全自主知识产权的目的。Staple钉技术属于维持脊柱生理功能更好的前路非融合技术的一种，尤适于幼年患者。

应用要点：目前临床上对脊柱侧凸合并胸椎前凸患者通过单纯后路手术矫治比较困难。本实验为此提供一条新的思路，即在应用Staple钉技术治疗脊柱侧凸时，对伴发的前凸可以同时矫正。同时，对于已经无法用支具维持而生长潜能很大的幼年脊柱侧凸患者，本技术很可能是很好的选择。

偏倚或不足：在本实验中，由于手术技术的要求，很难在禽类或切断前肢制作的两足直立鼠模型实现，而使用高等灵长类动物又受到伦理学质疑，所以选择了大型动物山羊为观察对象。

解放军总医院骨科，北京市100853

白 林★，男，1977年生，内蒙古自治区乌兰浩特市人，蒙族，解放军军医进修学院在读硕士，主要从事脊柱外科研究。
experiment@2008.
sina.com

通讯作者：张永刚，教授，博士生导师，主任医师，解放军总医院骨科，北京市100853
Zhangyg301@
hotmail.com

摘要
目的：Staple钉技术能对脊柱骨骼生长方向进行三维调控从而矫正脊柱畸形。通过观察镍钛合金记忆加压钉置入山羊胸椎实验节段的Cobb角变化，探讨加压钉对脊柱生长调控的效果。
方法：实验于2007-03/12在解放军总医院动物实验中心、骨科研究所完成。幼年雌性山羊19只随机分为3组，长钉组7只，短钉组7只，空白对照组5只。长钉组和短钉组通过前路手术在胸椎置入记忆加压长钉（7 mm齿深）、短钉（4 mm齿深），空白对照组不实施干预。分别于术前、术后进行X射线平片检查，使用量角器测量山羊侧位平片上脊柱的Cobb角。
结果：①实验过程中长钉组1只发生上呼吸系统感染，死于术后痰液窒息，短钉组1只死于术中出血过多，空白对照组1只免疫预防时死于过敏反应。进入结果分析长钉组6只，短钉组6只，空白对照组4只。②手术前后短钉组的T4~9节段Cobb角变化为（8.04±0.69）°，长钉组为（11.35±4.51）°，两组比较，差异无显著性意义（P =0.1059）。③将长钉组与短钉组合并为实验组，实验组术前T4~9节段Cobb角度为（0.50±7.18）°，术后为（10.75±6.72）°，手术前后比较，差异有显著性意义（P < 0.05）。空白对照组在实验开始时T4~9节段Cobb角度为（-10.25±1.26）°，实验结束时为（-10.75±1.50）°。实验结束时实验组与空白对照组比较，差异有显著性意义（P =0.007）。
结论：正前方置入记忆合金加压钉可以控制山羊胸椎的生长方向造成后凸。
关键词：脊柱前凸；山羊；记忆合金；加压钉；医学植入体；生物力学

白林，孟传龙，李涛，宋迪煜，张巍，郑国权，张如意，张永刚.记忆合金加压钉置入对幼年山羊胸椎生长方向的影响[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(13):2429-2432 [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-13/13k-2429(ps).pdf]

中图分类号: R318
文献标识码: A
文章编号: 1673-8225
(2008)13-02429-04

收稿日期：2008-02-03
修回日期：2008-02-26
(54200802020004/M·A)

Influence of memory alloy staples on the growth of thoracic vertebrates in goats

Abstract
AIM: Staples can regulate spinal growth direction and correct spinal deformity. In this study, we explored the effect of Nickel-Titanium (NT) memory alloy staples in controlling the growth of the thoracic vertebrates in goats by measuring Cobb angle.
METHODS: The experiment was performed at the Experiment Center for animals and the Laboratory of Orthopaedics of General Hospital of Chinese PLA from March to December 2007. Nineteen infant female goats were selected and randomly divided into long staple group (n =7), short staple group (n =7) and blank control group (n =5). Long staple (7 mm) and short staple (4 mm) were implanted into long and short staple groups by anterior approach. The control group was not given any treatment. X-ray examination was performed pre- and post-operatively. Cobb angle of lateral radiograph was measured using conimeter.
RESULTS: ①One goat in long staple group died of sputum asphyxiation caused by respiratory system infection, one in short staple group died of excessive blood loss, and one in control group died of hypersensitive reaction during immunoprophylaxis. Finally, 6 of long staple group, 6 of short staple group, and 4 of control group were included in final result. ②T4-9 Cobb angle was (8.04±0.69)° in short staple group, and (11.35±4.51)° in long staple group after surgery. There were no significant differences between two groups (P =0.1059). ③T4-9 Cobb angle was (0.50±7.18)° in two experimental groups before surgery and (10.75±6.72)° after surgery (P < 0.05). T4-9 Cobb angle was (-10.25±1.26)° in control group before surgery and (-10.75±1.50)° after surgery. At the end of experiment, there were significant differences between experimental groups and control group in terms of Cobb angle (P = 0.007).
CONCLUSION: The memory alloy staple implantation by anterior approach can prevent the growth direction of thoracic vertebrates from kyphosis.

Bai L, Meng CL, Li T, Song DY, Zhang W, Zheng GQ, Zhang RY, Zhang YG.Influence of memory alloy staples on the growth of thoracic vertebrates in goats.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(13):2429-2432(China)
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-13/13k-2429(ps).pdf]

0 引言

目前器械内固定加椎间融合治疗成人脊柱侧凸疗效满意。但对于幼年患者，却无法使用椎间融合技术治疗。而生长棒技术要求反复切开延长，增加患者痛苦之外，还有疗程长、技术复杂、易断钉断棒的缺点。staple钉技术希望能对脊柱骨骼生长方向进行三维调控从而矫正脊柱畸形，是由不破坏骨骺而仅仅是限制生长来治疗四肢长骨骨骼畸形的技术——即“U”形钉或staple钉技术发展而来。从目前的研究结果看来，可能是治疗幼年脊柱侧凸畸形患者很好的出路。

1 材料和方法

设计：观察对比实验。
单位：解放军总医院骨科研究所、解放军总医院动物实验中心。
材料：实验于2007-03/12在解放军总医院动物实验中心、骨科研究所完成。实验动物：山羊19只，由解放军总医院动物实验中心提供，两三个月龄，雌性，体质量8~12 kg (禁食、水后)。镍钛记忆合金钉（镍钛含量各50%）由北京恒世利德科技有限公司生产（生产流水号为200704）：长钉（7 mm齿深）、短钉（4 mm齿深）。
实验动物随机分为3组，长钉组7只，短钉组7只，空白对照组5只。
设计、实施、评估者：本文作者，且取得军队医学实验动物科技人员岗位证书；麻醉由动物实验中心动物麻醉师实施。
方法：长钉组和短钉组均在全麻下，通过右侧第8肋间手术入路进入胸腔，显露椎体的置入部位后使脊柱保持过度前屈位，分别置入长短两种镍钛记忆合金钉。空白对照组不实施干预。
进行X射线平片检查时使用黑布遮挡山羊眼睛，山羊即可配合实验人员，自然放松地保持俯卧与侧卧位拍片姿势，避免外力对脊柱曲度造成影响。摆放山羊时注意山羊四肢的位置尽量每次都处于相同位置。使用量角器测量山羊侧位平片上脊柱的Cobb角。
主要观察指标：Cobb角。
统计学方法：由第一作者使用CHISS软件对测量结果进行成组t检验，对自身对照使用配对t检验进行统计学分析处理。

2 结果

2.1 实验动物数量分析 纳入样本量为19只，实验过程中长钉组1只发生上呼吸系统感染，死于术后痰液窒息，短钉组1只死于术中出血过多，空白对照组1只免疫预防时死于过敏反应。共脱失3只。
2.2 Cobb角测量结果 在预实验阶段，在全部样本中完全随机抽取6只样本测量T4~9、T5~10、T6~11、T7~12、T8~13节段的Cobb角分别为：(-9.83±1.94)°、(0.50±2.88)°、(5.33±2.16)° 、(8.83±2.32)°、(14.83±2.79)°。由此可以发现，山羊胸椎的后凸角度由头端向尾端逐渐加大，头端为前凸，肩胛骨部位肉眼外观所见的隆突为棘突，并非脊柱后凸。所以选择前凸的T4~9部位为主要的实验部位。见图1。

手术前后短钉组的T4~9节段Cobb角变化为（8.04±0.69）°，长钉组的T4~9节段Cobb角变化为（11.35± 4.51）°，长钉组与短钉组比较，差异无显著性意义（P = 0.105 9）。将长钉组与短钉组合并为实验组，实验组术前T4~9节段Cobb角度为（0.50±7.18）°，术后T4~9节段Cobb角度为（10.75±6.72）°，手术前后比较，差异有显著性意义（P < 0.05）。空白对照组的实验开始时T4~9节段Cobb角度为（-10.25±1.26）°，实验结束时T4~9节段Cobb角度为（-10.75±1.50）°。实验结束时实验组与空白对照比较，差异有显著性意义（P = 0.007）。

3 讨论

记忆合金加压staple钉调节脊柱生长技术属于前路非融合技术的一种。这种非融合技术的优势在于能更好地维持脊柱生理功能，尤其对于生长潜能很大的幼年患者，可以避免一些严重的并发症[1-2]。
胸椎畸形患者采取前路手术的一个副作用就是对肺功能的影响。大量研究表明，侧凸患者肺功能受到胸椎畸形影响[2-6]，最近Chu等[7]也通过MR进一步证实。Namboothiri 和Kim等[8-9]均发现，任何非胸腔镜的涉及胸腔的手术，都会带来肺功能的下降。DeForest等[10]发现，即使相同的前路手术，较小的胸部切口，也会减少术后近期内肺功能的下降：这也间接证明了胸腔镜较少影响肺功能的优势。
Izatt、 Kishan和 Faro等[11-13]的研究表明，从远期效果看，相对于前路开胸手术，胸腔镜术式能够提高肺功能或至少没有对肺功能的手术伤害。同时，胸腔镜术式还有其他好处：更少的脊柱融合节段、更少的术中失血和输血、由隐蔽更好的小切口带来的更好的美容效果[2]。
对于某些骨骼畸形，如膝内翻，可以通过骨骺阻滞技术来治疗[14]。而根据Hueter- volkmann 定律[15], 在生长发育中的骺板软骨, 压应力抑制软骨细胞的增殖而最终抑制骨的生长。据此进一步探索通过不破坏骨骺而限制骨骺生长的方式来治疗此类畸形，如Donita等[16]使用staple钉固定内侧骨骺成功矫正膝内翻。Wall[17]后来还尝试了在猪脊柱上应用staple钉，同样取得了成功。
而DeForest 、Wall、 Ogilvie、Nachlas等[10,17-18]将不锈钢staple钉应用于脊柱，如Nachlas等[18]使用staple钉在幼犬的单侧腰椎上置入，固定相邻的椎体，结果出现继发性脊柱侧凸和椎体旋转。去除staple钉并在对侧置入staple钉后脊柱发育不对称得到了矫正。张永刚、张巍等[19-20]在山羊的胸椎侧凸模型上也得到相同结果。Braum等[21]和Betz等[22]也曾经进行过镍钛记忆合金加压staple钉研究。提示使用类似的加压影响骨骺发育的方式，有可能对脊柱骨骼生长方向进行调控，进而矫正脊柱畸形。
Scott等[23]的研究表明，对于伴有胸椎前凸的脊柱侧凸患者，当胸椎前凸加大或前凸达到10°时，即应考虑手术治疗。对伴有胸椎前凸的脊柱侧凸患者，鉴于肺功能受严重影响的威胁，应更积极考虑手术治疗。目前临床上对脊柱侧凸合并胸椎前凸患者通过单纯后路手术矫治胸椎前凸比较困难，而记忆合金加压staple钉技术为此提供一条新的思路。即在应用本技术治疗脊柱侧凸时，对伴发的前凸可以同时矫正。同时，对于已经无法用支具维持而生长潜能很大的幼年脊柱侧凸患者，本技术很可能提供后路生长棒技术之外的选择。
本实验结果长钉组与短钉组T4~9节段Cobb角变化比较，差异无显著性意义，说明钉齿深由4 mm增加到7 mm对控制山羊椎体后凸生长的效果没有统计学意义差别，本实验认为在目前样本数量下，钉齿深度变化对山羊脊柱生长的控制效果相近；根据山羊自身对照实验表明，记忆合金加压钉对控制山羊椎体生长有作用，可以导致后凸出现；根据实验组与对照组Cobb角比较，差异有显著性意义,表明记忆合金加压钉具有控制山羊椎体生长的作用。
从以上的自身对照和组间对照结果可以分析出，记忆合金加压钉具有控制山羊脊柱生长方向的作用。目前临床上对脊柱侧凸合并前凸患者通过单纯后路手术矫治前凸比较困难，可以考虑应用本技术辅助治疗前凸。同时这种加压控制生长作用没有因齿深加大而加强，初步考虑有两个可能，一是记忆合金加压钉的控制脊柱生长导致后凸作用的主要部位是脊柱前柱的前部骨骺，通过控制脊柱前柱的前部骨骺生长以及椎间盘楔形变导致脊柱出现后凸，而加大钉齿深度对于这一部分骨骺的控制并无加强，所以控制生长作用没因齿深加大而加强；第二个可能是由于山羊的样本数不足；把实验结果使用统计学CHISS软件进行样本数推断发现，目前的数据可以在样本数为82例时出现差异有显著性意义（P < 0.05），在样本数为110例时出现差异有显著性意义（P < 0.01）。由于记忆合金加压钉短钉的 4 mm齿深设计为最短的山羊椎体前后缘距离的一半，而7 mm齿深设计为比最小的山羊椎体前后缘距离仅少 1 mm，提示在用于人体的加压钉的最大齿深不必超过椎体前后缘距离的2/3，这样可以减少破坏椎体后缘骨皮质造成硬膜外出血等意外损伤的危险，从本实验结果上看理论效果应相同而更加安全。通过力学分析，重力对两足直立动物脊柱与对四足爬行脊柱的作用方向接近于垂直。在本实验中，山羊椎体前方骨骺受到的记忆合金加压staple钉的压力，必然通过和张力带作用的力学机制传递至脊柱背面的关节突骨骺。这也许可以解释时间顺应性较差，即矢状面Cobb角随时间进展变化不大的问题。在本实验中，由于置入记忆合金加压staple钉手术的要求，很难在禽类或切断前肢制作的两足直立鼠模型实现，而使用高等灵长类动物又受到伦理学质疑，所以选择了四足动物山羊。当然，这并不妨碍进一步最权威的临床实验。

4 参考文献

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