人工椎间盘及髓核假体的生物力学

背景:全椎间盘或髓核假体是否符合人的椎间盘的解剖特点、生物力学是目前关注的焦点。目的:综述目前存在的人工椎间盘及髓核假体的类型及其生物力学特征。方法:由第一作者用计算机检索万方数据库、中国期刊全文数据库和PubMed数据库,检索时间:1989/2011,检索词分别为"椎间盘、髓核、人工假体、生物力学"和"intervertebral diac,nucleus pulposus,artificial prosthesis,biomechanics",语言分别设定为中文和英文。纳入与人工椎间盘及髓核假体的材料类型及其生物力学特性相关的研究,排除重复性研究。共检索到72篇文章,按纳入和排除标准对文献进行筛选,共纳入26篇文章进行分析。结果与结论:目前应用于人工椎间盘的材料有钴铬合金、钛合金、不锈钢、陶瓷和超高分子量聚乙烯等。应用不同材料制备的人工椎间盘假体校多,其中Bryan假体在临床中最常用,体外实验、三维有限元分析及临床研究均证实其具有良好的生物力学特性,置换成功率高。目前存在的人工髓核假体有预制型和原位聚合型,由于其手术损伤小,是目前研究的热点,但仍很难达到人体髓核的生物力学功能。发掘新型材料和设计个性化假体是将来的发展方向。     

人工腰椎间盘假体设计原理与研究进展

背景：人工腰椎间盘置换作为治疗腰椎间盘退行性疾病的新选择，由于在消除患者疼痛的同时保留了腰椎原有的生物力学状态，得到了临床的广泛关注，对于假体结构和材料设计尚需进一步研究和验证。 目的：对现有人工腰椎间盘假体结构和材料的设计情况进行了综述，并对未来的优化设计趋势进行了展望，可为今后开发以及评估新的人工腰椎间盘假体提供指导。 方法：计算机检索PubMed、CNKI、中国生物医学文献数据库，纳入包含人工腰椎间盘的结构设计、材料设计以及体内、体外生物力学评价的文章，排除观点重复和陈旧的文章，最后对46篇文献进行归纳与讨论。 结果与结论：人工腰椎间盘已经历了近30年的发展，对于假体的结构和生物材料的设计也经历了不断的发展与改进，文章对现有人工腰椎间盘假体的运动保留设计、运动限制设计、即刻固定设计、基体材料、负重面材料、涂层材料的研究现状进行了归纳总结，并结合现有的体内、外生物力学实验结果对各种设计进行评价。最后结合最新的研究趋势，对腰椎间盘假体未来在结构仿生设计、材料改进、假体和辅助植入器械的优化设计等发展方向进行了展望。     

人工颈椎间盘结构、材料及体外生物力学的研究进展

背景：人工颈椎间盘置换作为颈椎疾病治疗的全新方法,正逐渐得到临床广泛认可,其使用的植入器械——人工颈椎间盘还需更深入研发及验证。目的：综述了现有人工颈椎间盘产品的结构、材料及体外生物力学研究,并对未来发展状态进行展望。方法：以“artmciaIcen,icaIdisc,prothesis,structure,materiaI,biomechanicalstudy＂为英文检索词检索Pubmed数据库,以“人工颈椎间盘,假体,结构,材料,生物力学”为检索词检索CNKI数据库,纳入人工颈椎间盘结构设计、材料设计及体外生物力学评估相关工作,主要整理近5年来有关研究,排除重复性工作,重点对36篇文献进行分析讨论。结果与结论：现有人工颈椎间盘产品主要采用金属-聚合物（MOP）结构,以半限制型和非限制型居多,尺寸系列已较完善,且全为进口产品。通过对现有产品进行分析与总结,提出人工颈椎间盘在新结构设计、面向种群设计和材料改进3个方向有重大发展空间,材料改进可以从终板材料、髓核材料、表面喷涂材料几方面考虑。     

人工颈椎间盘的假体结构及应用特点

背景：目前人工颈椎间盘假体设计和使用都得到了很大的发展,主要有低磨擦滑动面、弹簧系统、橡胶制成的人工颈椎间盘及其他各种弹性假体。目的：总结人工颈椎间盘假体结构特点及在骨科的应用现状。方法：由第一作者以“人工颈椎间盘;假体;椎间盘突出症”和“Artificial Cervical Disc;prosthesis;intervertebral disc herniation;the surgical therapy”为关键词,分别在CNKI（2000至2013年）和PubMed数据库（1960至2013年）http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed）检索近年文献,检索内容为人工颈椎间盘假体在骨科的应用。计算机在CNKI数据库检索出200篇文献,在PubMed数据库检索出56篇文献,阅读标题和进行筛选,保留符合纳入标准的40篇归纳总结。结果与结论：人工颈椎间盘假体类似椎间盘生理功能,材料具有耐磨损、耐疲劳、抗腐蚀等特点,它类似于人体椎间盘的生理和生物力学载荷功能,保持了脊柱的稳定和运动功能,避免了邻近节段的退变加速。文章重点对Bryan、Mobi-C、PCM、Prodisc-C、Prestige及CerviCore人工颈椎间盘结构做了介绍。人工颈椎间盘置换的短期疗效已得到认可,但是它不能完全替代颈前路植骨融合内固定,是治疗颈椎退变性椎间盘疾病的又一主要手段。     

人工髓核假体的研究进展及其发展方向

背景:人工髓核置换是治疗腰椎间盘疾病以及重建椎间稳定和微动功能的最佳方法之一,理想的人工髓核材料的研究是当前研究的热点和难点.目的:简要回顾国内外治疗腰椎间盘突出症尝试的不同方法以及取得的成绩,重点分析人工髓核材料的发展历史及现状,并对预制型和原位聚合型两种人工髓核基本特性进行综述.方法:由第一作者检索1995/2010 PubMed数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed)、万方数据库(http://www.wanfangdata.com.cn)、书籍<腰椎间盘突出症>有关腰椎间盘退变治疗方法、髓核置换材料选择及置入方法等方面的文献.英文检索词为"nucleus replacement,biocompatibility,disc degenerative",中文检索词为"髓核置换,生物相容性,间盘退变".检索文献量总计90篇,排除重复性研究,共保留其中的36篇归纳总结.结果与结论:目前髓核置换假体可以分为两种:预制型和原位聚合型.预制型假体与生理髓核组织的生物力学更相近,但是报道有不同并发症.原位聚合材料由不同的单体在置入后聚合、硬化形成弹性体,这就使手术创伤降到最小,减少内植物移位的风险,但是这些材料仍在初步评估节段.提示作为治疗腰椎间盘突出症的新方法之一,不同材料的人工髓核目前正处于不同研制阶段中,并且取得了一些有意义的早期研究成果,人工髓核置换作为常规手术的补充和改进,是一种具有潜力的治疗方式.     

人工髓核假体的研究进展及其发展方向

背景：人工髓核置换是治疗腰椎间盘疾病以及重建椎间稳定和微动功能的最佳方法之一,理想的人工髓核材料的研究是当前研究的热点和难点。目的：简要回顾国内外治疗腰椎间盘突出症尝试的不同方法以及取得的成绩,重点分析人工髓核材料的发展历史及现状,并对预制型和原位聚合型两种人工髓核基本特性进行综述。方法：由第一作者检索1995／2010 PubMed数据库（http：／／www．ncbi．nlm．nih．gov／PubMed）、万方数据库（http：／／www．wanfangdata．com．cn）、书籍《腰椎间盘突出症》有关腰椎间盘退变治疗方法、髓核置换材料选择及置入方法等方面的文献。英文检索词为“nucleus replacement,biocompatibility,discdegenerative”,中文检索词为“髓核置换,生物相容性,间盘退变”。检索文献量总计90篇,排除重复性研究,共保留其中的36篇归纳总结。结果与结论：目前髓核置换假体可以分为两种：预制型和原位聚合型。预制型假体与生理髓核组织的生物力学更相近,但是报道有不同并发症。原位聚合材料由不同的单体在置入后聚合、硬化形成弹性体,这就使手术创伤降到最小,减少内植物移位的风险,但是这些材料仍在初步评估节段。提示作为治疗腰椎间盘突出症的新方法之一,不同材料的人工髓核目前正处于不同研制阶段中,并且取得了一些有意义的早期研究成果,人工髓核置换作为常规手术的补充和改进,是一种具有潜力的治疗方式。     

人工腰椎间体设计原理及现状

目的：人工腰椎间盘置换术作为腰椎融合之外治疗腰椎间盘退行性病变的另一合理的选择，使患者疼痛缓解，重建椎间隙高度，保留脊柱运动，在欧美已经应用于临床。结合腰椎解剖及生物力学原理阐述目前常用假体的设计理念。同时，综述目前FDA批准的SB Charite假体早期临床研究结果。资料来源：应用计算机检索MEDLINE和PUBMED公开的截止到2006—10文献，检索词“Disc arthroplasty；Lumbar spine；Disc degeneration；Spine prosthesis；Artificial disc；Intervertebral disc”，限定文章语言种类为English。通信获得北美脊柱学会及脊柱侧凸学会从1995到2005年历年的会议部分文献。资料选择：对资料进行初审。纳入标准：①实验及临床研究。②不限定对照及盲法。排除标准：同一领域重复研究和综述文献。资料提炼：从95篇关于人工腰椎间盘置换假体基础研究及临床应用的文献中选出符合纳入标准的30篇。资料综合：文献报道分别对腰椎解剖及生物力学原理、人工腰椎间盘假体设计理念、目前常用假体的特点及应用指征、短期临床效果及随访情况等进行讨论。①腰椎运动的生物力学机制要求设计出一种能够重建和保留脊柱生理活动功能的假体与之相适应。②FDA关于Charite Ⅲ假体的2年RCT临床随访资料显示63％的患者临床效果满意。10年随访资料显示Charite人工椎间盘具有极好的屈伸及侧方动度而没有显著的并发症，优于文献中脊柱融合的疗效。结论： 短期的疼痛缓解和功能恢复效果良好；植入体内短期内是相对安全的；相对于脊柱融合术，可缩短术后康复时间。术后短期效果可以肯定，但缺乏有关远期效果的报告。     

腰椎人工髓核假体置换后并发症及疗效评估

目的:总结分析腰椎人工髓核假体置换后并发症发生情况,在早期临床随访的基础上,比较人工髓核假体置换与传统开窗腰椎间盘髓核摘除治疗腰椎间盘突出症的中、远期疗效. 方法:选择2002-02/2005-08 南方医科大学附属南方医院脊柱骨病外科采用单枚人工髓核假体置换治疗单节段腰椎间盘突出症患者98例,获得24～60个月随访患者63例.另外随机选择同期同年龄段单节段腰椎间盘单纯开窗髓核摘除患者200例,获有效随访94例.采用Oswestry 功能障碍指数和Stauffer-coventry疗效评定标准评价疗效,影像学分析手术节段活动度和椎间隙高度变化情况,同时观察假体位置情况.腰椎活动度=后伸角度-前屈角度;椎间隙高度变化采用病变椎间隙前后缘高度均值与上位椎体中部矢状径的比值表示.结果:①单纯髓核摘除组8例患者术后复发,行二次椎间盘手术;人工髓核假体置换组3例假体脱出二次翻修将假体取出.其余患者治疗后临床症状均明显改善.②两组Oswestry 功能障碍指数各随访时间点均较术前明显降低,差异有显著性意义(P<0.05).③两组Stauffer-covenuy 疗效评估各随访时间点差异无显著性意义(P>0.05).④随访中远期(3.0～5.0年)人工髓核假体置换组手术节段腰椎活动度均优于单纯椎间盘摘除组,差异有显著意义(p<0.05).⑤人工髓核假体置换组椎间隙高度比值各随访时间点与术前比较,差异具有显著性意义(p<0.05).⑥主要并发症:人工髓核假体置换组早期出现术后一过性腰痛24例,假体脱出3例.中、远期发现假体下沉32例,软骨终板损伤39例.单纯髓核摘除组8例术后复发.所有病例无术后感染发生.结论:人工髓核假体置换存在较严重并发症,人工髓核假体置换与传统腰椎间盘开窗髓核摘除中、远期疗效无明显差异.     

人工髋关节假体的设计及界面应力分析

背景:骨正确选择与宿主相容性良好的假体是保证全髋关节置换成功的重要因素,与置换后人工关节的生物力学性能和使用寿命有着密切的关系。目的:总结人工髋关节假体的研究进展,分析人工髋关节假体设计与界面力学对假体植入后生物相容的影响。方法:采用电子检索的方式在万方数据库中检索2000-01/2011-12有关髋关节假体材料及人工髋关节置换先关的研究,关键词为"髋关节、假体、置换、生物力学"。排除重复研究、普通综述或Meta分析类文章。结果与结论:共纳入34篇文献进行评价。全髋关节置换后人工关节的生物力学性能与使用寿命有着密切的关系,假体受力可以分解为正应力和剪切应力两部分,正应力有益于假体的固定和力的传递,而剪切力会导致假体松动。假体周围骨质及骨量的变化,假体松动、脱位,假体周围骨折,材料磨损及假体周围感染是髋关节置换后影响中远期效果的常见并发症。目前还缺乏生物相容性好、生物力学相容性好的理想假体,人工髋关节设计、制造工艺、假体材料的耐磨性与界面应力等生物力学性能均有待于进一步提高,从而更好地适应宿主。     

人工颈椎间盘置换的生物力学系统评价

目的:评价人工颈椎间盘置换对颈椎运动范围及临近节段生物力学的影响.方法:以计算机检索方法检索中国期刊全文数据库中(CNKI:2005/2009)关于人工颈椎间盘置换治疗颈椎病的临床随访、对照实验,检索词为"人工颈椎间盘置换、生物力学".检索后对每项研究的资料结果进行提取、分析.结果:共有21项实验469例颈动脉狭窄患者符合纳入标准,分析结果显示人工颈椎间盘置换后脊髓功能JOA评分较置换前明显升高.置换节段稳定并部分恢复了颈椎正常的活动范围.而且与颈前路减压植骨融合术相比,人工颈椎间盘置换未增加临近节段的关节活动范围和应力负荷,阻止或降低了临近节段的退变及颈椎活动范围减小的发生率,随访时影像学均未见假体移位、脱落、下沉等并发症发生.结论:人工颈椎间盘置换使颈椎运动范围得到一定保持,颈椎稳定性好,置换后对邻近节段影响较小,阻止了相邻节段的退变加速,是颈椎病治疗方面一种具有良好发展前景的治疗方法.但Fh于其临床应用时间短,其潜在的异位骨化、假体下沉、脱出等问题题仍有待于长期临床观察.     

人工腰椎间盘置换的临床应用：现状与未来

背景：人工腰椎间盘置换的基本理念是在稳定病变节段的前提下,力求最小影响相邻节段的生物力学状态,防止以及减少相邻节段退变的发生率。目的：分别对人工腰椎间盘置换的适应证和禁忌证、围置换期经济学考量、远期并发症以及人工腰椎间盘置换与融合术的混合使用效果进行了探讨。方法：计算机检索PubMed数据库、中国期刊全文数据库、中国生物医学文献数据库近十年的相关文献。纳入腰椎间盘置换术的回顾性和前瞻性临床实验报告,排除观点重复的文章,最后对34篇文献进行归纳与分析。结果与结论：1982年人工腰椎间盘假体首次临床应用以来,已有许多关于腰椎间盘置换的临床报道,然而对临床实验中遇到的许多问题始终没有统一答案。人工腰椎间盘置换的适应证和禁忌证应考虑到置换节段数对临床结果的影响、小关节退变对临床结果的影响、既往有腰椎间盘手术史患者的选择、患者年龄、椎间盘置换前休息时间等因素。评价腰椎间盘置换是否优于传统的腰椎融合,可以从椎间盘置换中出血量、手术时间、置换后住院时间等方面进行考量。腰椎间盘置换后较常见的并发症有异位骨化、植入物机械故障、相邻节段和小关节退变。将人工腰椎间盘置换与融合术的混合使用治疗多节段腰椎间盘病变,使两种手术干预方法互补不足,得到优于单独使用的手术疗效。     

颈椎前路融合与置换体外生物力学实验的新观点

背景：传统“金标准”颈前路减压植骨融合及近年来迅速发展的人工颈椎间盘置换是临床上常见的治疗颈椎病的方式。大量科研工作者和临床医生希望通过颈椎体外标本实验研究脊柱生物力学,为临床治疗提供指导数据。 目的：对现有颈椎体外标本生物力学实验研究进展进行综述,并对未来的研究方向进行展望。 方法：以“Cervical Spine, Fusion, Replacement, Hybrid, Biomechanics, In vitro, Adjacent-level Degeneration, Review”为英文检索词检索Pubmed数据库,以“颈椎,融合,置换,混合术,生物力学,体外,相邻节段退变,综述”为检索词检索CNKI数据库和万方数据库,检索2007年1月至2013年3月有关颈椎前路融合与置换体外生物力学实验研究进展的文献,主要整理近3年来相关研究,排除陈旧文章和重复性工作,最后对40篇文献进行归纳与讨论。 结果与结论：文章对现有的颈椎体外标本融合、置换实验进行总结,集中体现在手术多节段、运动控制条件差异化、颈椎耦合运动测试和新型植入器械4个方面,对比总结融合与置换治疗对邻近节段运动范围、关节内压力、髓核内压力和椎间孔形态的影响,探讨融合、置换后存在的问题。最后结合临床的需求,展望颈椎体外标本实验的发展趋势及应用前景。     

神经肽Y/降钙素基因相关肽在腰椎间盘中的分布与共表达

背景：研究发现,神经肽Y与降钙素基因相关肽在交感神经节中有共存现象。目的：观察神经肽Y/降钙素基因相关肽在正常腰椎间盘的共分布及在突出腰椎间盘髓核组织中的共表达。方法：从10例尸体中收集完整的腰椎间盘,在另10例尸体中收集腰椎间盘髓核组织作为对照组。收集30例有症状的腰椎间盘突出症患者,其中L4/5或L5/S1需行腰椎间盘髓核摘除,取出髓核组织作为实验组。结果与结论：①正常椎间盘组织中神经肽Y/降钙素基因相关肽荧光双标染色阳性的神经纤维较多的分布于椎间盘纤维环外1/3,但在椎间盘内2/3及髓核中未见或少量分布。②髓核的共表达,神经肽Y/降钙素基因相关肽荧光双标染色神经纤维的阳性率实验组均高于对照组（P〈0.05）。提示在正常腰椎间盘组织中神经肽Y/降钙素基因相关肽分布于纤维环外1/3部分,在纤维环内2/3部分及髓核组织未分布,但在突出椎间盘髓核组织中有大量的神经肽Y/降钙素基因相关肽共表达。     

人工椎间盘置换对腰椎小关节应力影响的三维有限元分析

背景:近年来随着对脊柱生物力学研究的深入,人工椎间盘被认为是治疗腰椎退行性变较理想的方法,但目前对人工腰椎间盘的生物力学研究还非常有限.目的:建立腰椎运动节段人工椎间盘置换的三维有限元模型并进行生物力学分析,观察人工椎间盘置换对腰椎小关节应力的影响.方法:在已建立的正常腰椎运动节段三维有限元模型的基础上去除L4～5椎间盘、上下终板的有限元单元,加入SB-Chaite Ⅲ型人工椎间盘的有限元模型,保留L4～5椎间隙的纤维环及相关韧带,形成L4～5运动节段人工椎间盘置换的三维有限元模型.对三维有限元模型在垂直压缩、前屈、后伸、侧弯等不同载荷下进行生物力学分析,记录小关节的应力,并与正常运动节段三维有限元模型相应部位的应力进行对比.结果与结论:生物力学分析结果显示,人工椎间盘置换后:①垂直压缩时上下椎体、双侧小关节内应力与正常节段相比差异无显著性意义(P > 0.01).②前屈、后伸时上下椎体前、后方及双侧小关节内应力与正常节段相比差异无显著性意义(P > 0.01).③侧弯时上下椎体左右两侧及双侧小关节内应力与正常节段相比差异无显著性意义(P > 0.01).提示人工腰椎间盘置换后小关节应力可保持在正常运动节段的水平,人工腰椎间盘置换可以达到腰椎生物力学性能重建的目的.     

人颈椎间盘退变与细胞凋亡及基质金属蛋白酶11的表达

背景：前期研究发现基质金属蛋白酶11基因在人退变颈、腰椎间盘组织中明显上调。目的：观察人退变颈椎间盘髓核组织中基质金属蛋白酶11的表达与细胞凋亡的关系。方法：纳入30个经MRI确认的退变颈椎间盘髓核组织和20个因颈椎创伤治疗获得的正常颈椎间盘髓核组织。结果与结论：苏木精-伊红染色显示退变的颈椎间盘髓核组织中髓核细胞较正常髓核组织明显减少（P〈0.01）,而凋亡细胞较正常髓核组织明显增多（P〈0.01）。免疫组化染色显示退变的颈椎间盘髓核组织中基质金属蛋白酶11的表达明显高于正常髓核组织（P〈0.01）,且基质金属蛋白酶11表达与TUNEL染色检测到的细胞凋亡正相关（r=0.44,P〈0.05）。说明高表达的基质金属蛋白酶11不仅可直接破坏细胞外基质尚可诱导髓核细胞凋亡,在椎间盘退变的过程中发挥重要作用。     

人工肩关节假体修复肩关节损伤

背景：肩关节置换成功的关键是尽可能重建肱骨近端的解剖结构,目前人工肩关节假体种类繁多,疗效差异较大。目的：总结人工肩关节假体在肩关节损伤修复中的应用进展。方法：由第一作者用计算机检索万方数据库、中国期刊全文数据库（CNKI）和PubMed数据库,检索时间为1999/2012,检索词分别为＂肩关节,人工假体＂和＂should erjoint,Artificial falsebody＂。从人工肩关节假体的类型,设计,应用及并发症方面进行总结,全面介绍人工肩关节假体在肩关节损伤修复中的应用进展。共检索到86篇文章,按纳入和排除标准对文献进行筛选,共纳入25篇文章。结果与结论：目前常用的人工肩关节假体中,UNIVERS3-D和Aequalis骨折型肩关节假体临床效果较好,置换后并发症及翻修率低,生物相容性较好。DeltaⅢ逆置式肩关节假体植入后因肩胛盂下凹槽形成及脱位等并发症,而致翻修率较高,生物相容性较差。因此,正确选择病例、熟悉肩关节的解剖学机制和肩关节特殊的重建技术,并在此基础上制定周密的置换方案可以降低人工肩关节假体置换并发症的发生,从而提高假体和宿主的生物相容性。