上胸椎手术入路及生物力学研究现状

覃文航，张世进，罗远国，施冬冬

(1.覃塘区人民医院骨科，广西 贵港 537100；2.解放军923医院骨科，广西 南宁 530000)

0 引言

上胸椎指第一胸椎至第四胸椎(T1-T4)的节段范围，由于此处解剖学毗邻复杂，其疾病如骨折、肿瘤、结核等，虽少见但不易处理[1-2]，该节段的手术入路是所有脊柱手术方式中最多的。本文将从上胸椎手术发展史、解剖特点、脊柱节段模型、生物力学研究方面进行综述，以供临床及基础实验研究参考。

1 上胸椎手术的发展

脊柱手术入路可简单分为前、后入路以及前后联合入路三种手术方式。早期上胸椎手术的开展是建立在安全操作的基础上的，对于病灶的显露及处理以减轻脊髓压迫、缓解症状为主。1815年Hayward最先采用经椎板切除术来治疗胸椎骨折，但患者在术后不久死于手术并发症[3]。此后，Smith[4]对一位因上胸椎椎体骨折导致不全瘫的患者，首次开展后路全椎板切除术并获得成功。后方入路被最早应用到上胸椎疾病手术治疗当中，Potts[5]在19世纪70年代提出经后方入路椎旁引流，可以起到缓解结核脓肿对椎管压迫的效果，有学者[6]在其基础上进行改良，采用肋横突切除术来达到减压目的。Hadra和Holdsworth等[7-8]通过钢丝和棘突钢板固定胸椎，达到了促进融合和维持脊柱稳定的目的。后来脊柱三柱理论逐渐为外科学者所接受，同时伴随脊柱内固定材料的创新和改进，恢复力学稳定得到了广泛认可，1962年Harrington[9]等在治疗侧弯时选择用脊柱凹侧撑开和凸侧加压的内固定方式，被人称为Harrington系统，最危险的并发症是过度牵引以致脊髓牵拉损伤而发生截瘫。1983年Cotrel和Dubousset运用新式钩棒矫形内固定系统提出脊柱三维矫形理论，推动了脊柱外科手术巨大进展，即CD系统。CD系统在脊柱侧凸、骨折移位治疗、椎体及附件病灶切除及其他重建脊柱生物力学稳定性上具有里程碑意义[10]。1959年Boucher[11]首次利用椎弓根螺钉技术成功进行了脊柱融合，椎弓根螺钉技术逐渐成为脊柱外科史上发展最迅速的技术。椎弓根螺钉内固定系统对重建脊柱三柱力学稳定性及复位效果等方面上佳，但由于胸椎椎弓根解剖结构细小，毗邻复杂，胸椎椎弓根螺钉技术学习进展曲线较慢[12]。前路手术使脊柱外科医生能够很好地观察胸椎前、椎体、椎间盘、椎管和神经根。该方法目前用于上胸椎椎间盘疾病、椎体骨髓炎或椎间盘炎、椎体骨折和肿瘤的手术治疗，可适当减压和脊柱稳定[13]。上胸椎经胸前路手术入路的报道最早于治疗胸椎结核[14]，随着抗痨药物问世，病例数量的下降导致对前路手术的需求减少。1957年Cauchoix等[15]人的研究证实，从胸骨正中纵向劈开，可以显露上胸椎前方，适用于T4-T5椎体节段病变，能够充分暴露术野，但因手术创伤大，术中出血较多，术后恢复慢，并发症多的缘故，并不轻易为人们所接受。1995年Gieger为有局限性椎体疾病的患者提供了一种简单的颈椎前路手术方法，其中以中线腹侧减压为手术目标，采用经下颈椎低位前方入路，易于实现向椎旁关节的侧向暴露，但下位椎体的暴露程度被纵隔大血管限制在T3[16]。对于脊柱肿瘤而言，尤其是上胸椎节段的视野显露是脊柱手术的难点之一，1997年Comey等认为对于病变在上胸椎T3以下者不适宜此法[17]。行颈椎低位前方入路时，术前需仔细评估胸椎切迹所对椎体水平，当胸椎切迹距离病灶椎体远时，可以适当延长切口直至充分显露术野，此法能充分减压和重建脊柱稳定，缺点在于术中容易出现喉返神经牵拉损伤[18]。闫亮等[19]人采用前路、后路或前后路联合手术治疗的83例颈胸段脊柱疾病，所有患者术后1年内植骨部位均达到骨性融合，生物力学稳定，内固定牢固，提示颈胸段脊柱疾病的三种手术治疗策略均安全有效。有人认为前后联合入路对内固定稳定性影响较小，可降低术后植入器械相关的并发症[20]。前后联合入路对椎体复位及神经功能恢复具有明显改善作用，与单一前路或后路手术比较，效果更优[21-23]。也有人认为前后联合入路与单一入路取得的临床效果类似，甚至联合入路所需手术时间、出血量、后期康复功能锻炼等并不具有明显优势[24-25]。从AO原则来讲，理论上源自前方的压迫应选择前路减压，但临床中仍建议选择术者更为熟练的入路来操作。

2 上胸椎解剖学特点

2006年肖增明等[1]人从前方入路研究上胸椎与其毗邻组织结构的解剖关系，在20例福尔马林处理后的人尸体上胸椎节段附近研究，按经典前路劈胸术式暴露血管、神经、椎体，观察上胸椎周邻重要组织走行及其与椎体前缘之间距离，结果头臂干外侧间隙入路可显露至T3椎体下缘(约占95%)，从头臂干内侧间隙入路至T3椎体以下视野显露较小(只占45%)。从上腔静脉与升主动脉之间的间隙虽可暴露T4椎体前缘，但术野不开阔。喉返神经右侧支由迷走神经发出平T1、T2椎体高度，穿经锁骨下动脉下缘内上斜行，平C7/T1间盘上方进入气管食道沟。上腔静脉引出的左头臂静脉可平T3椎体(约占55%)。主动脉弓最高点约4/5在T3-4椎间盘平跨椎体前缘。约3/4的胸导管会在T1椎体到T1/2椎间盘水平进静脉角。由此可见头臂干外侧间隙入路暴露T3和T4椎体较容易，且比头臂干内侧间隙相比可多显露半个或一个椎体节段。值得一提的是，经此间隙入路需注意的是迷走神经心支，右侧T1处注意保护右喉返神经，左侧则注意保护胸导管。2008年吴锐辉等[26]的研究为改良肩胛深层入路显露上胸椎提供了解剖学依据，按双侧肋骨切口高度水平把21具福尔马林处理后的人类脊柱模型，随机分为右高左低、左高右低及低位切口3组；按改良肩胛深层入路，从皮肤进入胸腔显露T1-T4椎体，该手术入路皮肤切口长度为(22.88±1.70) cm；从第3肋处，纵向撑开切口范围为(6.10±0.68) cm，能完整显露T2到T4椎体节段；如同时切除部分第2肋骨，撑开切口宽度为(8.08±0.93) cm，T1椎体部分到T4椎体；如继续进一步游离部分第4肋骨，撑开切口宽度可达(8.87±0.73) cm，则可完全显露T2-T5椎体后侧方；当只游离部分第4肋时只能显露T3-T5椎体，撑开切口宽度平均(6.03±0.53) cm；这种术式的有点在于交感神经干、奇静脉弓及胸导管等重要组织手术过程中出现在与上胸椎相对恒定的水平，具有创伤小，显露好，安全性高等可行性。陈前芬等[27]采用腋中线胸腔入路可以良好显露T2-T5椎体，完成椎体切除、植骨内固定重建胸椎稳定的手术操作。王欢喜等[28]利用解剖学结合放射学，在三维空间上对肋横突结合区进行研究，他们认为肋横突结合区的横径和深度比椎弓根大，可以在此处置入更长的螺钉。

3 脊柱节段损伤模型的建立

在测试内固定稳定性时需要建立合适的损伤模型。常用的方法是模拟骨折缺损模型，如部分横向切断后柱和椎间盘后置回原位，因这种横向切割未造成纵向失稳现已弃用。WILKE等[29]用手术刀或骨凿进行椎体、韧带、间盘内切除做出的骨折模型较为常用。实验的方法是去除T3椎体，在T2和T4椎体植骨接触面挖出6-12 mm宽的凹形骨槽将肋骨植入，在T2和T4椎体进行内固定。有研究表明牛羊的脊柱和人类脊柱运动相似，可采用动物实验来完成脊柱生物力学分析，但人类是直立行走，这与动物始终存在差异[30-31]。不管是在动物还是人类尸体标本模型上，比较前屈/后伸、左/右旋转、左/右侧屈稳定性都是非常困难的，尤其是轴心旋转不理想[32]。国内外多数学者认为新鲜年轻、骨质健康的人尸体是最理想的标本，高龄骨质及韧带均有不同程度增生、退变，进行实验前需对尸体的一般信息(包括年龄、体重、长度、宽度、死亡原因)记录。福尔马林固定处理后的骨标本，骨量通常会丢失1/3-1/2，不适于进行加压、内固定拔出等破坏性强度试验，Michael等[33]人建议尽可能选取BMD>0.90g/cm2的标本来完成力学测试。对于温度的要求，Panjabi等[34]通过实验研究表明新鲜尸体脊柱节段在-18℃左右保存8个月左右不会改变其骨质结构。因此目前国内外基本认为将标本用塑料袋包扎保存在-18℃～30℃之间是安全的，需要应用时提起12-24h室温消融解冻。

4 上胸椎生物力学研究

随着材料学、组织工程学和生物力学的迅速发展，新的脊柱内固装置不断出现，保护脊髓、促进融合、重建脊柱稳定，为后期恢复功能锻炼创造了条件。新装置的研究需通过体外稳定性测试、动物体内试验，才能取适宜的内固定植入到临床手术当中。脊柱包括3个活动区(颈椎、胸椎和腰椎)和2个融合区(骶骨和尾骨)，活动节段可进行轴向、侧位和矢状位旋转以及轴向、侧位和前后位平移，因此脊柱被认为具有6个自由度[35]。以往测量三维运动稳定性多采用单一力矩转动脊柱，利用三维运动扫描仪测量平面运动角度[36]，多国内外对脊柱的力学条件要求可统一建议为：在脊柱单独方向的力矩加载实验中，腰椎节段通常建议至少达到7.5 N·m，颈椎节可为2.0-3.0 N·m，而胸椎节段的生物力学测试建议4.0-5.0 N·m[29]。人体脊柱的力学特性可以用载荷-位移曲线来描述，其中包括耦合效应。在三维空间测量椎体位移，曲线显示胸椎是一个具有耦合运动特征的复杂三维结构，轴向力(压缩/拉伸)导致了显著的水平错位，脊柱运动节段在前屈位时压缩较拉伸易弯曲。随着脊柱生物力学的深入研究，脊柱在三维空间内相邻的两个椎体和中间的椎间盘即为一个运动单位。体外测量胸椎的运动度的方式通常有两种即接触性测量与非接触性测量，利用感应片或电极测量线位移或角度位移的方式被称为接触性测量，而非接触性测量通过三维运动扫描仪采集位移变化传输在计算机上经图像处理后来测定脊柱空间运动范围[38]。刘会江等[39]在他们研发的上胸椎前路钛板内固定装置，对比现有的颈椎前路Orion钛板，通过接触性测量方式测量拔钉实验，证实了该种上胸椎前路钛板固定的力学稳定，在拉伸试验机上通过传感器测出两种钛板的拔钉强度进行对比，上胸椎前路钛板内固定装置最大拔出力平均为(1005.11±252.78) N与颈椎前路Orion钛板内固定装置拔出力(469.37±142.75) N相比更有优势，为了进一步研究专门的上胸椎钛板，他们采用15例新鲜尸体T1-T4节段分成3组(上胸椎前路钛板内固定组、Orion钛板折弯内固定组、Orion钛板不折弯内固定组)，在保持标本外观形态良好下通过三维6向运动，证实新型上胸椎钛板在生物力学上具有良好三维运动稳定性[40]。

生物力学实验在脊柱内固定尤其椎弓根螺钉研究中具有不可替代的地位，通过体内外实验测试内固定的屈服强度、植入物疲劳度和稳定性，从而判断其临床可行性。脊柱后路的椎弓根螺钉系统的可以有效固定前中后柱，理论上应该更符合脊柱重建的生物力学要求，但螺钉生物力学性能主要与螺钉的材质、直径、长度、螺钉的组合方式及骨骼质量等多种因素相关[41]。付长峰等[42]在旁路法植入胸椎椎弓根螺钉的力学研究中发现，螺钉经横突、椎弓根旁间隙至椎体，这种情况下螺钉沿椎体矢状轴拔出强度最低，同经椎弓根入路拔出强度相比平均下降17.4%，螺钉经椎弓根外侧皮质表面穿进椎体内与经椎弓根入路相比，螺钉沿椎体垂直方向的拔出力大小会降低，不过相较钉-棒系统而言，钛板内固装置在重建脊柱稳定性上面或许会更具优势。

5 结论

综上所述，近十几年来外科手术技术整体发展水平取得不错的成绩，但就上胸椎节段而言，医师没有多年的临床操作积累，是难以实施手术的。对于上胸椎病损，术前影像检查尽可能做到完善，术前把握定位，结合患者对手术的耐受能力，病变的性质选择最适宜的手术方式，以达到缓解和治愈患者病痛的目的。力求多学科多中心探索，不断改良新的方法与技术，从而推动外科手术技术的发展。