缝合和粘合两种方法修复山羊腰椎间盘纤维环缺损

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0859

中国组织工程研究 ›› 2018, Vol. 22 ›› Issue (26): 4156-4161.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.0859

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缝合和粘合两种方法修复山羊腰椎间盘纤维环缺损

王宇鹏，银和平，吴一民，李树文，杜志才，白明，孟格栋

内蒙古医科大学第二附属医院微创脊柱外科，内蒙古自治区呼和浩特市 010030

收稿日期:2018-04-16
通讯作者: 银和平，硕士，主任医师，教授，硕士生导师，内蒙古医科大学第二附属医院微创脊柱外科，内蒙古自治区呼和浩特市 010030
作者简介:王宇鹏，男，1988年生，内蒙古自治区通辽市人，蒙古族，2016年内蒙古医科大学毕业，硕士，主治医师，主要从事微创脊柱外科方向研究。
基金资助:
国家自然科学基金(81260287)；内蒙古自治区自然基金(2014MS0855)

Suturing and bonding for repair of annulus fibrosus defects in goats

Wang Yu-peng, Yin He-ping, Wu Yi-min, Li Shu-wen, Du Zhi-cai, Bai Ming, Meng Ge-dong

Department of Spine Microsurgery, the Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010030, Inner Mongolia Autonomous Region, China

Received:2018-04-16
Contact: Yin He-ping, Master, Chief physician, Master’s supervisor, Department of Spine Microsurgery, the Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010030, Inner Mongolia Autonomous Region, China
About author:Wang Yu-peng, Master, Attending physician, Department of Spine Microsurgery, the Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010030, Inner Mongolia Autonomous Region, China
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China, No. 81260287; the Natural Science Foundation of Inner Mongolia Autonomous Region, No. 2014MS0855

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

椎间盘高度指数：椎间盘平均高度/相邻两椎体平均长度×100%，是用来评价椎间盘高度的常用方法。

椎间盘：分为中央部的髓核，富于弹性的胶状物质；周围部的纤维环，由多层纤维软骨环按同心圆排列。颈腰部纤维环前厚后薄，髓核易向后外侧脱出，突入椎管或椎间孔，压迫脊髓或脊神经——椎间盘脱出症。

背景：目前，切除椎间盘后绝大多数不予以行纤维环修复，这是导致术后椎间盘再次突出的重要原因之一。

目的：探讨缝合法及医用纤维蛋白粘合剂法修复山羊腰椎间盘纤维环缺损的效果。

方法：取6只6月龄山羊的L_1/2-L_6/7椎间盘，共36个椎间盘，随机分为3组，每组12个椎间盘。麻醉下钝性剥离山羊肌肉至椎间盘纤维环，显露L₁-L₇椎体，用小圆刀在各椎间盘分别做切长4 mm平行于终板的纤维环切口，髓核钳抓取少量髓核(约0.1 g)，按术前随机选中的间盘分别进行纤维环切口缝合1针(缝合组)、粘合剂粘合(粘合组)；对照组不作处理。术前及术后12周拍腰椎X射线片及MRI，计算腰椎间盘高度指数，评价腰椎退变情况。术后12周处死山羊，对缺损处行光镜和透射电镜观察。

结果与结论：①术后12周椎间盘高度指数缝合组>粘合组>对照组；②腰椎MRI T2WI改良Pfirrmann评分缝合组<粘合组<对照组；③组织学Masuda退变评分缝合组<粘合组<对照组；④缝合组修复处细胞超微结构优于粘合组、对照组，粘合组优于对照组；⑤结果说明，直接缝合法及医用纤维蛋白粘合剂均可有效修复纤维环缺损，且直接缝合法优于粘合法。

ORCID: 0000-0002-1385-0261(王宇鹏)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

关键词: 纤维环修复, 山羊, 缝合, 粘合剂, 椎间盘高度指数, 组织构建

Abstract:

BACKGROUND: At present, there is a lack of effective strategies that deal with annulus fibrosus defects in a majority of cases undergoing lumbar discectomy, which is one of the important causes of postoperative relapse of lumbar disc herniation.

OBJECTIVE: To explore the effects of direct suturing and medical fibrin bonder for annulus fibrosus defects in goats undergoing resection of intervertebral discs.

METHODS: L_1/2-L_6/7 samples (36 lumbar vertebrae) from six goats aged 6 months were randomized into three groups (n=12 per group): direct suture group, bonding group and control group (with no intervention). An annular incision of 4 mm in length was made on the disc using a circle cutter. A small amount of nucleus pulposus (about 0.1 g) was taken from each sample followed by direct suturing, bonding and no treatment in corresponding groups. X-ray and MRI observation of the lumbar vertebra was performed preoperatively and 12 weeks postoperatively. Height index of the lumbar intervertebral disc (DHI) was calculated to evaluate the lumbar degeneration. The goats were sacrificed at 12 weeks postoperatively and the defect sites were observed using light microscope and transmission electron microscope.

RESULTS AND CONCLUSION: The DHI values in three groups at 12 weeks postoperatively were ranked as follows: direct suturing group > bonding group > control group. Lumbar T2WI MRI modified Pfirrmann grade was ranked as follows: direct suturing group < bonding group < control group. Histological Masuda degeneration grade was ranked as follows: direct suturing group < bonding group < control group. Performance of cell ultrastructure at repair site was ranked as follows: direct suturing group > bonding group > control group. To conclude, both direct suturing and fibrin bonder can effectively repair annulus fibrosus defects, and moreover, direct suturing is superior to bonding in the repair effect.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

Key words: Intervertebral Disk, Suture Techniques, Bone Cements, Goats, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

王宇鹏，银和平，吴一民，李树文，杜志才，白明，孟格栋. 缝合和粘合两种方法修复山羊腰椎间盘纤维环缺损[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(26): 4156-4161.

Wang Yu-peng, Yin He-ping, Wu Yi-min, Li Shu-wen, Du Zhi-cai, Bai Ming, Meng Ge-dong. Suturing and bonding for repair of annulus fibrosus defects in goats[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2018, 22(26): 4156-4161.

图/表（结果） 6

2.1 山羊X射线检查术前3组椎间盘高度指数(图1)差异无显著性意义(P > 0.05)。术后12周3组椎间盘高度指数显著低于术前(P < 0.05)。术后缝合组椎间盘高度指数显著高于粘合组、对照组，粘合组显著高于对照组，差异均有显著性意义(P < 0.05)，见表1。

2.2 山羊腰椎MRI T2WI矢状位检查术后12周，对3组MRI T2WI进行改良Pfirrmann椎间盘退变评分(图2)，后行多个独立样本的秩和检验，3组间差异有显著性意义(P < 0.05)，两两比较对资料秩转换，进行LSD-t 法检验，差异有显著性意义(P < 0.05)，见表2。

2.3 山羊组织学检查缝合组终板处纤维粗大、形态规则。修复处纤维末端变细、逐渐小弧度向外倾斜、集中，外1/3处纤维聚集(图3)。缝合外层可见瘢痕组织及血管。内侧纤维与髓核界限可分辨。粘合组修复处可见较大间隙，纤维形态尚规则，大弧度向外倾斜，并向缺损处集中，粘合处纤维末端纤细，扭曲形态不规则，粘合缺损处纤维环表面可见瘢痕组织，内见血管。内层纤维环皱缩、形态迂曲，髓核可见裂隙，杂乱。对照组见纤维形态皱缩、杂乱、不规则、断裂，缺损处纤维逐渐靠拢但无明显集中趋势，内外层纤维环分界不清，杂乱无章。对3组组织学评分行多个独立样本的秩和检验，3组间差异有统计学意义(P < 0.05)，两两比较对资料秩转换，进行LSD-t 法检验，差异有显著性意义(P < 0.05)，见表3。

2.4 各组山羊缺损处透射电镜观察术后12周纤维环切口处的细胞结构，缝合组细胞膜较规整，表面可见微绒毛，核内常染色质清晰可见，内膜系统开始出现，高尔基体成熟融合成大泡。粘合组细胞缩小，核染色质凝集、边移化，细胞核电子密度增强。线粒体出现膨大现象，空泡增多。对照组细胞电子密度高，细胞膜不完整，空泡量大、融合、破裂。细胞核不规则，异染色质增多、边移化。细胞外基质不均质，形成凋亡小体。综上，缝合组纤维环修复处代谢较粘合组活跃，粘合组次之，空白组最弱(图4)。

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引言

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验。

1.2 时间及地点实验于2015年3至12月在内蒙古医科大学完成。

1.3 材料

实验动物及分组：6月龄山羊6只，雌雄不拘，体质量12-20 kg，购自内蒙古农业大学实验动物中心，每只山羊左耳用耳标进行标号为1号，2号，3号，4号，5号及6号。取每只羊L_1/2-L_6/7，依次标为11，12…66，共36个椎间盘为实验对象，抽签法随机分成缝合组、粘合组、对照组，每组12个椎间盘。缝合组、粘合组2组分别缝合、粘合纤维环缺损；对照组不对纤维环缺损作处理，其余处置同其他2组。

1.4 实验方法

1.4.1 术前准备术前禁食、水12 h，阿托品0.5 mL臀部肌肉注射，约15 min，后速眠新Ⅱ(圣达动物药品有限公司，吉林，中国)注射液1 mL臀部肌肉注射。

1.4.2 腰椎X射线麻醉成功后，右侧卧位于X射线机(CLEAR V16型，美国)检查床上，调整体位，山羊距离X射线球管80 cm，曝光条件为85 kV，30 mAs，持续曝光3 s。

1.4.3 腰椎MRI T2WI矢状位像将山羊置于1.5 T超导型磁共振扫描仪(GE公司，美国)检查床，右侧卧位，自旋回波脉冲系列成像。扫描参数：T2加权TR/TE为2 192/ 128.2 ms，矢状位扫描层厚3.0 mm，层间隔1.0 mm。

1.4.4 手术方法完成上述检查后，将山羊右侧卧于手术床上，固定四肢及山羊角，备皮，消毒、铺巾，经左棘突旁开8 cm入路切口，切开皮肤、皮下，钝性剥离肌肉至椎间盘纤维环，显露L₁-L₇椎体，用小圆刀在各椎间盘分别做切长约4 mm平行于终板的纤维环切口，髓核钳抓取少量髓核(约0.1 g)，按术前随机选中的间盘分别纤维环切口缝合1针、粘合剂粘合(普济医药生物公司，杭州，中国)及作为对照组不作处理。

1.4.5 组织学观察术后12周采用前述麻醉方法麻醉后行X射线和MRI影像学检查，后采用颈动脉放血方法处死山羊。取出L_1/2-L_6/7腰椎间盘。置入40 g/L多聚甲醛溶液中固定48 h，后将标本置于EDTA脱钙液中脱钙约4周，再将每一节段经纤维环切口修复中心按矢状位切片。经脱水12 h，石蜡包埋、切片、Masson染色。观察髓核、纤维环、软骨终板的形态，参照Masuda退变分级标准评分。

1.4.6 透射电镜观察取纤维环切口愈合处组织，切成约3 mm×3 mm×3 mm大小的组织块，置于5%戊二醛中浸泡24 h，超薄切片，观察细胞超微结构。

各实验结果均由2位从事该专业20余年以上的教授进行评价，评价前均不知道实验内容。

1.5 主要观察指标 ①椎间盘高度指数(DHI)；②腰椎MRI T2WI矢状位椎间盘退变情况；③椎间盘组织形态学；④电镜观察修复处细胞形态。

1.6 统计学分析采用SPSS 13.0统计软件进行统计分析和统计描述，多组间比较采用方差分析和多个独立样本秩和检验，两两比较采用LSD-t 检验，两组相关样本的比较采用配对t 检验或配对秩和检验，P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

讨论

纤维环呈层状排列，每层纤维走形一致，相邻两层以约60°相交错，内层纤维环嵌在软骨终板及髓核，外层纤维环穿过软骨终板镶嵌在骨质中^[11]。这种高度有序的排列使得纤维环能承受来自不同方向的力量。部分腰椎间盘突出症的患者术后会发生再突出，症状与原有髓核突出压迫神经根症状相似，学者们认为术后原有症状再现是由纤维环不完整引起的^[12]。因此，术中修复纤维环缺损十分必要。近年，国内外学者们利用鼠、兔、犬、猪、绵羊、牛等作纤维环缺损模型进行实验修复研究^[13-25]。结论为纤维环损伤之后，仅外层的纤维环能以瘢痕的形式缓慢修复^[26]，人为干预可加快或阻碍纤维环缺损的愈合，一般情况下瘢痕修复3个月达高峰^[27]。

山羊腰椎间盘结构与人相似，该实验在6月龄山羊体内采用两种方法分别修复纤维环缺损，在国内外未见报道。山羊脊髓几乎贯穿椎管全长，矢状位MRI能够清晰显示，因此实验距棘突左旁开8 cm切口。另外，山羊为反刍动物，因此不适合椎板间入路进行建模。该实验所用的间盘刀宽度4 mm，这与临床微创手术所用间盘刀相类似。医用纤维蛋白粘合剂作为组织工程材料早已用于研究组织修复过程中^[28-29]，实验采用猪源纤维蛋白粘合剂主要由猪血浆中提取的纤维蛋白原、凝血ⅩⅢ因子和凝血酶组成^[13]。成品由主体胶/主体胶溶解液、催化剂/催化剂溶解液两部分组成。在两种成分混合时，模拟凝血过程的最后阶段，形成半刚性体而封闭缺损，具有粘合、抗炎、防粘连作用^[30-31]。

该实验术前及术后12周拍X射线、腰椎MRI T2WI矢状位像观察椎间隙高度及椎间盘退变，是因为临床上常用腰椎X射线片来评价椎间盘高度^[32-33]，使用腰椎MRI T2WI矢状位能够间接反映椎间盘退变的程度^[34-35]。3组椎间隙高度均降低，对照组降低最明显、重度退变，粘合组次之，缝合组下降最少、轻中度退变。

缝合组椎间隙高度下降不明显及退变缓慢可能有以下原因：①对纤维环直接进行缝合，能够即刻获得稳定性；②闭合缺口，能够阻碍部分退变的髓核再突出；③可能由于纤维环切口闭合，限制了部分椎间盘内致炎因子的流出，减轻缺损局部瘢痕形成。

Chiang等^[36]研究表明：缝合纤维环缺损能缩短纤维环愈合时间，并在髓核及内层纤维环检测到蛋白多糖和Ⅱ型胶原含量升高，基质金属蛋白酶(MMP)含量下降，这提示缝合纤维环缺损修复能促进纤维环愈合并延缓退变。Bailey等^[37]用Xclose术中缝合纤维环缺损，随访再突出率下降。粘合组同样能够修复纤维环缺损，但不及缝合组，可能是由于纤维蛋白胶的粘合作用使缺损处纤维黏在一起，虽起到闭合作用，但并非仅粘合缺损，而是把整个纤维束粘在一起，这会降低椎间盘高度。其次，纤维蛋白胶具有抗炎作用，组织染色在髓核处未见血管，瘢痕量少，这也可能是椎间盘高度没有缝合法高，T2信号没有缝合组长的的另一原因。Sakai等^[38]研究用胶原蛋白胶作为支架，导入间充质干细胞延缓椎间盘退变。Sha'ban等^[39]研究发现，纤维蛋白促进体外三维聚(乳酸-羟基乙酸)支架的椎间盘细胞增殖和基质产生。Peter等^[13]在以鼠尾间盘为模型研究蛋白胶也证实了纤维蛋白胶能够修复纤维环缺损。

术后12周取出施术部位椎间盘进行Masson染色，对纤维环缺损修复部位进行取材，行透射电镜观察^[40]，显示缝合组外层纤维形态粗大，粘合组纤维大角度斜向外生长，对照组组纤维形态杂乱，间盘内未见增生血管影。透射电镜观察缝合组细胞结构完好，粘合组结构欠完整，对照组出现凋亡小体。说明缝合法能够起到稳定作用，为血管增生提供有利条件，在髓核处见到血管影，成纤维细胞数量增多，血管增多使细胞代谢旺盛，能够适量瘢痕增生使椎间盘高度增高。粘合组使用粘合剂，抑制了纤维增生，未见血管影。对照组虽矿置纤维环缺损，髓核内未见血管影，可能是没有提供瘢痕生长的稳定环境，加之山羊灵活，跑、跳等活动使本来就不稳定的纤维环更加不稳，细胞长势不佳。

该实验局限性在于：①以山羊为动物实验模型，尽管腰椎间盘结构与人类相似，但是仍然无法完全模拟人类椎间盘受力情况； ②实验仅从影像学、组织学及超微结构方面说明椎间盘缺损的修复情况，缺生物力学实验及分子水平证据；③实验观察时间为术后3个月，缺乏长期观察比较。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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