一种安全、有效且经济的兔椎体螺钉置入方案

摘要

本文介绍了一种在新西兰白兔中进行后路腰椎螺钉固定的、安全、有效且经济的逐步操作方案，建立了在此类动物模型中椎体螺钉植入的标准化方法。

摘要

腰椎后路螺钉固定术是治疗腰椎间盘突出症最常用的手术方法，但患者术后常面临多种并发症。螺钉通道松动的发生可导致融合失败，甚至出现危及生命的螺钉通道脱出。然而，目前尚缺乏专门针对腰椎螺钉固定术后螺钉通道变化的动物模型。本研究基于新西兰白兔建立了一种椎体螺钉置入方法，旨在最大限度降低术后螺钉侵入椎管的风险，从而避免脊髓损伤。在该操作方案中，推荐以横突上缘水平线与椎弓根交界处的交点作为进钉点。进钉角度应向外约45°–55°，向下约20°–40°。此外，该方法在直视下进行螺钉置入，并使用商用器械，相较于现有的大型动物建模技术更为简便且成本更低。本研究为后续关于螺钉通道松动及其周围微环境的基础研究提供了动物模型。

引言

腰椎间盘突出症（LDH）是导致慢性下背痛及放射性下肢疼痛的常见原因，尤其多见于青壮年人群^1,2,3。该病症通常由椎间盘纤维环撕裂引起，导致髓核突出并压迫神经根^4,5。尽管许多患者可通过保守治疗获益，如休息和生活方式调整、药物治疗、物理治疗、康复锻炼、佩戴支具以及神经阻滞或硬膜外注射治疗⁶，但对于症状严重或保守治疗无效的患者，仍需采取手术治疗^7,8,9。

腰椎后路螺钉固定术（PLF）是一种标准的脊柱手术，尤其适用于存在脊柱不稳、神经根受压或退行性改变的患者³。当植入螺钉与骨骼之间的固定强度丧失时，即发生螺钉松动，导致螺钉无法稳定椎体^10,11。螺钉松动的程度可从轻微移位到完全脱落不等，通常伴随症状复发、腰痛加重或脊柱不稳¹²。研究表明，在5%至20%的PLF病例中会出现螺钉松动¹⁰，具体发生率受医院技术水平、患者年龄及术后活动等多种因素影响。目前，螺钉松动的具体机制尚不明确，且适用于此类研究的动物模型较为有限。本研究详细描述了一种在新西兰白兔中实施腰椎后路螺钉固定术的手术方案，该模型可为未来探讨螺钉松动机制的研究提供基础。

在基础研究中，选择合适的动物模型对于确定研究的可信度和结果至关重要。在腰椎间盘退变研究中，由于小鼠和大鼠的椎间盘相对较小，其应用受到限制。¹³其他动物，如山羊、猪和狗，则存在与麻醉相关且适用性有限的问题¹⁴，由于动物购买、繁育及饲养设施的成本较高。新西兰白兔作为一种中等体型动物，因其相对较大的椎体、充足的手术操作空间以及麻醉操作简便，被广泛用于椎间盘研究 通过 无需呼吸机的耳静脉注射¹⁵鉴于这些因素，新西兰白兔被视为一种理想的模型动物。目前尚无用于腰椎术后纤维化的动物模型，因此基于既往经验，已建立一种适用于兔腰椎手术的外科方法。

方案

动物实验方案已通过中国医学科学院放射医学研究所实验动物福利与伦理委员会的审查和批准（伦理编号：IRM/2-IACUC-2404-005）。所有动物操作程序均符合国家有关实验动物福利与伦理的相关规定。

注意：本研究使用新西兰白兔进行实验研究。实验兔为普通级，体重约2.5-3.0 kg，年龄3-5个月，雌性。兔子饲养于标准化的普通级兔舍中。

1. 麻醉

1. 使用紫外灯对手术室进行30分钟的紫外线消毒。
2. 通过兔耳缘静脉注射无菌生理盐水中配制的3%戊巴比妥钠（30 mg/kg）对兔子进行麻醉。
   注意：先注射2/3剂量的3%戊巴比妥钠溶液，观察兔子的瞳孔反应和瞳孔反射。确保瞳孔缩小且瞳孔反射减弱。若5分钟后仍未见反射减弱，可考虑注射剩余的1/3剂量。若反射已减弱，则注射2 mL 0.9%生理盐水。

2. 手术步骤

1. 麻醉充分后，观察直接角膜反射，确保角膜反射减弱，表明麻醉成功。将兔子置于俯卧位以准备手术区域。手术前，用碘酊对兔的切口部位消毒两次，并在操作过程中放置无菌手术巾（图1A）。
   注意：确保所有手术器械均已通过高压灭菌法进行灭菌。
2. 在腰部区域做一条5 cm长的正中皮肤切口（图1B），并用手术刀依次切开皮肤和浅筋膜。
3. 利用皮肤与皮下组织之间的延展性，仔细分离并充分暴露皮下组织，清晰显露棘突根部（ 图1C）。
4. 使用止血钳钝性分离手术节段的横突和椎弓根，避免损伤邻近的关节突关节节段（图1D）。使用小型牵开器充分暴露手术区域（图1E）。
5. 确定穿刺针的进针点，即横突上缘水平线与椎弓根交界处的交点（图1F）。使用手术钻头以约向外45°–55°、向下20°–40°的角度在皮质骨上钻一个小孔（图1G）。
6. 逐一植入椎弓根螺钉（3.5 mm × 10.0 mm）（图1H）。
7. 安装合适尺寸的纵向连接棒，并用螺帽拧紧（图1I 至 图1J）。
8. 再次确认螺钉在椎体内部固定牢固，固定杆已正确锁紧。通过术中直接观察验证内固定的定位。确认无明显出血后，用生理盐水冲洗手术区域，并使用4-0可吸收缝线连续缝合肌肉和筋膜。
9. 对皮肤切口采用7-0缝线进行间断垂直褥式缝合，随后使用含碘消毒剂消毒，并覆盖无菌纱布并固定。手术完成（图1K）。

3. 术后护理

1. 意识恢复后，检查后肢的运动能力以评估手术是否成功。
   注意：确认家兔从麻醉中恢复意识后，其肢体运动功能完好，能够正常活动，且无偏瘫或截瘫迹象。
2. 术后前3天，给予1.2 × 10⁶ U/kg 青霉素 通过 每日肌内注射以预防伤口感染。

4. 形态学检查

1. 术后第12周末，诱导空气栓塞 通过 通过耳缘静脉处死动物。随后采用腰椎后侧入路暴露椎旁软组织，并进行腰椎间盘切除术。采集标本并确认手术节段后，将标本暂时保存于4%多聚甲醛中以固定组织。接着进行显微CT和X线扫描。
   1. 将脊柱标本从4%多聚甲醛中取出，擦去表面固定液。随后对标本进行显微CT扫描。扫描参数设置如下：电压60 kV，电流200 µA，分辨率8 µm。使用专业的图像分析与可视化软件对扫描文件中的感兴趣区域（ROIs）进行后期处理（参见 材料表). 在进行显微CT扫描的同时执行X射线成像。

结果

苏醒后运动功能评估
家兔从麻醉状态恢复意识后，立即对其后肢运动功能进行评估。结果显示，腰椎螺钉固定系统的置入未影响家兔的运动功能（见补充视频1），表明手术过程中脊髓未受到损伤。

显微CT与X射线评估
为准确评估腰椎螺钉在椎体内的位置，术后3个月处死实验兔，取其椎体进行X射线和显微CT检查。显微CT成像显示，腰椎螺钉未突入椎管内（图2A 至 图2C），证实该手术方法安全可行。X射线检查结果亦显示相同结论（图2D）。进一步统计了成功置入椎弓根螺钉的数量及实验动物数量。本研究中，共对9只新西兰白兔的腰椎进行单侧椎弓根螺钉置入，总计27个椎体。其中，1枚螺钉突入椎管，1枚螺钉未通过椎弓根，其余25枚螺钉均经椎弓根成功置入腰椎椎体。发生螺钉突入椎管和未通过椎弓根的情况分别出现在两只不同的兔子中（见 ...

讨论

腰椎后路螺钉固定术（PLF）最严重的并发症是螺钉置入过程中可能穿透椎管，导致脊髓损伤¹⁰。该方法最关键的步骤在于充分暴露横突和椎弓根，并准确控制螺钉的置入角度。通过调整螺钉的置入角度，可避免螺钉进入椎管，从而防止脊髓损伤。此外，由于兔椎骨具有特定的解剖学特征，我们建议以横突上缘水平线与椎弓根交界处的交点作为进钉点。螺钉的置入角度应向外约45°–55°，向下约20°–40°。该角度可确保螺钉在置入过程中避开椎管。

为了研究腰椎前凸力（PLF）及其相关结局，如脊柱稳定性、螺钉固定强度、骨愈合和神经功能恢复，已开发出多种动物模型⁴。每种模型都有其独特的优点和局限性，具体取决于研究目的和所模拟的脊柱病理状况。犬类模型由于在解剖结构和生物力学方面与人类高度相似，因此在脊柱功能和手术结局的长期研究中具有重要价值⁵。然而，其应用受到高昂的饲养成本和伦理问题的限制。猪的脊柱在大小和力学特性方面与人类最为接近，因此提供了最接近人类的解剖学模型

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
CTAn	BURKER		用于分析
Datviewer	BURKER		用于分析
Micro-CT	BURKER		用于分析
New Zeland Rabbit Pentobarbital	天津宇达实验动物繁育有限公司 北京捷辉生物科技有限公司 MCE		本研究中使用
椎弓根螺钉	河北瑞和医疗器械有限公司	532003510	用于手术操作
青霉素	MCE	HY-17591R	用于术后护理
戊巴比妥钠	北京捷辉生物科技有限公司		用于麻醉
连接棒	河北瑞和医疗器械有限公司	532003510	用于手术操作
手术器械及缝合线	河北瑞和医疗器械有限公司	532003510	用于手术操作