با مطالعه نحوه ی پیشرفت درمان بیماری هایی از جمله دیسک بین مهره ای فرسوده شامل فتق دیسک، تنگی مجرای ستون فقرات، در رفتگی مهره و کاهش ارتفاع ناشی از فساد بافتی دیسک متوجه کار آمد تر بودن کیج های بین مهره ای در روش Interbody spine fusion خواهیم شد.
مزیت کیج های مختلف نسبت به جایگذاری استخوان متراکم بین دو مهره ، منجر به استفاده ی گسترده جراحان از این سیستم درمانی شده است.
با در نظر گرفتن نقش اساسی کیج ها در درمان و با توجه به این که دردکمر دومین دلیل مراجعه بیماران به پزشکان در ایالات متحده میباشد و سالانه هزینه زیادی را به خود اختصاص میدهد.
بررسی در مورد خواص مکانیکی مدل های مختلف کیج منجر به شناخت فاکتور های طراحی و سعی در بهینه کردن آنها به منظور طراحی کیج با حداکثر مزیت خواهد شد.
انجام تحقیقات کلینیکی به جهت پیشگیری و درمان دردهای شایع ناحیه کمری جزء اولویت های نخست پژوهش های مراکز تحقیقات پزشکی و مهندسی پزشکی است و این در حالیست که بخش قابل توجهی از این دردها، ناشی از ضایعات وارده بر مهره ها می باشد.
برخی مواقع قرار گرفتن برخی چیزها روی کمر باعث ایجاد درد دیسک بین مهره ای و زائده مفصلی و خاصره خاجی مفصلی می شود و شکستگی برخی اعضاء از میان این ساختار خطرناک است اما به طور متغیر ممکن است پیوندی نیز در میان آنها بوجود آید.
شکستگی برخی فرم های این ساختار می تواند توسط بارگیری مکانیکی در آزمایشگاه تولید شود .همچنین در برخی موارد با ضعیف کردن ژنتیک و وابسته های سنی می توانیم با ملایمت صدمه ای را برطرف کنیم.
بیومکانیک می تواند برای تعیین بارهای نخاعی و حرکات آنها و همچنین تحلیل و توزیع بارها وصدمه های مکانیکی و پیشرفت و مداخله درمانی استفاده شود. به همین منظور علم بیومکانیک به عنوان ابزاری جهت شناخت صحیح فرایند آسیب و یافتن روش های پیشگیری و درمان مطرح است. در این مبحث سعی بر آن است تا به اصول بیومکانیک مهره ها پرداخت شود. لذا ابتدا به آناتومی ستون فقرات و به تبع آن عملکرد مکانیکی دیسکهای بین مهره ای اشاره میشود.
آناتومی ستون فقرات:
ستون فقرات یا ستون مهره ها یا اسپاین (Spine) عضو اساسی و مهم اسکلت بدن است که از سر تا لگن امتداد دارد، در واقع بدن با وجود ستون فقرات است که میتواند هم حرکت داشته باشد و هم در هنگام ایستادن به حالت صاف قرار گیرد همچنین ساختار مهمی به نام نخاع را حمایت میکند. آناتومی ستون فقرات از 24 مهره تشکیل شده است، که هر مهره یک استخوان است.
این 24 مهره از ستون فقرات مهره‌های متحرک هستند. مهره ها توسط ماهیچه ها و رباط ها به یک دیگر وصل شده اند، ترکیب این رباط ها و مهره هارا ستون فقرات مینامند.
وقتی از قسمت پهلو به ستون فقرات نگاه میکنیم یک منحنی S شکل میبینیم، که این حالت S مانند به پخش وزن در بدن کمک کرده و مانع از افتادن وزن بدن بر یک قسمت و آسیب به یک ناحیه میشود، همچنین منحنی “S” به ستون فقرات کمک میکند تا در برابر انواع استرس مقاومت کند. علت شباهت ستون فقرات به حرف S این است که، ستون فقرات گردنی کمی به سمت داخل، قفسه سینه به سمت خارج و کمر منحنی به سمت داخل خم میشود. در این حالت تمامی قسمت‌ها برای عملکرد صحیح به قدرت قسمت دیگر نیازمند هستند. پس ستون فقرات از چهار قسمت قوسی شکل تهیه شده است که عبارت اند از:
قوس بالایی که در زیر سر قرار گرفته است، قوس گردنی یا سرویکال Cervical بوده و تحدب آن به سمت جلو است، این قوس از ۷ مهره تشکیل شده است. این مهره ها را از بالا به پایین و از یک تا هفت بصورت C1-C7 نامگذاری میکنند.
قوس وسطی را قسمت سینه ای یا توراسیک Thoracic میگویند که تحدب به سمت عقب دارد و از ۱۲ مهره تشکیل شده است. قفسه سینه یا قفسه صدری در اطراف این ۱۲ مهره تشکیل شده است. مهره های سینه ای را از بالا به پایین و از یک تا دوازده بصورت T1-T12 نامگذاری میکنند.
قوس پایینی همان قسمت کمری یا لومبار Lumbar است که به سمت جلو تحدب دارد و از ۵ مهره تشکیل شده است. این ناحیه وزن تنه را تحمل کرده و کمردرد بیشتر در این محل احساس میشود. مهره های کمری را از بالا به پایین و از یک تا پنج بصورت L1-L5 نامگذاری میکنند.
قسمت خاجی یا ساکروم Sacrum که از به هم چسبیدن چند مهره کوچک درست شده است. استخوان خاجی یا ساکروم ۵ مهره به هم چسبیده است. این استخوان جزیی از حلقه لگن است پس ستون مهره از طریق مهره های خاجی یا ساکروم به لگن متصل میشود.
مهره های ستون فقرات نسبت به هم حرکت میکنند واین حرکت در محل دیسک بین مهره ای و مفاصل بین زوائد مهره ای ایجاد میشود. بدین ترتیب ستون مهره ای میتواند به سمت جلو و عقب و طرفین انحنا پیدا کند.
آناتومی دیسک بین مهره ای:
دیسک بین مهره ای ساختمانی غضروفی است که در بین تنه مهره ها قرار گرفته است. تنه مهره ها به شکل مکعب های استخوانی هستند. دیسک ها باعث جذب و خنثی شدن نیروهای وارد شده به ستون فقرات می شوند. در واقع کار دیسک درست مانند کمک فنر است. به عبارت دیگر دیسک باعث انتقال نیروی وزن بدن و نیز نیروهای که به ستون فقرات وارد می شوند به طور مساوی و متقارن بین تنه مهره در ستون فقرات می شود. ساختمان دیسک به طور کلی از فیبر و غضروف است که اصطلاحاً فیبروکارتیلاژ نامیده می شود.
دیسک بین مهره ای یکی از ساختارهای پیچیده بدن انسان محسوب می شود که اتصال دو جسم مهره ای را به عهده دارد. عملکرد اولیه دیسک های یبن مهره ای انتقال نیروهای فشاری از یک جسم مهره ای به جسم مهرهای بعدی است که به موجب آن شاهد تغییر فرم و حرکت کوچک دیسکها نیز می باشیم.
دیسک های بین مهره ای بنا به ماهیت ساختاری خود از سختی پایینی برخوردار بوده و لذا می تواند نقش جاذب مکانیکی را در ستون فقرات ایفا کنند. این در حالیست که در قبال نیروهای فشاری، نیروهای برشی، ممانهای خمشی و پیچشی امکان صدمه دیدن این بافت نرم نیز وجود دارد.
دیسک بین مهره ای ترکیبی از بخش هسته که در مرکز قرار دارد و توسط Annulus fibrosisو صفحات غضروفی انتهایی دو مهره ی بالا و پایین احاطه شده است، می باشد.
هسته یک سیال هیدرواستاتیک است و ترکیبی از آب و Aggrecanproteoglycan gelدر ترکیبی از کولاژن نوع دو و شبکه ای از فیبرهای الاستین است . جزء دیگر دیسک، Annulusساختاری است که 15تا 25 لایه ی هم مرکز را دور هسته تشکیل می دهد. هر لایه ترکیبی از فیبرهای کلاژن نوع یک است که این فیبرها در زاویه مثبت و منفی 30 درجه نسبت به افق در لایه های متوالی جهت گیری کرده اند. دیسک بین مهره ای به دلیل ویژگی های اسمزی Proteoglycansفشار را تحمل می کند.
هسته دیسک بنا به خاصیت ژلاتینی، محل توزیع نیروی فشاری است. این نیروی فشاری که تحت فشار هیدرواستاتیکی خود را نشان می دهد باعث تولید تنشهای کششی در ناحیه فیبری می شود.
توانایی دیسک در تحمل Lateral shear, Anterior shear همراه با فشار و Flexion این عضو را مهم ترین جزء تحمل کننده ی بار در کنار فاست ها در ستون فقرات کرده است.
هسته در سال های اولیه زندگی یا در دیسک هایی که به مقدار کم تخریب شده اند مانند یک توده ی ژلاتینی عمل می کند. بار فشاری به دلیل کاهش حجم توده ی ژلاتینی، ارتفاع دیسک را کم می کند. همچنین باعث افزایش فشار هیدرواستاتیکی و برآمدگی لایه های خارجی Annulus می شود. در طول روز نیروی فشاری به این دلیل از ارتفاع دیسک می کاهد که دیسک آب خود را از دست می دهد و فیبرهای کلاژن و ویسکوالاستیک Annulus دچار خزش می شوند. هر دو اثر با استراحت شبانه و دراز کشیدن یعنی درحالتی که باری روی ستون فقرات نباشد، برگشت پذیر هستند.
بارگذاری طولانی مدت روی ستون فقرات باعث تورم Annulus و افزایش بار روی Facet joint می شود.دیسک تخریب شده ساختار و عملکرد را تغییر می دهد. نشستن طولانی مدت موجب بار فشاری محوری خواهد شد که ویژگی های ویسکوالاستیک دیسک و مهره را تغییر می دهد.
از آنجا که دیسک یک ساختمان مکانیکی است و دائماً در حال حرکت است ، بنابراین از همان ابتدای کودکی دچار تغییرات ساییدگی و دژنراتیو میشود. همین تغییرات درآینده باعث ایجاد کمردرد و یا بیماری‌هایی مانند پارگی دیسک کمر ، تنگی ستون مهره ها و کج شدن ستون مهره ها مانند کیفوز و اسکولیوز می شود. علت واقعی بیماری های ستون مهره ها مانند پارگی دیسک مشخص نیست ولی مخلوطی از استعداد های ژنتیکی ، سن بالا، تغییرات بیومکانیک و نیز فاکتورهای محیطی مانند نوع شغل و نوع زندگی در ایجاد آن مهم شناخته شده است به همین دلیل علت به وجود آورنده بیماری دیسک چند فاکتوری است که اصطلاحاً مولتی فاکتوریال نامیده می شود.
بیماری هایی که با کیج ستون فقرات درمان می شوند:
شایعترین مشکلاتی که با جراحی فیوژن ستون فقرات و قرار دادن کیج درمان می شوند شامل درد و از دست دادن عملکرد ناشی از موارد زیر هستند:
• بیماری دیسک دژنراتیو: عارضه ای که در آن دیسک شروع به تحلیل رفتن و از دست دادن عملکرد می کند.
• اسپوندیلولیستزیس: لغزش یک مهره بر روی دیگری که در زیر آن قرار دارد.
• تومورهای نخاعی: رشد تومور در بافت های ستون فقرات که ممکن است به نخاع برسد، ثبات ستون فقرات را مختل می کند.
• تنگی کانال نخاعی: عارضه ای که باعث تنگ شدن دهانه های استخوانی اعصاب نخاعی می شود.
• فتق دیسک: شرایطی که در آن محتوای داخلی دیسک ها به بیرون نشت می کند.
اصلاح مجدد جراحی کمر (به دلیل عدم موفقیت در جراحی قبلی) و اصلاح ناهنجاری های ستون فقرات، مانند اسکولیوز یا کیفوز نیز ممکن است به همجوشی ستون فقرات نیاز داشته باشد.
معرفی کیج ها و نحوه قرارگیری بین دو مهره:
1- کیج می تواند با یک برش در شکم از طریق دسترسی از قسمت جلویی بین دو مهره قرار بگیرد که نام این دسترسی
Anterior Lumbar Interbody Fusion (ALIF)است.
2- کیج می تواند از قسمت کمر، در پشت جایگذاری شود که Posterior Lumbar Interbody Fusion (PLIF) نام دارد.
3- Transforaminal Lumbar Interbody Fusion (TLIF) این کیج نیز از قسمت کمر در پشت جایگذاری میشود.
یک تفاوت بین TLIF, PLIF زاویه ای است که با آن به دیسک دسترسی پیدا می کنیم ولی هر دو روش از طریق برشی که در کمر بیمار ایجاد می شود، انجام می شوند.
4- Anterior Cervical Interbody Fusion این کیج با یک برش از قسمت جلویی گردن بین دو مهره قرار میگیرد.
• شکل کیج تابعی است از روشی که برای دسترسی استفاده می شود. کیج هایی که در روش ALIFاستفاده میشوند به طور کلی بزرگتر و بیشتر دایره شکل هستند. کیج های PLIFعموما مستطیل شکل و راست گوشه هستند. کیج های TLIFمعمولا حالت خمیده یا مستطیل شکل دارند.
• هندسه ی کیج ها هنگامی که با تثبیت خلفی استفاده می شوند، تاثیری روی ثبات ساختاری کیج ندارد ، به دلیل جنس تثبیت کننده های خلفی پدیده ی سپر تنش اتفاق افتاده بنابراین بار روی Anterior colum به طور محسوس کاهش می یابد.
• دندانه های موجود روی سطح کیج برای قفل کردن مکان کیج و جلوگیری از حرکت آن است.
• در بیماران مبتلا به پوکی استخوان برای جلوگیری از فرونشست باید سطح تماس کافی بین کیج و صفحات دو مهره وجود داشته باشد.
• در بیماران مبتلا به Degenerative disc صفحات دو مهره باید مسطح باشند که در این صورت کیج Flat برای افزایش سطح تماس و جلوگیری از فرونشست مناسب است.
• وجود کیج منجر به افزایش میزان تنش فشاری در قسمت های داخلی بدنه ی مهره نسبت به حالت معمول و سالم می شود. تنش روی بافت استخوان ، یک ویژگی خاص محیط خوب برای فیوژن موفق است که به شدت رشد استخوانی و بازسازی را تحت تاثیر قرار می دهد.
• باید در نظر گرفت که بدنه ی مهره تقریبا بیضی شکل است و کیج ها انتهای مربعی دارند و امکان دارد بیرون تر از دیسک قرار بگیرند. باید دقت کرد که کیج در حدود دیسک قرار بگیرد زیرا احتمال داردکه قسمت خلفی جانبی کیج ، وارد حفره های عصبی شود. و گره های عصبی را بخرشاند و یا قسمت قدامی جانبی آن لبه ی قدامی مهره را بتراشد و با سرخرگ بزرگ Retroperitoneal برخورد کند.
• طراحی های جدید امکان انبساط کیج های ستون فقرات را فراهم می کند – یک کیج کوچک قرار داده می شود (خطر آسیب عصب را کاهش می دهد) که پس از انجام ایمپلنت به اندازه بزرگتری گسترش می یابد. جراح می تواند به طور معمول میزان انبساط را کنترل کند تا اطمینان حاصل کند که عصب های اطراف در طی جراحی آسیب نمی بینند.
• از پیچ و پلاک برای بی حرکت نگه داشتن مهره ها و کیج ها استفاده میشود، اخیرا شرکت های مهندسی پزشکی، کیج را همراه با صفحه تیتانیومی تولید میکنند که نیاز به پیچ و پلاک ندارد.
کیج های صفحه دار:
کیج های همراه با پیچ و پلاک:
متریال مورد استفاده در کیج ها:
کیج ها از مواد مختلفی مانند: تیتانیوم یا Polyether ether ketone (PEEK)که شبیه به پلاستیک سفت است، ساخته می شود.
مقایسه مدول الاستیسیته PEEKو آلیاژ تیتانیوم نسبت به Endpalteو مهره:
همانطور که در جدول مشاهده می شود، مدول الاستیسیته ی PEEK
نسبت به آلیاژهای تیتانیوم به مدول الاستیسیته استخوان مهره نزدیک تر است. به همین خاطر پدیده سپرتنش نسبت به استفاده از تیتانیوم کم تر اتفاق می افتد و همین امر براساس قانون ولف موجب اعمال تنش به استخوان می شود و استخوان ساختار خود را حفظ کرده و تحلیل نمی رود. همین امر خود شانس Fail شدن ایمپلنت را کاهش می دهد. همچنین استحکام مکانیکی مناسب را برای رشد استخوان فراهم می کند و موجب توزیع بهتر تنش روی سطح کیج می شود و سطح تماس استخوان و کیج را بیشتر می کند و Fusionبهتر را سبب می شود.
ماده PEEK علاوه بر این مزیت مکانیکی نسبت به تیتانیوم این مزیت را هم دارد که قادر به نشان دادن وضعیت استخوان در داخل خودش در برابر تابش X-rayاست و تشخیص این موضوع را که آیا Fusion انجام شده است یا نه را آسان میکند.
کیج ها فقط از جنس پییک تولید نیستند، کیج های تیتانیومی یا کیج هایی ا ز جنس پیک با پوشش تیتیانیوم نیز تولید میشوند.
درمان بیماری های دیسک بین مهره ای کمری به کمک کیج :
هدف اولیه ی Spinal fusion کاهش درد و کنترل علائم عصبی از طریق تنظیم مجدد ستون فقرات، بازسازی ارتفاع دیسک سالم برای حفظ ابعاد Foramen و کاهش حرکات کنترل نشده ی بین مهره ها میباشد.
در روش، Interbody spine fusionپیوند استخوانی بین بدنه ی مهره ها، یعنی جایی که دیسک وجود دارد، قرار می گیرد.
در این روش دیسک باید کاملا تخلیه شود و Endplate هم برای قرار گرفتن پیوند باید پاک شوند و در نهایت کیج جایگذاری شود. این کار اجازه می دهد تا Fusion از یک مهره به مهره ی دیگر از طریق Endplate انجام شود.
چند نمونه جراحی با کیج های فاصله انداز:
فیوژن بین مهره ای خلفی کمری (PLIF)
این یکی از روش های فیوژن MIS است که در بیمارانی انجام می شود که مبتلا به درد ریشه ای و مکانیکی مقاوم به درمان در ناحیه ی کمر در ارتباط با اسپوندیلولیستزی، بیماری دژنراتیو دیسک و فتق دیسک مکرر هستند. این روش از پشت (خلف)، در حالی که بیمار بر روی شکم خود قرار دارد، انجام می شود .
با استفاده از راهنمای اشعه ایکس، دو برش ۲٫۵ سانتی متری در یکی از دو طرف کمر ایجاد می شود. عضلات به تدریج گشاد شده و عقب برنده ها یا رتراکتورهای لوله ای به منظور دسترسی به منطقه آسیب دیده ستون فقرات کمری وارد بدن می شوند. لامینا به منظور رویت ریشه های عصبی خارج می شود. مواد دیسک از ستون فقرات خارج شده و با کیج PLIF، جایگزین می شود. رتراکتورهای لوله ای خارج شده و باعث می شود عضلات گشاد شده دوباره به حالت اول باز گردند، و برش ها بسته شوند. این روش به طور معمول ۳ تا ۳:۳۰ ساعت به طول می انجامد .
نتیجه
در مطالعه ای از ۳۱ بیمار که تحت عمل جراحی MIS PLIF قرار گرفتند ، خون کمتری از دست رفت، آسیب به بافت و زمان عمل کم بود، بهبود سریع و فیوژن استخوانی نیز وجود داشت. در دو بیمار ، در حالت ایده آل پیچ های پدیکل مهره قرار داده نشد، اما هیچ آسیبی در ریشه ی عصبی یا عدم موفقیت در ترمیم ایجاد نشد و در نتیجه عمل مجدد مورد نیاز نبود. نتایج کلی کوتاه مدت عالی بود .
فیوژن بین مهره ای transformational کمری (TLIF)
این روش فیوژن MIS که به TLIF مینی اوپن نیز معروف است، در بیماران مبتلا به درد ریشه ای و مکانیکی مقاوم به درمان در ناحیه ی کمر در ارتباط با اسپوندیلولیستزی، بیماری دژنراتیو دیسک و فتق مکرر دیسک انجام می شود. علاوه بر این، روش TLIF ممکن است برای بیماران مبتلا به کمر درد ناشی از بی ثباتی ستون فقرات، ترومای نخاعی یا برای درمان پسودوآرتروز نیز بکار رود. این روش برای بیمارانی که ریشه های عصبی به هم چسبیده در فورامن دارند منع می شود. این اتفاق بسیار نادر است اما ممکن است در حین عمل دیده شود. این روش از پشت (خلف)، در حالی که بیمار بر روی شکم خود قرار دارد، انجام می شود. تفاوت عمده در رویکرد TLIF این است که جراحی از یک طرف انجام می شود، و کیج TLIF به فضای دیسک از طریق آن یک طرف وارد می شود .
با استفاده از راهنمای اشعه ایکس، دو برش ۲ الی ۴ سانتی متری در ۴ الی ۵ سانتی متری پهلو به سمت خط وسط کمر ایجاد می شوند.. عضلات به تدریج گشاد شده و عقب برنده ها یا رتراکتورهای لوله ای به منظور دسترسی به منطقه آسیب دیده ستون فقرات کمری وارد بدن می شوند . لامینا به منظور رویت ریشه های عصبی خارج می شود و مفاصل فاست ممکن است به منظور ایجاد فضای بیشتر برای ریشه های عصبی تراشیده و یا خارج شوند. مواد دیسک از ستون فقرات خارج شده و با پیوند استخوان و تکیه گاه ساختاری از طریق یک کیج TLIF، به همراه میله و پیچ جایگزین می شوند. جراحان ممکن است از طریق روش زیر پوستی پیچ های کوچکی در طرف دیگر ستون فقرات قرار می دهد تا بدین طریق باعث ثبات بیشتر شود. رتراکتور لوله ای خارج شده و موجب می شود عضلات گشاد شده مجدداً به حالت اول باز گردند، و برش بسته شود. انجام این روش به طور معمول حدود ۲:۳۰ ساعت به طول می انجامد .
نتیجه
بیمار که تحت MIS TLIF با کمک آندوسکوپی نسبت به جراحی که از طریق روش PLIF باز برای بیماری دژنراتیو یک سطحی تحت درمان میگیرد. خون کمتری در حین عمل از دست می دهد، زمان بستری در بیمارستان کوتاه تر میشود و استفاده از مسکن بعد از عمل به طور قابل توجهی کاهش می یافت .
.
.
(ACIF) Anterior Cervical Interbody Fusion
در برخی مواقع بیماران میبایست از جلوی گردن یا آنتریور جراحی شود و در برخی موارد لازم است بیمار از پشت جراحی یا پستریور شود.
بیماراتی که جراحی دیسک گردن را از جلو انجام میدهند بیمارانی هستند که دیسک گردن بر روی ریشه عصبی فشار زیادی وارد کرده است و یا در یک یا دو قسمت بر روی نخاع فشار وارد کرده است.
در این روش جراح با انسزیون های حدود 2 تا 3 سانتی متر وارد ناحیه ی جلویی گردن میشود و بعد از جدا کردن عضلات و عروقی که در جلوی گردن قرار دارند و به راحتی با دست جدا می شوند؛ جراح به قسمت جلویی ستون فقرات میرسد و با رادیوگرافی که حین جراحی انجام میدهد محل ضایعه را مشخص میکند و سپس با کمک میکروسکوپ و با اکارتورهای فضا کاملا مشحص شده و دیسک به تدریج تخلیه میشود.
در زیر میکروسکوپ جراح لبه های معره را در بالا و پایین فِرِض میکند و استخوان هایی که بر روی نخاع و ریشه فشار وارد کرده اند را آزاد می کند و قطعلاتی که بر روی نخاع فشار وارد کرده اند خارج می شوند و فضا توسط کیج های ACIF پر می شود.
بیمار بلافاصله بعد از عمل جراحی می تواند بهبودی قابل توجهی در درد دست ها را تجربه کند و اگر اثر فشاری بر روی نخاع بود در عرض چند روز قدرت اندام های تحتانی و فوقانی افزایش می یابد.
