精選文獻 | 骨質(zhì)疏松患者脊柱內(nèi)固定技術(shù)的進展

單位：重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院骨科

來源：臨床骨科雜志

骨質(zhì)疏松癥是以骨量減少、骨的微細結(jié)構(gòu)退化、骨強度降低為特征,致使骨的脆性增加以及骨折危險性增加的一種全身性代謝性骨骼疾病。在骨質(zhì)疏松椎體中,融合失敗導(dǎo)致椎弓根螺釘斷裂、脫出的發(fā)生率很高,強化骨-釘界面是提高內(nèi)固定穩(wěn)定的關(guān)鍵。然而,Okuda 比較年輕患者組與70歲以上患者組腰后路融合內(nèi)固定術(shù)的融合率,發(fā)現(xiàn)老年患者組延遲融合率大于年輕患者組,但總的融合率差異無統(tǒng)計學意義。因此,骨質(zhì)疏松癥與脊柱內(nèi)固定手術(shù)預(yù)后、影像學的低融合率、椎體高度恢復(fù)的丟失之間的聯(lián)系需進一步研究。不管哪種類型的脊柱內(nèi)固定手術(shù),內(nèi)固定技術(shù)對手術(shù)預(yù)后至關(guān)重要,內(nèi)固定的選擇、螺釘?shù)膹娀霸O(shè)計、融合技術(shù)等能提高內(nèi)固定在骨質(zhì)疏松椎體中的穩(wěn)定性。

臨床上常用的骨水泥有PMMA、磷酸鈣骨水泥(Ca P)、硫 酸 鈣 骨 水 泥 (CSC)、羥 基 磷 灰 石(HA)。目前應(yīng)用最多的是PMMA,盡管PMMA單體有毒性且無法降解,但其在增加椎弓根螺釘把持力上似乎優(yōu)于Ca P、HA。各文獻報道同一骨水泥強化效果差異很大,原因是骨密度的差異和骨水泥注射技術(shù)的影響。Yi比較HA、Ca P、PMMA 3種骨水泥強化椎弓根螺釘?shù)陌纬隽?結(jié)果表明PMMA強化比HA及Ca P強化有更高的拔出力,HA在增加拔出力上與骨密度成一定的正相關(guān)性。Ca P、HA的骨誘導(dǎo)性及骨傳導(dǎo)性可以促進骨的生長和礦化,并且Ca P固化是吸熱反應(yīng),其滲漏損傷周圍組織的風險較PMMA低,但在增加螺釘拔出力上Ca P不及PMMA。

另一個限制Ca P在臨床應(yīng)用的因素是其固化時間需要24 h,吸收時間為4 ~ 6周,這意味著其不能為植入螺釘時提供即刻的穩(wěn)定性,且隨著時間的推移,骨整合對螺釘拔出力的影響很難測定。HA具有更高的密度和結(jié)晶化,有更大的機械強度和抗溶解能力,HA吸收很慢,可能成為臨床更好的選擇。Jang應(yīng)用HA強化螺釘行腰椎單節(jié)段融合術(shù),隨訪2年發(fā)現(xiàn)VAS評分、融合率、影像學參數(shù)HA組均優(yōu)于非強化組,原因可能與HA強化螺釘-骨界面可降低螺釘?shù)奈雍妥甸g高度的丟失有關(guān)。

Gene X骨水泥是近年來新研發(fā)的一種骨水泥,由β-磷酸三鈣與半水硫酸鈣混合配制而成,該骨水泥兼?zhèn)淞薈SC較強的成骨能力及Ca P緩慢降解的特點,并且進行了電荷極化處理,使骨水泥晶體結(jié)構(gòu)得到改變。楊惠光等應(yīng)用Gene X骨水泥結(jié)合短節(jié)段椎弓根內(nèi)固定治療骨質(zhì)疏松椎體壓縮性骨折伴真空征患者,取得了良好的療效,并證實了Gene X骨水泥具有良好的生物相容性和骨誘導(dǎo)能力。張樹芳等在山羊體內(nèi)應(yīng)用Gene X骨水泥強化椎弓根螺釘,發(fā)現(xiàn)Gene X骨水泥在3個月時已經(jīng)全部降解,釘?shù)乐車娴氖谴罅抗墙M織,骨小梁排列致密,成熟骨小梁附近可見大量新生骨組織,形成良好的釘-骨結(jié)合,其生物力學強度與PMMA組相當。但該研究采用的不是骨質(zhì)疏松動物模型,在不同程度骨質(zhì)疏松椎體中,Gene X骨水泥強化螺釘?shù)纳锪W強度及釘?shù)乐車慕M織學變化還需進一步研究。各種骨水泥有各自的優(yōu)、缺點,然而到目前為止,仍無理想的椎弓根螺釘強化材料,期望能研制一種具有PMMA的優(yōu)點又有骨誘導(dǎo)的復(fù)合材料,為臨床手術(shù)提供更多的幫助。

漆偉等用三維有限元分析了不同長度的椎弓根螺釘對螺釘-骨復(fù)合體模型應(yīng)力的影響,結(jié)果表明,椎弓根螺釘長度在30 ~ 50 mm范圍內(nèi)變化時,隨著螺釘長度的增長,螺釘-骨復(fù)合體模型的骨質(zhì)部分承擔的應(yīng)力均減小,而螺釘承擔的應(yīng)力則增加; 當椎弓根螺釘長度大于45 mm時,螺釘-骨復(fù)合體模型各部分應(yīng)力變化不明顯; 當螺釘長度達到50 mm時,載荷力傳遞到皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨分別減小了43.1%和42.3%,而螺釘上則增加了38%; 這表明螺釘長度主要表現(xiàn)為對螺釘-骨復(fù)合體模型應(yīng)力分布的影響,對最大拔出力的影響較小。Burval研究證明,螺釘置入深度為進釘點到椎弓根軸線與椎體前緣交點連線距離的80%時固定強度己夠,再增加置入長度固定強度無明顯增加。鄧強等研究同樣發(fā)現(xiàn),螺釘置入深度達椎體前后徑的80%時獲得最大拔出力及最大拔出能量。至于螺釘直徑與長度之間是否有關(guān)聯(lián),Brantley研究證明,螺釘截面積占椎弓根截面積70%以上,固定強度隨著螺釘長度增加而增大。

傳統(tǒng)使用的螺釘多為圓柱形螺釘,因錐形螺釘具有較好的抗屈曲強度,近年來錐形螺釘( 內(nèi)直徑為錐形,外直徑為圓柱形) 的使用越來越多。Chao用三維有限元分析表明,在相同外直徑下錐形螺釘比圓柱形螺釘有更高的拔出力、旋轉(zhuǎn)力矩、抗屈曲強度及更長的疲勞壽命,說明錐形螺釘比圓柱形螺釘固定更確切。但Chen在嚴重骨質(zhì)疏松椎體實驗?zāi)Ｐ脱芯勘砻?不管螺釘強化與否,在最大拔出力上錐形螺釘組與圓柱形螺釘組沒有顯著差異。由于椎弓根特殊的解剖學結(jié)構(gòu),螺釘螺紋的設(shè)計在確保螺釘獲得最佳拔出力上至關(guān)重要,但螺紋影響椎弓根螺釘穩(wěn)定性的因素較多,包括坡面角度、螺距、螺紋外徑,其改進目標都是為了增加骨-釘界面結(jié)合的面積。Chen認為,在使用骨水泥強化椎弓根螺釘之后,其穩(wěn)定性主要由骨-骨水泥復(fù)合體界面決定。螺釘強化后其直徑、長度、螺紋與拔出力的相關(guān)性需進一步研究。

膨脹式椎弓根螺釘(EPS) 經(jīng)生物力學測試證明可提高在骨質(zhì)疏松椎體的拔出力,在EPS置入后,螺釘前部可呈扇形撐開,螺釘尖端直徑可增加2 mm左右,從而擴大螺釘與骨小梁之間的接觸面積。Wu用EPS治療80例合并骨質(zhì)疏松癥的腰椎管狹窄癥患者,平均隨訪43個月后,螺釘松動率EPS組4.1% 、傳統(tǒng)組12.9%,融合率EPS組92.5%,顯著高于傳統(tǒng)組的80.5%,術(shù)后3個月兩組JOA腰椎評分和Oswestry功能障礙指數(shù)(ODI) 沒有顯著差異,術(shù)后12個月EPS組JOA腰椎評分和ODI均具有統(tǒng)計學意義,但是EPS組488枚螺釘中有2枚螺釘斷裂(0.4%) ,傳統(tǒng)組464枚螺釘中未發(fā)生螺釘斷裂。唐輝等用EPS治療25例合并骨質(zhì)疏松癥的腰椎管狹窄癥患者也得到了良好的臨床療效。

有研究表明EPS仍比傳統(tǒng)螺釘強化后的的穩(wěn)定性低,為了提高EPS的穩(wěn)定性,Chen對EPS進行了改進,螺釘前部可像'燈籠'一樣張開,使螺釘前部直徑可增加3 mm以上,其穩(wěn)定性與2 ml骨水泥強化傳統(tǒng)螺釘相當。因此,在骨質(zhì)疏松性椎體內(nèi)固定手術(shù)中EPS是一種可供選擇的方案。考慮到骨水泥強化技術(shù)對螺釘穩(wěn)定性的影響,近年來空心側(cè)孔螺釘?shù)脑O(shè)計研究成為熱點,Choma在體外骨質(zhì)疏松椎體實驗中對實心螺釘、PMMA強化 實 心 螺 釘、PMMA強 化 部 分 空 心 側(cè) 孔 螺 釘(Pfens)、PMMA強化全部空心側(cè)孔螺釘(Ffens) 的最大軸向拔出力及不同黏度PMMA強化Ffens進行比較,結(jié)果Pfens組軸向拔出力最大,高黏度PMMA強化Ffens最大平均軸向拔出力高于低黏度PMMA組,但Pfens的機械強度如何及側(cè)孔的數(shù)量、位置與拔出力是否存在相關(guān)性需進一步的研究。

Chen 研究發(fā)現(xiàn),在嚴重骨質(zhì)疏松椎體模型中PMMA強化空心側(cè)孔螺釘之前攻絲并不能增加螺釘?shù)陌殉至?原因可能是骨密度對攻絲的效果有決定性影響,在嚴重骨質(zhì)疏松椎體中螺釘置入很容易,攻絲的旋入扭矩并沒有差別; 另一方面,在使用骨水泥強化釘?shù)老?骨-骨水泥復(fù)合體界面的強度是決定螺釘把持力的關(guān)鍵,因此攻絲在增加螺釘穩(wěn)定性上可能并無太大作用。然而,Kuhns 研究發(fā)現(xiàn),在重度骨質(zhì)疏松椎體模型中,使用骨水泥強化螺釘之前進行攻絲,可以使螺釘?shù)陌殉至υ黾?0%左右,且螺釘把持力隨著攻絲深度增加而增大,原因可能是攻絲使螺釘周圍的骨水泥分布更好。在應(yīng)用骨水泥強化釘?shù)罈l件下是否需要攻絲這一操作步驟還須更高等級的基礎(chǔ)或臨床研究予以證實。在臨床中是否采用攻絲可根據(jù)患者具體情況及螺釘來決定。

聚醚醚酮(PEEK) 材料cage因具有機械強度高、彈性模量更接近椎體模量和良好的組織相容性在臨床上應(yīng)用越來越廣泛。在低骨量椎體中,cage下沉容易導(dǎo)致術(shù)后鄰近節(jié)段的退變,cage位置及其材質(zhì)的不同也可能加速下沉,所以對于骨質(zhì)疏松患者椎間融合器可能需要特別的設(shè)計。Galbusera用有限元分析了三明治cage與各種均質(zhì)材料cage的生物力學差別,在500 N垂直壓力及7.5Nm屈伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)3個主要方向上測試,結(jié)果三明治cage組下沉位移< 0.6 mm,均質(zhì)材料cage組下沉位移1 mm,原因可能是不同彈性模量的內(nèi)固定材質(zhì)影響了載荷的分布。因此,增加cage與終板之間的接觸壓力可能會加速cage下沉。

Oh應(yīng)用PEEK cage行后路腰椎椎間融合術(shù),研究發(fā)現(xiàn)BMD T值< - 3.0 SD與cage顯著下沉(> 3mm) 有顯著相關(guān)性,BMD T值≥ - 3.0 SD與cage下沉無顯著相關(guān)性,并且cage下沉與VAS評分、ODI評分、SF-36評分無相關(guān)性,原因可能是腰椎融合術(shù)后其預(yù)后與融合狀態(tài)、脊柱矢狀面平衡、術(shù)中神經(jīng)減壓是否充分有關(guān)。Kim對40例低BMD的腰椎退行性后凸畸形患者行矯形手術(shù),術(shù)后隨訪2年,發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松與術(shù)后脊柱-骨盆矢狀面失衡、假關(guān)節(jié)形成、cage下沉無相關(guān)性,術(shù)中骨盆入射角(PI) 及腰椎前凸角(LL) 的恰當矯正與術(shù)后脊柱-骨盆矢狀面失衡、假關(guān)節(jié)形成有顯著相關(guān)性,原因可能是手術(shù)本質(zhì)上使脊柱生物力學得以矯正,因而脊柱后方伸肌負荷減小,脊柱-骨盆矢狀面重新建立平衡是決定預(yù)后的關(guān)鍵。 

理論上長節(jié)段固定、矢狀面和冠狀面的整體平衡增加內(nèi)固定穩(wěn)定性,多個內(nèi)固定點可以減少單個螺釘上的載荷。Kim對206例脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)研究發(fā)現(xiàn),老年(≥60歲) 患者組更多節(jié)段的固定及更大矢狀面平衡矯正,術(shù)后近端交界性后凸(PJK) 的發(fā)生率增高。退變性脊柱側(cè)凸患者行長節(jié)段固定融合,其上端融合椎的選擇尚存在爭議,目前沒有公認的融合原則可以參考,多數(shù)學者認為近端應(yīng)固定于胸廓這個穩(wěn)定的區(qū)域,即T10或T10以上,而Kim對125例成人腰椎畸形患者行矯形手術(shù),所有患者遠端固定于L5或S1,上固定椎分為T9 ~ 10、T11 ~ 12、L1 ~ L23組,術(shù)后最少隨訪2年,結(jié)果3組患者術(shù)后PJK發(fā)生率、整體矢狀面平衡及臨床療效評分差異均無統(tǒng)計學意義。

趙耀等[33]分析了老年患者脊柱術(shù)后發(fā)生胸腰段PJK與矢狀位參數(shù)的相關(guān)性,認為胸椎、腰椎、骨盆的平衡及總體平衡狀態(tài)與PJK有密切關(guān)系,若存在失衡代償,手術(shù)中恰當?shù)募怪笭钗黄胶饣謴?fù),可減少PJK的發(fā)生率。

初次手術(shù)時如何預(yù)防PJK的發(fā)生,綜合相關(guān)文獻分析有以下要點:①最上固定椎選擇穩(wěn)定椎或中立椎;②脊柱矢狀位平衡的恢復(fù),構(gòu)建協(xié)調(diào)的脊柱曲線;③避免過度矯正;④近端固定采取非堅強固定( 鉤或動態(tài)固定) ;⑤最上固定椎及鄰椎強化;⑥當近端融合椎位于胸椎時,預(yù)彎出胸后凸,避免醫(yī)源性交界性后凸。以上技術(shù)層面的措施對預(yù)防PJK的發(fā)生有一定作用,但骨質(zhì)疏松是脊柱矯形術(shù)后發(fā)生PJK的一個不可控危險因素,脊柱退行性疾病內(nèi)固定術(shù)后發(fā)生PJK的發(fā)病機制尚無定論,需進一步深入研究。