纳米人工骨在颈前路植骨融合中的应用

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.34.012

摘要/Abstract

摘要：

背景：纳米羟基磷灰石/聚酰胺人工骨具有良好的生物相容性与较强的组织结合力，在恢复神经功能方面具有显著作用。

目的：探讨颈前路植骨融合中应用纳米羟基磷灰石/聚酰胺人工骨代替自体髂骨治疗的临床效果。

方法：采用随机数字表法将96例颈椎病和颈椎创伤脱位患者均分为观察组和对照组，两组患者均进行颈前路植骨融合治疗，观察组植入纳米羟基磷灰石/聚酰胺人工骨，对照组植入自体髂骨。比较两组手术情况、植入后不同时间随访的日本骨科协会(JOA)脊髓功能评分、椎体高度丢失及植骨融合率。

结果与结论：两组手术时间、术后下床活动时间、术后住院时间比较差异无显著性意义(P > 0.05)，观察组术中出血量显著低于对照组(P < 0.05)。两组随访3，6个月及末次随访的JOA评分均高于治疗前(P < 0.05)，但两组间不同时间点JOA评分比较差异无显著性意义(P > 0.05)；两组随访6个月及末次随访的椎体高度丢失程度、植骨融合率比较差异均无显著性意义(P > 0.05)；两组均未发生与植骨材料相关的不良反应。表明颈前路植骨融合中应用纳米羟基磷灰石/聚酰胺人工骨具有与自体髂骨相当的临床效果。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 生物材料, 骨生物材料, 纳米人工骨, 颈前路植骨融合, 自体髂骨, 颈椎病, 临床效果

Abstract:

BACKGROUND: Nano-hydroxyapatite/polyamide artificial bone has good biocompatibility and strong tissue binding force, which exerts a significant role in the recovery of neurological function.

OBJECTIVE: To investigate the clinical effect of nano-hydroxyapatite/polyamide artificial bone in anterior cervical fusion.

METHODS: Ninety patients with cervical spondylosis and traumatic dislocation of the cervical spine were randomized into observation group and control group. Patients in the two groups underwent nano-hydroxyapatite/polyamide artificial bone and autologous iliac bone implantation, respectively. Surgical condition, Japanese Orthopaedic Association score, vertebral height loss and bone fusion rate were compared and analyzed at different time after implantation.

RESULTS AND CONCLUSION: There were no significant differences in surgical time, out of bed time, postoperative hospitalization time between the two groups (P > 0.05), but the intraoperative blood loss was significantly lower in the observation group than the control group (P < 0.05). Japanese Orthopaedic Association scores were significantly increased in the two groups at 3 and 6 months after operation and at last follow-up than before (P < 0.05), but there was no difference in the Japanese Orthopaedic Association score between the two groups (P > 0.05). The vertebral height loss and bone fusion rate had no difference between the two groups at 6 months after operation and at the last follow-up (P > 0.05). No adverse effects occurred in the two groups. These findings indicate that nano-hydroxyapatite/polyamide artificial bone has good clinical effects in anterior cervical fusion, and the treatment effect is equivalent to autologous iliac bone graft.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Spinal Fusion, Durapatite, Nylons

中图分类号:

R318

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图/表（结果） 4

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引言

颈椎综合征可细分为颈椎骨关节炎、增生性颈椎炎、颈椎间盘脱出症、颈神经根综合征等几种具体症状^[1]，患者多因颈椎退行性病理改变而发病，此外慢性劳损、发育性颈椎椎管狭窄也是本病的重要因素^[2]。发病患者常伴有颈背疼痛、视力下降、心动加速、下肢乏力、吞咽困难等临床症状，对其生活质量造成严重影响^[3]。颈前路植骨融合是颈椎疾病的常见术式，能够对脊髓前方进行充分减压，恢复并维护颈椎前路的稳定性^[4]。植骨材料常包含自体髂骨、异体骨与人工生物材料，术中使用自体骨移植一般是自体髂骨，含有活性成骨细胞与诱导成骨的骨形态发生蛋白，成为颈前路术式的植骨金标准，但长时间植入后植骨块被吸收、塌陷，进而发生松动、退出，造成植骨间隙高度与颈椎生理曲度变化，导致植骨融合失败^[5]。随着生物工程学的不断发展，临床常使用人工生物材料取代自体骨进行植骨融合，纳米人工骨的主要成分为纳米羟基磷灰石晶体与聚酰胺复合生物材料，羟基磷灰石是人类机体硬组织的主要无机质，具有无毒、无刺激、无任何不良反应等特征，具有良好的生物相容性与生物活性^[6]。羟基磷灰石表面带有极性，能够与患者机体内的细胞、多糖与蛋白质的氢键相互结合，且与机体组织具备较强亲和力。该物质在钙盐沉积过程中起到支架作用，还能诱导新骨形成，直接与患者软、硬组织形成结合，在骨骼修复与替换中起到重要作用^[7]。但由于羟基磷灰石生物陶瓷具有的脆性与不易于塑形的特征，限制了其在临床的应用^[8]。为了充分提高羟基磷灰石的韧性与线型加工性能，临床常将其与高分子结合，形成新型的骨修复与替代材料^[9]。纳米人工骨的应用，减少了患者取骨所致的螺钉折断、螺钉松动、人工骨纵向断裂等并发症，缓解患者机体疼痛，也减少了术后植骨块在融合过程中出现压溃的发生率，提高了植骨融合成功率^[10]。纳米人工骨具有良好结构性支撑与界面稳定性，植入骨时能适当牵开颈椎，恢复与维持椎体、椎间隙高度。通过影像学结果与术前影像学检查得出，纳米人工骨在融合过程中能够纠正并保持良好的椎间角与颈前屈，规避自体骨或异体骨在植骨融合中因骨吸收所致的植骨块压溃，以及手术纠正的椎间角与颈前屈术后丢失状况，其原因主要为纳米人工骨表面四周的钻孔与沟槽^[11]。相关文献指出，纳米人工骨具有良好的生物相容性与较强的组织结合力，在恢复神经功能方面具有显著作用^[12]。本研究对石家庄市第三医院收治的48例颈椎病和颈椎创伤脱位患者实施纳米人工骨植入治疗，并与使用自体髂骨的48例患者进行对比，分析其临床疗效。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

讨论

颈椎病是颈椎间盘组织退行性变化及其周围组织结构受损的综合征，发病类型主要有脊髓型颈椎病、混合型颈椎病、颈椎外伤^[16]。颈椎退行性改变可能与以下几个因素有关：①患者合并椎间盘变性时，其椎间盘解剖学形态将发生变化，将出现颈椎运动节段生物力学平衡损伤情况，并导致颈椎功能异常，最终发病^[17]。②韧带-椎间盘间隙出现血肿，患者合并椎间盘变性后，其颈椎局部压力将改变，加之椎体关节活动异常，附近韧带及骨膜将被撕裂，进而形成韧带-椎间盘间隙，而韧带撕裂中的微血管出血将进入间隙内，并生产血肿^[18]。③椎体边缘骨刺出现，韧带-椎间盘间隙出现血肿后，成纤维细胞将被激活并进入血肿内，生成肉芽，随着肉芽的骨化、机化，最终发展为椎体边缘骨刺^[19]。除以上退行性改变外，患者还可能出现颈椎其他部位的退变，包括小关节、黄韧带、前纵韧带、后纵韧带的退行性改变^[20]。颈椎综合征患者常伴颈椎疼痛症状，患者疼痛程度因其病情进展程度而不同，多数患者疼痛出现于颈椎移动时，且突然性移动时可能出现剧痛情况^[21]。发病患者多伴颈背疼痛、视力下降、心动加速、下肢乏力、吞咽困难等临床症状^[22]，手术是其主要的治疗方式，但由于压迫脊髓位置不同可分为前路手术与后路手术^[23]。颈前路手术直接行椎体次全切除减压，会对颈椎的结构与稳定性造成破坏，故此术中常进行植骨融合^[24]。通过植骨块撑开狭窄的椎体间隙与神经根孔，解除神经压迫，促使椎体间融合，消除神经根刺激^[25]。自体骨是临床常用的植骨材料，但从生物力学角度看，自体骨不是最好的植骨材料，临床采用骨刀取骨时会造成植骨块微骨折，降低骨块强度，且术后常引发感染、血肿等并发症^[26]。研究学者为了避免供区并发症的出现，建议实施异体骨移植提高融合率^[27]。脊柱具有特殊的生物力学特征，椎间植骨的人工骨力学性能未必坚强，但能维持椎间高度，符合脊柱的多范围活动^[28]，并且具有较高的成骨能力，完成脊柱牢固融合^[29]。纳米人工骨由纳米羟基磷灰石与聚酰胺组成，其中羟基磷灰石是人类机体组织中重要的无机物，且具有无毒、无刺激、生物活性与相容性良好的优点^[30]。纳米人工骨的表面具有丰富的极性，与人类机体细胞、多糖及蛋白质的氢键相结合，与机体组织的亲和力较强^[31]。羟基磷灰石具有钙盐沉积支架作用，还能够诱导新骨形成，在骨骼修复与替换中具有重要价值^[32]。聚酰胺是一种优良的高分子材料，其结构与骨胶原相似，与人类机体组织具有良好的相容性，且具有较高的韧性与强度，被广泛应用在医用缝线、复合人工皮等临床治疗中^[33]。聚酰胺也是一类极性聚合物，其主链上含有较多重复的极性酰胺基团，链两端的极性基团能够融合于极性无机磷酸钙材料^[34]。钛钢板内固定可以融合节段，稳定植骨块，限制其活动范围，促进植骨融合，减少融合时间，且预弯钛钢板能有效保障颈椎的生理性前凸^[35]。纳米人工骨材料中纳米羟基磷灰石的含量达到65%，接近自然骨中磷灰石水平，且聚酰胺基体中含有均匀的纳米级材料，在复合材料两相界面间形成化学键^[36]，其抗压、抗弯强度及弹性模量与人体皮质骨相似^[37]。颈椎前路植骨融合中采用中空圆柱体的纳米人工骨，在椎体切除减压时使用咬除的小骨块填充人工骨中空部位，满足植骨需求且周避多孔，内腔填充的小骨块能够通过周围壁孔与上下腔孔和周壁椎体骨质相接触，提高植骨融合率，获得长期稳定性，同时也避免了自体取骨的并发症^[38]。本研究结果显示，观察组和对照组的手术时间、术中失血量、术后下床活动时间、术后住院时间比较差异均无显著性意义(P > 0.05)，两组治疗后3，6个月及末次随访的JOA评分较治疗前均显著增高(P < 0.05)，这说明纳米人工骨具有良好的结构性支撑与界面稳定性，能有效恢复与维持椎体高度，同时可有效减少植骨块脱出、椎体间隙坍塌及植骨不愈合等不良现象，有效提高了植骨融合率。本研究还发现，两组治疗后第3，6个月及末次随访的神经功能改善率、椎体高度丢失度无差异(P > 0.05)，治疗后第6个月、末次随访的植骨融合率无差异(P > 0.05)，表明颈椎病和颈椎创伤脱位患者在行颈前路植骨融合中应使用纳米人工骨可显著减少患者取骨所致的并发症，重建丢失的颈椎椎间高度，恢复椎体正常生理曲度，提高植骨融合率，这一结果与相关文献的报道相一致。综上所述，颈前路植骨融合能够对脊髓与神经根进行充分减压，准确恢复颈椎生理曲度与椎间高度，增强病变节段的稳定性，同时术中应用纳米人工骨代替自体髂骨同样具有较好的临床疗效，治疗效果与自体髂骨相似，能够有效恢复椎体神经功能，提高植骨融合率，促进脊柱功能恢复。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程