不同植骨材料及骨质疏松对腰后路椎间植骨成功率的影响

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.38.001

摘要/Abstract

摘要：

背景：对于骨质疏松性腰椎疾病患者，在实施后路腰椎间融合治疗时受骨密度等因素的影响会降低植骨融合率，但关于不同植骨材料及骨质疏松对后路腰椎间融合的影响，目前尚无全面的报道。

目的：分析不同植骨材料及骨质疏松对腰后路椎间植骨成功率的影响。
方法：回顾性分析227例行腰椎后路椎间融合治疗患者的临床资料，按照植骨材料的不同分为自体髂骨组(n=121)和融合器联合自体髂骨组(n=65)、同种异体骨组(n=41)，3组中骨质疏松患者分别有20，22，6例，治疗后随访24个月，对比3组植骨融合情况、融合时间、椎间高度变化及内固定失败等不良事件的发生情况。

结果与结论：同种异体骨组内固定失败率、植骨融合时间、椎间高度丢失高于自体髂骨组和融合器联合自体髂骨组(P < 0.05)，植骨融合率低于自体髂骨组和融合器联合自体髂骨组(P < 0.05)，自体髂骨组和融合器联合自体髂骨组各指标比较差异无显著性意义。在骨质疏松患者中，同种异体骨组内固定失败率、植骨融合时间高于自体髂骨组和融合器联合自体松质骨组(P < 0.05)，椎间高度丢失及植骨融合率低于自体髂骨组和融合器联合自体髂骨组(P < 0.05)；自体髂骨组融合时间短于融合器联合自体髂骨组(P < 0.05)，融合率高于融合器联合自体髂骨组(P < 0.05)。表明在后路腰椎椎间融合过程中，使用自体髂骨或融合器联合自体髂骨均可以获得较高的植骨融合率，内固定失败情况较少；对于合并骨质疏松患者，予以自体髂骨块植骨可以获得更好的融合效果。

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: 生物材料, 骨生物材料, 植骨, 自体骨, 异体骨, 腰椎间植骨融合, 后路, 骨质疏松

Abstract:

BACKGROUND: For patients with osteoporosis, bone mineral density and other factors can lower the success rate of posterior lumbar interbody fusion. But there is no comprehensive report on the effects of different bone graft materials and osteoporosis on the posterior lumbar interbody fusion.
OBJECTIVE: To explore the influence of different bone graft materials and osteoporosis on the success rate of posterior lumbar interbody fusion.
METHODS: Clinical data of 227 patients undergoing posterior lumbar interbody fusion were retrospectively analyzed, and these patients were assigned into autogenous iliac bone group (n=121), fusion cage combined with autogenous cancellous bone group (combined group, n=65) and allograft group (n=41) according to different bone graft materials. There were 20, 22, 6 patients with osteoporosis in the three groups, respectively. All the patients were followed up for 24 months, and postoperative bone fusion, fusion time, intervertebral height and internal fixation failure and other adverse events were recorded and compared among three groups.
RESULTS AND CONCLUSION: The failure rate of internal fixation, fusion time and loss of intervertebral height were higher, but the fusion rate was lower in the allograft group than the other two groups (P < 0.05). In addition, there was no difference between the autogenous iliac bone group and combined group. For the osteoporosis
patients, the failure rate of internal fixation and fusion time were higher, while the loss of intervertebral height and fusion ratewere lower in the allograft group than the other two groups (P < 0.05); compared with the autogenous iliac bone group, the combined group had longer fusion time and higher fusion rate (P < 0.05). These findings indicate that autogenous iliac bone graft combined with or without fusion cage can achieve higher fusion rate and less internal fixation failure in the posterior lumbar interbody fusion; however, for osteoporosis patient, the autogenous iliac bone graft can obtain better fusion effects.

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: Bone Transplantation, Spinal Fusion, Osteoporosis

中图分类号:

R318

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图/表（结果） 2

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引言

现如今，临床治疗各种腰椎疾病时，腰椎椎间融合是一种常用的治疗方法^[1-2]。通常情况下，腰椎椎间融合可以划分为3种不同的类型：后路/经椎间孔椎间融合、前路椎间融合及前、后路联合椎间融合^[3-4]。相比椎板间、横突间植骨，椎体间植骨可同时提供前、中柱的支持，植骨融合率更高，且容易在X射线片上辨别，具有不可比拟的优势，是腰椎融合的首选。其中，后路腰椎椎间融合需要进行植骨，术中可选择的植骨材料有多种，包括同种异体骨和自体骨等^[5-6]，但关于不同植骨材料的使用选择，目前临床尚缺乏统一的定论。

理想的植骨材料具有以下属性：①骨传导性：既要为血管再生和新骨形成提供一个静态、牢靠的支架，又要对骨组织保持适当的压力负载，以促进骨小梁的重塑。②骨诱导性：具有活力的成骨诱导蛋白，能够刺激植骨区周围的间充质干细胞向软骨细胞或成骨细胞分化，形成新骨。③成骨作用：内含足够数量的骨原细胞(成骨细胞或者骨祖细胞)，在合适的条件下能够生长增殖。自体骨移植是一种经典的的椎间植骨方式，长期以来为腰椎融合辅助愈合的金标准。自体髂骨可用来扩充局部减压骨，具有骨传导、骨诱导和成骨特性。自体骨移植的优点为：①术中活体取骨，无加工存储环节，方便快捷。②无排异反应。③材料新鲜，骨诱导活力较强。④弹性模量最接近生理状态。⑤造价省、费用低。其缺点主要为供区疼痛、出血、髂骨骨折等。同种异体骨取材于合格供体的人骨组织，产品主要由钙磷、胶原蛋白和非胶原成骨蛋白组成。同种异体骨移植存在以下问题：常见免疫排斥，易诱发炎症反应；经储存加工后使用，骨诱导活性降低；骨吸收发生率高，负载能力较差。人工椎间融合器在工学设计、材质应用等方面历经数代改进，得以广泛应用，其优点有：①机械强度高，可提供强大的支撑力及摩擦力，对于术中提拉复位和加压固定等操作，可更加坚固支撑力和把持力。②使用自体松质骨颗粒填塞其中，切除的椎板可作为良好的植骨来源，不需要另行切口取骨，取材方便，创伤小。③相比结构性植骨块，自体松质骨颗粒在骨形成、骨诱导、血管再生方面更有优势。其缺点有费用较高、操作技术要求高等。尽管异体骨研究还不够完全成熟、其临床运用局限性仍很大，但目前它能成功移植入人体且代替部分自体骨功能已是不争的事实。对于存在骨质疏松的腰椎疾病患者，在实施后路腰椎间融合治疗时受到骨密度等因素的影响，最终的植骨融合率会发生改变^[7-8]。而关于不同植骨材料及骨质疏松患者后路腰椎间融合相关问题，目前尚无全面的相关报道。为此，本研究回顾性分析使用不同植骨材料进行腰椎椎间融合患者的临床资料，通过随访了解植骨融合情况、融合时间、椎间高度变化及内固定失败等不良事件的发生情况，并对其中骨质疏松患者的情况进行分析，以探讨不同植骨材料及骨质疏松因素对腰后路椎间植骨成功率的影响。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

材料方法

1.1 设计回顾性病例分析。

1.2 时间及地点于2011年12月至2012年12月在北京中医医院顺义医院完成。

1.3 对象纳入227例行腰椎椎间融合患者，其中男120例，女107例；年龄53-71岁，平均(59.25±10.15)岁；病程6个月至13年，平均(4.7±3.1)年；腰椎椎管狭窄症(不伴腰椎滑脱)20例，腰椎椎滑脱症55例，腰椎椎间盘突出症152例；单节段160例，双节段45例，3个节段或以上22例。对患者进行实验室检查，了解尿钙上升程度并进行骨密度分析，了解患者是否出现骨质疏松。经临床诊断，227例患者中存在骨质疏松者48例。

按照植骨材料的不同，将入组患者分为自体髂骨组(n=121)和融合器联合自体髂骨组(n=65)、同种异体骨组(n=41)。骨质疏松患者分布：自体髂骨组20例、融合器联合自体髂骨组22例、同种异体骨组6例。

纳入标准：具备完整的临床资料；术前均经临床影像学诊断，并结合临床查体和病史询问等确诊；均经3-6个月的保守治疗无效；患者临床存在严重的疼痛现象，影响正常生活。

1.4 材料 ①椎弓根螺钉钉棒系统：生产企业：美国 Blackstone Medical Inc.，商品名：Spinal Fixation System，产品标准：进口产品注册标准 YZB/USA0168-2006 《椎弓根螺钉系统》。系统有螺钉和垫片及锁定帽和横向连接器组成，材料为Ti6Al4V钛合金，非灭菌包装，安全无毒，具有良好的生物相容性。②椎间融合器：产品标准：进口产品注册标准YZB/FRC3098-2005《椎间融合器》，生产企业：法国Euros公司Euros S.A.S.，产品由聚醚醚酮材料制成，安全无毒，具有良好的生物相容性。融合器内所填充骨颗粒均为手术过程中患者切除的关节突或者椎板。③同种异体骨：购自上海安久生物科技有限公司，注册证书编号：国食药监械(准)字2007第3460090号，产品标准：YZB/国 0413－2003《同种异体骨制品》。该产品由无机成分和有机成分构成。无机成分主要由钙磷成分组成；有机成分中胶原蛋白占90%以上，其他为非胶原蛋白，产品经严格消毒处理，具有良好的生物相容性。④自体骨块：取自患者自身髂嵴三面皮质骨。

1.5 治疗方法所有患者均实施腰椎椎间融合治疗，按照不同患者的实际情况实施经椎间孔入路椎体间融合或腰椎后路椎间融合治疗，减压范围包括双侧全椎板减压和单侧开窗及扩大开窗。对于椎间孔狭窄患者以及高位节段患者，予以患侧小关节切除。

自体髂骨组：切除患椎与下位椎体的椎间盘，清理上、下软骨板，将2块自体髂骨块修整成长方体，使其宽度略大于撑开后的椎间隙，将其夯入患椎及下位椎体椎间隙，与椎体后缘平齐。

融合器联合自体髂骨组：依次切开纤维环，摘除髓核，备好融合器植入路径并保护周围神经组织，将自体骨填充椎间融合器后，植入椎间作椎间融合。

同种异体骨组：经充分减压，选择合适大小的同种异体骨予以椎间融合。

植骨后处理：植骨结束进行透视，了解植骨位置和内固定情况，达到满意效果之后进行常规逐层缝合。术后给予所有患者常规止血和抗感染等处理。术后随访24个月。

治疗流程见图1。

1.6 主要观察指标植骨后随访24个月，采用常规X射线片了解各组植骨融合情况，记录融合时间及椎间高度变化，以及内固定失败等不良事件的发生情况，并进行比较。

植骨融合判定标准：经过伸过屈位X射线片检查，可见未出现椎间活动现象，且椎间融合器或者植骨块上下界面和周边形成骨桥。经薄层CT检查并予以冠状位和矢状位重建，明确形成连接上下终板的骨桥。

1.7 统计学分析对研究所得数据利用SPSS 18.0软件进行处理，其中融合率等均行χ²检验，椎间高度等均行t 检验。检测P 值，如果经检测P < 0.05，则提示经比较两组数据间差异存在显著性意义。

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讨论

现如今，腰椎椎间植骨方式治疗各种腰椎疾病已经得到广泛认可，术中常用的植骨材料主要为自体髂骨块及同种异体骨等^[9-11]。但是，关于术中不同植骨材料的选择和使用效果等，目前尚无明确的定论^[12-13]。另外，关于骨质疏松等因素是否会对不同植骨材料的应用效果产生影响等，也缺乏全面的报道。为此，本次研究回顾性分析使用不同植骨材料进行腰椎椎间融合手术患者的临床资料，24个月的随访结果显示，同种异体骨组植骨融合率显著低于其他两组，内固定失败率显著高于其他两组，融合时间显著长于其他两组，椎间高度丢失显著高于其他两组，说明同种异体骨移植融合效果较差，且容易出现各种并发症。分析出现这一情况的原因，是因为较之其他两种植骨材料，同种异体骨容易出现免疫排斥反应，并诱发炎症反应，因此容易导致各种术后不良事件的出现^[14-18]。同种异体骨需要经过一定处理之后方可使用，导致其骨诱导活性显著下降，导致骨吸收发生率的提高，因此负载能力相对较差，无法达到良好的应用效果^[19-21]。关于骨质疏松对植骨效果影响方面，大量的临床研究也发现骨质疏松容易导致术后植骨不融合情况的出现^[22-26]。另外，一些老年患者受到骨质疏松的影响，容易存在椎间塌陷等，也会导致植骨不融合的出现^[27-31]。本次研究过程中，通过对3组骨质疏松患者的术后情况进行随访和统计可以发现，同种异体骨组融合率及融合时间等各项指标均显著差于自体髂骨组和融合器联合自体髂骨组(P < 0.05)；自体髂骨组融合时间显著短于融合器联合自体髂骨组(P < 0.05)，融合率显著高于融合器联合自体髂骨组(P < 0.05)。从理论角度进行分析，椎体间高度维持效果会受到诸多因素的影响，包括骨密度差异和接触面积及力学负荷等。患者在接受腰椎融合之后，椎间高度均会出现不同程度的丢失现象，对于存在骨质疏松的患者或未接受钉棒内固定的患者，丢失现象尤为突出。椎间融合器的弹性模量和材质密度与患者椎体骨质的差异大于患者自体髂骨块，因此容易导致出现更高的椎体塌陷度^[32-36]。为此，出现自体髂骨组融合时间显著短于融合器联合自体髂骨组，融合率显著高于融合器联合自体髂骨组这一结果，可能是因为融合器联合自体髂骨在骨质疏松患者中受到较大弹性模量差异的影响^[40]，出现更高的椎体塌陷度。研究结果也提示，对于合并骨质疏松患者，予以自体髂骨块植骨可以获得更好的融合效果。但受到入组样本数量及观察时间等因素的影响，本次研究所得到的相关结果及相应的结论可能存在一定的片面性和不准确，且本次研究采用的是回顾性病例分析方式，研究过程中虽然在统计学处理方面予以倾向性评分匹配的方法以减少组间存在的差异，但仍然无法像前瞻性随机对照研究一样对各种混杂因素予以最大程度的消除，以提高最终结果的准确性。因此，本研究还存在一定的不足之处，还需要在今后的研究中予以进一步完善和分析。

综上所述，后路腰椎椎间融合过程中使用自体髂骨块和融合器联合自体骨可以获得很高的植骨融合率，且内固定失败情况较少；使用同种异体骨可以获得较高的植骨融合率，但容易导致椎间隙塌陷及内固定失败的出现。对于合并骨质疏松患者，更适合予以自体髂骨块植骨，以获得更好的融合效果。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