PEEK棒腰椎后路內(nèi)固定的基礎(chǔ)及臨床應(yīng)用進(jìn)展

王河軍 曲弋 楊永棟 俞興*

20世紀(jì)60年代，經(jīng)椎弓根系統(tǒng)內(nèi)固定的概念逐漸興起。20世紀(jì)80年代開始，大批以椎弓根螺釘為基礎(chǔ)的固定裝置迅速涌現(xiàn)。然而堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定系統(tǒng)彈性模量遠(yuǎn)高于脊柱椎體骨質(zhì)，致術(shù)后負(fù)荷主要集中于內(nèi)固定物，應(yīng)力遮擋、固定節(jié)段骨量丟失、鄰椎退變等問題逐漸暴露。為了減緩或避免鄰近節(jié)段退變（adjacent segment degeneration，ASD）的出現(xiàn)，國內(nèi)外學(xué)者不斷對(duì)裝置強(qiáng)度和固定方式進(jìn)行創(chuàng)新，動(dòng)態(tài)固定的概念應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸引起國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注和討論。

1 PEEK棒的基礎(chǔ)及臨床應(yīng)用

PEEK材料最早由英國ICI公司于1978年研發(fā)，20世紀(jì)90年代中后期出現(xiàn)的PEEK材料椎間融合器，一直廣泛應(yīng)用至今。鑒于PEEK材料良好的人體生物相容性，具有足夠強(qiáng)的剛度，彈性模量明顯小于鈦合金材料等特點(diǎn)，PEEK制成的脊柱內(nèi)固定棒結(jié)合椎弓根螺釘系統(tǒng)隨后開始用于臨床，作為傳統(tǒng)鈦合金棒的替代材料，希望通過降低內(nèi)固定棒的剛性，減少內(nèi)固定材料的負(fù)荷，降低鄰近節(jié)段間盤的壓力，同時(shí)使固定節(jié)段保留一定活動(dòng)度，在獲得成功融合的同時(shí)，減少內(nèi)固定器械相關(guān)的并發(fā)癥。

1.1 PEEK棒的生物力學(xué)

PEEK棒最突出的生物力學(xué)特性是:其彈性模量為3.2 GPa左右，與人體皮質(zhì)骨彈性模量較接近，只相當(dāng)于鈦合金棒彈性模量的20%，剛性強(qiáng)度介于金屬棒與柔性棒之間，既能提供足夠的固定強(qiáng)度（克服柔性裝置存在的固定力量不足、易松動(dòng)的缺點(diǎn)），又能減少剛性裝置帶來的應(yīng)力遮擋，在固定手術(shù)節(jié)段的同時(shí)減少鄰近節(jié)段的應(yīng)力集中，理論上可以延緩ASD的發(fā)生。體外生物力學(xué)測(cè)定顯示，PEEK棒固定后:固定節(jié)段負(fù)荷中心靠近脊柱前中柱，內(nèi)固定器械所承受的壓力較傳統(tǒng)鈦合金裝置明顯減小，前柱負(fù)載約75%，后柱約25%，十分接近人體生理性負(fù)荷分布，固定節(jié)段關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)和后方椎間盤由此得到保護(hù)，釘—骨界面和釘—棒界面應(yīng)力較小，理論上能降低術(shù)后釘棒松動(dòng)、斷釘、斷棒發(fā)生率[1-6]。Ponnappan等[1]通過尸體生物力學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，側(cè)后路或后路融合固定后，PEEK棒系統(tǒng)所提供的即刻穩(wěn)定性與鈦棒無差異。Chou等[6]用豬標(biāo)本進(jìn)行離體腰椎負(fù)載實(shí)驗(yàn)，隨機(jī)分成3組，測(cè)定間盤高度及其內(nèi)部壓力變化，記錄各組釘棒壓力值，發(fā)現(xiàn)在同樣負(fù)載情況下，無內(nèi)固定組責(zé)任間盤高度變化最明顯，PEEK棒組次之，鈦合金棒組變化最小;而在鄰近節(jié)段，無內(nèi)固定組和PEEK棒組間盤高度變化差異不大，鈦合金棒組間盤高度丟失較多。PEEK棒組釘棒壓力值測(cè)定明顯小于鈦合金棒組。

腰椎固定手術(shù)節(jié)段的活動(dòng)度能否保留是一研究熱點(diǎn)，理想的內(nèi)固定應(yīng)該在穩(wěn)定脊柱運(yùn)動(dòng)單位的前提下盡可能多地保留活動(dòng)度。Biswas等[7]通過三維有限元分析，對(duì)比鈦棒、高分子聚乙烯棒、PEEK棒內(nèi)固定后腰椎活動(dòng)度，發(fā)現(xiàn)PEEK棒組在各個(gè)方向活動(dòng)度保留均優(yōu)于另外兩組。Chang等[8]運(yùn)用軟件模擬人體L2-L5三維模型，對(duì)比鈦棒和PEEK棒后，也得出相似結(jié)論。

1.2 PEEK棒的形態(tài)和一般特征

從形態(tài)上看，傳統(tǒng)的腰椎內(nèi)固定鈦棒大多都是直棒，術(shù)中需手動(dòng)彎折，使其具備一定弧度，但這一操作主觀性強(qiáng)，術(shù)后彎折部易形成應(yīng)力集中而成為斷棒高發(fā)區(qū)。PEEK棒屬于預(yù)彎型棒，自帶一定弧度，形態(tài)上模仿人體腰椎生理曲度，理論上可維持或恢復(fù)腰椎前凸，有利于術(shù)后腰椎生理曲度的維持，避免人工彎棒帶來的應(yīng)力集中問題和形狀記憶效應(yīng)，以期改善腰椎內(nèi)固定術(shù)后患者腰部僵硬感的程度。另外，PEEK棒物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易發(fā)生形變;耐疲勞性能優(yōu)異;惰性高、耐化學(xué)腐蝕，幾乎不與人體組織發(fā)生反應(yīng)，細(xì)胞毒性極小;生物相容性出色，幾乎無免疫排異反應(yīng);PEEK棒在X線下不顯影，這可能不利于術(shù)后及時(shí)發(fā)現(xiàn)斷棒、形變等不良事件，也有學(xué)者認(rèn)為這有利于觀察椎體在冠狀位和矢狀位形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化，且不會(huì)造成偽影[9-10]。

1.3 PEEK棒的臨床應(yīng)用

PEEK棒臨床應(yīng)用主要集中在腰椎內(nèi)固定，多與融合技術(shù)聯(lián)合使用，尚無用于側(cè)彎矯正的病例報(bào)道?？傮w而言，PEEK棒短中期臨床療效滿意，術(shù)后斷棒、斷釘率相對(duì)更低[9-11]，考慮為PEEK棒本身剛度、材料內(nèi)部穩(wěn)定的物理結(jié)構(gòu)以及橢圓形棒橫截面力學(xué)特點(diǎn)等綜合性因素所致。Colangeli等[9]隨訪PEEK棒和N-Flex系統(tǒng)內(nèi)固定術(shù)后腰椎融合情況，平均隨訪28個(gè)月，結(jié)果顯示，在術(shù)后融合率、腰腿痛VAS評(píng)分、術(shù)后退變的影像學(xué)表現(xiàn)及并發(fā)癥發(fā)生率等方面PEEK棒組均優(yōu)于N-Flex組，提示內(nèi)固定棒整體彈性模量降低的力學(xué)優(yōu)勢(shì)可能強(qiáng)于滑動(dòng)裝置。Jacques等[10]21例PEEK棒內(nèi)固定融合病例，30個(gè)月隨訪結(jié)果顯示:95%病例未出現(xiàn)不良事件，所有患者均對(duì)手術(shù)效果滿意，VAS評(píng)分平均最高不超過2.7分，ODI評(píng)分平均為16%，再手術(shù)率為4.8%，僅一例因螺釘位置不當(dāng)出現(xiàn)神經(jīng)根刺激癥狀，再次手術(shù)調(diào)整螺釘位置，無斷棒、斷釘、螺釘移動(dòng)病例出現(xiàn)。同時(shí)根據(jù)術(shù)前與末次隨訪MRI結(jié)果對(duì)鄰近間盤退變情況進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)固定節(jié)段上位間盤80%得到保護(hù)，下位間盤為70%，作者對(duì)PEEK棒內(nèi)固定術(shù)后癥狀改善和并發(fā)癥方面感到滿意。De-Iure等[11]回顧30例PEEK棒固定腰椎術(shù)后，平均隨訪18個(gè)月病例:臨床癥狀改善及影像學(xué)結(jié)果滿意。22例患者植入椎間融合器，18例術(shù)后6個(gè)月即實(shí)現(xiàn)融合，12個(gè)月后全部實(shí)現(xiàn)融合;8例患者僅做自體骨移植，4例術(shù)后6個(gè)月實(shí)現(xiàn)融合，術(shù)后12個(gè)月為7例。對(duì)一例因螺釘移位患者行翻修手術(shù)，作者考慮可能是因?qū)υ摶颊咂窖芜^度矯正導(dǎo)致釘骨界面負(fù)荷過大。Kurtz等[12]對(duì)12例腰椎PEEK棒固定術(shù)后翻修病例取出的PEEK棒進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)取出的PEEK棒與螺釘摩擦后產(chǎn)生的碎屑量極少，釘棒結(jié)合處雖有明顯壓痕，但無斷棒、斷釘跡象出現(xiàn)。Athanasakopoulos等[13]52例PEEK棒內(nèi)固定平均隨訪3年的病例發(fā)現(xiàn):ODI評(píng)分由術(shù)前平均76%降至術(shù)后6周48%，術(shù)后3個(gè)月、6個(gè)月、12個(gè)月分別為34%、28%、30%;腰痛及腿痛VAS評(píng)分術(shù)前平均分別為8分、9分，術(shù)后即刻降至6分、5分，末次隨訪均降至2分;1年隨訪，共50例患者影像學(xué)上有椎間骨橋形成的證據(jù);2例患者未能成功融合，其中1例無癥狀，未做處理，1例患者因L5雙側(cè)椎弓根螺釘斷裂行鈦棒翻修，隨訪過程中未發(fā)現(xiàn)明顯鄰近節(jié)段退變情況。

PEEK棒臨床應(yīng)用結(jié)果也存在不同意見。Ormond等[14]回顧了一組42例腰椎融合PEEK內(nèi)固定術(shù)后平均隨訪31.4個(gè)月的病例，發(fā)現(xiàn)其融合率與鈦棒相似，翻修率與鈦棒相似甚至更高，8例患者需要再次手術(shù)，其中5例為ASD，3例融合器移位，融合失敗。Ozer等[15]回顧分析Dynesys系統(tǒng)、PEEK棒系統(tǒng)、全動(dòng)態(tài)裝置（CDHorizon BalanC）內(nèi)固定術(shù)后，2年以上隨訪結(jié)果，發(fā)現(xiàn)各組患者固定節(jié)段椎間隙高度，腰椎前凸角差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，不能說明PEEK棒組在維持腰椎曲度、延緩ASD方面更有優(yōu)勢(shì)。不過，兩篇報(bào)道均沒有詳細(xì)描述整個(gè)治療過程，不同研究結(jié)果可能與適應(yīng)證、手術(shù)技術(shù)、圍手術(shù)期及術(shù)后康復(fù)等因素有關(guān)。任何一種技術(shù)或器械均存在優(yōu)缺點(diǎn)，嚴(yán)格地把握適應(yīng)證是獲得滿意手術(shù)療效，減少或避免并發(fā)癥的核心。從文獻(xiàn)總結(jié)，目前PEEK棒適應(yīng)證包括:腰椎活動(dòng)度較大的中青年盤源性或退變性腰痛;巨大間盤突出合并節(jié)段性輕度不穩(wěn);老年腰椎退變性不穩(wěn)或不超過I°滑脫，伴或不伴輕中度骨質(zhì)疏松;多節(jié)段不同程度間盤退變。此外，體重較大者，應(yīng)慎用。

隨著腰椎非融合技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，近年有學(xué)者嘗試將PEEK棒用于腰椎非融合或混合手術(shù)。Oikonomidis等[16]20例腰椎單節(jié)段融合PEEK棒（CD Horizon BalanC）內(nèi)固定術(shù)后最長2年的隨訪結(jié)果顯示:核心結(jié)果測(cè)量指數(shù)評(píng)分（core outcome measure index，COMI）由術(shù)前平均9.0分，分別降至術(shù)后1年平均4.2分，2年平均4.7分;腰痛VAS評(píng)分術(shù)前、術(shù)后1年、術(shù)后2年分別為7.7分、4.25分、4.7分;腿痛VAS評(píng)分術(shù)前、術(shù)后1年、術(shù)后2年分別為7.1分、2.2分、2.3分;共出現(xiàn)3例并發(fā)癥，其中1例因螺釘移位而行翻修手術(shù)。作者認(rèn)為PEEK棒內(nèi)固定能夠明顯改善患者癥狀，但PEEK棒聯(lián)合Topping Off設(shè)計(jì)理念對(duì)減少并發(fā)癥沒有幫助。Huang等[17]的31例腰椎非融合PEEK棒內(nèi)固定術(shù)后2年隨訪結(jié)果顯示:PEEK棒能提供滿意的穩(wěn)定性，末次隨訪的ODI評(píng)分從術(shù)前平均25.7分降至平均6.5分，JOA評(píng)分從術(shù)前平均13.7分升至平均23.3分;間盤高度比（disc height index，DHI）術(shù)前、術(shù)后1周、末次隨訪分別為0.3、0.32、0.27，且末次隨訪與術(shù)前DHI差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;平均活動(dòng)度術(shù)前為8.8°，術(shù)后3個(gè)月為2.1°，末次隨訪為1.8°。僅1例發(fā)生螺釘松動(dòng)，但無臨床癥狀。目前，以椎弓根螺釘為基礎(chǔ)的腰椎非融合技術(shù)盡管存在爭(zhēng)議，隨著臨床短中期隨訪獲得滿意療效的報(bào)道逐漸增多，PEEK棒能否作為非融合技術(shù)應(yīng)用，是否具有延緩或預(yù)防ASD的作用或尚未暴露的技術(shù)缺陷，還需長期、大樣本和多中心研究來證實(shí)。

2 展望

PEEK棒彈性模量更接近人體皮質(zhì)骨，剛度降低，固定后對(duì)節(jié)段原有力學(xué)環(huán)境影響較小，相鄰節(jié)段纖維環(huán)和髓核負(fù)荷及椎體活動(dòng)度代償沒有出現(xiàn)明顯增大，既增加了固定節(jié)段的穩(wěn)定性，也保留了一定活動(dòng)度，理論上能夠延緩ASD。臨床應(yīng)用的短中期效果滿意，并發(fā)癥發(fā)生率更低，隨著生物力學(xué)的深入和臨床經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，尋找能與人體力學(xué)環(huán)境更契合，遠(yuǎn)期并發(fā)癥更少的固定材料將是未來發(fā)展的趨勢(shì)，PEEK棒不失為一個(gè)很好的選擇。

PEEK棒最初主要是用于單節(jié)段融合手術(shù)，隨著臨床經(jīng)驗(yàn)的積累運(yùn)用范圍不斷擴(kuò)大，不少學(xué)者嘗試將其引入于混合或非融合術(shù)式。目前，報(bào)道最多的主要是1～2個(gè)節(jié)段固定，涉及2～3個(gè)椎體，長節(jié)段（≥3節(jié)段）固定報(bào)道較少，不過在綜合PEEK棒特性和以往長節(jié)段內(nèi)固定經(jīng)驗(yàn)來看，應(yīng)當(dāng)可以在嚴(yán)格把握適應(yīng)證前提下，在長節(jié)段固定方向做出嘗試。PEEK棒雖然為預(yù)彎型棒，但每種長度的棒預(yù)彎弧度相同，未來是否有必要將PEEK棒預(yù)彎弧度多樣化以適應(yīng)不同患者術(shù)前腰椎弧度，是一個(gè)值得探討的問題。