采用椎間融合器實(shí)施PLIF的LDD患者術(shù)后椎間融合器下沉影響因素研究進(jìn)展

袁照 ，梁體洪 孫紅 ，寧旭

1 貴州醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，貴陽(yáng) 550004；2 貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院骨科

腰椎退變性疾?。↙umbar Degenerative Disease，LDD）是骨科的常見(jiàn)病，是臨床上最常見(jiàn)的腰腿痛病因［1-2］。嚴(yán)重的LDD常需手術(shù)干預(yù)。后路腰椎椎間融合術(shù)（posterior lumbar interbody fusion，PLIF）是目前臨床治療LDD的主要手術(shù)方式，可重建患者的脊柱穩(wěn)定性，具有減壓效果可靠、植骨融合率高等優(yōu)點(diǎn)［3］。為恢復(fù)椎間高度、保持脊柱穩(wěn)定性，PLIF術(shù)中常會(huì)進(jìn)行植骨融合。臨床上常用的植骨融合方式有單純植骨及使用椎間融合器（cage）進(jìn)行植骨兩種。與單純植骨者比較，使用cage進(jìn)行植骨后植骨融合率較高，且保持椎間隙及椎間孔高度，增強(qiáng)脊柱穩(wěn)定性方面效果較好，因此，使用cage進(jìn)行植骨是臨床最常用的植骨融合方式［4］。部分患者PLIF術(shù)后出現(xiàn)cage下沉現(xiàn)象。Cage下沉?xí)欢ǔ潭壬辖档妥甸g隙高度，影響手術(shù)減壓效果［2-3］，導(dǎo)致疼痛、椎骨對(duì)位不良、椎體節(jié)段不穩(wěn)及骨不連［5］。了解PLIF術(shù)后cage下沉的影響因素，有助于預(yù)防PLIF術(shù)后cage下沉?，F(xiàn)從cage的選擇、術(shù)中手術(shù)操作及患者自身因素等方面，對(duì)PLIF術(shù)后cage下沉的影響因素研究進(jìn)展綜述如下。

1 Cage下沉的診斷及分型

“Cage下沉”是描述腰椎融合術(shù)后，cage陷入鄰近椎體內(nèi)部進(jìn)而導(dǎo)致椎間隙高度降低的影像學(xué)術(shù)語(yǔ)［1］。目前，臨床關(guān)于cage下沉的定義尚未完全統(tǒng)一。有學(xué)者［5］認(rèn)為，脊柱融合術(shù)后X線片上的任何終板結(jié)構(gòu)的破壞都可定義為cage下沉。目前多數(shù)文獻(xiàn)［6-8］采用量化標(biāo)準(zhǔn)對(duì)cage下沉進(jìn)行定義，將術(shù)后椎間隙高度降低超過(guò)2 mm定義為cage下沉。

X線及CT影像學(xué)檢查結(jié)果是cage下沉的主要診斷依據(jù)。如鈦合金等非放射通透性cage下沉可表現(xiàn)為終板正常結(jié)構(gòu)的破壞，cage出現(xiàn)在相鄰終板內(nèi)部，部分患者可伴隨骨小梁不連續(xù)、植骨吸收等現(xiàn)象［9］。而對(duì)于如聚醚醚酮（PEEK）等放射通透性cage而言，在X線片上則很難發(fā)現(xiàn)輕度的下沉，而在CT掃描上可表現(xiàn)為終板結(jié)構(gòu)破壞、骨溶解吸收、椎間隙塌陷及cage移位等［9］。

目前cage下沉的分型方法主要有以下幾種：①根據(jù)患者是否伴隨臨床癥狀，將cage下沉分為臨床學(xué)下沉和放射學(xué)下沉［5］。②根據(jù)術(shù)后椎間隙降低的距離，其分為輕、中、重度下沉，輕度下沉指術(shù)后椎間隙降低＜2 mm；中度下沉為3～5 mm；下沉＞6 mm則為重度下沉［10］。③根據(jù)術(shù)后腰椎X線片上椎間隙高度降低的比值將下沉分為0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)。椎間隙高度降低比值＜25%為0級(jí)下沉，25%～50%為Ⅰ級(jí)，50%～75%為Ⅱ級(jí)，75%～100%為Ⅲ級(jí)；降低比值＜50%（即0和Ⅰ級(jí)）為低級(jí)下沉，＞50%（即Ⅱ和Ⅲ級(jí)）為高級(jí)下沉［2］。

2 PLIF術(shù)后cage下沉的影響因素

PLIF術(shù)后cage下沉是多因素共同作用的結(jié)果，cage相關(guān)因素如合成材料、大小及形態(tài)；手術(shù)操作因素如cage放置的位置、終板的處理、手術(shù)節(jié)段、椎間高度矯正值和節(jié)段性前凸角矯正值；患者自身因素如骨質(zhì)疏松、體質(zhì)量指數(shù)、年齡、性別、吸煙及糖尿病等。

2.1 Cage相關(guān)因素

2.1.1 Cage合成材料 合成材料是影響PLIF術(shù)后cage下沉的重要因素，隨著椎間融合技術(shù)的發(fā)展，cage合成材料的種類(lèi)日益繁多。臨床上使用的cage的合成材料來(lái)源主要分為鈦合金（Titanium alloy）、PEEK、鈦涂層聚醚醚酮（Titanium-coated PEEK TCP）、納米羥基磷灰石/聚酰胺66（n-HA/PA66）、鉭（tantalum）、可降解類(lèi)高分子聚合物如聚左旋消旋乳酸共聚物（PLDLLA）等。

鈦及其合金自20世紀(jì)40年代以來(lái)就已廣泛用于臨床，目前仍是cage制造的主流材料之一［11］。然而鈦合金彈性模量較大（70～100 GPa），而皮質(zhì)骨彈性模量一般為 18.6 GPa［12］，致使鈦合金 cage具有更大的下沉風(fēng)險(xiǎn)。NEMOTO等［9］通過(guò)對(duì)術(shù)中使用鈦合金cage進(jìn)行腰椎融合術(shù)的患者隨訪發(fā)現(xiàn)，其2年下沉率高達(dá)35%。CAMPBELL等［13］通過(guò)對(duì)腰椎融合術(shù)后患者進(jìn)行1年的隨訪，并采用Marchi分型標(biāo)準(zhǔn)對(duì)cage下沉進(jìn)行分級(jí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)0級(jí)下沉率高達(dá)80%，Ⅰ級(jí)下沉率為15.6%，Ⅱ、Ⅲ級(jí)下沉為2.2%。除了因彈性模量較大致使術(shù)后cage下沉率較高外，鈦合金還具有射通透性較差，不便于術(shù)后急性影像學(xué)評(píng)估，這使得傳統(tǒng)鈦合金cage逐漸被PEEK等彈性模量較小且放射通透性好的材質(zhì)取代。3D打印技術(shù)可將鈦合金制成多孔狀結(jié)構(gòu)，3D打印的鈦合金（3D-printed titanium）或稱(chēng)三維多孔鈦合金（3D Porous Titanium Alloy 3D PTA）不僅具有較低的彈性模量，其優(yōu)點(diǎn)還包括：①保留了鈦合金良好的生物相容性；②具有較好的放射通透性，便于術(shù)后影像學(xué)評(píng)估；③其粗糙的表面，有利于初始穩(wěn)定性、骨細(xì)胞黏附及增殖；④相互貫通的微孔結(jié)構(gòu)利于細(xì)胞增殖、血管形成及維持腰椎的長(zhǎng)期穩(wěn)定［14］。研究［8］發(fā)現(xiàn)，與PEEK組相比，3D打印鈦合金組Ⅰ～Ⅲ級(jí)下沉患者的總體下沉率顯著降低。對(duì)于，3D打印的鈦合金Ⅱ、Ⅲ級(jí)的高級(jí)別下沉下沉率（3.0%）也顯著低于PEEK（18.5%）。進(jìn)一步多因素分析結(jié)果顯示，與PEEK組相比，3D打印的鈦合金組患者發(fā)生嚴(yán)重Cage下沉的可能性較小。

PEEK 是一種疏水聚合物，在生物力學(xué)上類(lèi)似于人皮質(zhì)骨，具有良好的放射通透性，有利于術(shù)后影像學(xué)評(píng)估融合狀態(tài)，且彈性模量相當(dāng)于人骨的彈性模量，可有效防止下沉等，目前臨床應(yīng)用廣泛。研究［5］發(fā)現(xiàn)，腰椎融合術(shù)后PEEK cage下沉率約為14%。NEMOTO等［9］通過(guò)對(duì)術(shù)中使用不同材質(zhì)cage的患者進(jìn)行2年的隨訪發(fā)現(xiàn)，PEEK組下沉率為28%，而鈦合金組下沉率為35%。一項(xiàng)鈦合金與PEEKcage對(duì)比薈萃分析［15］發(fā)現(xiàn)，鈦合金組下沉率介于16%～35%，而PEEK組下沉率介于0%～28%。與PEEK組相比，鈦合金組的下沉率具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。鈦合金cage的下沉明顯高于PEEK，這可能與兩者的彈性模量密切相關(guān)，PEEK的彈性模量接近于人骨，而鈦合金的彈性模量則遠(yuǎn)超人骨。但PEEK在化學(xué)上是惰性的，不利于促進(jìn)細(xì)胞粘附以及骨接觸［11］。TCP則兼顧了鈦和PEEK兩者的優(yōu)點(diǎn)，其表面的鈦涂層能夠提供良好的生物相容性及耐腐蝕性，而PEEK則為其提供和骨質(zhì)相當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ浚?6］。一項(xiàng)關(guān)于PLIF術(shù)中使用TCP和三維多孔鈦合金（3D PTA）材質(zhì)cgae的臨床對(duì)照研究［17］結(jié)果表明，3D PTA 組的cage下沉程度明顯低于TCP 組。

羥基磷灰石是動(dòng)物骨骼的主要無(wú)機(jī)成分，在骨代謝過(guò)程中起著重要作用，并具有一定誘導(dǎo)新骨形成能力。DENG等［18］通過(guò)對(duì)術(shù)中使用納n-HA/PA66和聚醚醚酮材質(zhì)cage的患者進(jìn)行隨訪發(fā)現(xiàn)，兩組之間的臨床和影像學(xué)結(jié)果無(wú)顯著差異。最終隨訪時(shí)，n-HA/PA66組和組cage下沉率分別為7.55%和8.99%。兩種材質(zhì)在最終隨訪時(shí)的cage下沉率相近，這可能與兩者的彈性模量相近有關(guān)，PEEK彈性模量接近于人骨，在生物力學(xué)上類(lèi)似于人皮質(zhì)骨，而羥基磷灰石則是動(dòng)物骨骼的主要無(wú)機(jī)成分，其彈性模量與人骨相當(dāng)。通過(guò)其他不同材質(zhì)之間cage下沉率的對(duì)比也不難發(fā)現(xiàn)，彈性模量是導(dǎo)致不同材質(zhì)的cage下沉率不同的重要因素，彈性模量越接近人骨，其術(shù)后cage下沉率越低。

鉭作為一種新型骨科內(nèi)植材料。臨床上，為避免應(yīng)力遮擋常將鉭制成多孔狀，多孔鉭外觀類(lèi)似于人松質(zhì)骨，具有良好的生物相容性、高孔隙率以及與骨相似的彈性模量等優(yōu)點(diǎn)［19］。PATEL等［20］認(rèn)為多孔鉭材質(zhì)的cage彈性模量與人骨的彈性模量相近，可以更好地傳遞載荷，增加植骨融合率，減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率。研究［21］發(fā)現(xiàn)，鉭材質(zhì)cage下沉（＞3 mm）發(fā)生率為26.82%。隨訪時(shí)間≥3年的患者中，在第2年之后cage下沉沒(méi)有明顯進(jìn)展。但該研究中將cage下沉定義為術(shù)后椎間隙高度降低＞3 mm，不同于目前多數(shù)研究界定的＞2 mm，所以該研究結(jié)果有待于進(jìn)一步商榷。多孔鉭材質(zhì)的cage在減少術(shù)后cage下沉方面是否更具優(yōu)勢(shì)還需進(jìn)一步研究證實(shí)。

可降解類(lèi)高分子聚合物材料如聚乳酸及其衍生物如聚左旋消旋乳酸共聚物（PLDLLA）等，具有較好的組織相容性，能被逐漸分解成小分子物質(zhì)。JIYA等［22］在一項(xiàng)前瞻性隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中將可吸收的70/30聚左旋消旋乳酸（PLDLLA）和PEEK材質(zhì)cage分別各植入13例腰椎疾病患者，隨訪發(fā)現(xiàn)PLDLLA組cage下沉率明顯高于PEEK組，且PLDLLA組中發(fā)生了2例骨溶解，作者認(rèn)為骨質(zhì)溶解與術(shù)后存在輕度感染有關(guān)，而骨質(zhì)溶解會(huì)導(dǎo)致cage下沉。

2.1.2 Cage大小及形態(tài) PLIF術(shù)后cage下沉與cage的大小及形態(tài)密切相關(guān)。較大的cage可以更好地承擔(dān)壓力，減小cage與終板接觸界面單位面積的壓力，進(jìn)而減少cage下沉的發(fā)生率。Lang等［23］通過(guò)對(duì)21例椎間融合術(shù)后患者進(jìn)行隨訪，以研究術(shù)中使用不同尺寸的cage對(duì)術(shù)后的影響，作者發(fā)現(xiàn)與尺寸較小的cage相比，寬大的cage術(shù)后下沉率更低。一項(xiàng)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究［24］發(fā)現(xiàn)，更大的cage需要更大的力來(lái)承受5mm的下沉，cage的軸向面積與5 mm下沉?xí)r的受力有很強(qiáng)的相關(guān)性，軸向面積每增加1 mm2對(duì)應(yīng)的力約增加8N。PEKMEZCI等［25］研究發(fā)現(xiàn)，cage的表面積越大越能夠提供更好的生物力學(xué)性能，可一定程度上減少cage下沉，且cage形態(tài)對(duì)術(shù)后下沉也有影響，矩形cage較環(huán)形cage具有更強(qiáng)的破壞負(fù)荷。PALEPU等［6］認(rèn)為與終板凹度相匹配的cage有助于將壓縮力更均勻地分布在終板上，并可減少cage下沉。

2.2 手術(shù)操作因素

2.2.1 Cage的放置位置 PLIF術(shù)后cage下沉與其在終板上放置的位置顯著相關(guān)。HUENG等［26］通過(guò)體外生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，椎體終板后外側(cè)能提供更好的支撐強(qiáng)度，可降低cage下沉率。HOU等［27］研究也發(fā)現(xiàn)腰椎終板外周區(qū)域支撐強(qiáng)度高于中心區(qū)域，椎弓根后外側(cè)部位支撐強(qiáng)度最高，作者認(rèn)為應(yīng)將cage放置在周?chē)鷧^(qū)域，特別是后外側(cè)，以獲得更高的支撐強(qiáng)度，盡可能減少下沉。然而研究［28-30］發(fā)現(xiàn)，在椎體終板后側(cè)放置cage是術(shù)后cage下沉的危險(xiǎn)因素。這可能與體外生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)測(cè)量終板不同位置的支撐強(qiáng)度來(lái)預(yù)測(cè)其cage下沉率有關(guān)，而PLIF手術(shù)操作時(shí)，容易損傷椎體后側(cè)終板，使其支撐強(qiáng)度下降，從而增加下沉風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 終板的處理方法 終板作為椎體與cage之間的界面，在分擔(dān)椎體壓力及誘導(dǎo)植骨融合方面起著非常重要的作用。研究［28-29］發(fā)現(xiàn)，椎體終板損傷會(huì)導(dǎo)致cage下沉發(fā)生率顯著增加，完整的終板結(jié)構(gòu)可減少cage下沉的發(fā)生。MARCHI等［31］研究發(fā)現(xiàn)，完整的終板雖能保證其最大支撐強(qiáng)度，但不能為植骨區(qū)域提供充足的血供，導(dǎo)致融合率下降，而終板下的松質(zhì)骨血供豐富，具有良好的骨誘導(dǎo)性，能促進(jìn)植骨融合，但過(guò)多地刮除終板的骨性結(jié)構(gòu)會(huì)增加cage下沉風(fēng)險(xiǎn)。因此，術(shù)中可適當(dāng)刮除終板的骨性結(jié)構(gòu)致終板少量滲血，以期在保障終板支撐強(qiáng)度的情況下，增加植骨區(qū)域的血供，促進(jìn)植骨融合，減少cage下沉風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3 手術(shù)節(jié)段 Cage下沉是否與手術(shù)節(jié)段有關(guān)，目前仍存在較大爭(zhēng)議。AMORIM等［30］研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)后cage下沉與手術(shù)節(jié)段有關(guān)，在L2-3椎體之間放置cage是術(shù)后cage下沉的危險(xiǎn)因素。沈鯤等［32］報(bào)道，L5-S1椎間手術(shù)是術(shù)后cage下沉的危險(xiǎn)因素，作者認(rèn)為這與L5-S1節(jié)段承受更大的腰椎壓縮負(fù)荷有關(guān)。陳雙等［29］通過(guò)Meta分析發(fā)現(xiàn)L5-S1節(jié)段手術(shù)與術(shù)后cage下沉的關(guān)聯(lián)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。張慰［33］研究則表明術(shù)后cage下沉與手術(shù)節(jié)段之間沒(méi)有相關(guān)性。然而這些研究都存在單中心、樣本量小等不足，PLIF術(shù)后cage下沉是否與手術(shù)節(jié)段相關(guān)還需多中心、大樣本的臨床研究證實(shí)。

2.2.4 椎間高度矯正值和節(jié)段性前凸角矯正值椎間高度矯正值和節(jié)段性前凸角矯正值是指術(shù)后椎間高度及節(jié)段性前突角與術(shù)前的差值。在行PLIF手術(shù)時(shí)，為恢復(fù)腰椎椎間隙高度及節(jié)段性前凸角，通常會(huì)使用椎間撐開(kāi)器將椎間隙撐開(kāi)，經(jīng)處理完椎間盤(pán)及終板后植入大小適合的cage，并依靠腰椎的彈性回縮實(shí)現(xiàn)椎間加壓，以起到穩(wěn)定cage的效果。適度的矯正椎間高度及節(jié)段性前突角能使終板與cage之間受力均勻，減少術(shù)后 cage下沉率。研究［29，33］證實(shí)，椎間高度矯正值及節(jié)段性前凸角矯正值是術(shù)后cage下沉的危險(xiǎn)因素。

2.3 患者自身因素 除上述外部因素外，患者自身因素也會(huì)影響術(shù)后cage下沉。骨質(zhì)疏松是報(bào)道較多的術(shù)后cage下沉的危險(xiǎn)因素。骨質(zhì)疏松使患者骨量減少、骨微結(jié)構(gòu)破壞及骨脆性增加，這些病理變化使得cage更容易陷入鄰近椎體終板，從而出現(xiàn)cage下沉。研究［28］發(fā)現(xiàn)，與無(wú)骨質(zhì)疏松患者相比，骨質(zhì)疏松患者發(fā)生cage下沉的風(fēng)險(xiǎn)更大。PALEPU等［6］指出，骨密度與PLIF術(shù)后cage下沉具有顯著相關(guān)性，作者認(rèn)為與終板形態(tài)相比，椎體內(nèi)的骨小梁體積分?jǐn)?shù)對(duì)cage下沉有更大的影響。HOU等［27］研究也發(fā)現(xiàn)骨密度與終板的破壞載荷緊密相關(guān)，骨密度降低會(huì)導(dǎo)致終板的破壞負(fù)荷下降，進(jìn)而增加cage下沉風(fēng)險(xiǎn)。終板體積骨密度（EP-vBMD）及Hounsfield（HU）值是目前運(yùn)用較多的反映患者椎體骨質(zhì)疏松程度的指標(biāo)。JONEs等［34］通過(guò)回顧性隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)EP-vBMD下降是術(shù)后cage下沉的重要危險(xiǎn)因素。另一項(xiàng)研究［35］也發(fā)現(xiàn)EP-vBMD與術(shù)后cage下沉有關(guān)，作者還介紹了一種新的基于CT的vBMD測(cè)量方法，并用于評(píng)估cage下沉風(fēng)險(xiǎn)。XI等［36］研究發(fā)現(xiàn)術(shù)前CT掃描中較低的HU值（＜135.02），是術(shù)后cage下沉的危險(xiǎn)因素，因?yàn)镠U值越低，患者骨質(zhì)越疏松。Amorim等［30］通過(guò)對(duì)165例患者（123例TLIF和42例PLIF）進(jìn)行回顧性研究發(fā)現(xiàn)HU值＜135是術(shù)后cage下沉的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，骨密度低是效果不佳的預(yù)測(cè)因子。因此，對(duì)于老年患者在行PLIF手術(shù)前應(yīng)常規(guī)進(jìn)行骨密度檢測(cè)或腰椎CT檢查并測(cè)量其EP-vBMD及HU值，對(duì)存在骨質(zhì)疏松或CT提示其EP-vBMD及HU值下降的患者應(yīng)進(jìn)行抗骨質(zhì)疏松治療，以減少術(shù)后cage下沉的發(fā)生。

目前，關(guān)于患者BMI、年齡、性別、吸煙及糖尿病等與術(shù)后cage下沉的相關(guān)性仍存在一定爭(zhēng)議。YAO等［7］通過(guò)對(duì)腰椎融合術(shù)后患者進(jìn)行2年的隨訪發(fā)現(xiàn)，術(shù)后cage下沉組的BMI顯著高于未下沉組。而另一項(xiàng)研究［37］卻發(fā)現(xiàn)，BMI值正常的患者與BMI升高的患者cage下沉率相似，作者認(rèn)為術(shù)后cage下沉與患者BMI無(wú)相關(guān)性。CHEN等［38］研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)后cage下沉與女性和較高的BMI有關(guān)，但也有學(xué)者認(rèn)為患者性別及MBI與cage下沉無(wú)明顯相關(guān)性［28］。AMORIM等［30］研究表明，年齡是術(shù)后cage下沉的危險(xiǎn)因素。然而，XI等［36］通過(guò)對(duì)腰椎融合術(shù)后的患者進(jìn)行1年的隨訪發(fā)現(xiàn)，BMI、年齡、性別和吸煙不是術(shù)后cage下沉的危險(xiǎn)因素。JONES等［34］研究也發(fā)現(xiàn)BMI和糖尿病與術(shù)后cage下沉沒(méi)有相關(guān)性。

綜上所述，cage下沉是PLIF術(shù)后常見(jiàn)并發(fā)癥之一，多數(shù)學(xué)者將術(shù)后椎間隙高度降低超過(guò)2 mm定義為cage下沉，并通過(guò)術(shù)后椎間隙高度降低距離、降低比例及是否伴隨臨床癥狀進(jìn)行分型。PLIF術(shù)后cage下沉與cage的合成材料、大小及形態(tài)、cage放置位置、終板處理、椎間高度矯正值和節(jié)段性前凸角矯正值以及患者骨質(zhì)疏松等有關(guān)。Cage下沉是否與手術(shù)節(jié)段及患者自身因素如BMI、年齡、性別、吸煙及糖尿病等有關(guān)，今后仍需進(jìn)一步探究。在行PLIF手術(shù)時(shí)，應(yīng)盡量選擇彈性模量與人骨相當(dāng)?shù)娜鏟EEK、3D打印的鈦合金以及鈦涂層PEEK等材質(zhì)的寬大矩形cage；手術(shù)操作過(guò)程中應(yīng)避免在椎體終板后側(cè)放置cage，并進(jìn)行適度的終板處理，適量的矯正椎間高度及節(jié)段性前突角；術(shù)前進(jìn)行骨密度檢測(cè)或腰椎CT檢查并測(cè)量其EP-vBMD及HU值，對(duì)存在骨質(zhì)疏松或CT提示其EP-vBMD及HU值下降的患者應(yīng)進(jìn)行抗骨質(zhì)疏松治療，可預(yù)防術(shù)后cage下沉的發(fā)生。