增強(qiáng)骨質(zhì)疏松患者椎弓根螺釘穩(wěn)定性的研究進(jìn)展

楊浚一 張 帆 熊家偉 梁 杰

椎弓根螺釘廣泛用于治療骨折、退行性病變、滑脫、椎管狹窄、畸形、腫瘤等脊柱疾病，通過撐開、旋轉(zhuǎn)、加壓等方式達(dá)到有效的三維穩(wěn)定。其穩(wěn)定性主要取決于骨螺釘界面強(qiáng)度，其中可以量化的指標(biāo)有抗拔出力、疲勞強(qiáng)度、剛度和插入扭矩[1]。骨質(zhì)疏松患者由于骨質(zhì)量下降、骨組織結(jié)構(gòu)脆弱，其生物力學(xué)穩(wěn)定性明顯下降，傳統(tǒng)的椎弓根螺釘和手術(shù)技術(shù)難以維持原有的固定能力，容易產(chǎn)生松動(dòng)、移位和拔出[2]。骨質(zhì)疏松患者螺釘松動(dòng)發(fā)生率為0.8%～2.7%，甚至有可能超過50.0%[3]。為減少此類并發(fā)癥的產(chǎn)生，主要通過改進(jìn)螺釘設(shè)計(jì)和手術(shù)技術(shù)來增強(qiáng)椎弓根螺釘在骨質(zhì)疏松椎體的固定強(qiáng)度。本文通過回顧相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)螺釘設(shè)計(jì)、手術(shù)技術(shù)進(jìn)行綜述。

1 螺釘設(shè)計(jì)

1.1 螺釘直徑和長度

增加螺釘直徑可提高椎弓根螺釘穩(wěn)定性，直徑過大則易導(dǎo)致椎弓根壁破裂，降低穩(wěn)定性[4-5]。據(jù)研究[6]報(bào)道，螺釘直徑增加1 mm 時(shí)，其抗拔出力及抗疲勞能力分別提高24.0%和5.0%。宗治國等[5]認(rèn)為，影響螺釘穩(wěn)定性的因素與椎弓根不同部位的皮質(zhì)厚度有關(guān)。螺釘直徑增大可以獲得的下壁皮質(zhì)（厚度最大）較多，同時(shí)尾端也可以接觸更多的皮質(zhì)骨增加拔出力。但直徑增加的范圍有一定限制，有研究指出當(dāng)螺釘直徑超出椎弓根寬度70.0%時(shí)，增加直徑所產(chǎn)生的拔出強(qiáng)度會(huì)處于平臺(tái)期，其原因可能與增加直徑并不能獲得更多皮質(zhì)骨和骨小梁有關(guān)，所以螺釘直徑的增加存在一個(gè)合適的范圍，一般情況下建議螺釘直徑小于椎弓根直徑0.5 mm，可保證穩(wěn)定性，并提高手術(shù)效果[2]。最后，直徑過大易導(dǎo)致椎弓根皮質(zhì)產(chǎn)生破裂，拔出強(qiáng)度會(huì)顯著降低。因此，一定范圍內(nèi)的螺釘直徑增大，可以增加固定強(qiáng)度，但直徑過大的螺釘產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)超出所帶來的收益。

增加螺釘長度可以理解為增加置釘深度，盡管部分研究認(rèn)為增加螺釘長度不能增強(qiáng)螺釘穩(wěn)定性[4，7]。但有學(xué)者認(rèn)為，增加螺釘長度可以增強(qiáng)穩(wěn)定性，原因?yàn)殚L度的增加可以獲得更多的骨小梁提高拔出力。如CHUA等[8]研究認(rèn)為，當(dāng)螺釘深度達(dá)到椎體長軸的80.0%深度時(shí)，螺釘穩(wěn)定性是可靠的，并且強(qiáng)于達(dá)到50%的深度。因此，增加椎弓根螺釘?shù)闹冕斏疃瓤梢栽谝欢ǔ潭壬显鰪?qiáng)椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性，并且直徑和深度的同時(shí)增加，可以顯著增加螺釘?shù)牟迦肱ぞ睾桶纬鰪?qiáng)度[9]。

1.2 螺紋和螺距及外形

螺釘中的螺紋、螺距和外形均可以增加生物力學(xué)性能。標(biāo)準(zhǔn)的椎弓根螺釘為圓柱形，新型螺釘內(nèi)外徑均為圓錐形，圓錐形的內(nèi)徑可以增加遠(yuǎn)端螺紋深度，更好地增加與骨質(zhì)的接觸面積，咬合更多的骨質(zhì)，獲得更多抗拔性能[10]。同時(shí)，錐形螺釘?shù)奈捕藘?nèi)徑大于柱形螺釘，可以獲得更多的皮質(zhì)骨增強(qiáng)拔出力，所以錐形螺釘力學(xué)性能更顯著[9]。

螺紋的改進(jìn)是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。無論圓柱形、圓錐形螺釘，當(dāng)螺紋發(fā)生改變時(shí)，其抗拔強(qiáng)度均增加[11]。螺紋根據(jù)其牙型可分為V 形螺紋、方形螺紋和鋸齒形螺紋，而各種螺紋可以單用或聯(lián)用。如INCEOGLU 等[12]測試了單獨(dú)V 形螺紋和遠(yuǎn)端V 形螺紋結(jié)合近端方形螺紋螺釘?shù)牟迦肱ぞ貙?duì)比，結(jié)果得出后者的插入扭矩強(qiáng)于前者；同時(shí)，根據(jù)骨質(zhì)疏松模型得出單用V 形螺紋螺釘抗拔出力高于方形和鋸齒形[11]。另外，目前新型螺釘?shù)穆菪€多為雙線螺紋，目的是抵抗螺釘?shù)幕瑒?dòng)，增加進(jìn)釘速度和抗拔能力。盛林等[13]報(bào)道，螺釘每進(jìn)入一圈，單線螺紋螺釘進(jìn)釘3 mm，雙線螺紋螺釘進(jìn)釘6 mm，極大提高了手術(shù)效率，縮短了手術(shù)時(shí)間。最后，值得關(guān)注的是一種新型的雙外徑螺釘，該設(shè)計(jì)為近端有較大的外徑（7 mm），遠(yuǎn)端則為標(biāo)準(zhǔn)外徑（5.5 mm），螺紋深度遠(yuǎn)端為標(biāo)準(zhǔn)的1 mm，近端為1.75 mm。LORENZ等[14]通過試驗(yàn)對(duì)比得出，雙外徑螺釘?shù)陌纬鰪?qiáng)度和插入扭矩與骨水泥增強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)椎弓根螺釘相同。因此，使用雙外徑螺釘可提高椎弓根螺釘?shù)陌纬鰪?qiáng)度和插入扭距。

1.3 膨脹螺釘

膨脹螺釘是通過增加螺釘于椎體骨松質(zhì)間的接觸面積，繼而增加螺釘?shù)陌纬鰪?qiáng)度。WAN 等[15]指出，膨脹椎弓根螺釘?shù)陌纬鰪?qiáng)度和失效能量與骨水泥增強(qiáng)相似，拔出強(qiáng)度比常規(guī)椎弓根螺釘大5 倍；缺點(diǎn)：膨脹椎弓根螺釘會(huì)對(duì)松質(zhì)骨造成損傷，存在失敗風(fēng)險(xiǎn)。此外，膨脹螺釘因尺寸偏大，僅限用于下胸椎、腰椎和骶骨，且拆卸困難。膨脹螺釘盡管生物力學(xué)性能顯著，但臨床上存在融合失敗、螺釘斷裂增加翻修手術(shù)難度等問題，目前仍需要對(duì)如何提高成功率和減少并發(fā)癥繼續(xù)研究[2]。

1.4 骨水泥增強(qiáng)型椎弓根螺釘

骨水泥增強(qiáng)型椎弓根螺釘是嚴(yán)重骨質(zhì)疏松患者首選治療措施[1，14]，但存在熱損傷、機(jī)械損傷、肺栓塞等并發(fā)癥[2]。過去研究報(bào)道多關(guān)注于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等骨黏固劑對(duì)實(shí)心椎弓根螺釘?shù)膹?qiáng)化作用，并且認(rèn)為3 ～4 mL 的PMMA 可以達(dá)到較好的穩(wěn)定強(qiáng)度，并減少并發(fā)癥的產(chǎn)生[1]?，F(xiàn)通過更改螺釘設(shè)計(jì)，提出帶側(cè)孔的空心椎弓根螺釘安全性和力學(xué)性能更好。如COLMAN等[16]提出，加用骨水泥的側(cè)孔螺釘生物力學(xué)效能優(yōu)于實(shí)心螺釘，并且安全性更高，因?yàn)樗嗫梢酝ㄟ^螺釘側(cè)孔流出來，并且可確保水泥緊貼螺紋沉積，骨水泥外滲概率低，同時(shí)骨水泥可以將螺釘與松質(zhì)骨緊密結(jié)合，增加了骨螺釘界面的強(qiáng)度。同樣，一項(xiàng)薈萃分析指出側(cè)孔螺釘腦脊液漏發(fā)生率（0%）和切口感染率（2.1%）均低于常規(guī)螺釘[17]。在設(shè)計(jì)方面，中空側(cè)孔螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)包括中空遠(yuǎn)端側(cè)孔螺釘和中空近端側(cè)孔螺釘，但使用遠(yuǎn)端側(cè)孔螺釘更安全，因近端側(cè)孔更易出現(xiàn)骨水泥滲漏。盡管側(cè)孔螺釘加用骨水泥時(shí)可以增加生物力學(xué)效應(yīng)，減少并發(fā)癥，但后期翻修手術(shù)時(shí)骨水泥的清理是無法避免的問題。有學(xué)者提出使用新型生物材料（如磷酸鈣納米復(fù)合材料）替換PMMA，但新型材料目前多處于研發(fā)階段，效果仍需后續(xù)研究考證[1]。

2 手術(shù)技術(shù)

2.1 引導(dǎo)孔和預(yù)攻絲及置釘角度

引導(dǎo)孔的大小對(duì)螺釘?shù)闹萌胫陵P(guān)重要，過大導(dǎo)致螺釘拔出強(qiáng)度降低，過小產(chǎn)生椎弓根骨折，盡管其臨床實(shí)用性不強(qiáng)，但有學(xué)者認(rèn)為可以引導(dǎo)開路錐的設(shè)計(jì)和改進(jìn)[4]。引導(dǎo)孔攻絲是常用的置釘手法，但是攻絲后會(huì)降低螺釘旋入過程中產(chǎn)生的摩擦力，減少插入扭矩，故對(duì)于骨質(zhì)疏松患者不推薦預(yù)攻絲，多應(yīng)用自攻螺釘[18]。置釘角度的不同可以增加椎弓根螺釘?shù)陌纬鰪?qiáng)度，如有學(xué)者提出矢狀面上將螺釘傾斜與椎體終板成角置入，可提高椎弓根螺釘?shù)妮S向拔出強(qiáng)度[19]。但此方法存在手術(shù)技巧和角度把控的困難，若角度和深度過大，容易刺破椎板或穿破椎體，進(jìn)而有可能造成椎前血管損傷，所以今后可以探究最佳深度和角度，提高此法的可行性。

2.2 雙皮質(zhì)螺釘

雙皮質(zhì)螺釘?shù)氖中g(shù)技術(shù)要求螺釘超過椎體前緣2 ～3 mm，橫斷面上螺釘穿出椎體前方一般在0 ～30°區(qū)域內(nèi)[20]。但此區(qū)域內(nèi)存在許多較大的血管、神經(jīng)和腹腔臟器，增加了損傷風(fēng)險(xiǎn)。LIU 等[21]認(rèn)為，雙皮質(zhì)螺釘不適合所有的腰椎，僅在L1 ～L3 的內(nèi)傾角度為0°時(shí)使用雙皮質(zhì)螺釘可以降低血管損傷風(fēng)險(xiǎn)，其余角度置入時(shí)均存在對(duì)血管損傷的風(fēng)險(xiǎn)。KIM 等[22]指出，骶1 椎體適合使用雙皮質(zhì)螺釘，但需要選用最佳的螺釘長度和角度，而且前內(nèi)側(cè)的螺釘角度比前外側(cè)具有力學(xué)優(yōu)勢。因此，雙皮質(zhì)螺釘盡管存在著生物力學(xué)優(yōu)勢，但是使用范圍有限，損傷血管風(fēng)險(xiǎn)高，僅推薦在骶椎中使用[20]。

2.3 皮質(zhì)骨軌跡

皮質(zhì)骨軌跡是從橫向軸平面的內(nèi)側(cè)到外側(cè)，通過椎弓根尾側(cè)到矢狀面的頭部，最大限度地接觸螺釘與皮質(zhì)骨。由于侵入性低，螺釘尖端與上皮質(zhì)骨接觸，神經(jīng)血管損傷發(fā)生率低，廣泛應(yīng)用于后路腰椎融合術(shù)[23]。皮質(zhì)骨軌跡中的最大插入扭矩與骨密度的相關(guān)系數(shù)小于椎弓根螺釘，加上螺釘最大限度地接觸骨皮質(zhì)，插入扭矩較大（較椎弓根螺釘高出1.7 倍）[9]。當(dāng)皮質(zhì)骨螺釘直徑大于5.5 mm，長度大于35 mm 可以更好地增加拔出強(qiáng)度，這與螺釘直徑和長度增加可以更多地接觸關(guān)節(jié)間部、椎弓根下部和椎骨前的皮質(zhì)骨，增加插入扭矩和拔出強(qiáng)度相關(guān)[24]。但也有試驗(yàn)[1]表示，皮質(zhì)骨軌跡螺釘?shù)牟迦肱ぞ?、拔出載荷和疲勞性能強(qiáng)，但彎曲和軸向旋轉(zhuǎn)與普通椎弓根螺釘無差異，這可能與皮質(zhì)軌跡的置釘方法和置釘深度相關(guān)。最后，皮質(zhì)軌跡螺釘可用于椎弓根螺釘結(jié)構(gòu)失敗或受損的搶救[25]。因此，盡管皮質(zhì)骨軌跡的生物力學(xué)優(yōu)勢強(qiáng)于普通的椎弓根螺釘，直徑和長度較小，血管和神經(jīng)損傷風(fēng)險(xiǎn)小，可較好地用于骨質(zhì)疏松患者，同時(shí)可以挽救受損或失效的椎弓根螺釘，但皮質(zhì)骨軌跡螺釘并非嚴(yán)格意義上的椎弓根螺釘，且長度和直徑較椎弓根螺釘小，螺釘在活動(dòng)中需要承受彎曲和旋轉(zhuǎn)，未來需更多功能體外試驗(yàn)驗(yàn)證其力學(xué)性能、最佳置入深度和角度，提高穩(wěn)定性和安全性。

目前，獲得良好的椎弓根螺釘固定強(qiáng)度仍是一個(gè)挑戰(zhàn)，盡管已從螺釘設(shè)計(jì)和手術(shù)技術(shù)上進(jìn)行了許多研究，但均存在不足，可行性和安全性仍需進(jìn)一步探討。其次，臨床使用中需要重視個(gè)體化原則，同時(shí)整合并發(fā)癥、翻修等相關(guān)因素，研究出更佳的置釘方案或螺釘設(shè)計(jì)技術(shù)。