頸椎前路局部自體骨椎間植骨的應用進展

顧宏林， 昌耘冰

廣東省人民醫院（廣東省醫學科學院）脊柱外科，廣州 510080

頸椎前路減壓融合術（anterior cervical decompression and fusion，ACDF）是治療頸椎間盤退行性疾病常用的手術方法[1]，手術成功關鍵不僅依賴于充分減壓，還在于堅強的椎間融合[2]。椎間植骨融合材料經歷了不斷演變，最初使用自體髂骨移植，因費用低、融合率高、療效確切，被視為頸前路手術植骨的“金標準”。然而因供骨區并發癥（出血、感染、疼痛等），增加了患者痛苦及住院時間[3,4]。隨后應用的椎間融合器雖可減少取骨量，但仍需植入少量自體骨，不能有效避免上述并發癥[5]。為解決該問題而逐漸應用的骨移植替代物，如同種異體骨、陶瓷基移植物（羥基磷灰石、磷酸鈣、硫酸鈣等）、重組人骨形成蛋白（recombinant human bone morphogenetic proteins，rh-BMP）及間充質干細胞等，也存在費用高昂、融合率不確切及局部并發癥等缺點[6]。因此，有學者探索使用手術區域局部骨質作為植骨材料（局部自體骨椎間植骨技術），本文就該方法的基礎研究和臨床應用進展做一綜述。

1 頸椎前路原位自體植骨技術的概念

頸椎前路局部自體骨椎間植骨技術的概念最早由Williams在1987年提出，即使用頸椎前路手術區域局部獲得的骨質作為椎間植骨材料。當時的方法是使用骨鋸從頸椎融合節段上下椎體取楔形骨塊，重疊成“三明治”骨塊后翻轉180°，修整成合適大小重新植回椎間隙中作為植骨材料。作者對800例患者施行該術式，但未報道其融合率、椎間高度和角度維持情況[7]。1994年Mcguire等[7]和Isu等[8]分別報告了該方法的臨床應用結果，認為其融合率低于傳統髂骨植骨，且破壞較多正常椎體骨質，術后容易出現頸椎局部后凸及椎間隙塌陷，不推薦其應用于ACDF手術。

2 原位自體植骨技術的發展及應用

原位自體骨根據骨的來源分兩大類：減壓獲得骨質及正常椎體骨質，前者又根據形態及取骨工具不同分為骨顆粒（槍鉗或咬骨鉗獲得）及骨碎屑（高速磨鉆打磨獲得）。

2.1 減壓獲得骨質作為植骨材料

2.1.1 基礎研究 主要集中于骨碎屑及骨顆粒成分、細胞活性及成骨潛能的研究。

（1）成分：減壓獲得骨質主要來源于骨贅及終板，因此并非完全是骨組織，不同部位、不同取骨方法所獲得的的骨組織含量不同。Patel等[9]對高速磨鉆打磨椎板獲得的骨碎屑進行組織學分析，顯示其中骨組織占65%，其它還包含血液、纖維、軟骨和骨髓組織等成分。Ichiyanagi等[10]對腰椎融合術中磨鉆獲得的骨碎屑成分進行分析，發現其中包含間充質干細胞特征的細胞群，在血清膠中培養能夠增殖，且有向成骨細胞分化的潛能。Rustagi等[11]在尸體頸椎標本不同部位獲取骨碎屑及骨顆粒（骨碎屑使用高速磨鉆打磨雙側鉤椎關節、終板獲得；骨顆粒由咬骨鉗咬除椎體前緣骨贅獲得），分析其中的細胞成分，結果發現骨顆粒（椎體前緣骨贅）軟組織含量最低、完整骨細胞含量最高，且骨細胞和軟骨細胞比率也最高，而骨碎屑（鉤椎關節處）完整骨細胞含量最低，認為采集椎體部位和技術的不同可導致骨細胞的含量及活性不同，使用高速磨鉆可能降低活性骨細胞的數量。

（2）細胞活性：骨碎屑及骨顆粒的細胞活性存在差別。Eder等[12]對比椎板和棘突中取出的骨碎屑和骨顆粒，發現以下區別：①骨碎屑樣本只有57%可培養出成骨細胞，而骨顆粒則100%可培養；②骨碎屑樣本中的細胞生長速度更慢，平均需要14.8 d才能達到融合，而骨顆粒只需5.6 d；③骨碎屑樣本中骨細胞含量更少。作者認為原因可能是高速磨鉆對骨碎屑中細胞產生的熱損傷和機械損傷，以及骨碎屑中混有更多雜質。有學者研究發現，骨碎屑中培養的細胞在細胞活力、堿性磷酸酶（alkalinephosphatase，ALP）活性和鈣沉積方面不如骨顆粒[13,14]。

（3）成骨潛能：相關研究通過動物顱骨缺損或裸鼠皮下吸收模型來觀察骨碎屑及骨顆粒的成骨潛能。Fukuta等[15]在顱骨缺損模型中對比骨碎屑、無機牛骨礦物（Bio-Oss）和多孔羥基磷灰石顆粒的成骨能力，發現骨碎屑的骨生長面積大于其他兩種材料，2～4個月可獲完全骨愈合；Clune等[16]將骨碎屑和骨顆粒分別植入兔子的顱骨缺損模型，16周后進行CT掃描及組織學分析發現骨碎屑組和空白對照組（未植骨）無明顯差別，幾乎完全骨化，組織形態幾乎完全是編織骨。Ye等[17]將骨顆粒及骨碎屑分別植于裸鼠皮下，6周后CT掃描對比二者的軟組織密度，發現骨碎屑更易吸收，為“不完全骨結構”，而骨顆粒則形成組織結構良好的板層骨。有學者認為高速磨鉆的熱損傷或機械損傷效應可能會影響骨碎屑的骨誘導作用[16]，但Karamese等[18]使用低速磨鉆（500 rpm）獲得骨碎屑，也并不能提升其骨再生能力。

總體而言，骨顆粒和骨碎屑均含活性骨細胞并具成骨潛能。但骨碎屑因高速磨鉆的熱損傷及機械損傷效應，其骨細胞活性、成骨潛能及骨誘導作用不如骨顆粒。

2.1.2 臨床研究 收集局部減壓骨顆粒（例如棘突或椎板減壓所得）作為植骨材料已在脊柱手術特別是腰椎手術中廣泛應用[19]，ACDF中局部減壓骨顆粒主要來自于椎體前緣或后緣骨贅。高速磨鉆為ACDF常規手術工具，特別是應用于鉤椎關節及椎體后緣骨贅減壓時，但高速磨鉆獲得的骨碎屑往往因為沖洗降溫而丟失，無法很好收集，因此相關的臨床研究報道不多。隨著頸椎椎間融合器的發展，目前原位自體植骨的方法是將手術區域獲得的自體骨填充于椎間融合器作為植骨材料，而不單獨應用。

（1）骨顆粒作為移植物應用于ACDF手術中，相關研究均報道了良好臨床效果及較高融合率。Salame等[20]對100名患者使用局部減壓骨顆粒作為植骨材料置于碳纖維融合器（Cage）中，隨訪平均25個月所有患者頸椎前凸和椎間高度得到維持，融合率為98%，無內植入物相關并發癥。Pitzen等[21]對21名患者取頸椎體前方骨贅制成骨顆粒填于PEEK（Polyetheretherketone，聚醚醚酮）Cage中，發現術后12月Cage中骨質的CT Hu值顯著高于術后3 d（814 vs 505），融合率達91.3%。Ba等[22]對207例使用局部自體骨顆粒+碳纖維強化PEEK Cage行ACDF的患者進行5～10年隨訪，發現所有椎間隙成功獲融合，且無Cage下沉并發癥。Dang等[23]使用椎體后緣骨贅及部位椎體帽檐部分作為植骨材料，行1到3節段ACDF患者893例，3個月后隨訪融合率為67.8%～75.4%，12個月為92%～98.8%，認為其為有效植骨融合材料。Park等[24]將局部減壓骨顆粒植入“stand alone”（不使用鋼板）的PEEK cage中，平均隨訪12個月獲得90.3%融合率。Liu等[25]將局部自體骨顆粒與自體髂骨植骨進行對比，發現作為植骨材料前者手術時間更短、并發癥更少，融合率更高。

（2）關于使用磨鉆獲取骨碎屑作為ACDF移植物的臨床研究不多。Ekanayake等[26]使用特制吸引器收集高速磨鉆減壓獲得的骨碎屑，認為可獲得充足骨量植入硅制融合器中；Shad等[27]也使用類似系統收集骨碎屑，填于硅制融合器中行椎間融合，隨訪12個月，有77.3%（17/22）患者獲3度融合（Cage內外均有新骨橋形成）。Park等[28]對93例患者分別使用局部自體骨碎屑（50例）及自體髂骨（43例）作為ACDF椎間融合器的植骨材料，發現二者融合率相當（24個月：88.0%vs 86.6%），但自體骨碎屑組不存在髂骨取骨的相關并發癥，且將骨碎屑植于Cage外側時，隨訪中也發現較高的移植物外骨橋形成率（12個月：74%）。骨碎屑總體報道的融合率低于骨顆粒，可能與其收集量不足、高速磨鉆的熱及機械損傷效應影響其骨細胞活性、成骨潛能及骨誘導能力等因素有關。

（3）局部自體骨與其它骨移植替代材料的對照研究,相關研究顯示與骨移植替代材料相比，使用自體髂骨行頸椎融合的融合率更高[29]，而局部自體骨與其它骨移植材料的對照研究并不多。Pollock團隊[30]在219名行ACDF患者的PEEK融合器中分別填充脫鈣骨基質（122例）及局部自體骨（97例），平均隨訪18及19個月，結果顯示局部自體骨組融合率更高（76%vs22%）且無翻修病例，脫鈣骨基質組有5%患者需行翻修融合手術。提示不融合與PEEK融合器無關而與其中的植骨材料有關。Moo[31]等的研究納入88名行雙節段ACDF患者，其中53名使用同種異體結構性骨塊（含松質及皮質骨），另外35名使用PEEK融合器+局部自體骨，平均隨訪42.8個月，結果顯示PEEK+局部自體骨組獲100%融合，而同種異體骨組在頭側終板的融合率為98.1%，尾側終板為94.2%。Arnold等[32]的隨機雙盲對照研究將i-Factor?（凝膠樣骨移植材料，165例）及局部自體骨（154例）分別填充于同種異體骨皮質環中行頸椎前路融合，2年隨訪顯示二者臨床療效及融合率相當，i-Factor?組97.30%；局部自體骨組94.44%。以上研究結果提示與其它骨移植替代材料相比，局部自體骨的融合率具有一定優勢。

2.2 正常椎體骨質作為移植物

盡管局部自體骨顆粒和骨碎屑的相關研究顯示了其良好成骨潛能及作為ACDF移植物的高融合率，但這兩種植骨材料多來源于椎體骨贅，有學者認為，骨贅為病理性肥厚硬化骨，和髂骨相比其成骨潛能低，破骨細胞負荷高，更易出現骨吸收[13]，且頸椎輕度退變患者骨贅較少，可能無法獲得充足植骨量。因此在不破壞鄰近椎體生物力學強度的前提下，可考慮使用正常椎體骨質作為補充植骨材料[33]。

Min等[34]研究發現正常椎體骨質中的骨髓干細胞的成骨潛能和髂骨一致，認為其可作為骨移植的合適材料。Pitzen等[35]和Walterscheid等[36]的生物力學研究結果顯示去除一定大小的椎體骨質后，椎體生物力學強度未出現明顯降低。國內學者Liu等[33]從頸椎手術節段椎間隙切取鄰近椎體單側側方部分骨質作為補充植骨材料（長和寬約為2～3 mm，最大限度保留椎體完整性，且不影響螺釘植入）。43例使用該方法的患者平均隨訪39.3個月，所有病例獲明確椎間融合，其中單節段Cage下沉發生率為5.3%，雙節段為17.6%。其認為該方法保留了大部分椎體及終板骨質，不增加Cage下沉發生率，當ACDF術中無法獲取足夠自體松質骨時，是一種安全有效的補充植骨方法。

盡管該方法有相關的基礎及臨床研究，但在臨床應用中很難精確切除椎體骨質，仍存在破壞椎體穩定性的風險，因此應用需謹慎，不宜將其作為常規首選取骨方法，在局部自體骨量不足時，可考慮使用其它骨移植替代物。

3 總結及展望

頸椎前路局部自體骨椎間植骨技術根據骨來源分為局部減壓骨顆粒、高速磨鉆磨出骨碎屑及正常椎體骨質，相關的基礎研究及初步臨床研究已證實該技術的可行性及有效性。對比自體髂骨植骨可減少取骨區相關并發癥，與其他骨移植替代物對比又可確保融合率，且不產生額外費用。未來的研究方向將集中于如何更好收集局部自體骨（既保證充足植骨量又不會破壞椎體的完整性及穩定性）、提高其骨細胞活性及成骨潛能，以及通過進一步的臨床前瞻性對照研究將不同局部自體骨植骨技術和骨移植替代物進行比較，以明確其臨床適用性、遠期融合率及手術療效。