DBM 在脊柱融合术后融合率及并发症的系统评价与 Meta 分析

冯江涛 杨雄刚 伦登兴 华池 王丰 刘永恒 杨立 张浩 胡永成

脊柱融合术是治疗脊柱疾病的常用术式之一，已广泛应用于退变、创伤、畸形、肿瘤或翻修等[1-2]。然而，约 10%～40% 的患者出现植骨不愈合、延迟愈合或假关节形成，增加术后并发症，困扰脊柱外科医师[3-6]。目前，有多种的骨移植替代材料，包括：自体骨、同种异体骨、人工骨、脱钙骨基质( demineralized bone matrix，DBM ) 等[7-9]。其中，自体骨是植骨融合术中的“金标准”，融合率高达93%[5-6,10-11]；但近、远期并发症不容忽视，如：慢性疼痛、血肿、感染、神经损伤、骨折等[12-14]；尤其是多节段融合时，为获得足够的骨量，可能加重上述并发症，此时需要额外的骨移植替代材料[15]。同种异体骨可避免自体骨移植导致的供体部位相关并发症，但可能出现无菌性松动、新骨生长缓慢等问题，尤其是血供相对薄弱的部位[16-18]。人工骨无毒、易于消毒、来源广泛、制作工艺简单、可提供骨传导性[19]，但不具有骨诱导活性，需要额外添加骨诱导生长因子[20]且体内吸收速度难以控制[21]。尽管 DBM 与同种异体骨同样存在免疫排斥或疾病传播等风险，但随着制备工艺的完善，近 10 年未见相关报道且 DBM 具有更好的优势：( 1 ) 充分“暴露”骨形态蛋白 ( bone morphogenetic protein，BMP )[22]，利于诱导新骨形成，加速植骨融合[23-24]；( 2 ) 来源丰富，取材方便：DBM 是经过皮质骨脱钙形成，在人体中皮质骨占更大比例，应用前景更加广泛[25]。

然而，DBM 在脊柱外科手术中的应用仍有争议。Epstein 等[26]在 140 例中使用 DBM 治疗脊柱退化性疾病，术后 6 个月融合率高达 92.1%；而 Moon等[27]在 27 例中使用 DBM 治疗脊柱退化性疾病，术后 24 个月融合率仅为 77.8%。Baumann 等[28]对比DBM 与自体骨在胸腰椎骨折的临床疗效，术后 18 个月 DBM 组与自体骨组融合率达 94%、100%，两组相比差异无统计学意义；而 An 等[29]在一项 DBM 与髂骨自体移植对照试验中表明，融合率分别为 53.8%与 73.7%，DBM 明显低于自体骨的融合率。

目前对上述争议尚无文献报道。因此，本研究的目的是：( 1 ) 通过收集 DBM 在脊柱融合术临床应用的相关文献资料，了解 DBM 在脊柱外科手术中的融合率和并发症；( 2 ) 探讨不同手术部位、术式及复合物对 DBM 在脊柱植骨融合术融合率的影响；( 3 ) 通过收集 DBM 和自体骨的随机对照或病例对照研究资料，探讨 DBM 与自体骨重建的预后差异。

资料与方法

一、文献检索

检索时限从建库至 2017 年 12 月 30 日期间公开发表的与 DBM 在脊柱融合术应用有关的中英文文献，数据库包括：PubMed、Embase、The Cochrane Library、CNKI、CBM、VIP、WanFangData 数据库。中文检索词包括：脱钙骨基质、脱钙骨、骨移植材料、骨移植替代物、脊柱融合、腰椎滑脱、腰椎退行性病变、腰痛、颈椎损伤等。英文检索词包括demineralized bone matrix、DBM、Grafton DBM、Bone graft substitutes spine fusion、spondylodesis、lumbar fusion、thoracic fusion、cervical fusion 等。

二、文献选择标准

纳入标准：( 1 ) 研究类型为随机对照试验( randomized controlled trial，RCT )、病例系列研究、非随机病例对照研究，语种不限；( 2 ) 研究对象为脊柱相关疾病；( 3 ) 干预措施为手术治疗，且脊柱融合材料为 DBM 或 DBM 复合物，随访时间 ≥1 年；( 4 ) 观察指标包括：融合率、并发症。

排除标准：( 1 ) 均没有提及融合率与并发症；( 2 ) 综述、病例报告、会议文摘、动物研究、致编辑信函、指导意见或评论等类型；( 3 ) 研究纳入的病例数少于 10 例；( 4 ) 重复发表的研究。

三、文献筛选及数据提取

文献筛选分 2 步，首先查重后去除明显不符合标准的研究；其次对余下的研究进行全文阅读进一步筛选。采用自制表格进行数据提取，包括：( 1 )研究特征：题目、作者姓名、发表年份、研究类型、研究时间、国籍；( 2 ) 患者信息：患者来源、患者基线资料 ( 性别、年龄、初次诊断、脊柱融合部位 )、样本量，随访信息；( 3 ) 干预措施：手术方式、移植材料种类；( 4 ) 研究结局：融合率、并发症等。在文献筛选、质量评价及数据提取过程中，若两位作者结果不一致，由第三位作者进行协商后作最终决定。

四、纳入研究的文献质量评价

对于本研究纳入的病例系列研究使用 NICE( national institute for clinical excellence )[30]病例系列评分标准进行质量评价，其中 5 分以下的研究被排除。病例对照研究使用 NOS ( the Newcastle-Ottawa scale )[31]进行方法学和偏倚风险评价，若文献评分 ≤ 6 分被排除。RCT 使用改良版 Jadad 量表[32]进行质量评价，满分为 7 分，若文献评分 ≤ 3 分视被排除。

五、统计学处理

在进行效应量的合并前，通过Q检验或I2对纳入文献进行异质性检验，若P＞0.1，I2＜50% 则认为不存在异质性，选择固定效应模型进行合并分析；若P＜0.1，I2＞50%，则认为存在异质性，选择随机效应模型。若异质性检验发现明显的异质性，则分别去除每一篇文献后进行敏感性分析。通过 Egger’s 和 Begg’s 检验来判断文献的发表偏移，若Egger’s 检验P＜0.1 或 Begg’s 检验P＜0.05 则说明原始文献有发表偏移，需采用非参数剪补法估计缺失的研究数量，并对合并的效应量进行校正。以上所有过程均使用 Stata 13.0 完成。

结 果

一、文献筛选流程与结果

文献筛选流程见图1。最终纳入文献 29 篇：3 篇 RCT[29,33-34]，10 篇病例对照研究[23,28,35-42]，16 篇病例系列研究[9,24,26-27,43-54]，共 2227 例，其中 16 篇病例系列包含病例数为 855 例，14 篇对照研究中DBM 组与自体骨组分别包含病例 814 例、639 例( Cammisa 等[36]的病例对照研究为同一患者脊柱双侧对照研究，共 81 例患者 )；DBM 的总例数为 1669例，自体骨例数 639 例；平均年龄为 54.9 岁，男性所占比例为 42.4%，平均随访时间 24.7 ( 12～76 ) 个月 ( 详见表1 )。各研究具体详细信息见表2。

图1 文献筛选流程及结果Fig.1 Flow chart of study screening

表1 本研究纳入患者基本资料Tab.1 Basic data of patients

二、纳入研究质量评价

对 RCT 研究使用改良版 Jadad 量表进行质量评价，3 个 RCT 研究的评分为 4，都使用了随机化分组与双盲，但均无合适的分配隐藏。16 个病例系列研究使用 NICE 病例系列评分标准进行质量评价，16 个研究得分为 5.5±0.6，均为单中心研究，6 篇研究[27,43,47-48,53-54]详细描述了病例的纳入与排除标准，3 篇研究[44,48,52]的病例样本为时间段内的连续病例。10 个病例对照研究使用 NOS 量表进行质量评价，总体得分为 7.3±0.9，所有研究对病例的确诊都有明确的定义及记录，3 篇研究[38,42,55]控制了除DBM 移植物外的干扰因素，3 篇研究[37,41,55]记录了在病例选择中的无应答率。

三、风险偏倚评价

在 Meta 分析中未发现异质性 (I2＝0%，P＝0.90；I2＝0%，P＝0.83 )，Egger’s 和 Begg’s 检验亦显示不存在发表偏倚，笔者全面检索了中英文数据库，并且与被纳入研究无相关利益冲突，因此在Meta 分析过程中所以采用固定效应模型。

四、融合率

1.“患者”融合率 ( 多个节段融合术中，若 1 节段不融合，即认定该患者融合失败 )：纳入 11 篇共1254 例，Meta 分析结果显示未见统计学异质性 (I2＝0%，P＝0.90 )，两组差异无统计学意义 [OR合并＝0.93，95%CI( 0.69～1.25 )；P＝0.62 ]( 图2 )。

2.“节段”融合率 ( 多节段融合术中，需评估所有节段，1 个节段的不融合只能说明该节段融合失败，其它节段仍属于融合成功 )：纳入 5 篇，共 486节段。Meta 分析结果显示未见统计学异质性 (I2＝0%，P＝0.83 )，两组差异无统计学意义 [OR合并＝0.62，95%CI( 0.38～1.00 )；P＝0.05 ]( 图3 )。

表2 各研究详细内容Tab.2 Characteristics of included studies

五、融合率亚组分析

在临床应用时，通常采用“患者”为单位，因此融合率亚组分析纳入标准是：记录“患者”融合率的文献报道。

1. 手术部位对融合率的影响：24 篇文献[9,23-24,26-29,34-39,41-45,47-50,53-54]记录手术部位、例数及融合率，共 1368 例 ( 表3 )。三者之间差异无统计学意义(χ2＝1.583，P＝0.453 )。

2. 融合方式对融合率的影响：22 篇文献[9,23-24,26-29,34-35,37-39,41-45,47-50,53-54]报道融合方式对融合率的影响，共 1220 例 ( 表4 )。椎间融合与后外侧融合间差异有统计学意义 (χ2＝7.285，P＝0.007 )。

3. DBM 赋形剂对融合率的影响：24 篇文献[9,23-24,26-29,34-39,41-45,47-50,53-54]记录复合物对患者融合率的影响，其中 17 篇记录了 DBM 产品信息，包括 1368 例( 表5 )。

图2 “患者”融合率 Meta 分析森林图Fig.2 Meta-analysis of patients’ fusion rate

图3 “节段”融合率 Meta 分析森林图Fig.3 Meta-analysis of level fusion rate

六、并发症

16 篇病例研究[9,24,26-27,43-54]( 855 例 ) 记录了术后并发症，共 81 例出现并发症，发生率为 9.4%。13 篇对照研究[23,28-29,33-42]记录了并发症，其中因Cammisa 等[36]研究为同一患者脊柱双侧对照研究，难以分辨并发症归属，余下 12 篇[23,28-29,33-35,37-42]中DBM 组 ( 668 例 ) 与自体骨组 ( 495 例 )，并发症发生率分别为 8.5%、10.7%，两者差异无统计学意义(χ2＝1.569，P＝0.210 )。其中，感染率分别是 2.4%vs.2.8%，两组差异无统计学意义 (χ2＝0.212，P＝0.645 )。术后疼痛率分别是 0.4%vs.1.8%，差异有统计学意义 (χ2＝5.219，P＝0.022 )，DBM 组术后疼痛率明显小于自体骨组。在病例系列中，疼痛与感染均发生在骨移植物处，14 次二次手术中 7 次因疼痛而取出内固定、4 次为二次融合，2 次为深度感染清创、1 次因切口下血肿所致。在对照研究中，DBM组疼痛与感染均发生在植骨处，10 例二次手术患者中 3 例因疼痛取内固定，3 例为再次融合；自体骨组 9 例疼痛中 6 例发生在供区，14 例感染中 1 例在供区，8 次二次手术分别为 3 例因疼痛取内固定和5 例再次融合。硬件相关并发症中多为邻关节退变与器械松动。在病例研究中出现 4 例血栓、1 例心肌梗死、6 例脑脊液漏、1 例呼吸衰竭，但均与移植物不相关。没有发现与 DBM 相关的突发恶性事件( 表6 )。

表3 手术部位对融合率的影响Tab.3 Effects of surgical site on patients’ fusion rate

表4 融合方式对融合率的影响Tab.4 Effects of fusion type on patients’ fusion rate

为明确 DBM 的总并发症，合并所有研究类型的资料 ( 包括病例系列和对照系列 ) 共 1523 例，并发症为 138 例，总发生率为 9.1%，其中二次手术率约1.3%。最常见手术相关并发症为短暂神经障碍 ( 术中刺激有关 )，发生率约 1.8%。未见免疫排斥或疾病传播等并发症。

表5 DBM 赋形剂对融合率的影响Tab.5 Effects of DBM carrier on patients’ fusion rate

表6 并发症类型及病例数Tab.6 Detail data of complications ( n )

讨 论

脊柱融合术的目的是维持脊柱的稳定性[10]。尽管自体髂骨移植是脊柱融合术的金标准[5,7,56]，但髂骨移植所带来的供区并发症给患者与临床医生造成极大的困扰[12-14]。而 DBM 可以减少供区相关并发症，而且能够提供骨整合所需要的支架作用，“暴露”出的 BMP 也能够促进成骨细胞分化、生长[23-24,57]。然而，DBM 在脊柱融合术中的融合率及并发症仍有争议。因此本研究首次通过系统检索相关文献，分析 DBM 的融合率及并发症，对比 DBM 与自体骨的术后差异。

一、融合率的影响因素

自从 DBM 被 FDA 批准用于脊柱融合后，在过去的十年中一直被广泛试用。经过累积 Meta 分析显示，最终总体融合率为 84%，与自体骨的对比中无统计学意义。Hsu 等[58]所作综述中 DBM 组融合率为 89%，高于本研究结果，但其纳入病例数仅为192 例。本研究中，颈椎、胸椎、腰椎三者之间无统计学差异。胸椎样本量小，颈椎腰椎共占比高于90%。颈椎融合率高与腰椎，可能原因是颈椎负重较轻，术后多有外固定器具的使用，容易控制活动度[13]。颈椎融合手术多发生在 C3及其以下颈椎之间，目前认为颈部生理功能多由 C1及 C2承担，因此融合之后患者感觉较好。在本研究中颈椎融合术中多进行接骨板内固定植入以稳定颈椎结构，可能是颈椎融合术的成功率较高的原因之一。

后外侧融合术使用较多，但其融合率低于椎间融合术，可能原因是：椎间融合的接触面积更大，提供更理想的植骨床[59]；椎间融合后机械性应力也能刺激融合[60]。Baumann 等[28]认为后外侧融合缺乏机械性应力刺激及软组织的阻挡，使得 DBM 易被吸收，降低融合率。这与之前的研究结论相符合，在2012 年一项系统评价中，Hsu 等[58]因后外侧融合率和证据等级低而不推荐 DBM 在后外侧融合的使用。目前而言，相比于椎间融合，后外侧融合手术方法简单易于操作，能够较彻底的去除植骨区皮质骨，此外器械的加压作用使植骨材料与骨床紧密接触，保证了较好的植骨环境。因此，虽然椎间融合成功率更高，但是后外侧融合仍是简单且有效的腰椎融合术。

DBM 具有骨传导性及骨诱导性，但其性能存在一些不足，常与其它材料搭配以提高自身特性。如 DBM 赋形剂不但能够赋予新的物理形态，而且加强其骨传导。目前常用的赋形剂包括：甘油 ( 如Grafton DBM 等 )；胶原 ( 如 Osteofil DBM 等 )；硫酸钙 ( 如 AlloMatrix DBM 等 )。其中，Osteofil DBM 提供最高的融合率 ( 88.8% )。Epstein 等[26]对 140 例患者进行 Osteofil DBM 移植促进腰椎融合，术后 12 个月融合率为 92.1%，作者认为 Osteofil DBM 可以作为一种较理想的骨移植替代物。Zdeblick 等[61]对比Grafton DBM 和 Osteofil DBM 的融合效能，术后 28 天Osteofil 的融合效能明显优于 Grafton。AlloMatrix 是融合率最稳定的产品。Ahn 等[39]对比 AlloMatrix 与自体骨在腰椎的诱导活性，术后 12 个月 AlloMatrix与自体骨组融合率分别为 86%、87%。DBM 产品之间的差异性依然显著，Grafton DBM 在不同研究之间融合率差异较大 ( 52%～100% )。以甘油为载体的DBM 产品在被植入后容易因体液环境物质交换而流失，因而可能损失部分成骨性能。胶原是常用的支架材料，其具有良好的生物相容性、适宜的可降解性及弱抗原性，因此胶原是 DBM 产品常用赋形剂之一，胶原不但可以黏合 DBM，而且通过细胞黏附更易促进骨生长。而硫酸钙为载体的 DBM 产品多为自固化型植骨材料，更容易使 DBM 在植骨区停留，并且赋予了 DBM 产品更好的支撑性能。

为增强 DBM 的骨诱导性，临床应用时常在DBM 中添加适量的 BMP，以提高最终融合率。Kurd等[62]利用 DBM 与 BMP 混合物治疗腰椎退变性疾病，术后 18 个月融合率达到 87.2%；Glassman 等[63]给出了类似的结论，在一项 RCT 中发现，术后 24个月 BMP 治疗单节段融合上优于髂骨自体移植 ( 融合率分别为 96%、89% )，作者认为 BMP 可以有效地增加移植物的骨诱导活性。BMP 是一种具有强大骨诱导能力的成骨因子，能够诱导间充质干细胞向成骨细胞和成软骨细胞分化，在 DBM 产品中添加适量 BMP 能够有效增强其骨诱导性能，但昂贵的价格是限制 BMP 推广的原因之一。

DBM 最大缺陷是缺乏骨源细胞，即无骨发生性能。因此，临床应用亦常把 DBM 与自体骨、自体骨髓混合使用。自体移植物提供大量的成骨前体细胞与生长因子，包括血小板源性生长因子和 β-转化生长因子[64]，不仅填补骨发生性能的缺陷，而且增强骨诱导性和骨传导性能[35,37]。Ammerman 等[65]将DBM 与自体骨髓混合治疗腰椎疾病，术后 12 个月融合率达 91%；Park 等[44]将 DBM 与自体骨混合以促进颈椎融合，术后 16 个月融合率高达 97%。在一定范围内，DBM 产品中 BMP 的浓度与新骨形成之间存在正相关[66]，不同产品批次之间 BMP 含量的差异可能是其临床结局不同的主要原因。Wildemann等[67]对 8 个不同批次的 Grafton DBM 进行 BMP 成分分析，结果显示 BMP 含量为 0～4810 pg / mg，变异系数高达 92%。目前越来越多的 DBM 产品被推广应用到脊柱融合手术中，DBM 产品由于载体的选择、生产过程的不同及供体的差异最终将呈现不同的骨诱导能力，对于其中单一因素对最终融合率的影响，需要更具有针对性的试验去探究。

二、DBM 的并发症

DBM 作为一种新兴的骨移植替代材料，可为新骨形成提供理想的微环境，避免自体髂骨移植的供区并发症。在本研究所纳入病例对照研究中，DBM和自体骨组并发症的发生率分别为 8.5% 和 10.7%，两者不存在统计学差异；然而 DBM 组远期疼痛率显著低于自体骨组。Hoffmann 等[38]在一项对照研究中发现，DBM 组与自体骨的并发症无统计学差异，但DBM 组感染率明显低于自体骨组 ( 1.6% vs. 2.2% )。

本研究中，供区疼痛、麻木是自体骨移植的主要长期并发症。Kim 等[68]对 110 位使用髂骨自体移植、后路椎体融合患者进行了随访，术后 12 个月16.5% 的患者认为取骨部位疼痛甚于手术部位，并且 29.1% 的患者报告取骨部位麻木。Kang 等[34]对比 DBM 与自体髂骨治疗退行性腰椎病变的随机对照研究中发现，术后 6 个月及 24 个月，DBM 组的供区疼痛的患者明显少于自体髂骨组 ( P＝0.015、P＝0.007 )。对于髂骨取骨处长期疼痛的原因目前仍不明确。长期疼痛麻木可能与神经损伤有关，股外侧神经可在髂前上棘后方 2 cm 处越过髂嵴向下走行，该神经的损伤可以导致取骨处疼痛及大腿外侧麻木，另外髂嵴取骨处伤口感染、二次骨折等也是导致疼痛的原因。DBM 的使用避免了二次手术，完全杜绝了取骨手术带来的并发症，这是 DBM 组并发症低于自体骨组的主要原因。

脊柱融合后，相邻节段出现不可避免的应力集中增加，小关节接触部位及运动生物力学改变，这些改变可导致融合椎体邻近节段的退行性改变[69]。Kim 等[40]对比 DBM 与自体髂骨在颈椎融合中的应用，术后 24 个月两组患者分别出现 9 例和 2 例无症状性邻关节退变，无统计学差异。

此外没有发现与 Grafton DBM 相关的肾毒性事件，也无其它与 DBM 相关的突发恶性事件，表明在脊柱融合术中 DBM 的安全性毋庸置疑，并且相对于自体髂骨移植消除了供区并发症。

三、本研究局限性

本研究的局限性：( 1 ) 由于目前尚缺乏随机对照研究，所以本研究所纳入的原始文献中以观察性研究偏多，但严格的质量评价保证了纳入文献质量中等偏上，减少了偏倚；( 2 ) 目前为止，对于脊柱融合成功与否的判断尚无统一标准，笔者筛选了使用 X 线片及或 CT 影像作为判断标准的文献，尽可能使评价标准相一致。

DBM 在脊柱融合术中可作为理想的自体骨替代材料，其具有较高的融合率，同时能避免自体骨移植带来的诸多供区并发症。在 DBM 载体选择上，甘油、胶原、硫酸钙及单独 DBM 之间无统计学差异，其中胶原为载体的 Osteofil DBM 产品融合率较高。在脊柱各部位，无论是颈椎、胸椎和腰椎融合率没有显著差异，并且在融合方式上更推荐椎间融合。