PEEK棒腰椎后路内固定的基础及临床应用进展

王河军 曲弋 杨永栋 俞兴*

20世纪60年代，经椎弓根系统内固定的概念逐渐兴起。20世纪80年代开始，大批以椎弓根螺钉为基础的固定装置迅速涌现。然而坚强内固定系统弹性模量远高于脊柱椎体骨质，致术后负荷主要集中于内固定物，应力遮挡、固定节段骨量丢失、邻椎退变等问题逐渐暴露。为了减缓或避免邻近节段退变（adjacent segment degeneration，ASD）的出现，国内外学者不断对装置强度和固定方式进行创新，动态固定的概念应运而生，并逐渐引起国内外学者的关注和讨论。

1 PEEK棒的基础及临床应用

PEEK材料最早由英国ICI公司于1978年研发，20世纪90年代中后期出现的PEEK材料椎间融合器，一直广泛应用至今。鉴于PEEK材料良好的人体生物相容性，具有足够强的刚度，弹性模量明显小于钛合金材料等特点，PEEK制成的脊柱内固定棒结合椎弓根螺钉系统随后开始用于临床，作为传统钛合金棒的替代材料，希望通过降低内固定棒的刚性，减少内固定材料的负荷，降低邻近节段间盘的压力，同时使固定节段保留一定活动度，在获得成功融合的同时，减少内固定器械相关的并发症。

1.1 PEEK棒的生物力学

PEEK棒最突出的生物力学特性是:其弹性模量为3.2 GPa左右，与人体皮质骨弹性模量较接近，只相当于钛合金棒弹性模量的20%，刚性强度介于金属棒与柔性棒之间，既能提供足够的固定强度（克服柔性装置存在的固定力量不足、易松动的缺点），又能减少刚性装置带来的应力遮挡，在固定手术节段的同时减少邻近节段的应力集中，理论上可以延缓ASD的发生。体外生物力学测定显示，PEEK棒固定后:固定节段负荷中心靠近脊柱前中柱，内固定器械所承受的压力较传统钛合金装置明显减小，前柱负载约75%，后柱约25%，十分接近人体生理性负荷分布，固定节段关节突关节和后方椎间盘由此得到保护，钉—骨界面和钉—棒界面应力较小，理论上能降低术后钉棒松动、断钉、断棒发生率[1-6]。Ponnappan等[1]通过尸体生物力学对比实验发现，侧后路或后路融合固定后，PEEK棒系统所提供的即刻稳定性与钛棒无差异。Chou等[6]用猪标本进行离体腰椎负载实验，随机分成3组，测定间盘高度及其内部压力变化，记录各组钉棒压力值，发现在同样负载情况下，无内固定组责任间盘高度变化最明显，PEEK棒组次之，钛合金棒组变化最小;而在邻近节段，无内固定组和PEEK棒组间盘高度变化差异不大，钛合金棒组间盘高度丢失较多。PEEK棒组钉棒压力值测定明显小于钛合金棒组。

腰椎固定手术节段的活动度能否保留是一研究热点，理想的内固定应该在稳定脊柱运动单位的前提下尽可能多地保留活动度。Biswas等[7]通过三维有限元分析，对比钛棒、高分子聚乙烯棒、PEEK棒内固定后腰椎活动度，发现PEEK棒组在各个方向活动度保留均优于另外两组。Chang等[8]运用软件模拟人体L2-L5三维模型，对比钛棒和PEEK棒后，也得出相似结论。

1.2 PEEK棒的形态和一般特征

从形态上看，传统的腰椎内固定钛棒大多都是直棒，术中需手动弯折，使其具备一定弧度，但这一操作主观性强，术后弯折部易形成应力集中而成为断棒高发区。PEEK棒属于预弯型棒，自带一定弧度，形态上模仿人体腰椎生理曲度，理论上可维持或恢复腰椎前凸，有利于术后腰椎生理曲度的维持，避免人工弯棒带来的应力集中问题和形状记忆效应，以期改善腰椎内固定术后患者腰部僵硬感的程度。另外，PEEK棒物理结构稳定，不易发生形变;耐疲劳性能优异;惰性高、耐化学腐蚀，几乎不与人体组织发生反应，细胞毒性极小;生物相容性出色，几乎无免疫排异反应;PEEK棒在X线下不显影，这可能不利于术后及时发现断棒、形变等不良事件，也有学者认为这有利于观察椎体在冠状位和矢状位形态结构的变化，且不会造成伪影[9-10]。

1.3 PEEK棒的临床应用

PEEK棒临床应用主要集中在腰椎内固定，多与融合技术联合使用，尚无用于侧弯矫正的病例报道。总体而言，PEEK棒短中期临床疗效满意，术后断棒、断钉率相对更低[9-11]，考虑为PEEK棒本身刚度、材料内部稳定的物理结构以及椭圆形棒横截面力学特点等综合性因素所致。Colangeli等[9]随访PEEK棒和N-Flex系统内固定术后腰椎融合情况，平均随访28个月，结果显示，在术后融合率、腰腿痛VAS评分、术后退变的影像学表现及并发症发生率等方面PEEK棒组均优于N-Flex组，提示内固定棒整体弹性模量降低的力学优势可能强于滑动装置。Jacques等[10]21例PEEK棒内固定融合病例，30个月随访结果显示:95%病例未出现不良事件，所有患者均对手术效果满意，VAS评分平均最高不超过2.7分，ODI评分平均为16%，再手术率为4.8%，仅一例因螺钉位置不当出现神经根刺激症状，再次手术调整螺钉位置，无断棒、断钉、螺钉移动病例出现。同时根据术前与末次随访MRI结果对邻近间盘退变情况进行对比，发现固定节段上位间盘80%得到保护，下位间盘为70%，作者对PEEK棒内固定术后症状改善和并发症方面感到满意。De-Iure等[11]回顾30例PEEK棒固定腰椎术后，平均随访18个月病例:临床症状改善及影像学结果满意。22例患者植入椎间融合器，18例术后6个月即实现融合，12个月后全部实现融合;8例患者仅做自体骨移植，4例术后6个月实现融合，术后12个月为7例。对一例因螺钉移位患者行翻修手术，作者考虑可能是因对该患者平腰畸形过度矫正导致钉骨界面负荷过大。Kurtz等[12]对12例腰椎PEEK棒固定术后翻修病例取出的PEEK棒进行研究，发现取出的PEEK棒与螺钉摩擦后产生的碎屑量极少，钉棒结合处虽有明显压痕，但无断棒、断钉迹象出现。Athanasakopoulos等[13]52例PEEK棒内固定平均随访3年的病例发现:ODI评分由术前平均76%降至术后6周48%，术后3个月、6个月、12个月分别为34%、28%、30%;腰痛及腿痛VAS评分术前平均分别为8分、9分，术后即刻降至6分、5分，末次随访均降至2分;1年随访，共50例患者影像学上有椎间骨桥形成的证据;2例患者未能成功融合，其中1例无症状，未做处理，1例患者因L5双侧椎弓根螺钉断裂行钛棒翻修，随访过程中未发现明显邻近节段退变情况。

PEEK棒临床应用结果也存在不同意见。Ormond等[14]回顾了一组42例腰椎融合PEEK内固定术后平均随访31.4个月的病例，发现其融合率与钛棒相似，翻修率与钛棒相似甚至更高，8例患者需要再次手术，其中5例为ASD，3例融合器移位，融合失败。Ozer等[15]回顾分析Dynesys系统、PEEK棒系统、全动态装置（CDHorizon BalanC）内固定术后，2年以上随访结果，发现各组患者固定节段椎间隙高度，腰椎前凸角差异无统计学意义，不能说明PEEK棒组在维持腰椎曲度、延缓ASD方面更有优势。不过，两篇报道均没有详细描述整个治疗过程，不同研究结果可能与适应证、手术技术、围手术期及术后康复等因素有关。任何一种技术或器械均存在优缺点，严格地把握适应证是获得满意手术疗效，减少或避免并发症的核心。从文献总结，目前PEEK棒适应证包括:腰椎活动度较大的中青年盘源性或退变性腰痛;巨大间盘突出合并节段性轻度不稳;老年腰椎退变性不稳或不超过I°滑脱，伴或不伴轻中度骨质疏松;多节段不同程度间盘退变。此外，体重较大者，应慎用。

随着腰椎非融合技术的出现和发展，近年有学者尝试将PEEK棒用于腰椎非融合或混合手术。Oikonomidis等[16]20例腰椎单节段融合PEEK棒（CD Horizon BalanC）内固定术后最长2年的随访结果显示:核心结果测量指数评分（core outcome measure index，COMI）由术前平均9.0分，分别降至术后1年平均4.2分，2年平均4.7分;腰痛VAS评分术前、术后1年、术后2年分别为7.7分、4.25分、4.7分;腿痛VAS评分术前、术后1年、术后2年分别为7.1分、2.2分、2.3分;共出现3例并发症，其中1例因螺钉移位而行翻修手术。作者认为PEEK棒内固定能够明显改善患者症状，但PEEK棒联合Topping Off设计理念对减少并发症没有帮助。Huang等[17]的31例腰椎非融合PEEK棒内固定术后2年随访结果显示:PEEK棒能提供满意的稳定性，末次随访的ODI评分从术前平均25.7分降至平均6.5分，JOA评分从术前平均13.7分升至平均23.3分;间盘高度比（disc height index，DHI）术前、术后1周、末次随访分别为0.3、0.32、0.27，且末次随访与术前DHI差异无统计学意义;平均活动度术前为8.8°，术后3个月为2.1°，末次随访为1.8°。仅1例发生螺钉松动，但无临床症状。目前，以椎弓根螺钉为基础的腰椎非融合技术尽管存在争议，随着临床短中期随访获得满意疗效的报道逐渐增多，PEEK棒能否作为非融合技术应用，是否具有延缓或预防ASD的作用或尚未暴露的技术缺陷，还需长期、大样本和多中心研究来证实。

2 展望

PEEK棒弹性模量更接近人体皮质骨，刚度降低，固定后对节段原有力学环境影响较小，相邻节段纤维环和髓核负荷及椎体活动度代偿没有出现明显增大，既增加了固定节段的稳定性，也保留了一定活动度，理论上能够延缓ASD。临床应用的短中期效果满意，并发症发生率更低，随着生物力学的深入和临床经验的不断积累，寻找能与人体力学环境更契合，远期并发症更少的固定材料将是未来发展的趋势，PEEK棒不失为一个很好的选择。

PEEK棒最初主要是用于单节段融合手术，随着临床经验的积累运用范围不断扩大，不少学者尝试将其引入于混合或非融合术式。目前，报道最多的主要是1～2个节段固定，涉及2～3个椎体，长节段（≥3节段）固定报道较少，不过在综合PEEK棒特性和以往长节段内固定经验来看，应当可以在严格把握适应证前提下，在长节段固定方向做出尝试。PEEK棒虽然为预弯型棒，但每种长度的棒预弯弧度相同，未来是否有必要将PEEK棒预弯弧度多样化以适应不同患者术前腰椎弧度，是一个值得探讨的问题。