颈椎前路局部自体骨椎间植骨的应用进展

顾宏林， 昌耘冰

广东省人民医院（广东省医学科学院）脊柱外科，广州 510080

颈椎前路减压融合术（anterior cervical decompression and fusion，ACDF）是治疗颈椎间盘退行性疾病常用的手术方法[1]，手术成功关键不仅依赖于充分减压，还在于坚强的椎间融合[2]。椎间植骨融合材料经历了不断演变，最初使用自体髂骨移植，因费用低、融合率高、疗效确切，被视为颈前路手术植骨的“金标准”。然而因供骨区并发症（出血、感染、疼痛等），增加了患者痛苦及住院时间[3,4]。随后应用的椎间融合器虽可减少取骨量，但仍需植入少量自体骨，不能有效避免上述并发症[5]。为解决该问题而逐渐应用的骨移植替代物，如同种异体骨、陶瓷基移植物（羟基磷灰石、磷酸钙、硫酸钙等）、重组人骨形成蛋白（recombinant human bone morphogenetic proteins，rh-BMP）及间充质干细胞等，也存在费用高昂、融合率不确切及局部并发症等缺点[6]。因此，有学者探索使用手术区域局部骨质作为植骨材料（局部自体骨椎间植骨技术），本文就该方法的基础研究和临床应用进展做一综述。

1 颈椎前路原位自体植骨技术的概念

颈椎前路局部自体骨椎间植骨技术的概念最早由Williams在1987年提出，即使用颈椎前路手术区域局部获得的骨质作为椎间植骨材料。当时的方法是使用骨锯从颈椎融合节段上下椎体取楔形骨块，重叠成“三明治”骨块后翻转180°，修整成合适大小重新植回椎间隙中作为植骨材料。作者对800例患者施行该术式，但未报道其融合率、椎间高度和角度维持情况[7]。1994年Mcguire等[7]和Isu等[8]分别报告了该方法的临床应用结果，认为其融合率低于传统髂骨植骨，且破坏较多正常椎体骨质，术后容易出现颈椎局部后凸及椎间隙塌陷，不推荐其应用于ACDF手术。

2 原位自体植骨技术的发展及应用

原位自体骨根据骨的来源分两大类：减压获得骨质及正常椎体骨质，前者又根据形态及取骨工具不同分为骨颗粒（枪钳或咬骨钳获得）及骨碎屑（高速磨钻打磨获得）。

2.1 减压获得骨质作为植骨材料

2.1.1 基础研究 主要集中于骨碎屑及骨颗粒成分、细胞活性及成骨潜能的研究。

（1）成分：减压获得骨质主要来源于骨赘及终板，因此并非完全是骨组织，不同部位、不同取骨方法所获得的的骨组织含量不同。Patel等[9]对高速磨钻打磨椎板获得的骨碎屑进行组织学分析，显示其中骨组织占65%，其它还包含血液、纤维、软骨和骨髓组织等成分。Ichiyanagi等[10]对腰椎融合术中磨钻获得的骨碎屑成分进行分析，发现其中包含间充质干细胞特征的细胞群，在血清胶中培养能够增殖，且有向成骨细胞分化的潜能。Rustagi等[11]在尸体颈椎标本不同部位获取骨碎屑及骨颗粒（骨碎屑使用高速磨钻打磨双侧钩椎关节、终板获得；骨颗粒由咬骨钳咬除椎体前缘骨赘获得），分析其中的细胞成分，结果发现骨颗粒（椎体前缘骨赘）软组织含量最低、完整骨细胞含量最高，且骨细胞和软骨细胞比率也最高，而骨碎屑（钩椎关节处）完整骨细胞含量最低，认为采集椎体部位和技术的不同可导致骨细胞的含量及活性不同，使用高速磨钻可能降低活性骨细胞的数量。

（2）细胞活性：骨碎屑及骨颗粒的细胞活性存在差别。Eder等[12]对比椎板和棘突中取出的骨碎屑和骨颗粒，发现以下区别：①骨碎屑样本只有57%可培养出成骨细胞，而骨颗粒则100%可培养；②骨碎屑样本中的细胞生长速度更慢，平均需要14.8 d才能达到融合，而骨颗粒只需5.6 d；③骨碎屑样本中骨细胞含量更少。作者认为原因可能是高速磨钻对骨碎屑中细胞产生的热损伤和机械损伤，以及骨碎屑中混有更多杂质。有学者研究发现，骨碎屑中培养的细胞在细胞活力、碱性磷酸酶（alkalinephosphatase，ALP）活性和钙沉积方面不如骨颗粒[13,14]。

（3）成骨潜能：相关研究通过动物颅骨缺损或裸鼠皮下吸收模型来观察骨碎屑及骨颗粒的成骨潜能。Fukuta等[15]在颅骨缺损模型中对比骨碎屑、无机牛骨矿物（Bio-Oss）和多孔羟基磷灰石颗粒的成骨能力，发现骨碎屑的骨生长面积大于其他两种材料，2～4个月可获完全骨愈合；Clune等[16]将骨碎屑和骨颗粒分别植入兔子的颅骨缺损模型，16周后进行CT扫描及组织学分析发现骨碎屑组和空白对照组（未植骨）无明显差别，几乎完全骨化，组织形态几乎完全是编织骨。Ye等[17]将骨颗粒及骨碎屑分别植于裸鼠皮下，6周后CT扫描对比二者的软组织密度，发现骨碎屑更易吸收，为“不完全骨结构”，而骨颗粒则形成组织结构良好的板层骨。有学者认为高速磨钻的热损伤或机械损伤效应可能会影响骨碎屑的骨诱导作用[16]，但Karamese等[18]使用低速磨钻（500 rpm）获得骨碎屑，也并不能提升其骨再生能力。

总体而言，骨颗粒和骨碎屑均含活性骨细胞并具成骨潜能。但骨碎屑因高速磨钻的热损伤及机械损伤效应，其骨细胞活性、成骨潜能及骨诱导作用不如骨颗粒。

2.1.2 临床研究 收集局部减压骨颗粒（例如棘突或椎板减压所得）作为植骨材料已在脊柱手术特别是腰椎手术中广泛应用[19]，ACDF中局部减压骨颗粒主要来自于椎体前缘或后缘骨赘。高速磨钻为ACDF常规手术工具，特别是应用于钩椎关节及椎体后缘骨赘减压时，但高速磨钻获得的骨碎屑往往因为冲洗降温而丢失，无法很好收集，因此相关的临床研究报道不多。随着颈椎椎间融合器的发展，目前原位自体植骨的方法是将手术区域获得的自体骨填充于椎间融合器作为植骨材料，而不单独应用。

（1）骨颗粒作为移植物应用于ACDF手术中，相关研究均报道了良好临床效果及较高融合率。Salame等[20]对100名患者使用局部减压骨颗粒作为植骨材料置于碳纤维融合器（Cage）中，随访平均25个月所有患者颈椎前凸和椎间高度得到维持，融合率为98%，无内植入物相关并发症。Pitzen等[21]对21名患者取颈椎体前方骨赘制成骨颗粒填于PEEK（Polyetheretherketone，聚醚醚酮）Cage中，发现术后12月Cage中骨质的CT Hu值显著高于术后3 d（814 vs 505），融合率达91.3%。Ba等[22]对207例使用局部自体骨颗粒+碳纤维强化PEEK Cage行ACDF的患者进行5～10年随访，发现所有椎间隙成功获融合，且无Cage下沉并发症。Dang等[23]使用椎体后缘骨赘及部位椎体帽檐部分作为植骨材料，行1到3节段ACDF患者893例，3个月后随访融合率为67.8%～75.4%，12个月为92%～98.8%，认为其为有效植骨融合材料。Park等[24]将局部减压骨颗粒植入“stand alone”（不使用钢板）的PEEK cage中，平均随访12个月获得90.3%融合率。Liu等[25]将局部自体骨颗粒与自体髂骨植骨进行对比，发现作为植骨材料前者手术时间更短、并发症更少，融合率更高。

（2）关于使用磨钻获取骨碎屑作为ACDF移植物的临床研究不多。Ekanayake等[26]使用特制吸引器收集高速磨钻减压获得的骨碎屑，认为可获得充足骨量植入硅制融合器中；Shad等[27]也使用类似系统收集骨碎屑，填于硅制融合器中行椎间融合，随访12个月，有77.3%（17/22）患者获3度融合（Cage内外均有新骨桥形成）。Park等[28]对93例患者分别使用局部自体骨碎屑（50例）及自体髂骨（43例）作为ACDF椎间融合器的植骨材料，发现二者融合率相当（24个月：88.0%vs 86.6%），但自体骨碎屑组不存在髂骨取骨的相关并发症，且将骨碎屑植于Cage外侧时，随访中也发现较高的移植物外骨桥形成率（12个月：74%）。骨碎屑总体报道的融合率低于骨颗粒，可能与其收集量不足、高速磨钻的热及机械损伤效应影响其骨细胞活性、成骨潜能及骨诱导能力等因素有关。

（3）局部自体骨与其它骨移植替代材料的对照研究,相关研究显示与骨移植替代材料相比，使用自体髂骨行颈椎融合的融合率更高[29]，而局部自体骨与其它骨移植材料的对照研究并不多。Pollock团队[30]在219名行ACDF患者的PEEK融合器中分别填充脱钙骨基质（122例）及局部自体骨（97例），平均随访18及19个月，结果显示局部自体骨组融合率更高（76%vs22%）且无翻修病例，脱钙骨基质组有5%患者需行翻修融合手术。提示不融合与PEEK融合器无关而与其中的植骨材料有关。Moo[31]等的研究纳入88名行双节段ACDF患者，其中53名使用同种异体结构性骨块（含松质及皮质骨），另外35名使用PEEK融合器+局部自体骨，平均随访42.8个月，结果显示PEEK+局部自体骨组获100%融合，而同种异体骨组在头侧终板的融合率为98.1%，尾侧终板为94.2%。Arnold等[32]的随机双盲对照研究将i-Factor™（凝胶样骨移植材料，165例）及局部自体骨（154例）分别填充于同种异体骨皮质环中行颈椎前路融合，2年随访显示二者临床疗效及融合率相当，i-Factor™组97.30%；局部自体骨组94.44%。以上研究结果提示与其它骨移植替代材料相比，局部自体骨的融合率具有一定优势。

2.2 正常椎体骨质作为移植物

尽管局部自体骨颗粒和骨碎屑的相关研究显示了其良好成骨潜能及作为ACDF移植物的高融合率，但这两种植骨材料多来源于椎体骨赘，有学者认为，骨赘为病理性肥厚硬化骨，和髂骨相比其成骨潜能低，破骨细胞负荷高，更易出现骨吸收[13]，且颈椎轻度退变患者骨赘较少，可能无法获得充足植骨量。因此在不破坏邻近椎体生物力学强度的前提下，可考虑使用正常椎体骨质作为补充植骨材料[33]。

Min等[34]研究发现正常椎体骨质中的骨髓干细胞的成骨潜能和髂骨一致，认为其可作为骨移植的合适材料。Pitzen等[35]和Walterscheid等[36]的生物力学研究结果显示去除一定大小的椎体骨质后，椎体生物力学强度未出现明显降低。国内学者Liu等[33]从颈椎手术节段椎间隙切取邻近椎体单侧侧方部分骨质作为补充植骨材料（长和宽约为2～3 mm，最大限度保留椎体完整性，且不影响螺钉植入）。43例使用该方法的患者平均随访39.3个月，所有病例获明确椎间融合，其中单节段Cage下沉发生率为5.3%，双节段为17.6%。其认为该方法保留了大部分椎体及终板骨质，不增加Cage下沉发生率，当ACDF术中无法获取足够自体松质骨时，是一种安全有效的补充植骨方法。

尽管该方法有相关的基础及临床研究，但在临床应用中很难精确切除椎体骨质，仍存在破坏椎体稳定性的风险，因此应用需谨慎，不宜将其作为常规首选取骨方法，在局部自体骨量不足时，可考虑使用其它骨移植替代物。

3 总结及展望

颈椎前路局部自体骨椎间植骨技术根据骨来源分为局部减压骨颗粒、高速磨钻磨出骨碎屑及正常椎体骨质，相关的基础研究及初步临床研究已证实该技术的可行性及有效性。对比自体髂骨植骨可减少取骨区相关并发症，与其他骨移植替代物对比又可确保融合率，且不产生额外费用。未来的研究方向将集中于如何更好收集局部自体骨（既保证充足植骨量又不会破坏椎体的完整性及稳定性）、提高其骨细胞活性及成骨潜能，以及通过进一步的临床前瞻性对照研究将不同局部自体骨植骨技术和骨移植替代物进行比较，以明确其临床适用性、远期融合率及手术疗效。