引用本文： 马龙冰, 贾云兵, 宋跃明, 李涛, 刘立岷, 龚全, 刘浩, 曾建成, 周忠杰, 马立泰. 聚氨基酸/纳米羟基磷灰石/硫酸钙椎间融合器在腰椎融合术中的初步应用. 中国修复重建外科杂志, 2016, 30(3): 328-335. doi: 10.7507/1002-1892.20160065 复制
腰椎融合的目的是防止不稳定节段退变进一步发展，并通过各种术式重建腰椎稳定性，临床上常采用椎间植骨融合、钉棒系统内固定来重建退变椎体的稳定性[1-2]。目前临床用于制作椎间融合器（Cage）的材料主要有自体骨、同种异体骨及人工骨，各种材料均有利弊。其中，聚醚醚酮（polyetheretherketone，PEEK）Cage具有最接近骨骼的弹性模量、透射线性、防止应力遮挡等特点，以及高强度、硬度及良好生物相容性，是理想的Cage类型[3]；但其材料本身是生物惰性的，且制作费用昂贵，严重限制其临床推广应用；近来也出现了关于PEEK Cage不良反应的报道[4-5]。聚氨基酸/纳米羟基磷灰石/硫酸钙（polyaminoacid/nano-hydroxyapatite/calcium sulfate，PAA/HA/CS）支撑型复合骨植入物（简称PHC Cage）是一种新型仿生复合骨修复替代材料。本研究采用随机对照临床试验，通过比较采用PHC Cage与PEEK Cage行腰椎融合术的患者临床资料，探讨PHC Cage的临床疗效及安全性，为其推广应用提供数据支持。报告如下。
1 临床资料
1.1 患者选择标准
纳入标准：①年龄18～70岁，性别不限；②单节段退变性腰椎疾病需行椎间支撑融合者；③采用经后路椎间盘髓核摘除和/或滑脱腰椎复位、椎管减压、椎间及后外侧植骨融合、钢板螺钉内固定治疗。排除标准：①体质量指数（body mass index，BMI）≥28 kg/m2[6]；②合并局部或全身感染；③严重的肝、肾、脑、心血管、呼吸和内分泌等系统疾病，不能耐受手术；④手术节段有感染或终板硬化；⑤合并颅脑损伤伴有意识障碍；⑥已知的对内植物成分过敏者；⑦骨质疏松症，骨密度T值≤—2.5；⑧合并下肢多发性动脉闭塞症；⑨妊娠期或哺乳期妇女；⑩过去1年内有酗酒、吸烟≥40支/d或药物滥用者；⑪过去3个月内参加过其他临床试验的受试者；⑫研究者判定依从性差，不能按照验证方案完成验证或不适合参加试验者。
2014年3月－9月，共30例患者符合选择标准纳入研究，随机分为试验组（20例）及对照组（10例）。试验组于术中植入PHC Cage（商品名：国纳爱纳康；四川国纳科技有限公司），见图 1；对照组植入PEEK Cage（商品名：Capstone；Medtronic Sofamor Danek公司，美国）。本研究获四川大学华西医院医学伦理委员会批准，患者均签署知情同意书。
图1
PHC Cage外观
Figure1.
Appearance of PHC Cage
1.2 一般资料
试验组：男10例，女10例；年龄28～70岁，平均49.2岁。其中腰椎滑脱14例（L4 8例，L5 6例），Meyerding分度Ⅰ度11例、Ⅱ度3例，其中峡部裂型4例、退变型10例；椎间盘突出症2例（L4、5 1例，L5、S1 1例）；L4、5平面椎管狭窄症1例；L5、S1椎间盘突出并椎管狭窄症3例。手术节段：L4、5 10例，L5、S1 10例。病程1～10年，平均3.4年。
对照组：男3例，女7例；年龄36～68岁，平均48岁。其中腰椎滑脱6例（L4 3例，L5 3例），Meyerding分度Ⅰ度5例、Ⅱ度1例，其中峡部裂型2例、退变型4例；椎间盘突出症2例（L1、2 1例，L4、5 1例）；L5、S1椎间盘突出并椎管狭窄症1例；L4、5椎间盘突出症摘除术后复发1例。手术节段：L1、2 1例，L4、5 5例，L5、S1 4例。病程1～7年，平均3.6年。
两组患者均主要表现为腰腿痛、下肢放射疼痛或麻木。术前均行腰椎正侧位X线片、CT三维重建检查。两组患者性别、年龄、病变类型、手术节段、病程及术前融合节段椎间隙高度、融合节段前凸曲度、Oswestry功能障碍指数（ODI）等一般资料比较，差异均无统计学意义（P > 0.05），具有可比性。见表 1～3。
表1
两组手术前后融合节段椎间隙高度比较（mm，
表2
两组手术前后融合节段前凸曲度比较（°，
表3
两组手术前后ODI比较（%，1.3 手术方法
两组术中操作一致。患者均于气管插管全麻后取俯卧位，以腰椎手术节段棘突为中心沿后正中作一纵切口，逐层切开皮肤、皮下筋膜并电凝止血，钝性分离棘突旁肌肉、软组织，撑开器将椎旁肌肉撑向两侧，充分显露手术节段双侧椎板、横突及上、下关节突。术中C臂X线机透视定位确定融合固定节段，并植入双侧椎弓根螺钉，透视确认椎弓根螺钉位置满意。剪除手术节段椎体棘突，切除双侧椎板，根据受试者术前症状严重程度决定切除单侧或双侧关节突关节，以充分减压椎管。切除的骨组织剪成碎粒植骨备用。经单侧椎间孔暴露椎间盘，保护神经根的同时使用配套器械切除椎间盘髓核及邻近上、下终板软骨；腰椎滑脱症患者加以复位操作。随后向椎间隙逐级击入不同大小的Cage试模，当椎间盘高度恢复后，选择与试模模型型号相同的Cage；将Cage植入椎间隙，制备的碎骨粒填充至Cage两侧椎间隙中，适当加压融合间隙，完成椎间融合操作。组装椎弓根螺钉连接杆及横连，随后行小关节间及横突间植骨。大量生理盐水冲洗手术区域，术野彻底止血。安置血浆引流管1根自切口引出并固定，逐层关闭切口，敷料包扎。试验组PHC Cage型号：S/I/26×12×10/1 9例、S/I/26×12×12/1 6例、S/I/24×12×12/1 3例、S/I/24×12×10/1 1例、S/I/24×12×8/1 1例；对照组PEEK Cage型号：08×22 2例、08×26 2例、10×22 3例、12×26 2例、08×28 1例。
1.4 术后处理
术后常规镇痛，静脉应用抗生素预防感染1 d；术后1～3 d拔除引流管后，佩戴腰部支具进行腰背肌功能锻炼；1周后佩戴外固定支具下床活动。
1.5 疗效评价指标
记录手术时间、术中出血量及自体血回输量。术前、术后1周及3、6、12个月行腰椎正侧位X线片及病变节段CT三维重建，分别测量融合节段椎间隙高度（上位椎体下终板后缘至下位椎体上终板的垂直距离）及融合节段前凸曲度（上位椎体下终板及下位椎体上终板的Cobb角），评价手术改善效果；术前及术后3、6、12个月分别行ODI检查。
术后采用CT三维重建观察两组Cage破裂、移位、沉降等情况。CT扫描需完整包含植骨区域，采用连续薄层扫描，并对植骨区域进行矢状面和冠状面的三维重建；将获得的CT图像调整至骨窗，选取能够反映植骨区域最大面积的矢状面、冠状面作为评估图像，评价椎间植骨融合情况。依据Brantigan植骨融合分级标准分为5级[7]，本组定义D、E级视为成功融合，A、B、C级视为不融合。
1.6 统计学方法
采用SPSS17.0统计软件进行分析。计量资料以均数±标准差表示，数据服从正态分布且方差齐性时，组内各时间点间比较采用重复测量方差分析，两两比较采用配对t检验；数据属偏态资料或方差不齐时采用秩和检验；两组间比较采用独立样本t检验。检验水准α=0.05。
2 结果
两组患者手术时间、术中出血量及自体血回输量比较，差异均无统计学意义（P > 0.05），见表 4。术后两组患者切口均Ⅰ期愈合。术后试验组和对照组各1例出现尿路感染、对照组1例发生脑脊液漏及肺部感染，经积极抗感染、对症治疗均治愈。两组患者均获随访，随访时间12个月。两组患者Cage位置良好，无移位或塌陷，椎间高度未见明显丢失，Cage与椎体间无界面，植骨融合已基本完成。两组患者术后各时间点融合节段椎间隙高度、融合节段前凸曲度及ODI均较术前显著改善，差异有统计学意义（P < 0.05）；术后除3个月ODI与6、12个月比较差异有统计学意义（P < 0.05）外，其余各指标术后各时间点间比较差异均无统计学意义（P > 0.05）；术后各时间点两组间各指标比较，差异均无统计学意义（P > 0.05）。见表 1～3。术后12个月，依据Brantigan植骨融合分级标准，试验组E级5例、D级13例、C级2例；对照组E级4例、D级5例、C级1例；两组植骨融合率均为90%。见图 2、3。
表4
两组患者手术时间、术中出血量及自体血回输量比较（
图2
试验组患者，女，51岁，L4峡部裂型椎体滑脱（MeyerdingⅠ度），行经后路L4切开复位、椎管减压、PHC Cage植入、椎间及后外侧植骨融合、椎弓根螺钉内固定术 ⓐ 术前正侧位及左右斜位X线片 ⓑ 术后1周侧位X线片及CT示PHC Cage与上、下椎体贴合紧密，周围见植骨影 ⓒ 术后3个月CT示PHC Cage位置良好，未见移位或塌陷，椎间隙高度维持满意，植骨已开始融合 ⓓ 术后6个月CT示植骨融合程度进一步提高 ⓔ 术后12个月CT示PHC Cage位置良好，椎间隙高度未见明显丢失，Cage与椎体间无界面，植骨融合已基本完成
Figure2.
A 51-year-old female patient with isthmic spondylolisthesis at L4 (Meyerding degreeⅠ) in the trial group, who underwent posterior L4 vertebral opening reduction, spinal decompression, PHC Cage interbody implants, and posterolateral fusion with plate fixation screws ⓐ Preoperative anteroposterior and oblique X-ray films of the lumbar spine ⓑ Lateral X-ray film and CT at 1 week after operation, showing that PHC Cage tightly attached to the upper and lower vertebral bodies, and grafted bone was seen ⓒ CT at 3 months after operation, showing that PHC Cage was in good position, with no shift or collapse; the intervertebral height was maintained satisfactorily. The graft began fusion ⓓ CT at 6 months after operation, showing that degree of fusion was further enhanced ⓔ CT at 12 months after operation, showing that PHC Cage was in good position; disc height had no obvious loss; no interface was found between the Cage and the vertebrae; and spinal fusion completed
图3
对照组患者，女，41岁，L4、5椎间盘突出症摘除术后复发，行经后路L4、5椎间盘切除、椎管减压、PEEK Cage植入、椎间及后外侧植骨融合、L4、5椎弓根螺钉内固定术 ⓐ 术前正侧位X线片 ⓑ 术前MRI ⓒ 术后1周侧位X线片及CT示PEEK Cage及钢板、螺钉位置良好，未见滑脱或断裂，PEEK Cage与上、下椎体贴合紧密 ⓓ 术后3个月CT示PEEK Cage位置良好，椎间高度满意，植骨已开始融合 ⓔ 术后6个月CT示PEEK Cage较前无破裂、移位或下沉 ⓕ 术后12个月CT示PEEK Cage位置良好，椎间高度未见明显丢失，Cage与椎体间无界面，植骨融合已基本完成
Figure3.
A 41-year-old female patient with L4, 5 lumbar disc herniation recurrence after removing in the control group, who underwent posterior L4, 5 lumbar discectomy, spinal decompression, PEEK Cage interbody implants, and posterolateral fusion with plate fixation screws ⓐ Preoperative anteroposterior and lateral X-ray films ⓑ Preoperative MRI ⓒ Lateral X-ray film and CT at 1 week after operation, showing PEEK Cage, plate, and screw were in good position, with no shift or collapse, and Cage tightly attached to the upper and lower vertebral bodies ⓓ CT at 3 months after operation, showing that PEEK Cage was in good position; the intervertebral height was satisfactory, and the grafted bone began fusion ⓔ CT at 6 months after operat ion, showing no fracture, displacement or sinking of PEEK Cage ⓕ CT at 12 months after operation, showing that PEEK Cage was in good position; disc height had no obvious loss; no interface was found between the Cage and the vertebrae, and spinal fusion completed
3 讨论
3.1 腰椎融合术中Cage材料的选择
腰椎融合术是脊柱外科近年来应用最广泛的技术之一，适用于具有明显腰椎不稳表现的患者，目的是使相邻病变腰椎变得稳定，防止不稳定性腰椎节段退变进一步发展。Hibbs和Albee于1911年首先报道了脊柱融合术[8]，1988年Bagby[9]首次将Cage应用于脊柱融合。Cage利用界面固定原理植入椎间隙，对椎间隙具有撑开作用，同时利用“撑开-压缩张力带”效应提供术后即刻稳定性[10]，能为其中的植骨提供良好融合环境，使患者早期下床活动。Cage加椎弓根钉棒系统的使用可起到加压效果，获得脊柱前中后三柱稳定[11]。Cage植骨加内固定能够显著提高椎间融合率[12]。
目前临床上用于制作Cage的材料主要有自体骨、同种异体骨和人工骨材料，各种材料均有不足之处[13]。临床上常用的Cage主要有钛合金Cage和PEEK Cage[14]。钛合金Cage作为金属类材料与人体力学性能不匹配，容易引起植入物松动；且金属材料的Cage硬度大，弹性模量远大于椎体，易造成应力集中，导致骨吸收、椎体塌陷及Cage移位等并发症；另外，金属Cage对X线无通透性，对电磁场产生干扰，影响术后影像学评估[15-16]。故目前临床上多选用非金属Cage进行椎间融合。PEEK Cage是一种芳香族结晶型热塑性高分子材料，优点主要有：①为腰椎前、中柱提供更坚强的支持，增加初始稳定性，有利于维持椎间隙高度；②PEEK Cage中植入自体骨、同种异体骨或骨诱导材料等，能诱导界面骨细胞长入，促进骨性融合。目前认为PEEK材料的楔型Cage具有最接近骨骼的弹性模量、透射线性、防止应力遮挡等特点，能提供满意强度、硬度及良好的生物相容性，是较理想的Cage类型[3]。
3.2 PHC Cage的特点
本研究植入的PHC Cage是一种新型仿生Cage，PHC由60% PAA、30% HA与10% CS复合而成。PAA由6-氨基己酸、氨基丁酸、L-丙氨酸、L-苯丙氨酸、L-脯氨酸和羟脯氨酸等6种氨基酸构成，是一类在一级结构上以肽键为重复单元的生物活性高分子材料[17]。PAA在骨愈合过程中能够持续提供足够强度和硬度，具有良好的生物相容性，安全性高[18]，同时其降解速率可调节[19-20]。HA是一种活性生物陶瓷，钙、磷比率为1.67，是人及动物骨骼、牙齿的主要无机成分，对骨代谢过程中钙盐的沉积起到支架作用，而且还能诱导新骨形成，因此具有良好的生物相容性、生物活性及坚强的力学性能[21-25]。CS作为骨缺损修复材料，具有良好的骨传导性和生物相容性[26-27]，但也具有降解速率过快[28]、降解产物呈酸性易引发局部炎性反应等缺点。运用仿生学原理，将这两种不同性质且具有互补性的无机钙盐与PAA复合，形成PAA/HA/CS类骨科修复产品，在延续PAA良好生物学性能、易加工可塑性强的基础上，通过调节无机成分含量和CS/HA比例，可在更宽的范围内有效改善、控制和适应不同临床力学性能要求[29]。同时，钙离子的释放能促进骨骼生长和愈合；HA所提供的磷酸根离子，不仅能进一步提升材料的生物相容性，使材料具有优良的骨传导性，还能改善CS在降解过程中pH值较低、易形成不利于骨生长的弱酸性环境的问题。
将PHC Cage用于山羊腰椎的修复，结果表明在修复各时期椎间隙周围均未见明显炎性细胞浸润，材料有良好的组织相容性[30]。生物力学测试结果显示PHC Cage的平均抗压缩强度为80.74 MPa，远远大于髂骨的20.91 MPa，可以提供足够的机械力学强度[30-31]。PHC Cage的弹性模量为5.19 GPa，接近人椎体骨的弹性模量，并且远低于钛合金的弹性模量，从而减少了应力遮挡效应，降低Cage下沉发生率。PHC Cage上、下边缘设计为锯齿状，可增加其自稳性，有效防止Cage移位。解剖型Cage有利于维持脊椎正常的生理弧度，可与上、下椎体形成“面”接触，增大了Cage与终板的接触面积，为植骨融合创造了较好的生物力学环境。前期研究表明，PHC Cage的生物相容性好，生物活性高，对人体无毒副作用[30-32]；材料植入体内后，可与骨组织形成骨性结合[33]。
3.3 影像学检查结果
两组术后12个月融合节段椎间隙高度均较术后1周有所丢失，但差异无统计学意义（P > 0.05），各时间点两组间比较差异亦无统计学意义（P > 0.05）。Cinotti等[34]通过在干燥和新鲜的腰椎标本上研究椎间孔形态与椎间盘之间的关系，认为椎间孔狭窄与椎间隙高度丢失相关。因此，恢复相对椎间隙高度可以扩大椎间孔，间接减压神经根[35]。本研究结果提示，采用PHC Cage与PEEK Cage进行椎间融合后，椎间隙高度丢失少，能有效恢复并维持腰椎间正常解剖关系，扩大椎间孔，缓解神经根压力，重建脊柱载荷分配，为腰椎融合节段提供即刻生物力学支持。
两组术后12个月融合节段前凸曲度均较术后1周有所丢失，但差异无统计学意义（P > 0.05）；各时间点两组间比较差异亦无统计学意义（P > 0.05）。龙厚清等[36]使用Cage加自体骨块行经后路椎体间融合治疗退变性腰椎滑脱，发现腰椎前凸角由（5.8±2.2）°增加至（11.3±2.0）°。Kawakami等[37]发现融合节段的腰椎前凸角与术后症状恢复率间存在密切关系，认为恢复、维持融合节段的前凸角有利于改善手术疗效。在脊柱生理曲度中，腰椎前凸有利于负重和维持稳定，既增加了脊柱抵抗纵向压缩载荷的能力，也具有缓冲震荡的作用。腰椎融合内固定术的目的之一是恢复腰椎正常的生理曲度及椎间隙高度，使腰椎承载应力分布均匀，既有利于维持脊柱的远期稳定性，恢复腰椎本身的生物力学环境，也可积极防止邻近节段的进一步退变[38]。术后12个月，依据Brantigan植骨融合分级标准，两组融合率均为90%，无明显差异。
3.4 患者临床症状改善程度
本研究中，两组患者ODI均呈整体下降趋势，表明采用PHC Cage与PEEK Cage行腰椎融合术后均可明显缓解患者临床症状、改善生活质量。各时间点两组间ODI比较差异均无统计学意义，说明两种Cage在缓解患者临床症状、改善生活质量方面无显著差异。
鉴于患者受教育程度、理解能力不同，加之量表中部分条目对部分患者并不适用，ODI评价可能存在偏倚，不一定能反映腰椎融合术后患者最真实的感受、临床症状改善及生活质量提升程度等；且ODI量表不是专门针对腰椎融合术后患者临床症状改善的测定量表，其中未包括反映腰椎疾病症状、体征和治疗副作用的特异性条目，不能全面反映腰椎融合术患者的生存质量。因此，采用PHC Cage行腰椎融合的疗效以及与其他类型Cage的疗效差异，均有待采用更多客观评价标准进一步明确。
综上述，本研究结果表明，PHC Cage可有效恢复、维持融合节段椎间隙高度及腰椎稳定性，与PEEK Cage类似，用于腰椎融合术早中期临床疗效满意。但本研究尚存在以下不足：①纳入病例较少，仍需纳入大样本病例使结果更具说服力；②随访时间较短，仍需长期临床随访观察以评价远期疗效；③PHC Cage的推广应用还需进行跨地域、多中心临床研究，以排除术者手术习惯、操作技巧、患者体质差异、生活习惯等人为因素的干扰或偏倚，使结论更具普遍性。
腰椎融合的目的是防止不稳定节段退变进一步发展，并通过各种术式重建腰椎稳定性，临床上常采用椎间植骨融合、钉棒系统内固定来重建退变椎体的稳定性[1-2]。目前临床用于制作椎间融合器（Cage）的材料主要有自体骨、同种异体骨及人工骨，各种材料均有利弊。其中，聚醚醚酮（polyetheretherketone，PEEK）Cage具有最接近骨骼的弹性模量、透射线性、防止应力遮挡等特点，以及高强度、硬度及良好生物相容性，是理想的Cage类型[3]；但其材料本身是生物惰性的，且制作费用昂贵，严重限制其临床推广应用；近来也出现了关于PEEK Cage不良反应的报道[4-5]。聚氨基酸/纳米羟基磷灰石/硫酸钙（polyaminoacid/nano-hydroxyapatite/calcium sulfate，PAA/HA/CS）支撑型复合骨植入物（简称PHC Cage）是一种新型仿生复合骨修复替代材料。本研究采用随机对照临床试验，通过比较采用PHC Cage与PEEK Cage行腰椎融合术的患者临床资料，探讨PHC Cage的临床疗效及安全性，为其推广应用提供数据支持。报告如下。
1 临床资料
1.1 患者选择标准
纳入标准：①年龄18～70岁，性别不限；②单节段退变性腰椎疾病需行椎间支撑融合者；③采用经后路椎间盘髓核摘除和/或滑脱腰椎复位、椎管减压、椎间及后外侧植骨融合、钢板螺钉内固定治疗。排除标准：①体质量指数（body mass index，BMI）≥28 kg/m2[6]；②合并局部或全身感染；③严重的肝、肾、脑、心血管、呼吸和内分泌等系统疾病，不能耐受手术；④手术节段有感染或终板硬化；⑤合并颅脑损伤伴有意识障碍；⑥已知的对内植物成分过敏者；⑦骨质疏松症，骨密度T值≤—2.5；⑧合并下肢多发性动脉闭塞症；⑨妊娠期或哺乳期妇女；⑩过去1年内有酗酒、吸烟≥40支/d或药物滥用者；⑪过去3个月内参加过其他临床试验的受试者；⑫研究者判定依从性差，不能按照验证方案完成验证或不适合参加试验者。
2014年3月－9月，共30例患者符合选择标准纳入研究，随机分为试验组（20例）及对照组（10例）。试验组于术中植入PHC Cage（商品名：国纳爱纳康；四川国纳科技有限公司），见图 1；对照组植入PEEK Cage（商品名：Capstone；Medtronic Sofamor Danek公司，美国）。本研究获四川大学华西医院医学伦理委员会批准，患者均签署知情同意书。
图1
PHC Cage外观
Figure1.
Appearance of PHC Cage
1.2 一般资料
试验组：男10例，女10例；年龄28～70岁，平均49.2岁。其中腰椎滑脱14例（L4 8例，L5 6例），Meyerding分度Ⅰ度11例、Ⅱ度3例，其中峡部裂型4例、退变型10例；椎间盘突出症2例（L4、5 1例，L5、S1 1例）；L4、5平面椎管狭窄症1例；L5、S1椎间盘突出并椎管狭窄症3例。手术节段：L4、5 10例，L5、S1 10例。病程1～10年，平均3.4年。
对照组：男3例，女7例；年龄36～68岁，平均48岁。其中腰椎滑脱6例（L4 3例，L5 3例），Meyerding分度Ⅰ度5例、Ⅱ度1例，其中峡部裂型2例、退变型4例；椎间盘突出症2例（L1、2 1例，L4、5 1例）；L5、S1椎间盘突出并椎管狭窄症1例；L4、5椎间盘突出症摘除术后复发1例。手术节段：L1、2 1例，L4、5 5例，L5、S1 4例。病程1～7年，平均3.6年。
两组患者均主要表现为腰腿痛、下肢放射疼痛或麻木。术前均行腰椎正侧位X线片、CT三维重建检查。两组患者性别、年龄、病变类型、手术节段、病程及术前融合节段椎间隙高度、融合节段前凸曲度、Oswestry功能障碍指数（ODI）等一般资料比较，差异均无统计学意义（P > 0.05），具有可比性。见表 1～3。
表1
两组手术前后融合节段椎间隙高度比较（mm，
表2
两组手术前后融合节段前凸曲度比较（°，
表3
两组手术前后ODI比较（%，1.3 手术方法
两组术中操作一致。患者均于气管插管全麻后取俯卧位，以腰椎手术节段棘突为中心沿后正中作一纵切口，逐层切开皮肤、皮下筋膜并电凝止血，钝性分离棘突旁肌肉、软组织，撑开器将椎旁肌肉撑向两侧，充分显露手术节段双侧椎板、横突及上、下关节突。术中C臂X线机透视定位确定融合固定节段，并植入双侧椎弓根螺钉，透视确认椎弓根螺钉位置满意。剪除手术节段椎体棘突，切除双侧椎板，根据受试者术前症状严重程度决定切除单侧或双侧关节突关节，以充分减压椎管。切除的骨组织剪成碎粒植骨备用。经单侧椎间孔暴露椎间盘，保护神经根的同时使用配套器械切除椎间盘髓核及邻近上、下终板软骨；腰椎滑脱症患者加以复位操作。随后向椎间隙逐级击入不同大小的Cage试模，当椎间盘高度恢复后，选择与试模模型型号相同的Cage；将Cage植入椎间隙，制备的碎骨粒填充至Cage两侧椎间隙中，适当加压融合间隙，完成椎间融合操作。组装椎弓根螺钉连接杆及横连，随后行小关节间及横突间植骨。大量生理盐水冲洗手术区域，术野彻底止血。安置血浆引流管1根自切口引出并固定，逐层关闭切口，敷料包扎。试验组PHC Cage型号：S/I/26×12×10/1 9例、S/I/26×12×12/1 6例、S/I/24×12×12/1 3例、S/I/24×12×10/1 1例、S/I/24×12×8/1 1例；对照组PEEK Cage型号：08×22 2例、08×26 2例、10×22 3例、12×26 2例、08×28 1例。
1.4 术后处理
术后常规镇痛，静脉应用抗生素预防感染1 d；术后1～3 d拔除引流管后，佩戴腰部支具进行腰背肌功能锻炼；1周后佩戴外固定支具下床活动。
1.5 疗效评价指标
记录手术时间、术中出血量及自体血回输量。术前、术后1周及3、6、12个月行腰椎正侧位X线片及病变节段CT三维重建，分别测量融合节段椎间隙高度（上位椎体下终板后缘至下位椎体上终板的垂直距离）及融合节段前凸曲度（上位椎体下终板及下位椎体上终板的Cobb角），评价手术改善效果；术前及术后3、6、12个月分别行ODI检查。
术后采用CT三维重建观察两组Cage破裂、移位、沉降等情况。CT扫描需完整包含植骨区域，采用连续薄层扫描，并对植骨区域进行矢状面和冠状面的三维重建；将获得的CT图像调整至骨窗，选取能够反映植骨区域最大面积的矢状面、冠状面作为评估图像，评价椎间植骨融合情况。依据Brantigan植骨融合分级标准分为5级[7]，本组定义D、E级视为成功融合，A、B、C级视为不融合。
1.6 统计学方法
采用SPSS17.0统计软件进行分析。计量资料以均数±标准差表示，数据服从正态分布且方差齐性时，组内各时间点间比较采用重复测量方差分析，两两比较采用配对t检验；数据属偏态资料或方差不齐时采用秩和检验；两组间比较采用独立样本t检验。检验水准α=0.05。
2 结果
两组患者手术时间、术中出血量及自体血回输量比较，差异均无统计学意义（P > 0.05），见表 4。术后两组患者切口均Ⅰ期愈合。术后试验组和对照组各1例出现尿路感染、对照组1例发生脑脊液漏及肺部感染，经积极抗感染、对症治疗均治愈。两组患者均获随访，随访时间12个月。两组患者Cage位置良好，无移位或塌陷，椎间高度未见明显丢失，Cage与椎体间无界面，植骨融合已基本完成。两组患者术后各时间点融合节段椎间隙高度、融合节段前凸曲度及ODI均较术前显著改善，差异有统计学意义（P < 0.05）；术后除3个月ODI与6、12个月比较差异有统计学意义（P < 0.05）外，其余各指标术后各时间点间比较差异均无统计学意义（P > 0.05）；术后各时间点两组间各指标比较，差异均无统计学意义（P > 0.05）。见表 1～3。术后12个月，依据Brantigan植骨融合分级标准，试验组E级5例、D级13例、C级2例；对照组E级4例、D级5例、C级1例；两组植骨融合率均为90%。见图 2、3。
表4
两组患者手术时间、术中出血量及自体血回输量比较（
图2
试验组患者，女，51岁，L4峡部裂型椎体滑脱（MeyerdingⅠ度），行经后路L4切开复位、椎管减压、PHC Cage植入、椎间及后外侧植骨融合、椎弓根螺钉内固定术 ⓐ 术前正侧位及左右斜位X线片 ⓑ 术后1周侧位X线片及CT示PHC Cage与上、下椎体贴合紧密，周围见植骨影 ⓒ 术后3个月CT示PHC Cage位置良好，未见移位或塌陷，椎间隙高度维持满意，植骨已开始融合 ⓓ 术后6个月CT示植骨融合程度进一步提高 ⓔ 术后12个月CT示PHC Cage位置良好，椎间隙高度未见明显丢失，Cage与椎体间无界面，植骨融合已基本完成
Figure2.
A 51-year-old female patient with isthmic spondylolisthesis at L4 (Meyerding degreeⅠ) in the trial group, who underwent posterior L4 vertebral opening reduction, spinal decompression, PHC Cage interbody implants, and posterolateral fusion with plate fixation screws ⓐ Preoperative anteroposterior and oblique X-ray films of the lumbar spine ⓑ Lateral X-ray film and CT at 1 week after operation, showing that PHC Cage tightly attached to the upper and lower vertebral bodies, and grafted bone was seen ⓒ CT at 3 months after operation, showing that PHC Cage was in good position, with no shift or collapse; the intervertebral height was maintained satisfactorily. The graft began fusion ⓓ CT at 6 months after operation, showing that degree of fusion was further enhanced ⓔ CT at 12 months after operation, showing that PHC Cage was in good position; disc height had no obvious loss; no interface was found between the Cage and the vertebrae; and spinal fusion completed
图3
对照组患者，女，41岁，L4、5椎间盘突出症摘除术后复发，行经后路L4、5椎间盘切除、椎管减压、PEEK Cage植入、椎间及后外侧植骨融合、L4、5椎弓根螺钉内固定术 ⓐ 术前正侧位X线片 ⓑ 术前MRI ⓒ 术后1周侧位X线片及CT示PEEK Cage及钢板、螺钉位置良好，未见滑脱或断裂，PEEK Cage与上、下椎体贴合紧密 ⓓ 术后3个月CT示PEEK Cage位置良好，椎间高度满意，植骨已开始融合 ⓔ 术后6个月CT示PEEK Cage较前无破裂、移位或下沉 ⓕ 术后12个月CT示PEEK Cage位置良好，椎间高度未见明显丢失，Cage与椎体间无界面，植骨融合已基本完成
Figure3.
A 41-year-old female patient with L4, 5 lumbar disc herniation recurrence after removing in the control group, who underwent posterior L4, 5 lumbar discectomy, spinal decompression, PEEK Cage interbody implants, and posterolateral fusion with plate fixation screws ⓐ Preoperative anteroposterior and lateral X-ray films ⓑ Preoperative MRI ⓒ Lateral X-ray film and CT at 1 week after operation, showing PEEK Cage, plate, and screw were in good position, with no shift or collapse, and Cage tightly attached to the upper and lower vertebral bodies ⓓ CT at 3 months after operation, showing that PEEK Cage was in good position; the intervertebral height was satisfactory, and the grafted bone began fusion ⓔ CT at 6 months after operat ion, showing no fracture, displacement or sinking of PEEK Cage ⓕ CT at 12 months after operation, showing that PEEK Cage was in good position; disc height had no obvious loss; no interface was found between the Cage and the vertebrae, and spinal fusion completed
3 讨论
3.1 腰椎融合术中Cage材料的选择
腰椎融合术是脊柱外科近年来应用最广泛的技术之一，适用于具有明显腰椎不稳表现的患者，目的是使相邻病变腰椎变得稳定，防止不稳定性腰椎节段退变进一步发展。Hibbs和Albee于1911年首先报道了脊柱融合术[8]，1988年Bagby[9]首次将Cage应用于脊柱融合。Cage利用界面固定原理植入椎间隙，对椎间隙具有撑开作用，同时利用“撑开-压缩张力带”效应提供术后即刻稳定性[10]，能为其中的植骨提供良好融合环境，使患者早期下床活动。Cage加椎弓根钉棒系统的使用可起到加压效果，获得脊柱前中后三柱稳定[11]。Cage植骨加内固定能够显著提高椎间融合率[12]。
目前临床上用于制作Cage的材料主要有自体骨、同种异体骨和人工骨材料，各种材料均有不足之处[13]。临床上常用的Cage主要有钛合金Cage和PEEK Cage[14]。钛合金Cage作为金属类材料与人体力学性能不匹配，容易引起植入物松动；且金属材料的Cage硬度大，弹性模量远大于椎体，易造成应力集中，导致骨吸收、椎体塌陷及Cage移位等并发症；另外，金属Cage对X线无通透性，对电磁场产生干扰，影响术后影像学评估[15-16]。故目前临床上多选用非金属Cage进行椎间融合。PEEK Cage是一种芳香族结晶型热塑性高分子材料，优点主要有：①为腰椎前、中柱提供更坚强的支持，增加初始稳定性，有利于维持椎间隙高度；②PEEK Cage中植入自体骨、同种异体骨或骨诱导材料等，能诱导界面骨细胞长入，促进骨性融合。目前认为PEEK材料的楔型Cage具有最接近骨骼的弹性模量、透射线性、防止应力遮挡等特点，能提供满意强度、硬度及良好的生物相容性，是较理想的Cage类型[3]。
3.2 PHC Cage的特点
本研究植入的PHC Cage是一种新型仿生Cage，PHC由60% PAA、30% HA与10% CS复合而成。PAA由6-氨基己酸、氨基丁酸、L-丙氨酸、L-苯丙氨酸、L-脯氨酸和羟脯氨酸等6种氨基酸构成，是一类在一级结构上以肽键为重复单元的生物活性高分子材料[17]。PAA在骨愈合过程中能够持续提供足够强度和硬度，具有良好的生物相容性，安全性高[18]，同时其降解速率可调节[19-20]。HA是一种活性生物陶瓷，钙、磷比率为1.67，是人及动物骨骼、牙齿的主要无机成分，对骨代谢过程中钙盐的沉积起到支架作用，而且还能诱导新骨形成，因此具有良好的生物相容性、生物活性及坚强的力学性能[21-25]。CS作为骨缺损修复材料，具有良好的骨传导性和生物相容性[26-27]，但也具有降解速率过快[28]、降解产物呈酸性易引发局部炎性反应等缺点。运用仿生学原理，将这两种不同性质且具有互补性的无机钙盐与PAA复合，形成PAA/HA/CS类骨科修复产品，在延续PAA良好生物学性能、易加工可塑性强的基础上，通过调节无机成分含量和CS/HA比例，可在更宽的范围内有效改善、控制和适应不同临床力学性能要求[29]。同时，钙离子的释放能促进骨骼生长和愈合；HA所提供的磷酸根离子，不仅能进一步提升材料的生物相容性，使材料具有优良的骨传导性，还能改善CS在降解过程中pH值较低、易形成不利于骨生长的弱酸性环境的问题。
将PHC Cage用于山羊腰椎的修复，结果表明在修复各时期椎间隙周围均未见明显炎性细胞浸润，材料有良好的组织相容性[30]。生物力学测试结果显示PHC Cage的平均抗压缩强度为80.74 MPa，远远大于髂骨的20.91 MPa，可以提供足够的机械力学强度[30-31]。PHC Cage的弹性模量为5.19 GPa，接近人椎体骨的弹性模量，并且远低于钛合金的弹性模量，从而减少了应力遮挡效应，降低Cage下沉发生率。PHC Cage上、下边缘设计为锯齿状，可增加其自稳性，有效防止Cage移位。解剖型Cage有利于维持脊椎正常的生理弧度，可与上、下椎体形成“面”接触，增大了Cage与终板的接触面积，为植骨融合创造了较好的生物力学环境。前期研究表明，PHC Cage的生物相容性好，生物活性高，对人体无毒副作用[30-32]；材料植入体内后，可与骨组织形成骨性结合[33]。
3.3 影像学检查结果
两组术后12个月融合节段椎间隙高度均较术后1周有所丢失，但差异无统计学意义（P > 0.05），各时间点两组间比较差异亦无统计学意义（P > 0.05）。Cinotti等[34]通过在干燥和新鲜的腰椎标本上研究椎间孔形态与椎间盘之间的关系，认为椎间孔狭窄与椎间隙高度丢失相关。因此，恢复相对椎间隙高度可以扩大椎间孔，间接减压神经根[35]。本研究结果提示，采用PHC Cage与PEEK Cage进行椎间融合后，椎间隙高度丢失少，能有效恢复并维持腰椎间正常解剖关系，扩大椎间孔，缓解神经根压力，重建脊柱载荷分配，为腰椎融合节段提供即刻生物力学支持。
两组术后12个月融合节段前凸曲度均较术后1周有所丢失，但差异无统计学意义（P > 0.05）；各时间点两组间比较差异亦无统计学意义（P > 0.05）。龙厚清等[36]使用Cage加自体骨块行经后路椎体间融合治疗退变性腰椎滑脱，发现腰椎前凸角由（5.8±2.2）°增加至（11.3±2.0）°。Kawakami等[37]发现融合节段的腰椎前凸角与术后症状恢复率间存在密切关系，认为恢复、维持融合节段的前凸角有利于改善手术疗效。在脊柱生理曲度中，腰椎前凸有利于负重和维持稳定，既增加了脊柱抵抗纵向压缩载荷的能力，也具有缓冲震荡的作用。腰椎融合内固定术的目的之一是恢复腰椎正常的生理曲度及椎间隙高度，使腰椎承载应力分布均匀，既有利于维持脊柱的远期稳定性，恢复腰椎本身的生物力学环境，也可积极防止邻近节段的进一步退变[38]。术后12个月，依据Brantigan植骨融合分级标准，两组融合率均为90%，无明显差异。
3.4 患者临床症状改善程度
本研究中，两组患者ODI均呈整体下降趋势，表明采用PHC Cage与PEEK Cage行腰椎融合术后均可明显缓解患者临床症状、改善生活质量。各时间点两组间ODI比较差异均无统计学意义，说明两种Cage在缓解患者临床症状、改善生活质量方面无显著差异。
鉴于患者受教育程度、理解能力不同，加之量表中部分条目对部分患者并不适用，ODI评价可能存在偏倚，不一定能反映腰椎融合术后患者最真实的感受、临床症状改善及生活质量提升程度等；且ODI量表不是专门针对腰椎融合术后患者临床症状改善的测定量表，其中未包括反映腰椎疾病症状、体征和治疗副作用的特异性条目，不能全面反映腰椎融合术患者的生存质量。因此，采用PHC Cage行腰椎融合的疗效以及与其他类型Cage的疗效差异，均有待采用更多客观评价标准进一步明确。
综上述，本研究结果表明，PHC Cage可有效恢复、维持融合节段椎间隙高度及腰椎稳定性，与PEEK Cage类似，用于腰椎融合术早中期临床疗效满意。但本研究尚存在以下不足：①纳入病例较少，仍需纳入大样本病例使结果更具说服力；②随访时间较短，仍需长期临床随访观察以评价远期疗效；③PHC Cage的推广应用还需进行跨地域、多中心临床研究，以排除术者手术习惯、操作技巧、患者体质差异、生活习惯等人为因素的干扰或偏倚，使结论更具普遍性。
