椎间融合器的研究进展

中国临床医学２００９年１２月第１６卷第６期ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＭｅｄｉｃｉｎｅ。

２００９．Ｖ０１．１６，Ｎｏ，６９４３椎间融合器的研究进展李佳欧云生（重庆医科大学附属第一医院骨科，重庆４０００１６）中图分类号Ｒ３１８．１９文献标识码Ａ・综述・ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＳｔｕｄｙｏｆＩｎｔｅｒｂｏｄｙＦｕｓｉｏｎＣａｇｅＬＩＪｉａＯＵＹｕｎｓｈｅｎｇＤｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＯｒｔｈｏｐａｅｄｉｃＳｕｒｇｅｒｙ，ｔｈｅＦｉｒｓｔＡｆｆｉｌｉａｔｅｄＨｏｓｐｉｔａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＭｅｄｉｃａｌ［．Ｉｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００１６，Ｃｈｉｎａ腰椎退行性滑脱、节段性不稳、椎间盘源性疾病、外伤性腰椎滑脱所致腰椎失稳引起的下腰痛、肢体运动感觉障碍，对非手术治疗无效者一般都需行腰椎固定融合术。

２０世纪５０年代，Ｃｌｏｗａｒｄ首先提出后路腰椎融合术（ＰＩ。

ＩＦ），该技术发展成为当今脊柱外科基本术式之一。

１９８６年Ｂａｄｇｙ和Ｋｕｓｌｉ—ｃｈ［１３设计出适用于人体的椎间融合器，即ＢＡＫ（ＢａｇｂｙａｎｄＫｕｓｌｉｃｈ）系统，并用于治疗退变性下腰痛。

此后，腰椎椎体间植骨融合技术有了较大发展，成为治疗腰椎退行性变的标准术式之一。

椎间融合’器亦在椎间融合术中的应用逐渐增多，其应用能维持椎间隙的高度、恢复前中柱的支撑、增加椎间孔容量、解除神经根受压、防止椎间隙塌陷及假关节形成。

辅助椎弓根钉内固定植入物叮增加后路固定的稳定性和提高腰椎的融合率Ｈ］。

近年来，腰椎Ｉ．日Ｊ融合器已广泛用于腰椎融合术。

随着脊柱生物力学的发展和腰椎椎间融合术的广泛应用．腰椎椎间融合器发展迅速。

其种类繁多。

本文对目前临床上常用的椎间融合器的材料研究作一综述。

１椎间融合器（Ｃａｇｅ）的设计原理椎间融合器的设计原理是根据Ｂａｇｂｙ【３。

提出的撑开一压缩稳定（ｄｉｓｔｒａｃｔｉｏｎ—ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔａｂｉｌｉｚａ—ｔｉｏｎ）效应。

Ｂｒｏｄｋｅ等＿］也通过实验证实Ｃａｇｅ的稳定性主要来源于其获得撑开一压缩效应和界面负荷均分作用。

即在植入椎间融合器后，撑开力能够使融合节段的肌肉、纤维环和前、后纵韧带处于持续张力状态下，使融合节段和融合器达到三维超静力学固定，同时其上、下螺纹能够旋入上、下终板，起自稳基金项目：重庆市卫生局课题（０６—０２—０２０１通讯作者欧云生，Ｅ—ｍａｉｌ：ｏｕｙｕｎｓｈｅｎ９２００１＠ｙａｈｏｏ．ｅｏｍ．ｃａ作用。

其次，椎间融合器具有良好的解剖学支架功能。

一方面，通过恢复椎间隙的高度，以恢复脊柱前、中柱的应力及稳定，恢复、维持、稳定脊柱固有生理凸起，扩大椎间孔，缓解神经根的受压。

椎Ｉ＇日Ｊ隙高度的恢复可以间接地复张由于椎间隙高度的丢失而致折叠的黄韧带和被压缩的纤维环，从而使中央椎管的狭窄得到明显地改善，增加椎管前后径，减轻原有椎管内占位口］。

另一方面Ｃａｇｅ还可以为脊柱提供即刻和早期的融合稳定性。

能够通过撑开一压缩所产生的作用力与反作用力获得抗剪切、旋转效应。

Ｃａｇｅ的中空结构为其内的松质骨的融合提供良好的力学环境，从而达到界面永久融合的目的。

２椎间融合器的材料研究自从椎间融合技术在临床上应用以来，以自体三面皮质骨为融合介质的传统技术在临床上得以广泛应用，但其存在生物力学和生物学的缺陷。

为寻找理想的替代材料，使这些材料符合人体生物力学特点，与人体组织有良好生物学的相容性，同时具有自体三面皮质骨优点，学者们在材料方面的研究从未停止过。

目前临床上使用的椎间融合器根据其材料可以分为：①金属类融合器。

大多为钛合金融合器，如ＴＦＣ、Ｈａｒｍｓ、ＢＡＫ椎间融合器等。

②非金属类融合器，如Ｂｒａｎｔｉｇａｎ碳纤维融合器、高分子聚醚醚酮（ＰＥＥＫ）、可吸收的聚一ＤＩ。

一乳酸（ＰＤＬＬＡ）融合器等。

２．１金属类椎间融合器目前用于制作椎间融合器的金属材料主要是钛合金。

１９７９年Ｗａｇｎｅｒ和Ｂａｇｂｙ等将一种壁上有许多／Ｊ，孑Ｌ的不锈钢中空圆柱状金属椎间融合器用于治疗马Ｗｏｂｂｌｅｒ综合征获得成功。

随后经过改良用于人体腰椎椎间融合术。

Ｒａｙ等对Ｂａｇｂｙ融合器作了改进，增加了螺纹，提高万方数据９４４ＣｈｉｎｅｓｃＪｏｕｒｅａｌｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＭｅｄｉｃｉｎｅ．２｛１｛１９．Ｖ０１．１６。

Ｎｏ．６中国临床１墓９：－２００９年１２月第１６卷第６期其抗拔出力、机械强度和稳定性。

其后逐渐发展成为目前临床常用的金属融合器。

以ＢＡＫ、ＲａｙＴＦＣ为代表。

均为螺纹状融合器。

ＴＦＣ最初用于椎问盘性下腰痛和Ｉ度腰椎滑脱，目前其适应证扩大至腰椎峡部崩裂滑脱、腰椎不稳等。

但在有些情况需要附加椎弓根内固定，如腰椎峡部裂滑脱。

在临床应用后期。

钛合金类腰椎间融合器不足之处逐渐表现出来：不能从Ｘ线片判断其内部骨融合情况、存在应力遮挡、异物感、金属结构松脱等并发症。

另外，可在ＣＴ、ＭＲＩ图像产生伪影不利于对融合器的影像学评价，价格比较昂贵，这些均限制其Ｉ临床应用。

２．２非金属类椎间融合器非金属融合器主要包括生物非吸收性椎问融合器和生物可吸收性椎间融合器，Ｉ临床上常用的椎间融合器为生物非吸收型椎间融合器。

目前已成为临床上最常用的椎间融合器之一。

主要由碳纤维（ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ）和聚醚醚酮（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ，ＰＥＥＫ）材料制成。

２．２．１碳纤维椎问融合器１９９１年，Ｂｒｉｔｉｇａｎ和Ｓｔｅｆｆｅｅ设计出应用于ＰＩ。

ＩＦ的碳纤维椎间融合器，并逐渐发展成为临床上常用的椎间融合器。

目前应用的碳纤维椎间融合器的弹性模量接近骨组织。

生物力学特性接近皮质骨，应力遮挡较小，能有效恢复脊椎生理弯曲。

其上下表面的棘状突起可有效地防止Ｃａｇｅ的滑移。

其突出的优点是碳纤维Ｃａｇｅ透光性好，前后缘镶有钛珠，可透过普通Ｘ线准确清晰的观察植骨融合情况。

碳纤维椎间融合器应用于临床取得了较好的临床效果。

Ｖａｄａｐａｌｌｉ等山。

设计的立方形碳纤维Ｃａｇｅ的主要特点是凸起的两个面与终板的凹面解剖曲率相嵌合，使它能与终板界面充分嵌合，增加与终板的结合面积，从而减少塌陷，提高稳定性。

促进骨融合。

人体ＩｒＳ：标本的体外力学实验发现该椎间融合器在结合椎弓根螺钉系统后所提供的稳定性与其它融合器相似。

但是据以往在人工关节和韧带蓖建方面的经验，碳纤维的组织结构能分离造成关节内感染、滑膜炎、淋巴扩散，且脆性大，容易造成融合器装置破坏，引起组织学反应。

２．２．２聚醚醚酮（ＰＥＥＫ）椎间融合器ＰＥＥＫ是一种人工合成的、高性能的、线形的芳香族、半水晶样多聚体。

１９９７年Ｓｃｉｅｎｔ’ｓ通过实验后应用ＰＥＥＫ椎问融合器于临床，它具有透光性好，可透过Ｘ线，也町行ＣＴ和ＭＲＩ检查，弹性模量较好，具有抗腐蚀性及生物相容性，减少植骨量，提高融合率。

ＰＥＥＫ是目前ｌ临床应用最广泛的椎间融合材料，被认为是理想的椎间融合器，其弹性模量接近正常人体骨组织一］。

由于其弹性模量与皮质骨相近，因此产生较小的应力遮挡。

能够刺激骨的生长。

取得良好的融合效果。

Ｒｏｕｓｓｅａｕ等［８３对５７例应用ＰＥＥＫ材料的椎间融合器进行３６０。

腰椎间融合，经Ｘ线评估其融合率达９８％，且能够纠正和维持腰椎前凸。

Ｄｅｓｏｇｕｓ等‘。

随访观察２（）例应用ＰＥＥＫ材料行腰椎间融合的患者。

无Ｃａｇｅ移位、塌陷等并发症，达到骨性融合．能够提供即刻的稳定性，认为单独应用ＰＥＥＫ材料的Ｃａｇｅ可以获得好的效果。

辅助椎弓根螺钉系统能够获得与钛合金同样的稳定性，并且减少与之接触椎体终板应力，增强骨传导。

虽然ＰＥＥＫ椎间融合器具有以上优点。

但也导致了一系列并发症：融合器松动、神经根损伤、融合器塌陷、椎间隙及椎间孔高度减小、椎间不融合等ｎ…。

该材料在正常负荷下产生碎屑，且影响骨融合。

２．２．３可吸收性椎间融合器采用高分子量的聚一ＤＬ一乳酸（ｐｏｌｙ—Ｄ，Ｌ－ｌａｃｔｉｃａｃｉｄＰＤＬＬＡ）制作可吸收性椎间融合器已应用于临床。

ＰＤＬＬＡ椎间融合器是１９６６年Ｋｕｌｋａｒｎｉ首次提出，由外消旋ＤＩ。

型乳酸或左旋Ｌ乳酸制备的聚一ＤＩ。

一乳酸（ＰＤＬＩ，Ａ）或聚一Ｌ一乳酸（ｐｏｌｙ—Ｉ，一ｌａｃｔｉｃａｃｉｄＰＩ。

ＬＡ）制作成体内植入物，特别是骨折内固定物。

ＰＬＬＡ的晶体部分难以被人体降解、吸收。

ＰＤＩ。

ＩＡ是一种完全非晶体结构的聚合物，可以被人体完全降解吸收。

单一的可吸收材料由于其理化特性，在应用过程中存在一定的问题，如机械强度差。

因此，复合另外一种可吸收材料可能更利于临床应用，由此衍生出不同比例的复合物。

临床上常用的可吸收椎间融合器为聚一Ｌ－乳酸（ＰＩ，Ｉ。

Ａ）和聚一ＤＬ乳酸（ＰＤＩ。

ＬＡ）按不同比例制成的复合物，如常用的（７０：３０）ＰＬＤＩ。

Ｉ。

Ａ（ｐｏｌｙ—Ｌ—ｌａｃｔｉｄｅ－ｃｏ—Ｄ，Ｌ－ｌａｃｔｉｄｅ）是指含有７０％ＰＩ。

ＬＡ和３０％ＰＤＩ。

Ｉ。

Ａ的复合物。

有研究ｕ１］显示，ＰＬＤＬＬＡ在屈、伸、轴向旋转及侧屈方面的节段稳定性优于金属融合器，后期其降解速度会影响骨融合。

还有将Ｐｌ』）Ｉ。

Ｉ。

Ａ与多聚乙醇酸（ｐｏｌｙｇｌｙｃｏｌｉｃａｃｉｄ，ＰＧＡ）按不同比例混合制成椎间融合器。

Ｔｏｔｏｒｉｂｅｐ等¨２３将羟基磷灰石（ＨＡ）颗粒混入ＰＤＩ。

Ｉ。

Ａ研制出Ｆ—Ｕ—ＨＡ／ＰＤｌ。

Ｉ。

Ａ两种材料按不同比例复合成的融合器，该材料能增加骨结合力。

除添加各种材料之外还可在材料内充填促进骨生长的各种生长因子以促进骨愈合，如在ＰＬＤＬＬＡ／ＰＧＡ或羟基磷灰石和胶万方数据中国临床医学２００９年１２月第１６卷第６期ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｌｉｎｉｃａｌＭｅｄｉｃｉｎｅ．２００９．Ｖ０１．１６．Ｎｏ．６９４５原复合物内充填自体髂骨或ｒｈＢＭＰ一２等。

但该类可吸收材料融合器亦有缺点，其机械强度低于相应不可吸收椎间融合器；内在脆性使其容易在手术的操作过程中碎裂；高浓度的降解产物（如酸类和晶体成分）有导致严重的组织反应。

如感染、骨质溶解的可能。

２．２．４同种异体螺纹融合器和自体骨异体骨螺纹融合器对椎问高度及生理曲度的维持并不理想，与自体三面皮质髂骨组比较，差异有统计学意义，异体骨螺纹融合器组病例大部分是在椎间隙塌陷状态下融合。

随访发现，绝大部分的异体骨螺纹融合器置入体内后的变化是在置入后２～４个月出现破裂，由于其破裂，失去支撑椎间隙的作用使椎间高度逐渐丢失，当上、下椎体接触或异体皮质骨碎片具有一定的支撑力时，骨融合在椎间隙塌陷状态下形成。

因此。

异体骨螺纹融合器不能保持完整的结构来抵抗轴向载荷和维持椎间高度及节段前凸，出现上述变化可能与异体骨移植的一个共同缺陷：异体骨吸收与新骨形成不同步有关。

另一方面，异体骨螺纹融合器在维持椎体高度及前凸上也不够理想。

自体松质骨包含成骨、骨诱导和骨传导三方面特性，是最好的融合材料。