鈦網籠在頸前路手術后沉降的原因及改進策略

王慶男，董大明

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院骨五科，哈爾濱 150001)

頸椎退行性病變(如頸椎間盤突出癥)是常見的頸部疾病，目前在保守治療無效的情況下多采取手術治療。1911年，研究者第一次報道了椎體融合手術，此后，又有學者發表了第一份頸前路手術報告[1]。頸前路手術可以直接解除神經、脊髓來自腹側的壓迫，恢復頸椎生理曲度，重建頸椎穩定性，具有很好的療效和安全性。頸椎前路椎體次全切除植骨融合內固定術(anterior cervical corpectomy and fusion，ACCF)和頸椎前路椎間盤切除減壓植骨融合內固定術(anterior cervical discectomy and fusion，ACDF)是最為經典、應用最多的兩種頸前路術式。當壓迫僅限于椎間盤水平時，ACDF可以通過較小的手術創傷徹底地切除突出的頸椎間盤，但當壓迫擴展至椎體水平后，ACDF可能存在減壓不完全、視野受限等局限性，而采用ACCF可獲得更大的減壓范圍，包括減壓節段上下的椎間盤及后縱韌帶前的椎體[2]。在切除產生壓迫的間盤或椎體后，需要通過內置物來維持椎間隙高度，融合相應頸椎節段。目前，已有許多骨移植技術和材料開發出來用于頸前路手術。鈦網籠(titanium mesh cages，TMCs)在頸椎手術中的應用取得了良好的效果[3]。TMCs是目前ACDF和ACCF中應用最多的內置物，隨著應用的增加，TMCs術后沉降的問題也逐漸顯露?，F就TMCs沉降的原因及改進策略予以綜述。

1 TMCs的應用現狀及優點

關于頸前路手術內置物的研究有悠久的歷史，最早一般是從髂骨或腓骨取骨進行自體骨移植。自體骨移植有較高的融合率，一直被認為是骨材料移植的標準，但在供體部位可能會出現失血、感染、血腫及供區疼痛等問題，限制了自體骨移植的廣泛應用[4]。而后，出現了同種異體骨移植，并作為椎體重建的一種選擇。雖然避免了供區部位的并發癥，但同種異體骨移植存在排異、低融合率和高塌陷率等問題[5]。為了避免這些問題，TMCs被研發并逐漸獲得廣泛應用。

TMCs是由鈦合金制成的圓柱形網狀器材，有不同的尺寸，以滿足手術需要。用自體骨或同種異體骨填充后，為脊柱前柱提供支撐并使相應的頸椎節段逐漸融合，重建脊柱的正常序列與結構。Kandziora等[6]介紹了幾種TMCs，包括螺旋式TMCs、箱式TMCs和圓柱形TMCs，并在綿羊身上行ACDF后進行了生物力學的對比研究，結果發現，圓柱形TMCs能更好地承受縱向的延展和橫向的彎曲。目前，圓柱形TMCs在頸椎手術中仍是應用的主要類型。

TMCs使用便捷、操作簡單。在術中根據椎間高度修剪至合適大小，用松質粒狀骨填滿TMCs后即可放置于切除后的空間支撐椎體，簡化了取骨和手術過程，當椎體病變時，可將切除椎體碎塊填充至TMCs，若病變僅局限于椎間盤，則可將小塊的髂骨或同種異體骨填充至TMCs，取代了原來大塊的結構性自體骨或同種異體骨移植、節約費用的同時，在一定程度上避免了一些自體骨移植的并發癥。

目前，對頸椎手術臨床療效的評估通常采用日本骨科協會評估治療(the Japanese Orthopedic Association scores，JOA評分)、視覺模擬評分和頸部功能障礙指數，以比較術前和術后的疼痛程度及頸椎的功能改善程度。大量研究表明，應用TMCs的頸前路頸椎術后以及隨訪過程中，各種評分總體上均有改善，神經或脊髓壓迫癥狀均減輕或消失[7-12]。另有學者發現，在使用TMCs后，患者的癥狀得到顯著改善，且在隨訪中并無患者出現頸椎冠狀位和矢狀位的明顯不穩，說明TMCs的穩定性良好[13-14]。Niedzielak等[15]研究發現，使用TMCs的患者JOA評分、視覺模擬評分和NDI均顯著改善，且與其他類型內置物[如骨移植物、聚醚醚酮(poly-ether-ether-ketone，PEEK)籠]相比，并發癥的發生率也較低。

2 TMCs沉降的原因及應對策略

2.1TMCs沉降的診斷及影響 隨著TMCs在頸前路手術中的普及，某些不足也逐漸顯露出來。TMCs術后沉降是其最常見的并發癥，不僅影響術后椎體間的融合，還可能再次產生神經脊髓壓迫癥狀，嚴重者甚至需要二次手術[16]。目前對于沉降發生的定義尚無統一標準，通常將椎間高度下降>3 mm視為發生TMCs沉降[17]。TMCs沉降發生的時機多在術后3個月內，3個月后隨著TMCs中的植骨與周圍逐漸融合，發生沉降的可能性降低[18]。有文獻報道，大部分的TMCs可以實現骨性融合，達到實性骨融合的平均時間為5～7個月[12,19-21]?？梢栽谛g前、術后及隨訪中利用頸椎正側位片、CT等判斷頸椎節段在術后是否發生骨性融合或沉降[13]。目前判斷骨性融合的標準主要包括：在頸椎動立位片上融合區域無運動；融合區域可見連續小梁骨通過；融合區及螺釘周圍無透光區。由于某些時候TMCs在X線上與周圍骨質界限不明顯，因此對沉降及融合情況的判斷可能存在誤差，此時可通過CT輔助驗證，CT能夠較清晰顯示融合椎間是否有橋接骨小梁形成[3,11]。Lin等[22]對63例使用TMCs的ACCF患者進行了隨訪，其中有6例發生了TMCs沉降或移位。Guo等[23]的報道指出，在24例使用TMCs的ACCF患者中有3例(12.5%)發生了沉降，且有1例導致了上位椎體螺釘斷裂，需行二次手術治療。這一現象在許多頸前路手術中均有發生，應引起臨床醫師的高度重視。

TMCs沉降可導致術后頸部疼痛，嚴重的沉降甚至可導致頸椎后凸畸形[8]。同時，沉降后所導致的椎間高度丟失可造成黃韌帶皺褶或神經孔狹窄，進而導致神經或脊髓的再次壓迫，產生頸肩或上肢疼痛[8,24]。此外，沉降也會將TMCs的應力分散至前板和螺釘，使前板和螺釘承受更大的壓力，導致前板斷裂或螺釘退釘等[25-26]。黃篤等[27]對51例行ACCF的頸椎退行性病變患者的內置物沉降發生情況進行統計，其中17例患者發生了TMCs沉降，末次隨訪時沉降組患者JOA評分的改善率顯著低于未沉降組，可見TMCs沉降的發生可影響手術效果。Chen等[28]將輕度沉降(1～3 mm)和重度沉降(>3 mm)進行對比發現，重度沉降的患者JOA評分改善率更低，且發生沉降相關并發癥的可能性更大。這不僅說明沉降對患者的預后存在不良影響，也說明沉降引起的癥狀輕重與沉降的嚴重程度呈正相關。因此，如何降低沉降的發生率及減少沉降所帶來的并發癥是目前TMCs發展中應重點解決的問題。

2.2TMCs沉降發生的原因 沉降發生的原因主要包括：①TMCs與終板接觸面不完全吻合。有時TMCs的長度需要手工裁剪才能符合手術要求，而邊緣可能會因此變得更銳利，導致應力集中而使壓強變大；另外，手術節段的上下終板存在一定的傾斜角，可能導致TMCs放置不平衡而不能均勻承重[24]。②患者自身終板的強度。對于相鄰終板的處理，理想的狀態是刮至點狀出血而不完全破壞，這樣既可為骨融合提供更豐富的血運，同時又能提供更強的支撐強度，過多的刮除可使終板能夠承受的強度變低，從而使TMCs發生沉降[29]。③TMCs放置的位置。通常TMCs更偏向放置于椎體的前2/3，使TMCs的后緣接觸椎體的中央區域，而這個區域又是椎體最脆弱的地方，使TMCs的邊緣更容易扦插入疏松的松質骨從而發生沉降[30-32]；Okawa等[33]的研究顯示，如果TMCs放置的位置距離椎體前緣<1 mm，則可增加沉降的發生率；另外，由于鈦的彈性模量遠高于骨質的彈性模量，會產生應力屏蔽作用，而應力屏蔽使TMCs在椎體融合后仍承擔載荷，影響相鄰椎體的骨吸收[34]。④與患者自身骨質有關。骨質疏松患者的終板硬度更低，下位椎體的上終板容易在術后隨訪中發生接觸面塌陷導致沉降，這種情況在老年及絕經后的女性患者中更為多見[35]。⑤術中椎間隙撐開的角度過大。馬永剛等[36]對比了TMCs頸前路手術104例患者術中不同椎體撐開角度的使用情況發現，隨著術中撐開角度的增加，發生術后沉降的可能性增大。由于術中可以通過椎體撐開器來承擔了椎體間的壓力，而術后大部分壓力由TMCs單獨承受，術中撐開角度過大，需放置尺寸更大的TMCs，導致術后TMCs承擔負荷的加重。有學者建議，撐開高度為2～4 mm，超過這個范圍后，不僅增加沉降風險，還可能引發術后頸肩疼痛[37]。另外，術后頸椎過早地進行活動，也會使TMCs在局部產生微動而影響融合，增加沉降的發生。

2.3改善TMCs沉降發生率的策略 為了降低TMCs沉降的發生率，術者應努力減少可能導致術后沉降發生的因素，包括修剪TMCs時避免銳利的邊緣、避免過度撐開椎間隙和過度刮除終板以及在術后叮囑患者佩戴3～6周頸托、避免術后過早地進行頸椎大幅度活動、建議骨質疏松患者服用骨質疏松藥物等。

許多新型TMCs應用于頸前路手術。TMCs的一個改進方向為增加TMCs與椎體面的接觸面積，接觸面積越大，局部承受的壓強越小，沉降發生的可能性越低。為了增加與相鄰終板的接觸面積，一些設計者在傳統的TMCs中增加了端環或端帽，這種設計既可提高TMCs的最大承受能力，又不影響其剛度[13]。Fengbin等[8]設計的新型TMCs由兩個帶有一定彎曲角度的端帽組成，與以往端帽相比，這種端帽更能契合相鄰終板的形態，且為了增加與終板的接觸面積，這種端帽的面積更大，邊緣會超過鈦網柱體的邊緣，應用新型TMCs患者的術后沉降發生率及融合率均顯著優于傳統TMCs。Liu等[10]設計的新型TMCs有兩個特點，一是彎曲上方端帽使其更好地與終板吻合，并設計了平行的溝槽防止TMCs后移；二是使下方端帽傾斜以更好地適應下方終板形態；他們將新型TMCs與傳統TMCs治療連續性3級脊髓型頸椎病的療效和安全性進行比較發現，新型TMCs和傳統TMCs均可獲得良好的療效，但新型TMCs術后頸椎生理曲度和高度的恢復以及沉降的發生率均優于傳統TMCs。這些研究說明，端帽或端環可有效降低沉降率，提高融合率。然而，目前有端帽設計的TMCs仍然無法完全避免沉降發生，盡管端帽增加了受力面積，但減壓間隙常存在弧度和傾斜，使TMCs端帽并不能與經過刮除處理的終板完全吻合，從而導致受力不均。

另一個改進方向是對TMCs的形狀進行修改，使其更符合頸椎的生理曲度。TMCs的豎直圓柱形設計不能完全符合頸椎的前凸。武振方等[38]在TMCs植入前將其進行適當角度的預彎，并與傳統直鈦網進行對比，結果發現，預彎后的TMCs可以有效減小上下終板角度變化、椎間前后高度丟失及降低沉降率。因為椎體在矢狀位上平面并非完全水平，而是近似梯形，且由于頸椎存在生理前凸，所以椎間隙常近似楔形。將TMCs預彎后更能貼合終板，符合生理曲度，從而更長時間牢固地固定上下椎體而不發生位置變化。這些新型TMCs的出現，使TMCs的設計越來越精細，更能符合人體力學，其有效性和安全性在臨床應用中也將得到驗證、提升。

目前有許多添加了新型生物活性材料的內置物被研發，可以將這些新材料與TMCs結合，通過升級器械材料本身降低沉降率。因為TMCs的彈性模量為110 Gpa，遠高于骨的彈性模量[39]，使TMCs在融合后仍承擔載荷，但會影響相鄰椎體的骨吸收。Oliveira等[39]對PEEK材料進行研究，在不同的涂料和熱暴露條件下對PEEK進行動態力學分析，結果顯示，有羥基磷灰石涂層的PEEK可以降低材料的疲勞應力衰減。這種改進思路對TMCs同樣也具有啟發，通過添加新材料或表面涂層，使TMCs更好地承擔頸椎椎體的應力。已有研究報道，純鈦表面加入梯度生物活性涂層材料后的生物相容性和骨誘導能力良好[40]。如果能夠利用該技術改進TMCs，頸前路手術患者的骨融合率及預后恢復將得到進一步提升。

3 小 結

在頸椎退行性病變的治療中，TMCs操作簡單便捷，符合手術需要。應用TMCs的頸前路手術的療效滿意，但可能發生TMCs頸前路手術后沉降及沉降相關并發癥，需要繼續改良TMCs的材料及形態，并在臨床及研究中繼續尋求方法，改善患者的預后。針對患者不同骨質、不同頸椎形態可進行個體化治療，結合目前新興的科技技術(如3D打印)，使用應力屏障更低的材料制備TMCs，從而增加TMCs使用的安全性。