可吸收椎间融合器的研究进展

摘要：退行性椎间盘疾病、椎间节段性不稳等是常见的脊柱外科疾病，严重影响患者的生活和工作，常需手术治疗。手术方式已由单纯椎间盘摘除术发展至目前比较常见的脊柱融合术。椎间融合器（cage）现已广泛应用于脊柱融合术中，避免自体骨移植相关并发症的发生。现阶段，用于临床椎间融合的主要是传统融合器，包括金属类、聚醚醚酮（PEEK）类、碳纤维类等。但是传统椎间融合器有应力遮挡、沉降、假关节形成等相关并发症的存在，影响术后效果。这些并发症很大程度上与传统融合器过剩的弹性模量及不可吸收性有关。相较于传统椎间融合器，可吸收椎间融合器因其较小应力遮挡效应、良好的X线透过性、可降解性及增加骨传导及促进成骨反应的发生等优势而成为临床研究应用中的热点。本文将从可吸收椎间融合器的材料应用、生物力学、可降解性及临床应用等几个方面对现有文献进行综述，期待对可吸收椎间融合器在脊柱融合术中的临床应用有所推进。

关键词：可吸收椎间融合器；脊柱外科

1可吸收椎间融合器的材料应用

1.1目前可吸收椎间融合器研究材料主要有以下3类：①聚乙醇酸（PGA）：降解周期短，主要用于可吸收缝合线，并不适合作为可吸收融合器的材料。②聚乳酸（PLA）：目前主流研究材料，相比PGA而言，PLA具有更适合的力学性质及更耐水解的特点。乳酸存在两个光学异构体，左旋（L）异构体和右旋（D）异构体。他们的均聚物称为左旋聚乳酸（PLLA）和右旋聚乳酸（PDLA）。L异构体与D异构体，等比例聚合形成外消旋聚乳酸（PDLLA）。常与非外消旋聚合物组成复合物。常见的70：30 PLDLLA。③聚合物复合无机材料：？K复合羟基磷灰石（HA）：聚乳酸复合羟基磷灰石，如PLLA/HA；聚己内酯（PCL）复合羟基磷灰石，如PCL/HA。？L复合磷酸钙（TCP）：聚己内酯复合磷酸钙，如PCL/TCP；多元氨基酸共聚物（MAACP）复合复合磷酸钙，如MAACP/TCP。

1.2可吸收材料的表征参数 其中最主要的是结晶度和分子量[1]。结晶度越高，刚度越强，降解速度越慢。分子量越高，聚合物机械强度越高。聚合物通过以链间次价键的形成和结构中分子量的缠绕增加聚合物的分子量，从而提高机械强度，同时降解周期变长。此外，有研究表明[2]，可吸收聚合物分子量的大小，通过间接控制界面的表面现象，最终决定聚合物复合材料诱导成骨的发生与否。

2可吸收椎间融合器的生物力学研究

Wuisman PI[3]等对PLLA cage进行了体外和体内的生物力学评价。体外实验中对三个山羊尸体的八个腰椎节段从力-形变曲线，屈服强度，极限屈服强度进行测定。体内实验中，一种是弹性cage（轴向压缩强度2 KN/mm，壁厚0.75 mm），一种是刚性cage（轴向压缩强度4 KN/mm，壁厚1.5 mm）对两种类型的PLLA椎间融合器进行了生物力学比较。通过以上实验得出，填充松质骨的PLLA cage可以在植入后提供充足的机械强度，且对运动节段的压缩强度不会产生消极影响。聚乳酸类融合器虽初始稳定性良好，但单一聚乳酸类材料存在自身隐患。材料的内在脆性，使外科手术中存在植入物破裂的风险。降解时局部环境的低pH，存在炎性反应及骨溶解的风险。而HA或TCP的加入可以有效控制其水解过程中的产酸率并提供一个良好的骨传导支架[4]。LiY等[5]设计了一种新型非植骨的聚己内酯-三磷酸钙（PCL-TCP）颈椎间融合器。融合器为三角形孔的蜂巢状表面，cage半径5 mm。并与钛合金cage，进行了生物力学特征的比较。6个月时，PCL-TCP cage组和钛合金cage组在负荷加载模式下的屈伸、侧弯ROM值均较正常的颈椎节段显著降低。而两者间在旋转负荷下钛合金组的ROM值显著降低。12个月时，两组间取得了等效的机械稳定性，而在运动范围方面无显著差异。

3可吸收椎间融合器的降解情况

可吸收椎间融合器的降解取决于材料种类、分子量分布、渗透率，设计中的蓬松度和孔隙度等，生产处理中的灭菌方式，局部环境中所承受的载荷量及pH值等[1]。此外，同种类材料中的组分比例也是影响降解的一个重要因素[6]。

3.1聚乳酸类的降解 Van Dijk M等[7]以PLLAcage实施腰椎融合术后，在山羊体内进行了为期4年的随访观察。在PLLAcage吸收过程中未见局部及全身不良反应的发生。第3年随访，一半的样本中PLLA完全被吸收，另一半中残留了约1%～10% PLLA原料。第4年随访，在偏振光显微镜下，5/7的样本中PLLA成分，剩余的样本约有1%的原料残留。Krijnen等[8]将70/30 PLDLLAcage植入山羊L3-L4节段，分别于3、6、12个月将其处死，3个月时，PDLLA cage出现了微小的裂隙，6个月时，出现了更多、更大的裂隙，12个月时出现了融合器的崩解现象。有文献报道70/30PLDLLA因过快的降解率导致产酸与清除不能相适应，从而导致融合不确切。

3.2聚合物复合材料类的降解 李嵩[9]等比较了PLLAcage与TCP-PLLAcage的降解特性。PLLA降解周期过长，在6个月时，只有少量的骨小梁与植入物连接，而融合器的结构几乎无改变，而TCP-PLLAcage植入不久，周围骨质与融合器连接。3个月时融合器出现降解迹象，含骨小梁的膜样组织浸润植入物。6个月时，植入物出现了部分崩解，形成大小均一与骨小梁网联碎片。

4可吸收椎间融合器的临床应用

4.1腰椎手术 Jiya[10]等对26例随机分组患者分别植入PEEK cage和PLDLLA cage，术后2年，两组之间对比，PEEK组的临床指标改善情况显著优于PLDLLA组。在VAS、ODI两项参数中，PDLLA组中只有10%的改善而PEEK组达到70%。融合率上，PEEK组为92%，而PLDLLA仅为50%。Smith AJ[11]等将81例患者分为两组，分别植入碳纤维cage和PLDLA cage，于术后6 w、3个月、6个月、1年进行随访，在碳纤维组无术后并发症的出现，而PLDLA组中8例形成假关节，8例出现cage迁移，1例出现断钉，1例出现切口裂开。

4.2颈椎手术 S？iderlund[12]等设计了一种以PLLA覆盖网状聚酯材料的新型cage，对17例颈椎病患者植入填装自体减压骨的cage，附加前路钢板固定。术后平均随访30个月。早期随访，无并发症的出现。最后一次随访中，16例患者神经症状完全缓解，2例患者出现比预期持续疼痛缓解较慢的情况，但无影像学异常，最终通过佩戴围领得以解决。1例患者出现颈部疼痛恶化表现。综上，临床目前应用的可吸收融合器不具备单独植入的固定强度。

5存在的问题及展望

传统融合器的形状，如中空螺纹的圆柱状、箱型、环状等设计结构用于可吸收椎间融合器中已无法提供融合过程中足够的稳定性。在可吸收融合器中应用拓扑优化策略，通过对可吸收融合器微观构架的设计，来克服传统融合器设计的不足[13]。此外，可吸收融合器本身的内在脆性、降解过程中局部环境的低pH等问题一直困扰着我们。单一的可吸收材料并不能很好的满足临床应用。可吸收融合器的材料应逐步从单一可吸收材料向复合材料发展，设计上应从传统的设计方案向微观结构的拓扑优化，以达到更好的临床预期。相信随着科技发展，可吸收融合器在未来的脊柱融合技术中定会大放异彩。

参考文献：

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