腰椎椎间融合术后椎间融合器沉降的研究进展

Abstract

目的

总结腰椎椎间融合术后椎间融合器沉降的临床研究进展，以期为该并发症的防治提供参考。

方法

广泛查阅近年来国内外相关文献，对腰椎椎间融合术后椎间融合器沉降的定义、发生发展规律、临床意义及危险因素等相关研究进展进行总结。

结果

目前，椎间融合器沉降的定义尚未统一，大部分文献将其定义为术后椎间隙高度降低超过 2 mm。椎间融合器沉降主要发生在术后早期。该并发症的发生从影像学上减弱了手术结果，进而影响临床效果，甚至导致手术失败。其发生与椎间融合器的尺寸和位置、术中椎体终板的处理、椎间融合器-椎间隙形态匹配情况、骨密度、体质量指数等多种因素密切相关。

结论

术前选择合适尺寸和外形的椎间融合器、术中尽量靠后外侧放置椎间融合器、轻柔操作防止椎体终板损伤、围术期积极抗骨质疏松治疗、教育患者适当控制体质量等，对于预防椎间融合器沉降的发生及保证良好手术效果具有重要临床意义。

椎间融合器在腰椎椎间融合术治疗腰椎退变性疾病中扮演着重要角色，通过使用椎间融合器撑开塌陷的椎间隙，使肥厚增生的韧带结构被拉伸、紧张、变薄，以获得椎管内神经血管结构的间接减压和椎体序列在冠状面及矢状面的重排；同时，以椎间融合器作为植骨载体实现椎间融合，使失稳节段重新获得稳定性，最终达到缓解腰腿痛的目的^[1]。然而，术后椎间融合器的沉降导致了椎间隙高度在一定程度上降低，使得前柱支撑减弱，局部腰椎前凸角度减小，韧带结构松弛褶皱，进而影响手术间接减压效果^[2-5]。因此，腰椎椎间融合术后融合器沉降的发生具有重要临床意义。本文从椎间融合器沉降的定义、发生发展规律、临床意义及危险因素等方面，对其临床研究进展进行综述。

1. 椎间融合器沉降的定义及发生发展规律

“沉降”是描述脊柱融合术后，椎间融合器突破终板进入相邻椎体内部，导致椎间隙高度降低的影像学术语^[2]。目前，关于椎间融合器沉降的定义尚未完全统一。Marchi 等^[3]根据腰椎侧位 X 线片上椎间隙高度降低的比值对椎间融合器沉降进行了分级描述。椎间隙高度降低 0～24% 为 0 级沉降，降低 25%～49% 为Ⅰ级沉降，降低 50%～74% 为Ⅱ级沉降，降低 75%～100% 为Ⅲ级沉降；其中 0、Ⅰ级为低级沉降，Ⅱ、Ⅲ级为高级沉降，此方法简单、易行。但在腰椎融合术后，椎间隙高度一定程度降低被认为是生物力学负荷导致终板重塑的正常过程，并无实质性的临床影响^[6]。因此，该分类方法中的 0 级描述并未明确将椎间融合器沉降导致的椎间隙高度降低和终板重塑导致的椎间隙高度降低区分开来。目前，大部分文献采用量化标准对椎间融合器沉降进行定义。有文献将椎间融合器沉降定义为术后椎间隙高度降低超过 3 mm^[7]；但实际上，当椎间隙高度降低超过 2 mm 时，即有可能产生与之相对应的临床症状。因此，为提高对术后椎间融合器沉降的识别，目前大部分文献将术后椎间隙高度降低超过 2 mm 定义为椎间融合器沉降^[2，8-11]。

目前关于椎间融合器沉降发生发展过程的报道差异较大。有作者认为椎间融合器沉降是术后晚期并发症。Choi 等^[9]对 90 例行前路腰椎椎间融合术（anterior lumbar interbody fusion，ALIF）患者的术后椎间融合器沉降进行生存分析，发现沉降发生的平均时间为术后 2.75 个月，术后 3、4 个月时沉降发生率分别为 63.4% 和 70.7%，最晚至术后 8 个月才发生。Rao 等^[2]对 147 例 ALIF 手术患者进行随访，发现所有沉降均发生在术后 6 周以后。Kim 等^[11]在后路腰椎椎间融合术（posterior lumbar interbody fusion， PLIF）中也报道了类似结论，他们发现经椎间孔入路腰椎椎间融合术（transforaminal lumbar interbody fusion，TLIF）后椎间融合器沉降发生的平均时间为 7.2 个月，最晚至术后 25 个月才发生。但目前较多学者认为椎间融合器沉降及椎间隙高度降低主要发生在术后早期，Kumar 等^[12]报道 ALIF 术后椎间融合器沉降主要发生在术后 15 d 内；Cheung 等^[13]报道 ALIF 术后绝大部分椎间融合器沉降（81.8%）发生在术后 3 个月内，随着随访时间延长，沉降不再出现显著进展；类似的，Marchi 等^[3]报道在极外侧腰椎椎间融合术（extreme lumbar interbody fusion，XLIF）后，大部分椎间融合器沉降（90.2%）在术后 6 周内被识别，术后 3 个月后沉降程度将不再显著变化。

目前认为，椎间融合器沉降主要是由于椎间融合器-椎体终板的界面载荷在界面分布不均，界面载荷超过椎体的承载能力所引起^[14-15]。Hakało 等^[14]通过生物力学试验模拟体内椎间融合器沉降过程发现，沉降在应力加载后即刻便开始发生；随着界面载荷的平均分布，在应力加载数分钟至 10 分钟后，时间-沉降曲线逐渐平缓，沉降速度逐渐变慢并进入终末期，且持续缓慢进展。关于沉降的终止，Lee 等^[16]通过对 79 例脊柱融合手术患者进行随访发现，当出现椎间骨融合、新生骨能够承受椎间融合器-椎体终板界面载荷时，沉降便不再进展。

2. 椎间融合器沉降的临床意义

理论上，椎间融合器沉降可导致椎间隙及椎间孔高度降低，前柱支撑减弱，使拉伸变薄的韧带结构再次松弛肥厚，从而弱化手术的间接减压效果，进而可能影响术后临床症状改善，但目前关于椎间融合器沉降对术后临床症状转归的影响却存在着争议。部分观点认为椎间融合器沉降无显著临床意义，不会对术后临床症状改善造成显著影响。Choi 等^[9]报道在 ALIF 术后，椎间融合器沉降虽然导致椎间隙高度平均降低 3.7 mm，达术后即刻椎间隙高度的 21.9%，但并未造成临床症状复发。Cho 等^[17]对比了骨质疏松和非骨质疏松患者在 PLIF 术后 1 年的临床及影像学效果，发现虽然骨质疏松患者的椎间融合器沉降发生率显著高于非骨质疏松患者，但两组术后临床症状改善并无显著差别。类似的，Oh 等^[18]通过对 102 例行 PLIF 患者随访发现，术后 1 年，发生与未发生椎间融合器沉降的患者腰腿痛改善情况依然无显著差异。Satake 等^[10]将 XLIF 术后椎间融合器沉降分为术中椎体终板损伤导致的术后即刻沉降、术后迟发型沉降两种模式，分析椎间融合器沉降发生与否及不同沉降模式对手术效果的影响，结果发现不同模式椎间融合器沉降组与未沉降组的临床疗效无显著差异。

然而部分观点却认为，椎间融合器沉降会明显影响患者术后临床症状的转归。Marchi 等^[3]报道在 XLIF 术后，椎间融合器沉降虽然未对远期临床症状改善造成明显影响，但在术后早期，其导致了明显的一过性腰痛，随着沉降稳定，腰痛随之缓解。作者认为沉降导致的早期相关性腰痛主要与局部骨变化（包括局部终板炎等）有关，随着时间推移及沉降稳定，局部骨变化逐渐消失，最后沉降患者获得了与未沉降患者相似的临床症状改善。Tohmeh 等^[5]报道 XLIF 术后临床症状的改善与椎间融合器沉降程度相关，沉降越明显，术后临床症状改善越差，当沉降>4 mm 时，术后 Oswestry 功能障碍指数（ODI）、生活质量评价及腰部疼痛视觉模拟评分（VAS）改善明显变差。最近，Lewandrowski 等^[19]报道了 1 例腰椎融合术后 6 个月下肢根性症状复发的患者，影像学检查发现手术节段的椎间融合器明显沉降，椎间融合器后方有巨大软组织隆起形成，作者认为是椎间融合器沉降导致撑开的椎间隙及椎间孔高度再次降低，韧带松弛褶皱增厚，压迫神经根从而导致根性症状复发。

除了对术后临床症状转归的影响外，椎间融合器沉降对椎间植骨融合率的影响也存在一定争议。Malham 等^[4]报道在 XLIF 术后 6 个月，椎间融合器沉降组的植骨融合率显著低于未沉降组；但随着随访时间延长，术后 12 个月时两组间融合率无显著差异。作者认为，椎间融合器沉降虽然延缓了融合进程，但并不会对最终融合结局造成明显影响。与之不同，Satake 等^[10]报道在 XLIF 术后 1 年，椎间融合器沉降组的植骨融合率显著低于未沉降组。作者认为，椎间植骨融合的发生需要相对稳定的生物力学环境，而椎间融合器沉降可导致椎间隙高度明显降低、手术节段椎间韧带结构复合体松弛、张力降低，脊柱三维排列改变、椎间融合器-椎体终板界面载荷分布不均导致局部出现生物力学失稳，因而不利于椎间植骨融合的发生，甚至假关节形成，从而导致手术失败和再次翻修。Macki 等^[20]在对 XLIF 术后椎间融合器沉降的荟萃分析中报道，椎间融合器沉降导致手术翻修率达 2.8%（41/1 470）；Marchi 等^[3]报道在 XLIF 术后需要翻修的患者中，60% 是由椎间融合器沉降导致的。

由此可见，无论是从术后近期疗效还是远期预后来看，椎间融合器沉降对手术效果均有不利影响，预防术后椎间融合器沉降对于获得良好手术效果具有重要临床意义。

3. 椎间融合器沉降的危险因素

一般而言，椎间融合器-椎体终板界面的应力和界面的支撑强度是否均衡，是决定椎间融合器沉降发生与否的先决条件^[21]，可受到手术操作或患者自身的多种因素影响。

3.1. 手术操作

椎体终板的完整性是保证其支撑强度的重要条件。Oxland 等^[22]认为椎体终板可以吸收和平衡终板下松质骨的压力分布，移除终板后，椎体的平均破坏载荷下降约 33%。Lowe 等^[23]在终板完整、部分切除和完全切除情况下对椎体进行压缩试验，比较各组的破坏负荷，结果表明，终板完整椎体的极限抗压强度明显高于终板被切除的椎体。Park 等^[24]报道在 TLIF 术后，椎体终板损伤使得椎间融合器沉降和移位发生率显著增加，因此术中处理终板时应轻柔操作，防止终板损伤，以期减少椎间融合器沉降的发生。

椎体终板的生物力学性能具有各向异性。Hou 等^[21]通过对终板的不同位置进行压痕试验，结果发现终板不同位置的强度存在差异，由前向后强度逐渐增强，紧邻椎弓根基底部的后外侧处质地最为坚强，相对于终板的中央部分，外周骺环具有更坚强的承载力。Zhang 等^[25]通过生物力学试验证明，选择足够长度的椎间融合器横跨终板双侧骨骺，可明显增加导致椎间融合器沉降的破坏载荷。Kim 等^[11]报道在 TLIF 术中，椎间融合器沉降与其在终板上放置的位置显著相关，椎间融合器放置越靠前越容易沉降。因此，基于终板生物力学性能的各向异性，选择合适长度的椎间融合器横跨骺环，同时使椎间融合器尽量靠后获得尽可能坚强的支撑，可能有助于减少术后沉降的发生。

椎间融合器-椎体终板界面应力是影响椎间融合器沉降的另一因素，该应力过高会增加椎间融合器沉降风险，椎间融合器选择过高导致的椎间高度过度增加，是引起椎间融合器-椎体终板界面应力增加的重要原因^[26]。Kaliya-Perumal 等^[27]在研究影响 XLIF 术后早期椎间隙高度降低的因素时发现，术中椎间隙高度撑开越多，术后椎间隙高度降低越多，因此选择合适高度的椎间融合器适当撑开椎间隙，对于减少术后椎间融合器沉降具有重要意义。有的学者建议根据术前椎间隙高度来选择椎间融合器高度^[28]，而有的学者则推荐根据术中撑开椎间隙所产生的牵张力来选择合适高度的椎间融合器^[26]。

3.2. 患者自身因素

骨密度被认为是影响椎体终板生物力学性能的重要因素^{[15，21，29]}。Hou 等^[29]通过生物力学试验发现，骨密度与椎体终板的破坏载荷紧密相关，在不改变终板强度分布规律的情况下，骨密度降低可导致终板的破坏载荷降低，进而增加椎间融合器沉降风险。Tempel 等^[30]指出，骨密度与经侧方入路腰椎椎间融合术后椎间融合器沉降具有显著相关性，当骨密度 T 值低于–1.0，其预测椎间融合器沉降的敏感性和特异性分别为 78.3% 和 68.2%。Park 等^[24]发现在 TLIF 术后，与无骨质疏松节段比较，骨质疏松节段发生椎间融合器沉降的风险升高 4.8 倍。随着经济社会的发展及人口老龄化进展，骨质疏松发病率也逐渐上升，这对脊柱融合手术提出巨大挑战，目前多种抗骨质疏松治疗方式已被报道可有效减少脊柱融合术后椎间融合器沉降^[31-32]。因此，在腰椎融合手术前应常规进行骨密度检测，对于骨质疏松患者应进行积极抗骨质疏松治疗，以期减少术后椎间融合器沉降的发生。

椎间隙形态是影响椎间融合器沉降的另一重要因素。Park 等^[24]在分析 TLIF 术后椎间融合器沉降的危险因素时发现，梨形椎间隙更容易出现椎间融合器沉降。作者认为，椎间融合器与椎间隙的匹配度将显著影响椎间融合器沉降，完美的椎间融合器-椎间隙匹配会增大二者接触面积，减小界面压强。而梨形椎间隙与椎间融合器匹配较差，接触面积较小，导致应力集中，因而容易出现椎间融合器沉降。随着 3D 打印技术的发展与成熟，根据术前椎间隙形态个性化定制椎间融合器，以达到椎间融合器-椎间隙的最佳匹配，可能有助于减少术后椎间融合器沉降的发生。

目前，体质量指数（body mass index，BMI）与椎间融合器沉降的相关性仍存在一定争议。Phan 等^[32]在分析 BMI 与 ALIF 术后椎间融合器沉降的相关性时发现，正常体质量、超重和肥胖 3 组患者的椎间隙高度降低程度无显著差异。但大多数文献仍认为，超重会显著增加椎间融合器沉降发生风险。Behrbalk 等^[33]报道发现，ALIF 术后椎间融合器沉降组的 BMI 显著高于未沉降组。Yao 等^[8]的研究也得出同样结论。因此，加强围术期宣教，教育患者适当控制体质量，可能有助于预防术后椎间融合器沉降的发生。

4. 总结

腰椎椎间融合术后椎间融合器沉降具有重要的临床意义，可导致术后临床症状改善不佳或产生新的临床症状，且不利于椎间植骨融合，甚至导致手术失败。因此，针对患者自身存在的危险因素进行积极干预，规范手术操作、个体化实施手术，对于预防术后椎间融合器沉降的发生及获得良好手术效果具有重要意义。

作者贡献：曾建成负责综述构思及设计、观点形成及文章审改；谢天航、濮兴孝、卢雨菲负责收集文献，对文章结构、逻辑等方面提供建议；赵龙负责文章构思、收集文献、撰写及修改文章。

利益冲突：所有作者声明，在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。项目经费支持没有影响文章观点。

Funding Statement

临床医学面上项目（2017FZ0093）

General Items of Clinical Medicine (2017FZ0093)