Abstract
目的
探讨短节段椎弓根钉固定联合椎体内重组人 BMP-2（recombinant human BMP-2，rhBMP-2）和同种异体骨植骨对预防胸腰椎爆裂骨折术后伤椎骨缺损及矫正度丢失的效果。
方法
将 2013 年 6 月—2015 年 6 月收治并符合选择标准的 48 例胸腰椎爆裂骨折患者随机分为两组，每组 24 例，分别采用短节段椎弓根钉固定结合伤椎内同种异体骨植骨（对照组）或 rhBMP-2 和同种异体骨植骨（干预组）治疗。两组患者性别、年龄、致伤原因、损伤节段、椎体压缩程度、胸腰椎损伤分类及损伤程度（TLICS）评分、神经症状 Frankel 分级及术前 Cobb 角、伤椎前缘高度压缩率等一般资料比较，差异均无统计学意义（P>0.05），具有可比性。于术后 1 周及末次随访时测量两组患者 Cobb 角及伤椎前缘高度压缩率，并计算末次随访时内固定相邻上、下位以及伤椎相邻上、下位椎间隙高度改变和伤椎骨缺损程度。
结果
两组患者均获随访，随访时间 21～45 个月，平均 31.3 个月。两组骨折均愈合，干预组和对照组愈合时间分别为（7.6±0.8）、（7.5±0.8）个月，比较差异无统计学意义（t=0.336，P=0.740）。末次随访时两组神经功能 Frankel 分级均达 E 级。术后 1 周及末次随访时两组 Cobb 角及伤椎前缘高度压缩率均较术前显著改善（P<0.05）。术后 1 周两组 Cobb 角及伤椎前缘高度压缩率比较，差异均无统计学意义（P>0.05）；但末次随访时干预组上述指标均优于对照组（P<0.05）。末次随访时，两组内固定相邻上、下位以及伤椎相邻上、下位椎间隙高度改变比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。对照组患者术后椎体骨缺损发生率为 75.0%（18/24），干预组为 20.8%（5/24），两组比较差异有统计学意义（χ2=14.108，P=0.000）。发生椎体骨缺损患者中，对照组骨缺损程度为7.50%±3.61%，干预组为2.70%±0.66%，差异有统计学意义（t=6.026，P=0.000）。
结论
短节段椎弓根钉固定联合椎体内同种异体骨和 rhBMP-2 打压植骨，可有效维持伤椎高度及降低伤椎骨缺损程度。
Keywords: 胸腰椎爆裂骨折, 同种异体骨, 重组人BMP-2, 植骨
Abstract
Objective
To investigate the effect of preventing the loss of correction and vertebral defects after thoracolumbar burst fractures treated with recombinant human bone morphogenetic protein 2 (rhBMP-2) and allogeneic bone grafting in injured vertebra uniting short-segment pedicle instrumentation.
Methods
A prospective randomized controlled study was performed in 48 patients with thoracolumbar fracture who were assigned into 2 groups between June 2013 and June 2015. Control group (n=24) received treatment with short-segment pedicle screw instrumentation with allogeneic bone implanting in injured vertebra; intervention group (n=24) received treatment with short-segment pedicle screw instrumentation combining with rhBMP-2 and allogeneic bone grafting in injured vertebra. There was no significant difference in gender, age, injury cause, affected segment, vertebral compression degree, the thoracolumbar injury severity score (TLICS), Frankel grading for neurological symptoms, Cobb angle, compression rate of anterior verterbral height between 2 groups before operation (P>0.05). The Cobb angle, compression rate of anterior vertebral height, intervertebral height changes, and defects in injured vertebra at last follow-up were compared between 2 groups.
Results
All the patients were followed up 21-45 months (mean, 31.3 months). Bone healing was achieved in 2 groups, and there was no significant difference in healing time of fracture between intervention group [(7.6±0.8) months] and control group [(7.5±0.8) months] (t=0.336, P=0.740). The Frankel grading of all patients were reached grade E at last follow-up. The Cobb angle and compression rate of anterior verterbral height at 1 week after operation and last follow-up were significantly improved when compared with preoperative ones in 2 groups (P<0.05). There was no significant difference in Cobb angle and compression rate of anterior verterbral height between 2 groups at 1 week after operation (P>0.05), but the above indexes in intervention group were better than those in control group at last follow-up (P<0.05). At last follow-up, there was no significant difference of intervertebral height changes of internal fixation adjacent upper position, injured vertebra adjacent upper position, injured vertebra adjacent lower position, and internal fixation adjacent lower position between 2 groups (P>0.05). Defects in injured vertebra happened in 18 cases (75.0%) in control group and 5 cases (20.8%) in intervention group, showing significant difference (χ2=14.108, P=0.000); and in patients with defects in injured vertebra, bone defect degree was 7.50%±3.61% in control group, and was 2.70%±0.66% in intervention group, showing significant difference (t=6.026, P=0.000).
Conclusion
Treating thoracolumbar fractures with short-segment pedicle screw instrumentation with rhBMP-2 and allogeneic bone grafting in injured vertebra can prevent the loss of correction and vertebral defects.
Keywords: Thoracolumbar burst fracture, allogeneic bone, recombinant human bone morphogenetic protein 2, bone grafting
短节段椎弓根钉内固定通过韧带整复原理间接复位伤椎高度，但挤压破坏的骨小梁无法随之恢复，术后形成“蛋壳”样骨缺损[1-2]。我们既往通过对伤椎行硫酸钙植骨，术后随访发现仍存在 4.76%～21.29% 的骨缺损及矫正度丢失[3]。如何衡量伤椎所需植骨量，保证伤椎愈合质量，是当前亟待解决的问题。重组人 BMP-2（recombinant human BMP-2，rhBMP-2）具有极强的诱导成骨活性，能促进骨系细胞分化参与骨重建，但其是否能促进骨折椎体骨性愈合、预防伤椎骨缺损，目前临床未见报道。因此，我们采用前瞻性随机对照研究，比较单纯同种异体骨植骨与 rhBMP-2 结合同种异体骨植骨治疗胸腰椎爆裂骨折的临床疗效。报告如下。
1. 临床资料
1.1. 患者选择标准
纳入标准：① 新鲜单节段胸腰椎爆裂骨折；② 椎体压缩>30%；③胸腰椎损伤分类及损伤程度（TLICS）评分[4]≥4 分；④ 神经症状 Frankel 分级 D～E 级；⑤ 选择后路短节段椎弓根钉固定；⑥ 获完整随访。排除标准：① 陈旧性及病理性骨折；② 合并严重心、肺、肾功能疾病等其他手术禁忌证。
2013 年 6 月—2015 年 6 月，我科共收治需手术治疗的胸腰椎爆裂骨折 85 例，其中 48 例患者符合选择标准纳入研究。通过随机数字表法将患者分为两组，每组 24 例，对照组采用短节段椎弓根钉固定结合伤椎内同种异体骨植骨，干预组采用短节段椎弓根钉固定结合 rhBMP-2 联合同种异体骨植骨。本研究通过本院医学伦理委员会批准，入选患者均签署知情同意书。
1.2. 一般资料
干预组：男 16 例，女 8 例；年龄 27～53 岁，平均 39.1 岁。致伤原因：交通事故伤 8 例，砸伤 7 例，高处坠落伤 9 例。损伤节段：T12 6 例，L1 11 例，L2 7 例。椎体压缩 35%～52%，平均 39.3%。TLICS 评分 4～6 分，平均 5.3 分。神经症状 Frankel 分级 D 级 7 例，E 级 17 例。
对照组：男 11 例，女 13 例；年龄 29～57 岁，平均 36.1 岁。致伤原因：交通事故伤 12 例，砸伤 5 例，高处坠落伤 7 例。损伤节段：T12 3 例，L1 12 例，L2 9 例。椎体压缩 31%～55%，平均 40.6%。TLICS 评分 4～6 分，平均 5.2 分。神经症状 Frankel 分级 D 级 5 例，E 级 19 例。
两组患者性别、年龄、致伤原因、损伤节段、椎体压缩程度、TLICS 评分、神经症状 Frankel 分级及术前 Cobb 角、伤椎前缘高度压缩率[5]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。
表 1.
Comparison of imaging features between pre- and post-operation in 2 groups (n=24,
)
两组患者手术前后各影像学指标比较（n=24，
）
| 组别
Group |
Cobb 角（°）
Cobb angle (°) |
伤椎前缘高度压缩率（%）
Compression rate of anterior vertebral height (%) |
|||||||
| 术前
Preoperative |
术后 1 周
One week after operation |
末次随访
Last follow-up |
统计值
Statistic |
术前
Preoperative |
术后 1 周
One week after operation |
末次随访
Last follow-up |
统计值
Statistic |
||
|
*与术前比较 P<0.05，#与术后 1 周比较 P<0.05
*Compared with preoperative value, P<0.05;#compared with the value at 1 week after operation, P<0.05 | |||||||||
| 干预组
Intervention group |
10.7±4.6# | 2.5±1.0* | 6.7±0.9*# |
F=22.819
P= 0.000 |
31.4±6.4# | 5.5±1.6* | 6.6±3.3*# |
F=284.182
P= 0.000 |
|
| 对照组
Control group |
13.1±6.1# | 2.6±0.5* | 7.9±0.9*# |
F=22.579
P= 0.000 |
28.7±5.0# | 6.1±2.3* | 12.3±6.9*# |
F=124.748
P= 0.000 |
|
| 统计值
Statistic |
t=1.610
P=0.121 |
t=0.307
P=0.762 |
t=6.906
P=0.000 |
t=1.378
P=0.181 |
t=0.960
P=0.347 |
t=3.714
P=0.001 |
|||
1.3. 手术方法
所有患者术前先行体位手法复位，并计算伤椎体积丢失量，即伤椎原椎体体积与伤后体积差值。其中，伤椎原椎体体积=伤椎相邻上、下椎体体积之和/2；椎体伤后体积=（伤椎前缘高度+伤椎后缘高度）×（伤椎上缘椎体纵径+下缘椎体纵径）/2×（伤椎上缘椎体横径+下缘椎体横径）。
所有手术由同一组医师完成。患者于全麻下取俯卧位，定位伤椎平面后，作腰背部后正中切口，分离皮下组织、筋膜，剥离椎旁肌肉，显露伤椎及相邻椎体上下关节突；C 臂 X 线机透视下确定椎弓根钉进钉方向及深度，定位准确后，植入 4 枚适当长度的椎弓根钉、上连接棒后行撑开复位；经伤椎两侧椎弓根开口，利用自制撬拨器行终板撬拨复位，插入植骨漏斗，经椎弓根行椎体内植骨。对照组采用同种异体骨（北京鑫康辰医学科技发展有限公司）4～8 g 行打压植骨；干预组将同种异体骨（北京鑫康辰医学科技发展有限公司）4～8 g 与 2 mg rhBMP-2（杭州九源基因工程有限公司）咬碎混匀后打压植骨。打压植骨量均以伤椎体积丢失量的 1.5 倍计算。术毕冲洗、置管引流、逐层缝合。
1.4. 术后处理及观察指标
术后引流量<20 mL/d 时拔除引流管；引流管拔除后鼓励患者床上活动，术后 2 周戴硬质腰围下床活动。所有患者均于术后 1 年取出内固定物。
术前、术后 1 周及末次随访时行 X 线片及 CT 检查，采用 NEUSOFT PACS/RIS 软件（东软集团股份有限公司）测量伤椎 Cobb 角、伤椎前缘高度压缩率，测量术后 1 周及末次随访时内固定相邻上、下位以及伤椎相邻上、下位椎间隙高度，并计算两时间点各部位椎间隙高度差值；末次随访时观察伤椎骨缺损发生情况，并测算骨缺损程度[6]。
1.5. 统计学方法
采用 SPSS13.0 统计软件进行分析。计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用独立样本 t 检验，组内手术前后比较采用重复测量方差分析，两两比较采用配对 t 检验；计数资料组间比较采用 χ2 检验；检验水准 α=0.05。
2. 结果
术后患者切口均 Ⅰ 期愈合，无感染、创面不愈合等早期并发症发生。两组患者均获随访，随访时间 21～45 个月，平均 31.3 个月。骨折均愈合，干预组和对照组愈合时间分别为（7.6±0.8）、（7.5±0.8）个月，比较差异无统计学意义（t=0.336，P=0.740）。末次随访时，两组神经功能 Frankel 分级均达 E 级。术后 1 周及末次随访时两组 Cobb 角及伤椎前缘高度压缩率均较术前显著改善，差异有统计学意义（P<0.05），且术后两时间点间比较差异亦有统计学意义（P<0.05）。术后 1 周两组 Cobb 角及伤椎前缘高度压缩率比较，差异均无统计学意义（P>0.05）；但末次随访时干预组上述指标均优于对照组，差异有统计学意义（P<0.05），见表 1。末次随访时，两组内固定相邻上、下位以及伤椎相邻上、下位椎间隙高度改变比较，差异均无统计学意义（P>0.05），见表 2。
表 2.
Intervertebral height changes of 2 groups after operation (n=24,
)
术后两组患者各椎间隙高度改变（n=24，
）
| 组别
Group |
内固定相邻上位
Internal fixation adjacent upper position |
伤椎相邻上位
Injured vertebra adjacent upper position |
伤椎相邻下位
Injured vertebra adjacent lower position |
内固定相邻下位
Internal fixation adjacent lower position |
| 干预组
Intervention group |
0.95±0.37 | 1.64±0.7 | 1.49±0.62 | 1.86±0.72 |
| 对照组
Control group |
1.17±0.60 | 1.69±0.8 | 1.53±0.74 | 2.42±0.68 |
| 统计值
Statistic |
t=1.484
P=0.151 |
t=0.277
P=0.784 |
t=0.181
P=0.858 |
t=1.764
P=0.091 |
对照组患者术后椎体骨缺损发生率为 75.0%（18/24），干预组为 20.8%（5/24），两组比较差异有统计学意义（χ2=14.108，P=0.000）。发生椎体骨缺损患者中，对照组骨缺损程度为7.50%±3.61%，干预组为 2.70%±0.66%，差异有统计学意义（t=6.026，P=0.000）。见图 1、2。
图 1.
A 35-year-old male patient with burst fracture at L1 caused by falling from height in intervention group
干预组患者，男，35 岁，高处坠落伤致 L1 爆裂骨折
a. 术前侧位 X 线片示 Cobb 角 13°，伤椎前缘高度压缩率 18.4%；b. 术后 1 周侧位 X 线片示 Cobb 角 0°，伤椎前缘高度压缩率 2.6%；c. 术后 12 个月矢状位 CT 示无骨缺损发生；d. 术后 33 个月 X 线片示 Cobb 角 1°，伤椎前缘高度压缩率 3.1%
a. Preoperative lateral X-ray film, showing Cobb angle of 13° and compression rate of anterior vertebral height of 18.4%; b. Lateral X-ray film at 1 week after operation, showing Cobb angle of 0° and compression rate of anterior vertebral height of 2.6%; c. Sagittal CT scan at 12 months after operation, showing no defects in injured vertebra; d. Lateral X-ray film at 33 months after operation, showing Cobb angle of 1° and compression rate of anterior vertebral height of 3.1%
图 2.
A 40-year-old male patient with burst fracture at L1 caused by falling from height in control group
对照组患者，男，40 岁，高处坠落伤致 L1 爆裂骨折
a. 术前腰椎 CT 示爆裂骨折伴椎管占位；b. 术后 1 周侧位 X 线片示 Cobb 角 0°，伤椎前缘高度压缩率 2.8%；c. 术后 12 个月矢状位 CT 示存在明显骨缺损；d. 术后 29 个月侧位 X 线片示 Cobb 角 2°，伤椎前缘高度压缩率 4.5%
a. Preoperative CT scan, showing burst fracture with spinal canal occupied; b. Lateral X-ray film at 1 week after operation, showing Cobb angle of 0° and compression rate of anterior vertebral height of 2.8%; c. Sagittal CT scan at 12 months after operation, showing defects in injured vertebra; d. Lateral X-ray film at 29 months after operation, showing Cobb angle of 2° and compression rate of anterior vertebral height of 4.5%
3. 讨论
短节段椎弓根钉复位内固定主要是通过前纵韧带及后纵韧带的整复原理[7]来矫正椎体 Cobb 角、恢复伤椎高度，但伤椎骨小梁被挤压破坏后形态无法恢复[8]。我们通过术后随访发现，椎体内的骨缺损只能通过纤维组织填充，无法完成骨性愈合，形成所谓“蛋壳”样改变[9]。刘团江等[10]研究发现单纯行椎弓根钉复位固定的胸腰椎爆裂骨折患者，术后均存在达椎体体积约 25% 的骨缺损。我们通过对未行椎体内植骨的患者进行随访，发现术后伤椎骨缺损主要位于椎体上 1/3 中部即前柱的中央前缘部，骨缺损体积约为椎体原体积的 14.7%[11]。存在于椎体前缘中央部分及终板薄弱区附近的骨缺损势必影响脊柱前中柱的稳定性，使得椎体抗轴向负荷能力降低，容易发生“蛋壳”效应，导致椎体矫正度的丢失及后凸畸形的加重[12-13]。故伤椎内植骨尤为重要。
李利等[14]认为伤椎内植骨可以对椎体起到撑开复位的作用，恢复脊柱序列及维持伤椎矫正形态效果较后外侧植骨好。考虑到自体骨来源有限且取骨时存在供区疼痛等不良反应，目前临床上植骨主要以同种异体骨、人工骨为主[15]。同种异体骨与自体骨相比缺少活性细胞，成骨较慢，当植骨量少及终板未复位导致的椎间盘组织持续嵌入影响骨愈合时，椎体内植骨不能有效防止术后矫正度的丢失[16]。一方面，在椎弓根钉撑开复位的同时不能有效复位挤入伤椎的髓核及终板，髓核组织暴露于椎体完成抗原暴露，能产生大量炎性因子促进骨破坏，影响骨愈合；另一方面，椎间盘组织的机械性压迫干扰同种异体骨愈合过程，使受累骨质发生营养障碍，不断被吸收。如何对伤椎进行有效植骨是目前临床研究的主要问题。
rhBMP-2 具有极强的诱导成骨活性，在成骨早期可促进间质细胞、成纤维细胞等转化为骨系细胞，加快同种异体骨成骨速度；在骨形成后期还能刺激破骨细胞分化参与骨重建[17]，从而达到维持同种异体骨愈合与再吸收的平衡，保证椎体植骨愈合的质量。椎体骨缺损程度的降低加强了椎体强度，从而能有效维持伤椎椎体高度，避免 Cobb 角丢失及后凸畸形加重。本研究通过对 48 例胸腰椎爆裂骨折患者进行平均 31.3 个月的随访，结果表明 rhBMP-2 结合同种异体骨植骨能有效维持伤椎高度及 Cobb 角。
本研究中，一方面通过椎体前后缘高度、椎体横纵径计算伤椎体积，以伤椎体积丢失量 1.5 倍的同种异体骨打压植骨，保证植骨量；另一方面在术中利用器械对破碎终板进行撬拨复位，对伤椎行打压植骨，避免了髓核持续突入椎体压迫骨质，进而干扰同种异体骨愈合过程[18]。我们通过对 48 例胸腰椎爆裂骨折患者影像学资料分析发现，单纯行同种异体骨植骨的患者术后椎体骨缺损发生率为 75.0%，骨缺损程度为7.50%±3.61%；rhBMP-2 结合同种异体骨植骨患者术后骨缺损发生率为 20.8%，骨缺损程度为2.70%±0.66%，两组差异均有统计学意义。对于 rhBMP-2 结合同种异体骨植骨术后仍会出现骨缺损的原因，考虑是植入骨的再吸收与骨愈合无法保持平衡所致[19]。
综上述，我们认为短节段椎弓根钉固定辅助同种异体骨和 rhBMP-2 伤椎内打压植骨较单纯同种异体骨植骨能有效维持椎体高度、预防后凸畸形加重、降低伤椎骨缺损程度及发生率。本研究虽为单中心调查研究，但纳入患者均为我科收治的胸腰椎爆裂骨折，样本具有一定代表性，对于选择治疗方法及估计预后提供一定参考。
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