腰椎融合方法

第一节   腰椎融合手术方法

一、腰椎融合适应证和禁忌证

       腰椎融合术主要适应证为：1、腰椎管狭窄症需进行广泛椎板切除术而可能导致椎体节段失稳的；2、腰椎退变性滑脱或峡部不连所致滑脱；3、腰椎节段不稳定需融合手术者；4、椎间盘源性腰痛，需行融合手术者；5、 畸形矫正后需要融合固定者；6、腰椎再次手术、广泛减压后导致不稳的病例。

       患者全身情况差、难以耐受手术、手术部位有明确感染等均是腰椎融合术的禁忌症。另外，某些特定的患者在选择具体融合手术方法时还有一些其他的禁忌证。如果存在以下情况如：患者有严重骨质疏松，无法复位至接近Ⅰ度以内的腰椎滑脱，椎间隙严重狭窄已经稳定的，因原手术导致广泛硬膜囊外粘连或硬膜外瘢痕，无法充分安全分离、松解硬膜囊及神经根等情况等均是后路腰椎椎间融合的禁忌证。而由于经椎间孔腰椎椎间融合术经一侧椎间孔的外侧进入椎间隙，它却可适用于有硬膜外瘢痕、行后路腰椎椎间融合困难的再次手术患者。另外对于行后路融合手术后出现假关节，腰椎后路手术后需要翻修以及严重的III度以上的腰椎滑脱患者的融合则选择前路融合更为合适。

二、常用腰椎融合手术入路

（一）改良Hibbs植骨融合术

       沿棘突在脊柱中线切开皮肤及皮下组织，紧贴骨膜暴露椎板及小关节。从基底部切断棘突，保留深部的棘间韧带和椎板间的黄韧带完整，用骨刀从椎板和棘突根部将表面皮质骨凿下并翻开，直到显露粗糙的松质骨面，同时用骨刀将需要融合区的小关节表面皮质骨凿下翻开，如果融合区上下两端的棘突突起明显，则可以做斜形切除。将切断棘突切成碎片，放入植骨融合区，如果骨量不够，则可再从髂嵴后部或者从胫骨上端取骨，要求植骨块完全铺满需要融合区的椎板和小关节区。

（二）后外侧腰椎融合术

       后外侧融合术是腰椎融合术最常用的方法之一，腰椎后外侧融合的范围包括内侧和外侧柱。内侧柱是指椎弓根峡部的外侧面和对应节段的小关节，外侧柱即腰椎的横突部分。手术时常采用后方正中入路，然后向两侧暴露棘突、椎板、小关节及横突根部。融合时首先必须将内侧柱和外侧柱的皮质骨仔细去除，显露出松质骨，再将骨移植物放置在去皮质的横突、小关节突间，进行融合后常规还需要行辅助器械内固定，这样可以减少节段间的运动，增加融合率。

（三）后路腰椎椎间融合术

       手术时常规采用腰部后正中切口，显露双侧椎板及小关节。切除病变节段的上下椎板各1/2左右，向两侧切除小关节内侧1/2部分，切除椎板间黄韧带，显露硬膜囊及神经根。保护上位椎体的棘突上半部分和下位椎体棘突的下半部分及各自与相邻椎体的棘突间韧带。用神经拉钩将硬膜囊及神经根轻轻拉向中线，显露出椎间盘，切开纤维环并切除椎间盘，用环状刮勺刮除椎间盘上下软骨板，显露出椎体终板。同法从另一侧切除椎间盘及软骨板。用椎间融合器试模确定合适型号椎间融合器，将切除的椎板咬碎填入椎间隙前部，分别由两侧将填入碎骨的融合器植入椎间隙内，或取合适高度的自体骨块植入椎间隙。于相邻上下椎体拧入椎弓根螺钉，并于椎弓根螺钉间进行加压固定。

（四）经椎间孔腰椎椎间融合术

       经椎间孔腰椎椎间融合术的操作主要分为四步：显露脊椎并安置椎弓根钉；显露椎间盘；切除椎间盘、植入前方支撑物；通过后方椎弓根内固定施加压缩应力并于后外侧植骨。（1）显露脊椎并安置椎弓根钉：后正中切口显露脊椎，注意保护棘上和棘间韧带，骨膜下剥离椎旁肌直到横突尖部，注意避免损伤小关节囊，根据术前症状和影像学表现选择行经椎间孔腰椎椎间融合术的部位，如果椎间盘突出或椎间孔狭窄存在于一侧，则在该侧行经椎间孔腰椎椎间融合术进行手术减压，放置椎弓根螺钉，在准备行经椎间孔腰椎椎间融合术的对侧连接竖棒，预弯竖棒生理前凸，逐步轻度撑开椎间隙。（2）显露椎间盘：切除融合节段下关节突和上关节突上部，注意保护环绕近侧椎弓根发出的神经根，切除少量椎板，显露并切除黄韧带外缘，显露椎间隙的外侧1/3硬膜囊和发出的神经根，上方神经根环绕椎弓根内下面，应注意保护。安置手术侧竖棒，进一步撑开椎间隙。（3）切除椎内盘并植入前方支撑物：在硬膜囊外缘的纤维环开窗，摘除髓核，仔细去除椎间盘组织，直到前方纤维环，以便提供更大的融合面积，并有利于融合器的植入。（4）椎弓根加压并植骨：椎弓根钉加压、抱紧、并产生前凸，后侧和后外侧植骨床去皮质，植入自体髂骨。

（五）前路腰椎椎间融合术

       腰椎前路椎间融合手术入路有：1. 经腹膜途径：经腹膜手术需要大小不同拉钩帮助暴露。Trendelenburg位对暴露手术视野有帮助。用纱布将腹腔脏器挡开，在体瘦患者腹膜腔内容物容易分辨。仔细触诊和动静脉造影能提高入路的安全性，应避免过多地压迫静脉结构，以免术后血栓形成。L4/5椎间融合难度较大，因此处位于腹主动脉和腔静脉分叉的后方，且变异较多，需要特别注意。L5/S1相对容易，但仍应细心，以免损伤小静脉及输尿管。本法的优点是手术暴露好，但对腹腔脏器及大血管的影响较大，术中及术后易发生并发症。2. 经腹膜外途径：一般从左侧入路，一方面可避免肝脏在暴露视野的阻挡作用，另一方面是下腔静脉位于脊柱的右前方，手术过程中可减少对下腔静脉的损伤。本法手术暴露较好，术中有足够的空间，可同时置入两枚融合器，并发症少。3. 腹腔镜下前路融合：随着内窥镜技术的发展，目前许多学者采用经腹腔途径腹腔镜下行L4/5，L5/S1椎间融合。为了安全有效地置入椎间融合器，需要特殊器械和熟练的手术技巧。腹腔镜经腹膜途径融合L5/S1已成为一种标准方式。腹膜外腹腔镜技术也得到应用，切口暴露至腹横筋膜与腹膜之间，装入特别气囊，注入气体后，分离腹膜外间隙。但此操作困难，在下腰椎可能撕破腹膜，肠管常妨碍视野，常需转为开放手术。该法的优点是创伤小，在L5/S1节段的腹腔镜融合手术已较标准。L4/5节段的手术技巧有待进一步完善。

三、植骨融合的辅助内固定方式

       腰椎植骨融合术后需要进行辅助内固定，最常用的内固定方式是椎弓根螺钉内固定术，通常是采用双侧椎弓根螺钉内固定，但也有学者主张在特定的适应证下可以采用单侧椎弓根螺钉辅助固定，这种方法可以减少创伤，缩短手术时间和节约费用。生物力学研究证实：单侧椎弓根螺钉内固定生物力学强度明显低于双侧椎弓根螺钉内固定，但都能够达到必须的生物力学强度。临床研究也发现单侧椎弓根螺钉组和双侧椎弓根螺钉组临床疗效无明显区别，但单侧内固定失败率高，达到12.8%，而双侧5%，特别注意的是单侧椎弓根螺钉内固定在腰椎滑脱患者中内固定失败率达到30.5%，而在椎管狭窄患者中仅为5.8%。关节突螺钉及经椎板关节突螺钉内固定术也是腰椎融合的较常用的辅助固定方法。1948年,King首先将经关节突关节小螺钉固定方法应用于Hibbs融合术；1959年，Boucher将其进行了改良，尝试使用较长的螺钉经同侧部分椎板、关节突关节和椎弓根作固定, 即Boucher螺钉。经椎板关节突螺钉首先在1984年由Magerl报道，他采用长螺钉从对侧棘突底部穿入同侧椎板，经过关节突关节至横突基底部，作为后路固定的辅助固定方式。该方法固定更为确实，作为单独或辅助腰椎固定得到了较为广泛应用。

四、椎间融合器在腰椎融合中的应用

       自从1988 年Bagby首次将不锈钢的BA K-融合器植入人体以来，椎间融合器在腰椎融合中得了广泛的应用，取得了较好的临床效果，各种材料及不同形状的椎间融合器相继发展起来。目前临床上常用的椎间融合器从形状上可分为线性螺纹状、矩形、生理解剖形状等种类。从材质则包括纯钛、钛合金、碳素纤维、可吸收材料、组织工程学材料等。

       线性螺纹状融合器的代表就是最早出现的BAK，它以钛合金为材质，为表面带有斜形螺纹的空心柱状体，上下两端及侧面有多个大孔。植入后，其表面的螺纹可咬合上下终板，达到自稳。纤维环、前后纵韧带由于被撑开，处于张力状态，形成“撑开-压缩张力带”效应，从而维持融合器的稳定和椎间隙的高度。

       矩形碳素纤维融合器近年来应用较为广泛，常见的设计为长方体形或子弹头形，中空，上下两端及侧面均有大孔。其中最具代表性的为Brantigan 等于20 世纪90 年代研制的聚醚醚酮融合器(PEEK-cage) 。此种融合器外形为矩形金属框架，上下面均有齿状突起。它的一大优点在于碳素材质X 射线通过性好，不影响疗效观察。PEEK-cage 截面为矩形，增加了终板接触面积，而且可填入骨量更大，有利于促进骨的融合。另外PEEK-cage 的弹性模量与骨更相近，同时咬合齿较浅，发生塌陷的可能性较钛合金制造的BAK大为降低。

       近年来利用可吸收材料制作的融合器成为研发的重点，逐渐应用于临床并取得一定成果。最常用的材料为D，L-乳酸( PDLLA) 较具有代表性。其材质具有与骨质完全一样的弹性模量，并且可降解为能被人体吸收的产物，内植物降解的同时，可被周围组织替代，不存在占位效应，材料可塑性较好，可根据需要塑成各种形状。

       此外，随着骨组织工程学的发展和应用，设计同种异体骨为材料的生物学融合器成为可能，这种新型融合器弹性模量与骨组织相同，具有不存在应力遮挡、不影响影像学观察等优点，且组织相容性好，更有利于骨愈合，并且术后可完全被周围骨组织爬行替代，无异物残留，对邻近组织再次手术无影响，较传统融合器有明显的优势。

五、植骨融合的影响因素

       1. 患者自身条件：如吸烟、年龄、全身状况、营养、骨质疏松等。研究提示吸烟会延缓植骨的融合过程，患者如果有慢性消耗性疾病、营养不良、老年、骨质疏松等因素均可影响融合。

       2. 植骨方式：椎间植骨融合位于脊柱运动和负重中心，且植骨有效面积大、血供丰富加之轴向压力等均有利于植骨块的融合，可更好的维持腰椎生理曲度及恢复椎间隙高度，矫正不易丢失，所以融合较为牢靠。而后路植骨、后外侧植骨和横突间植骨离脊柱运动和负重中心更远则效果不如前者。

       3. 植骨床和周围软组织的血供：植骨床应尽可能多去除皮质骨以获得良好血运。从横突到横突, 任何可用的骨表面都仔细地去皮质, 使植骨床更多的与成骨细胞接触, 促进横突间融合。椎间植骨融合时要彻底切除软骨板，显露终板，为植骨融合创造一个良好的植骨床。应尽量保持软组织的完整性，维持血液供应。周围的软组织是移植骨的血供生命线,广泛的软组织剥离将使骨床减少血供, 妨碍植骨成活。

       4. 移植骨块大小和性质的影响：松质骨的成骨诱导能力优于骨皮质，与松质骨块的大小不成正比。松质骨块大小应适当，当小于1mm时，则无成骨活性，组织学上不能证实细胞存活，反而引起异物刺激作用，产生炎性反应。松质骨的厚度也很重要，应限制在5mm以下，有利于骨表面存活的细胞与受区骨最大限度的接触，使周围血管尽快长入。而且移植骨块应与受区紧密接触，填充死腔。

       5. 植骨的量：大多数脊柱外科医生都认为植骨量对于融合质量非常重要，尽管如此，鲜有对这个问题进行讨论的报道。迄今为止，后外侧融合时每一边需植入多大的量仍然没有标准。在融合阶段，超过一半的骨将被吸收，最初的植入量与术后18 个月时的成骨量、丢失量密切相关。由于病人经常俯卧位行后路腰椎手术，因此多数采取后侧髂嵴取骨，取骨尽可能多。植骨量要充分，以能完全覆盖植骨床为宜。

       6. 骨移植术后的固定：应该对融合节段进行固定，使移植骨不能在横突周围随意移动，以促进骨块融合。

       7. 物理因素对植骨块的影响：骨块未植入受区之前，有几种物理因素对骨细胞的成活有影响。骨块游离后应尽快植入受区，有资料证实，骨块暴露在空气中30分钟后，会降低骨块中所含骨细胞的成活率。因此，受区准备好后再切取移植骨块，以减少骨块在空气中暴露的时间。移植骨块获得后，植入之前最好的保存办法是暂时用浸血的海绵包裹。生理盐水对存活的骨细胞也有影响，不宜用于骨的保存。浸血的海绵能保护移植骨块内的存活细胞，且能消除手术室灯光对存活细胞的不良刺激。临床中，常有用抗生素液浸泡移植骨块者，但已有实验证实，抗生素液的浸泡会损伤存活的细胞，应避免使用。

       8. 其他：非甾体抗炎药等可以延缓融合，而通过电刺激等方法可以促进骨融合。

六、腰椎融合术并发症的预防及处理

       与后路腰椎融合术相关主要的并发症有：（1）马尾神经或神经根损伤。其发生率在1-2％左右。预防的关键点包括硬脊膜囊、神经根充分减压、松解，轻柔牵拉神经根不超过椎管中线；切除椎间盘及软骨板时始终保护好神经根，并确保其不在器械进出椎间隙的通道上；一般应切除关节突内侧半，为椎体间融合器植入预留足够空间，以避免植入时对硬脊膜囊和神经根的挤压或过度牵拉。（2）椎体间植入物移位。选择大小合适的植骨块或椎体间融合器，最好联合应用椎弓根螺钉加压固定，可有效避免植入物的移位。其他较为常见的并发症还有硬脊膜囊或神经根袖撕裂、椎管内血肿、椎间隙感染，肺不张，深静脉血栓和假关节形成等等。

       而前路腰椎融合术常见的并发症有：腹腔脏器损伤，泌尿系统损伤或感染，腹膜后血肿，腹膜损伤，植骨深部感染，静脉血栓，急性胰腺炎，逆行性射精，肠梗阻，假关节发生，腹肌收缩乏力，疝气、性功能障碍等。进行前路手术时必须熟悉腹腔及腹膜后的解剖结构，谨慎操作，防止产生意外损伤。

       另外椎间融合器的下沉、移位问题也一直困扰骨科医师，应用自体髂骨移植有很高的下沉及移位率，稳定性差，不利于维持椎间高度及腰椎曲度；融合器技术令此状况改变很多，但仍有一定的下沉率。脊柱融合术后邻近节段的退变是常见的中、远期并发症，文献报道其发生率为5%～45%，确切机制不明确，多数认为生物力学因素为主要原因，即由于融合术后相邻节段过度活动，导致应力增加所致，退变可发生于融合平面的上下节段。

第二节   植骨材料及相关物质

       移植骨可发挥3种生理作用：（1）骨诱导作用：即通过募集具有成骨潜能的细胞在局部诱导新骨形成。（2）骨传导作用：指移植骨作为支架引导来自受骨床的新生毛细血管、血管周围组织和骨原细胞长入移植骨，继之新骨沉积于其表面及周围。（3）骨生长作用：移植骨是骨形成细胞的来源，特别是新鲜自体骨。骨移植依其材料来源可分为自体骨、同种异体骨、异种骨和人工骨。

一、自体骨移植

       自体骨移植骨材料生物来源与宿主是一致的，不用考虑组织相容性和移植后的不相容性，它的成骨潜能大，是最好的植骨材料。但自体骨移植取骨时必然对个体又是一处创伤,且术后供骨区有可能出现一系列并发症：如供骨区疼痛、血肿、神经损伤、感染甚至以后的骨盆骨折等，这些并发症是制约其广泛应用的主要因素。腰椎融合中最常用的自体骨材料包括：手术中咬下的棘突、椎板、小关节等，椎板和棘突上凿下的骨片，开胸时取下的肋骨等。如果这些材料不够则需要在其他地方取骨。常用的取骨部位有：髂嵴、胫骨前内侧面和腓骨中段，其他供区还有股骨大粗隆和肋骨。

       植骨材料不要求强度时，髂骨嵴是最常用的自体骨供区，尤以髂后上棘和髂前上棘区松质骨量最大。患者取仰卧位时，从髂嵴前1／3取骨；俯卧位时，从髂嵴后1／3取骨。需骨量少时，可单纯取髂骨外板。儿童可采用保留髂嵴开窗取骨法，这样不会影响骨骺的生长。髂嵴前部不宜取得太多，取骨后必须将残存骨尖凿掉修平，以免术后骨尖突出，既疼痛又不美观。髂嵴后部供骨量大，但必须避免涉及骶髂关节，以免术后发生骶髂关节不稳和疼痛。一旦取骨完成，应确切缝合剥离的骨膜和肌肉起点。取骨后的骨面用骨蜡仔细止血，放置引流，以防止血肿形成和感染。大量全厚层切取髂骨后，有学者报道骨缺损处发生疝，因此取骨后仔细修复支持结构是很重要的。

       胫骨为人体重要的负重骨，从胫骨取骨将使其强度减弱，负重时容易发生骨折。仅在不可能从髂骨取骨或对植骨材料的强度要求较高时，才考虑从胫骨前内侧面取骨。用胫骨前内侧面稍弯曲的纵行切口可显露胫骨，防止切口瘢痕留于胫骨嵴。纵形切开骨膜，并向两侧剥离，显露胫骨嵴和胫骨内侧面。在取骨之前应量出所要采取的骨块的长度和宽度，先用骨凿作出记号，然后用骨钻在凿刻线上钻许多小孔，再用骨刀将这些小孔连起来。缝合伤口之前，还可深入刮匙从近端取部分松质骨，但应避免损伤关节面或儿童的骨骺板。儿童骨膜较厚，可单独作为一层缝合，成人骨膜相对薄，难以缝合在一起，可同深筋膜一起缝合。如果取骨块较大，术后需用石膏托固定2～3个月，以免发生骨折。

二、同种异体骨移植

       同种异体骨移植就是同种系不同个体之间骨组织的移植，异体骨在制备方面手段多样，如新鲜骨、新鲜冷冻骨、冻干骨或去除矿物质的骨基质。同种异体骨来源丰富，且可预制成任意形状和大小，可避免自体骨移植时供骨区的并发症。同种异体骨在生物学体征和形态结构方面与自体骨相似，有可长期贮存等优点，是常用的替代自体骨移植材料。但同种异体骨也有明显的不足：同种异体骨在应用与移植前还要经历制备、贮存等烦琐、复杂阶段且费用较高。首先为防止异体骨成为疾病传播媒介，需对供骨者进行严格筛选；其次，异体骨与移植宿主的组织相容性不可能完全相同，为降低移植后免疫排斥反应，要通过各种手段消减异体骨抗原性，势必减少了异体骨的成活细胞，消减了异体骨的传导、诱导、成骨功能。另外还有异体骨的贮存问题，这就需要建立一定数量具规模的骨库，提供保存异体骨的条件。

三、人工骨

       许多人工骨材料已被应用于骨重建，理想的人工骨材料须能满足以下基本要求：（1）具有良好的生物相容性；（2）具有一定的机械稳定性；（3）有微孔结构，使新生骨组织得以长入；（4）其吸收速度与新骨生长速度大致保持同步；（5）易于加工成所需大小和形状。生物陶瓷和可降解高分子生物材料是目前常用的两大类人工骨材料。生物陶瓷作为植入物能满足人工骨的一般要求，其优点是生物相容性好，缺点是机械性能较差，硬而脆，易断裂。可降解高分子生物材料生物相容性较好，可降解，且具有一定的机械强度，主要有聚乳酸（PLA）和聚乙醇酸（PGA），植入体内可作为支架起骨传导作用。但此二种材料降解后有酸性代谢产物积聚，特别是聚乳酸，可在体内形成无菌性窦道。另外复合人工骨的研究近年来取得了很大进展，基本原理是将具有骨传导能力的材料与具有骨诱导能力的物质如骨生长因子、骨髓组织等复合制备成复合人工骨，使它们既具有骨传导作用，又具有骨诱导作用。而纳米人工骨就是一类由人工合成、具有多种优良理化特性和生物学特性的新型骨修复材料，其主要用途是修复骨缺损时作为细胞外支架材料和骨折的固定材料。

四、骨生长诱导物质

       许多中心对于自体骨移植的替代品-骨形成蛋白(BMP) 进行了系统研究。它能诱导宿主的间充质干细胞向骨前体细胞分化，并通过软骨化骨的方式形成新生的骨组织。在骨发生的过程中主要起到促进细胞的趋化、有丝分裂和细胞的分化的作用。其基因重组产品重组人骨形态发生蛋白-2（rhBMP-2）是唯一获批准临床应用的成骨因子，与可吸收明胶海绵复合在美国己被正式批准用于临床腰椎椎体间融合。目前应用较多的是将BMP和生物材料复合植入体内，其中重组人骨形态发生蛋白-2可刺激体内的骨前体细胞来诱导成骨，而生物材料可方便骨组织和血管的长入。另外，血小板活化生长因子(AGF)在腰椎融合技术中的应用也研究比较多，将血小板中存在的大量血小板衍化生长因子（PDGF）浓缩为AGF血小板凝胶后可以刺激植入物的融合。脊柱融合基因治疗是把带有成骨蛋白基因的载体导入骨髓基质干细胞等靶细胞中，然后通过细胞在融合部位不断表达出成骨蛋白来诱导骨的沉积并最终促进脊柱的融合。骨髓基质干细胞是目前研究较多且具有多种分化潜能的细胞，可转化为成纤维细胞、脂肪细胞、骨细胞和软骨细胞，并能在体外培养大量扩增，有望成为骨组织工程最为理想的种子细胞，日益受到人们的重视。