融合器高度对腰椎椎间融合术后结局影响的研究进展

濮兴孝，王贤帝，赵龙，曾建成

四川大学华西医院骨科（成都  610041）

基金项目：四川省科技厅资助项目（21KPZP0227）

通信作者：曾建成

关键词：腰椎；融合器高度；椎间融合术；并发症；影响因素

引用本文：濮兴孝, 王贤帝, 赵龙, 曾建成. 融合器高度对腰椎椎间融合术后结局影响的研究进展. 中国修复重建外科杂志, 2022, 36(11): 1440-1444. doi: 10.7507/1002-1892.202205096 

摘要

目的   
总结融合器高度对腰椎椎间融合术后结局的影响，明确融合器高度选择的重要性。

方法 
查阅近年来相关文献，对椎间融合器过高、过低相关并发症及融合器高度选择方法进行总结。

结果   
融合器高度不合适可能导致终板损伤、融合器沉降、内固定失效、邻近节段退变、过撑痛、间接减压不充分、手术节段稳定性下降、手术节段融合不佳、脊柱序列恢复不佳及术后融合器移位等问题。目前，腰椎椎间融合术中可靠的融合器高度选择方法是术中试模，但其准确性依赖于术者经验且难以标准化。

结论   
腰椎融合器高度选择不当将对患者预后产生不利影响，通过筛选影响融合器高度选择的因素来构建选择标准具有重要意义。

正文

目前，腰椎椎间融合术已广泛用于治疗腰椎退变性疾病，可达到固定手术节段、恢复脊柱序列、矫正畸形和间接减压等目的。根据治疗部位及手术入路，腰椎椎间融合术可分为多种术式，包括经前路椎间融合术、经后路椎间融合术、经侧前方椎间融合术及经椎间孔椎间融合术等[1]。大多椎间融合术需将1个特定尺寸融合器植入手术节段椎间隙，以实现减压及融合[2]。研究表明融合器尺寸与患者预后密切相关[3]，特别是其高度[4-5]。选择合适高度的融合器不仅能实现椎间隙撑开减压、椎间植骨融合及手术节段即刻稳定，还有利于恢复脊柱序列及矫正脊柱畸形等[1, 6-10]。

术中试模是目前临床应用最广泛的融合器高度选择方法[11]，但主要依靠术者经验，缺乏客观定量评价指标，选择结果可能存在误差。临床上对于腰椎融合器高度的选择也缺乏完善标准。为了进一步明确融合器高度对腰椎椎间融合术后结局的影响，为其高度选择提供理论依据，现就腰椎椎间融合术后融合器过高、过低的相关不良结局进行综述。

1、融合器过高的影响

1.1   融合器过高是融合器沉降的危险因素

融合器沉降是斜外侧腰椎椎间融合术后常见并发症之一，可造成椎间隙高度丢失、脊柱序列改变及术后疼痛等并发症[12]。且融合器过高被认为是引起融合器沉降的因素之一[13-15]。Tohmeh等[3]对140例斜外侧腰椎椎间融合术患者进行平均15.5个月随访，发现当融合器高度>14 mm时，术后其沉降超过4 mm的风险显著增加（P<0.05）。为了验证融合器过高会导致术后融合器沉降，有研究者进行了一系列尸体标本生物力学试验。Du等[16]基于7具人腰椎标本的生物力学试验表明，在单侧及双侧椎弓根螺钉内固定条件下，如融合器高度较正常椎间隙高度下降2 mm，融合器承受应力分别下降21.5%及54.1%，说明不同高度融合器承受的应力存在差异。Zhang等[5]基于24具人尸体标本的生物力学试验表明，在骨密度及终板完整性无明显差异条件下，将试验标本根据融合器高度分为高于试模结果组及正常试模结果组，两组终板损伤时所受轴向压力分别为（1.29±0.39）、（1.64±0.56）kN，差异有统计学意义（P<0.05）。

上述研究提示融合器沉降与其高度过高相关，导致该现象的原因可能是过高融合器植入后椎间隙过度撑开，被保留的纤维环及前、后纵韧带在抵抗撑开同时产生的拉力反作用于融合器/终板界面。融合器植入即刻，若该反作用应力超过终板所能承受的最大应力，则可能造成终板损伤或椎体劈裂；若上述反作用应力未使终板损伤，术后患者直立行走或腰椎活动时，部分身体负荷及剪切力会叠加作用于融合器/终板界面，当融合器/终板界面应力超过终板所能承受的最大应力时，将造成术后终板损伤及融合器沉降。

1.2   融合器过高是终板损伤的危险因素

类似于融合器沉降，终板损伤也是由于融合器/终板界面应力超过终板发生形变所需应力造成的。研究表明融合器过高是终板损伤的原因之一[13]。Satake等[11]将102例极外侧腰椎椎间融合术患者分为终板损伤组与非损伤组，比较发现终板损伤组融合器高度明显高于非损伤组（P<0.05），进一步分析显示融合器高度是终板损伤的危险因素，当融合器高度>12 mm时超过20%患者出现终板损伤。Kim等[17]将186例侧方腰椎椎间融合术患者分为终板损伤组与非损伤组，发现两组椎间隙撑开高度差异有统计学意义（P<0.05）。

1.3   融合器过高可能是内固定失效的危险因素

目前，关于融合器高度与内固定失效关系的研究较少。Jaeger等[8]对64例前路腰椎椎间融合术患者平均随访15.9个月，发现融合器高度是术后椎间融合器固定钉失效的危险因素。导致该现象的原因可能是椎间融合器固定钉与融合器是相互连接的整体构造，撑开高度增加导致内固定物承受应力增加，从而造成内固定失效。然而，内固定装置与融合器非一体化结构时，内固定系统承受应力则不一样。尚志恒等[18]的有限元分析研究显示，经椎间孔腰椎椎间融合术采用后方内固定时，融合器高度为10 mm时所承受的应力小于融合器高度为8 mm时。分析可能是较高的融合器负担了部分应力，从而使后方内固定系统应力减小。

1.4   融合器过高可能使邻近节段退变加剧

脊柱融合术后会导致邻近节段压力及脊柱运动模式改变，进而导致邻近节段退变加剧，甚至发生邻椎病[19]。既往生物力学试验表明手术节段椎间隙高度增加2 mm，上位小关节应力将增加8%[20]，且邻近节段的椎间活动度及椎间盘应力随着融合器高度增加而增加[21]。Kaito等[22]对58例后路腰椎椎间融合术患者随访（38.8±17.1）个月，将患者分为无邻椎退变组、仅影像学邻椎退变组及伴随症状的邻椎退变组，3组手术节段椎间隙平均撑开高度分别为3.1、4.4、6.2 mm，组间差异有统计学意义（P<0.05），提示融合器过高导致的小关节应力增加可能是术后邻近节段退变原因之一。此外，Kaito等[23]的另一项研究也证明腰椎过度撑开会使邻近节段退变加剧。融合器过高导致邻近节段的小关节承受应力过大，脊柱运动单元是包含小关节在内的三关节运动复合体，小关节应力增加将导致整个运动节段退变，最终导致邻椎病。为了减少邻近节段的退变，对于椎间隙轻中度退变患者，手术节段融合器高度不应超过术前椎间隙高度2 mm；对于重度退变患者，融合器高度应尽可能接近术前椎间隙高度[21]。

然而，关于融合器高度对邻近节段退变的影响还存在另一观点。一些研究表明只有足够高的融合器才能更好地恢复腰椎前凸角，而前凸角的恢复对邻近节段退变具有预防作用[24-26]。

综上述，融合器过高可能增加邻近节段退变风险，但在选择融合器高度时需要满足在恢复腰椎前凸角的同时，又不会导致邻近节段应力异常增加。

1.5   融合器过高相关的过撑痛

目前，融合器过高导致的不良影像学结局伴随的临床症状较为常见，尤其是椎间隙过度撑开导致的术后早期腰部疼痛。蔡峰等[27]通过观察60例经后路腰椎椎间融合术患者发现，术后第3天融合器高度较高组疼痛视觉模拟评分（VAS）明显高于正常高度组（P<0.05）。过撑痛的发生可能是过高的融合器在撑开椎间隙同时，使脊柱周围韧带、纤维环及小关节承受的张力增加，从而刺激了上述结构内的窦椎神经，还可能造成上述结构及终板损伤，最终在以上因素综合影响下引起患者术后短暂腰部疼痛。

目前，临床对于融合器过高相关的过撑痛还未引起足够重视，分析可能有两方面原因。一方面，术后镇痛药物的使用掩盖了上述症状；另一方面，术后过撑痛持续时间短，随着手术节段椎旁韧带等结构的重塑，疼痛会逐渐消失。但是，术后发生过撑痛可能导致镇痛药物使用剂量增加、引起患者焦虑及活动减少等问题，均不利于患者早期康复，甚至可能因为活动减少造成肌肉萎缩、骨质疏松、下肢深静脉血栓形成等严重并发症，所以临床需要对其给予足够重视。

2、融合器过低的影响

2.1   融合器过低可能导致间接减压不充分

腰椎椎间融合术中使用融合器的一个重要目的是通过撑开椎间隙使后纵韧带、黄韧带等变薄，实现椎管及椎间孔容积增加[28]。有研究表明随着融合器高度的增加，椎间隙及椎间孔高度、椎间孔面积也随之增加[29]。Hiyama等[30]通过研究腰椎侧方椎间融合术患者，发现获得中度减压患者的椎管横截面积与椎间融合器高度显著相关。由此可见，融合器间接减压功能的实现依赖于其撑开高度。如果融合器高度不足，将难以实现椎间隙撑开、后纵韧带及黄韧带拉薄，间接减压也难以实现。

2.2   融合器过低导致手术节段稳定性下降

合适高度的融合器对纤维环、前纵韧带、后纵韧带等的牵张作用，对于维持手术节段稳定性具有积极意义。椎间融合术的一个重要目的是实现手术节段稳定，然而Du等[16]在经椎间孔腰椎椎间融合术联合单侧椎弓根螺钉内固定术的尸体标本实验中发现，当融合器高度较正常椎间隙高度下降2 mm时，手术节段屈伸、侧弯和轴向旋转活动度分别增加74.9%、83.8%及175.2%（P<0.01）。发生上述现象的原因可能是融合器过低不能使前纵韧带及后纵韧带等结构牵张，相反处于松弛状态，从而手术节段局部难以实现稳定。

2.3   融合器过低不利于手术节段融合

研究表明应力负荷对于骨愈合具有积极作用[7]，椎间融合过程类似于骨折愈合，应力负荷刺激同样具有不可替代的作用。然而，Du等[16]研究表明当融合器高度下降时其所受应力也会下降。分析上述现象可能与如下两方面有关。其一，融合器高度降低的同时其作用于脊柱周围组织的张力将下降，从而脊柱周围组织对融合器/终板界面产生的反作用力也会减小；其二，融合器高度不足时，患者体质量负荷将分散于脊柱内固定物、小关节、术中保留的纤维环等组织，从而造成应力遮挡，导致融合器/终板界面应力减小。上述两方面原因使得融合器/终板界面应力减小，最终不利于椎间融合的发生。

2.4   融合器过低可能不利于恢复脊柱序列

脊柱序列恢复是椎间融合术的重要目的，包括冠状面及矢状面序列，而高度不合适的融合器将不利于脊柱序列恢复。一方面，融合器过低不利于腰椎前凸角恢复。Uribe等[29]的有限元分析表明，腰椎侧方植入带有一定前凸角度融合器时，其高度越高越有利于腰椎前凸角的恢复。Rastegar等[10]的研究采用有限元分析高度为8 mm及10 mm的融合器对于腰椎前凸角的影响，也得出相同结论。

另一方面，融合器高度对脊柱冠状面平衡也有影响。Buell等[9]的研究表明在L4、5经椎间孔腰椎椎间融合术中融合器高度增加1 mm，L4冠状倾斜角降低2.2°。然而，也有研究得出相反结论，Landham等[31]对83例行腰椎后路椎间融合术患者进行分析，发现融合器高度与前凸角成负相关。但该研究结论应谨慎解读，因其为回顾性研究，融合器放置位置、患者椎间隙术前高度等变量无法统一，研究结果存在一定偏倚。

2.5   融合器过低与术后融合器移位相关

Aoki等[32]对125例经椎间孔腰椎椎间融合术患者进行分析，发现术后4例发生融合器移位患者与未发生融合器移位患者的椎间隙撑开高度有显著差异，提示融合器高度不足可能是导致移位的原因之一。Zhao等[33]的研究也得出相似结论。然而以上研究未对融合器移位的原因进一步分析。结合研究已证实的融合器高度越高，在融合器/终板界面产生的应力越大这一结论[16]，我们分析合适高度融合器在上、下终板应力下与终板产生的摩擦力将其固定在原位；当融合器高度过低时摩擦力会下降，最终导致融合器移位。椎旁存在硬膜囊、主动脉、腔静脉及神经根等重要结构，融合器移位会使上述结构损伤风险增加。所以选择合适高度融合器对预防因融合器移位导致的椎旁结构损伤具有重要意义。

3、融合器高度的选择

目前，三维有限元建模研究表明，为了减少邻近节段退变，椎间隙轻中度退变患者的手术节段融合器高度不应超过术前椎间隙高度2 mm；对于重度退变患者，融合器高度应尽可能接近术前椎间隙高度[21]。但上述研究仅从预防邻近节段退变角度来选择融合器高度，没有考虑融合器的高度是否可以实现椎间隙撑开间接减压、节段稳定及恢复脊柱序列等目的，且上述结论来源于三维有限元模拟，对于临床指导意义有限。与之相比，术中试模是目前较为合理的选择融合器高度方式，植入的融合器模型具有“一定稳定性及抗拔出力”时即为合适高度，融合器高于术中试模结果即为“过高”，反之则为“过低”[5] ，但在针对“一定稳定性及抗拔出力”尚无定量评估指标。

此外，一些研究试图将融合器高度选择进行量化。有研究者根据个人经验提出以术前椎间隙高度为基础增加2～4 mm来确定融合器高度[34]，但缺乏系统有效的验证。Wang等[35]对术后临床及影像学疗效评价为优良的157例患者术前临床及影像学资料进行测量，结果显示融合器高度选择受多种因素影响，包括术前手术节段椎间隙高度（前、中及后缘三点均有影响）、手术节段上位节段椎间隙中点高度、患者性别及身高。除上述因素外，手术节段位置也是影响因素之一[36] 。在此基础上，Wang等[35]运用逐步回归方法，将上述影响因素作为自变量、融合器高度作为因变量，构建方程计算融合器高度。但该研究样本量小，公式计算结果为自然数，无法与非连续的融合器高度一一对应，研究结论临床运用受限。由于融合器高度选择受到多种因素影响，未来在明确影响因素基础上，可以将影响因素与融合器高度间的关系转换为可视化标准，以期为临床提供参考。

4、总结和展望

高度不合适的融合器可能导致腰椎椎间融合术后不良结局。一方面，融合器过高可能导致终板损伤、融合器沉降、内固定失效、邻近节段退变及过撑痛等；另一方面，融合器过低可能导致间接减压不充分、手术节段稳定性下降、手术节段融合不佳、脊柱序列恢复不佳及术后融合器移位等。合适的融合器高度可以使手术达到充分减压、稳定手术节段、恢复脊柱序列的目的，同时又不会造成终板损伤、术后融合器沉降、内固定失效、邻近节段退变及过撑痛。

目前，术中试模是较为可靠的融合器高度选择方法，但准确性依赖术者经验且难以标准化。所以，为了减少融合器高度不合适导致的不良手术结局，需要探索新的选择标准。鉴于融合器高度选择受多种因素影响，对影响因素进行筛选以用于构建融合器高度选择标准具有重要意义。

参考文献：略

CJRRS

中国修复重建外科杂志