椎间融合器研究进展
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摘要：腰椎退行性滑脱、节段性不稳、椎间盘源性疾病、外伤性腰椎滑脱所致腰椎失稳引起的下腰痛、肢体运动感觉障碍，对非手术治疗无效者一般都需行腰椎固定融合术。近年来随着材料学和生物力学的进步，椎间融合器（cage）越来越多的用于腰椎融合术。本文拟就椎间融合器发展历史、使用优点及并发症、不同类型椎间融合器的使用、单双型椎间融合器使用疗效对比作一综述。
关键词：椎间融合器；腰椎退行性疾病
1腰椎椎间融合器发展历史
Cloward等[1]早在50年代便相继提出在椎管减压后椎体间植骨以促进脊柱融合的设想，并应用于临床。然后在随后的临床应用中，单纯椎间植骨暴露出不少缺陷：①椎体不融合率高且易形成假关节，各家报道不一，可达5%～35%[2]；②Dennis[3]等认为几乎在100%的患者有术后椎间隙高度丢失，不能从根本上解决根管狭窄，小关节承受异常应力等问题，为了克服这些不足之处，一种被称为"Bagby笼子"的不锈钢中空内置物由Bagby设计出，起初是用来治疗马颈椎Wobbler综合征。从 1983年起Bagby和Kuslich在一些机械工程师的帮助下，专门为人体设计出一种类似"Bagby"笼子的既坚强又有空隙的网笼结构，即cage装置，作为脊柱内置物，称为BAK-cage ，中间可容纳松软的移植骨。这种内置物的强度足以中和椎体间的巨大应力，并于1988年首次报道[4]。此后随着材料和工艺的不断改进，种类繁多的cage在椎体间融合技术中得以推广应用。目前使用的具代表性的 cage可按手术入路归纳为3类[5]：①用于前路椎间融合（ALIF）的cage，如楔形的Synthys-cage，圆柱形的Danek-cage，垂直放置的Moss-cage，带钢板的cage等；②用于后路椎间融合（PLIF）的cage，如圆柱中空BAK-cage，线形螺纹状Ray-TFC，开放性的方柱形CFRP-cage等。近年来国产不锈钢 TEC开始在临床试用；③用于外侧入路椎间融合的单枚长柱形BAK-cage。目前通用的cage材料有不锈钢、钛合金和碳素纤维，可吸收材料正在研究中。Cage 的尺寸依不同部位有不同规格，在腰骶椎一般选用直径 14～18 mm中到大号的cage作为椎间融合器。
2使用cage行腰椎融合的优点及并发症
现如今，椎弓根螺钉系统加cage椎间植骨融合已成为腰椎滑脱手术治疗的经典应用。Cage作为植骨的载体，基于"撑开一加压"原理，以其坚固的支撑作用，对脊柱的轴向载荷起到了有效的承担和分担作用。Cage植入优点在于即刻稳定滑脱椎体，撑开椎间隙，维持椎间高度，恢复椎管容积以及神经通道的高度和面积，为椎体间植骨融合提供了良好的生物力学环境[6]。Cage 单独在腰椎应用时易出现较高的并发症。因为cage虽能有效承受压力载荷，但对牵张力却无任何控制，因此在伸、屈运动牵张力作用下，极易发生移位、脱出或是穿透上、下终板进入松质骨内。而椎间融合器与椎弓根螺钉系统相结合则可明显降低并发症的发生。二者联合应用优点在于：融合器承担了椎间的轴向压力载荷，充分分担了椎弓根螺钉的压应力[7]，而椎弓根螺钉又有效控制了节段间的伸、屈运动，去 除了椎间融合器所受的伸、屈牵张力。融合器可使脊柱前、中柱稳定性提高，而 后柱稳定性差，椎弓根内固定系统可使脊柱后柱稳定，而前、中柱稳定性差，所以二者联合使用可获得前、中、后三柱良好的稳定性，最符合Dennis 三柱理论，能协同提供真正意义上的三维固定，可最大程度地防止内植物因应力集中所导致的断棒、拔钉及cage变形、错位等并发症出现，提高腰椎滑脱症治疗的疗效。尽管使用cage可以达到较高的融合率，但仍不可避免的出现并发症，包括与手术操作有关的并发症和融合器本身的并发症。文献报道[8]的有：①神经根或马尾损伤，②硬膜撕裂；③内脏损伤（如肠梗阻，血管破裂，泌尿生殖系统损伤等），主要见于前路手术；④融合器移位或脱出；⑤融合器破裂；⑥医源性椎间盘突出（见于经腹腔镜手术者）；⑦椎间隙感染；⑧椎间隙塌陷；⑨融合失败。
3不同类型椎间融合器（cage）比较
椎间融合器（Cage）的种类很多，如前上所述按手术入路可以分为3类，而按外形功能主要分为[9]螺纹状融合器（以BAK，TRc为代表）；箱形融合器（以Brantigan1/Fcage为代表）和垂直环状融合器（以Harm-mesh钛笼为代表）3种。对比如下。
3.1螺纹状融合器 该型cage设计基于Bagby提出的"支撑一压缩稳定（distrac-don-compressionstabilization）"原理，即在融合节段的肌肉、韧带和纤维环的持续张力作用下，两个椎体与嵌合于其中的融合器达到三维超静力学固定；同时其表面螺纹在旋人上下终板后有自稳作用。两者结合提供足够的支撑力和抗屈伸、侧弯、旋转应力，为骨生长提供良好的生物力学环境。李建明等[9]认为RF系统和单枚BAK椎间融合器联合应用是治疗腰椎滑脱的一种有效和可靠方法。后路椎问植骨融合术（PLIF）一直是腰椎融合术中最经典的手术方法，加上有内固定的保护，愈合率较高。但术中植骨块要求严格，必须带三面皮质骨的髂骨块，大小形状要合适；另外还存在术后供骨区酸痛，植骨块被吸收，螺钉断裂等并发症。BAK椎间植骨融合器的出现，较好的解决了上述问题，它可作为脊柱前中柱稳定可靠的椎体间轴向载荷，既稳定了脊柱，又为植骨提供了良好的内环境，同时分散了椎弓根钉内植物承担的部分应力。
3.2箱形融合器 该型cage材料为碳纤维，可透X射线，易于进行融合观察，是目前国外应用最广的融合器。目前有类似结构的是以钛金属为材料的箱形cage。两者均用于后路椎间融合，须结合椎弓根内固定系统同时使用。相关文献[10]研究发现与国内普遍使用的水平圆柱状融合器相比，使用方形的碳纤维融合器，增大了终板的接触面积，其空心结构大于圆柱状融合器，可填充大量松质骨，非常有利于植骨的融合。同时该融合器具有足够的力学强度，其弹性模量接近于椎体皮质骨，减小了金属融合器如TFC等产生的应力遮挡及下沉风险，有利于植骨融合，更适用于骨质疏松患者。
3.3垂直环形融合器 90年代由Harms设计的Harms-mesh钛笼是目前应用最为广泛的融合器之一。与前2种设计不同的是，该型融合器是垂直放置的。可在术中根据融合需要剪切钛笼调整高度。一般应用于前路融合，并需要配合前路或后路的固定。
4单、双型椎间融合器使用对比
如前所述，椎间融合器的使用具有增加融合术后的稳定性、减少术后硬膜及神经根的黏连等优点，但需要指出的是，椎间融合器作为一种生物力学材料，其价格往往不菲。尤其是在我国这样一个发展中国家，人民生活还不太富裕，因而这一问题的研究具有极强的现实意义。为解决这个问题，国内外学者做了大量的研究工作，K.T.Suh[11]等研究发现使用自体骨碎片充填的cage的腰椎后路融合手术都有较低的并发症发生率和较高的融合率，与使用单cage还是双cage无关；李钦亮等[12]发现使用单枚箱型cage与双枚箱型cage行椎间融合联合椎弓根内同定系统均是治疗腰椎不稳症的有效治疗方式，二者在缓解下腰部疼痛、椎间融合率方面效果显著。单枚箱型cage行椎间融合联合椎弓根内同定系统行PLIF手术具有手术时间短，出血量少，创伤小，患者医疗费用少等优点，值得临床推广应用；范子文等[13]通过生物力学分析发现，单枚椎间融合器置入与双枚椎间融合器置入的脊柱节段在垂直方向上的生物力学差异无显著性， 不会增加术后早期下地活动引起螺钉折断及椎体塌陷的机会，因此应用椎弓根螺钉内固定加后路单枚椎间融合器斜行植入进行腰椎间融合的手术方法是可行的。杨军林等[14]证明选用单枚椎间融合器斜行植入结合椎弓根螺钉固定的后路椎体间融合方法能够达到双枚椎间融合器置入的效果。邵诗泽等[15]认为单枚椎间融合器植骨融合短节段椎弓根螺钉内固定是治疗腰椎失稳症比较可靠的方法，能很好地维持椎间隙的高度和节段的稳定。
5结论
综上所述，使用cage的腰椎融合内固定术作为一项治疗腰椎退行性疾病的成熟技术，正随着生物力学及临床研究的深入和完善，而被越来越多的骨科医生所掌握。其提供优异的节段稳定性及为植入骨创造的良好融合环境等特点已为广大脊柱外科医生认可。随着技术的发展，椎间融合器的种类和椎间植骨填充材料将越来越多，在可预见的将来，可吸收性cage将应用于临床，从而更好的为患者服务。但如何减少cage使用带来的并发症还值得我们进一步探讨和研究。而对于单、双枚cage的使用对比结果已不言而喻，单枚cage的使用不仅能达到双枚cage使用的融合和固定效果，而且能减少手术并发症和缩短住院时间，更重要的是能为患者节省医疗费用，值得大范围推广应用。
参考文献：
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