基因重组人骨形态发生蛋白-2联合自体骨椎间打压植骨在腰椎融合术中的应用研究

唐勇 叶记超 胡旭民 沈慧勇

（中山大学孙逸仙纪念医院骨科，广州 510120）

腰椎融合术是腰椎退行性疾病手术中重要的一环，确切的腰椎融合可以避免腰椎不稳和腰痛，减少内固定失败几率，保证远期疗效。椎间植入物分为生物型（同体骨，同种异体骨，可吸收骨修复材料等）和非生物型（聚醚醚酮、碳纤维和金属等），生物型具有诱导成骨、促进融合的能力，其中自体骨无免疫原性，具有新鲜的成骨因子，促融合能力最强。将自体骨紧密打入植骨床是有效的植骨手段[1]，但需要骨量较大，咬掉的椎板和棘突有时无法满足。骨成型蛋白质（bone morphogenetic protein,BMP）是成骨多效调控因子，具有诱导成骨和异位骨化的能力。其中，rh-BMP-2作用最强，且易纯化[2,3]。BMP呈水溶性，单独植入体内很快被吸收，为保证融合率必须大量植入，但大量植入易发生血肿和积液。所以，将自体骨粒作为载体延缓BMP释放速度[4]，理论上增加植骨融合率和安全性。本研究设计将自体骨与不同剂量的BMP组合并植入椎间，比较其疗效与安全性。

1 资料与方法

1.1 入排标准

纳入标准：①年龄＞18岁；②有下肢神经症状，包括放射痛、麻木、乏力、间歇性跛行等；③影像学有与症状对应的腰椎退变性改变，如腰椎滑脱、椎管狭窄、椎间盘突出等；④保守治疗超过3个月无效；⑤患者充分了解不同手术疗效与风险之后，要求接受融合手术并同意参加研究。

排除标准：①＞65岁患者；②感染性、肿瘤性疾病者；③融合节段≥3个椎间隙者；④不愿参加本研究者；⑤随访不足两年者。

1.2 一般资料

本研究纳入60例患者，男36例，女24例，平均年龄（44±17）岁。术前签署手术同意书、耗材使用同意书及知情同意书。研究中使用的r hBMP-2由杭州九源基因工程有限公司提供，自体骨来源于自体椎板/棘突去软组织颗粒。研究中椎弓根钉内固定系统使用威高/强生/美敦力/史赛克及常规腰椎手术器械。

1.3 研究方法

本研究为前瞻性单盲随机对照研究。将60例患者随机分为3组。随机方式为简单随机化（随机数字表），术者和资料收集者均得知分组情况，对患者隐藏分组。对照组（单纯自体骨组）20例，共26个椎间隙；1 mg组（1 mg r hBMP-2/椎间联合自体骨组）20例，共27个椎间隙；2 mg组（2 mg r hBMP-2/椎间联合自体骨组）20例，共26个椎间隙。

1.3 治疗方案

气管内麻醉后取俯卧位，常规后正中入路切开皮肤，显露双侧关节突及横突根部，常规置入椎弓根螺钉，透视。行症状侧椎板切除、保留下关节突外侧份，用椎板咬骨钳潜行减压侧隐窝、探查神经根后保留椎间盘，依次切开纤维环，用刮匙刮除髓核和上下软骨终板。将切除的椎板和棘突上软组织处理干净，咬成骨粒，经椎间植骨漏斗植入椎间隙。对照组单纯植入6～10 ml骨粒。1 mg组将3～5 ml骨粒植入后，打入1 mg rhBMP-2，再打入3～5 ml骨粒。2 mg组与1 mg组相似，中间步骤打入2 mg rhBMP-2。每个患者融合1～2个节段。椎间隙处理完毕之后，充分止血，安装固定棒和横联，放置引流，逐层关闭伤口。术后第3天拔除引流管，佩戴腰围下地行走。围术期使用消炎止痛药和神经营养药物，术后12～14 d拆线出院。

1.4 评价及随访方法

收集手术时间、出血量、术后总引流量、平均住院时间、并发症发生率等指标，临床疗效评价采用VAS评分[术前、术后3个月、术后1年、末次随访（＞24个月）]、Oswestry功能障碍指数（Oswestry disability index,ODI）。影像学评价采用腰椎正侧位+动力位片测量椎间隙高度、角度变化。CT矢状位重建测量上下终板间连续性骨小梁。CT横断面观察有无椎管游离骨粒或异位骨化。骨性融合影像学标准：①骨性融合标准为腰椎动力位上椎体活动＜4°，CT矢状位重建可见上下终板间连续性骨小梁；②可能融合标准为活动＜4°，但未见终板间连续性骨小梁；③未融合标准为腰椎动力位上椎体活动＞4°，CT矢状位重建未见上下终板间连续性骨小梁。

1.5 统计学方法

采用SPSS 17.0软件进行统计学分析。连续型计量资料以均数±标准差表示，符合正态分布且方差齐性时，采用方差分析，两两比较采用配对t检验，两组间比较采用独立样本t检验。数据属偏态资料或方差不齐时采用秩和检验；以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3组术前资料比较

3组术前疾病组成、融合节段、年龄分布比较差异均无统计学意义(P＞0.05)，具有可比性。

2.2 3组手术观察指标及并发症比较

3组手术时间、手术失血量、术后总引流量、平均住院时间等方面差异无统计学意义（P＞0.05，表1）。

3组均未出现深部感染；2例出现伤口浅表感染（对照组和2 mg组各1例）；术后神经功能较术前均无明显变差；随访期内未见内固定失败病例；3组均未见椎管内游离骨粒脱出及异位骨化。

3组并发症发生率无统计学差异（P＞0.05）。

2.3 3组 V A S评分和 O D I评分比较

3组同时间点VAS评分比较，差异无统计学意义(P＞0.05)，术后各时间点与术前比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）。3组同时间点ODI评分比较，差异无统计学意义(P＞0.05)，术后各时间点与术前比较，差异均有统计学意义（P＜0.05，表2）。

2.4 3组术前及术后不同时点椎间隙高度变化比较

与术前比较，3组术后椎间隙高度变化显著，但组间同期椎间隙高度两两比较差异无统计学意义（图1）。

2.5 3组融合率比较

3组患者末次随访融合率比较：1 mg组与对照组比较差异无统计学意义；2 mg组与对照组及1 mg组比较，差异有统计学意义（P＜0.05，图2）。

3 讨论

腰椎融合术按植骨部位分为Hibbs植骨融合术（棘突/椎板/关节突）、后外侧植骨融合术（关节突/横突）、椎间植骨融合术，其中椎间植骨融合术是最有效的融合方式。植入材料分为生物型和非生物型，生物型包括自体骨（大块自体髂骨或颗粒骨）、异体骨、人工骨，非生物型包括各类不可吸收的椎间融合器。生物型具有骨诱导性，融合效率高，其中自体髂骨的支撑性极佳，被认为是骨移植的“金标准”。但取髂骨植骨手术时间长，切口多，供骨区经常疼痛，更多患者不愿接受取骨手术[5]。异种骨或同种异体骨移植费用高，存在免疫排斥和病毒传播等风险，而且融合能力有限[6]。所以许多医师倾向于将棘突和椎板制成骨粒，紧密打入椎间隙，增加植骨床接触面和椎间支撑力[1]。随着微创手术，如MED联合椎间植骨，或经椎间孔减压+PLIF的适应证不断扩大和手术技术提高，椎管减压有时无需咬除过多椎板和棘突，所以术中经常面临自体骨骨量不足的情况。为改善上述情况，术者开始寻求联合多种促进融合材料，如联用自体骨粒和其他生物型植骨材料。

BMP-2是诱导成骨细胞分化和促进骨形成最重要的细胞外信号分子之一。它能诱导血管周围未分化间充质细胞和骨髓基质细胞分化为成软骨细胞和成骨细胞，促进骨细胞的增殖，进而合成胶原，形成钙化的骨组织，它可以促进原位或异位骨的形成[7,8]，具有独立诱导成骨的作用。BMP根据氨基酸序列同源性可分为7组，BMP-2的作用最强，可在体外被转基因微生物分泌，被商品化后出现在多种骨移植术式中。r hBMP-2于2002年被美国食品药品监督管理局（FDA）批准应用于ALIF手术。Chen[9]纳入了10篇随机对照研究做met a分析得出，单纯使用rhBMP-2组在术后6、12、24个月均较自体髂骨移植显著降低骨融合失败风险。崔泳[10]纳入4篇随机对照研究做met a分析后发现，4个临床随机对照研究均报告了r h-BMP-2复合物与自体髂骨用于腰椎融合术术后12个月及24个月的融合率，共364例,其中接受rhBMP-2复合物的为198例,接受自体髂骨者166例，差异有统计学意义。但文中并未重点介绍融合率与r hBMP-2使用量及自体骨粒的配比量之间的关系。

表1 3组手术观察指标及并发症比较（，%）

表1 3组手术观察指标及并发症比较（，%）

组别对照组1 mg组2 mg组出血量（ml）305±42 309±37 313±43手术时间（min）131±26 134±24 138±27术后总引流量（ml）390±90 410±110 400±75平均住院时间（d）9.3±4.5 8.7±5.3 9.1±6.4并发症发生率（%）50 5

表2 3组 V A S评分和 O D I评分比较（

表2 3组 V A S评分和 O D I评分比较（

与术前比较，△P＜0.05

VAS ODI组别对照组1 mg组2 mg组术前8.0±2.7 7.9±1.9 8.4±2.4术后1个月2.5±1.4△3.0±2.1△2.3±2.2△术后1年1.3±1.8△1.0±2.1△1.3±1.4△末次随访1.2±2.0△1.1±1.6△1.2±1.5△术前45.5±10.4 42.9±14.5 44.0±12.8术后1个月22.5±5.1△20.0±6.5△17.8±5.5△术后1年13.8±2.1△10.4±3.4△11.7±3.1△末次随访10.4±2.2△9.2±3.0△8.2±2.9△

图1 3组术前及术后不同时点椎间隙高度变化比较

虽然大量文献表明r hBMP-2在成骨中的积极作用，但应用r hBMP-2也会出现各种并发症，如新发神经根损伤、异位骨化、伤口积液感染、骨溶解以及前路腰椎手术后的逆行性射精，大剂量的r hBMP-2还可能有一定的致癌风险。并发症的发生率常发生在大剂量使用后（≥20 mg/次）[11]。因此本研究设计使用小剂量r hBMP-2，在同等自体骨量的基础上，对比1 mg与2 mg r hBMP-2在疗效和安全性上的区别，发现2 mg rhBMP-2联合自体骨粒的融合率最高。本研究结合利用了两种材料良好的骨传导性、生物力学优点，较好地解决了自体骨来源有限和大剂量r hBMP-2并发症的问题。

图2 3组患者末次随访融合率比较

随访时间内3组间VAS评分和ODI评分无统计学差异，但融合率有差异，原因分析如下：①融合率为放射学客观指标，更直观量化；②入组患者平均年龄低，骨质较好，椎弓根螺钉在2年内足够保持稳定；③不排除量表评分的主观影响，或因样本量少或随访时间短造成偏倚。所以还需增大样本量，延长随访时间，组织多中心的长期随访研究。

综上所述，2 mg r hBMP-2联合自体骨椎间打压植骨与单用自体骨、1 mg r hBMP-2联合自体骨椎间打压植骨比较，能获得更为优良的融合率。