来源：大连医科大学附属第一医院骨科

作者：孟猛，王金佐，李忠海

随着我国经济水平的不断提高、人民生活日益改善。人口平均寿命正不断延长，社会逐渐步入老龄化，骨质疏松成为影响老年人生活质量，限制其运动能力的重要原因。此外，随着年龄的增长，腰椎管狭窄症、退变性腰椎滑脱症、退行性脊柱侧凸等脊柱相关疾病的发生率也逐步增加，此类患者往往需要手术治疗。

严重的骨质疏松导致脊柱术后容易出现应力性骨折、假关节形成、螺钉松动等并发症，严重影响手术疗效。然而目前，许多脊柱外科医生对于骨质疏松导致内固定失败的危害性认识不足。笔者就骨质疏松患者脊柱内固定失败的预防策略进行文献综述，以期指导临床，降低脊柱内固定手术失败率。

一、骨质疏松的筛查与评估

骨骼质量与内固定手术成功率密切相关，在内固定术前，常规筛查、评估患者骨量降低的情况可以帮助指导整个围手术期的治疗。目前在临床上多通过骨密度检测和骨生化代谢指标筛查两种途径评估患者骨量情况。

双能X线骨密度检查测出的骨密度是诊断骨质疏松的金标准，将T≤一2.5的患者定为患有骨质疏松，将一2.5<T≤一1定为低骨量。WH0开发了一种骨折风险评估工具(fhcture risk assessment t001，FRAX)，通过分析骨密度和特定风险因素评估未来发生骨折的风险圈。定量CT技术可以更好地区分骨皮质和骨小梁，临床上大多用于评估骨质疏松治疗效果，但是需要注意其辐射量较高，对患者有一定损伤问。

近年来，一些新的影像技术如氢质子磁共振波谱(1H—magnetic resonance spectroscop，1H—MRS)、磁共振弥散加权成像(DWI)等，具有敏感性高、发现病变早、能观察骨髓病理生理变化等优势，因此受到人们重视，对于骨质量的研究、药物疗效评估及临床治疗方案的指导具有很大帮助。

与骨密度的变化相比，骨生化代谢指标敏感性较高，可以更快地反应骨转换及代谢情况，因此常用于弥补单独骨密度诊断的不足，在骨质疏松诊断分型、骨折风险预测、指导用药等方面有着重要作用。

Ⅰ型胶原C端肽和Ⅰ型原胶原N端前肽分别是反映骨吸收和骨形成速率的生化指标，其浓度越高，骨质流失越快，发生脆性骨折风险也越大。Civitelli等研究发现，骨代谢产物筛查与骨密度测定结合使用时，可以更加准确地评估绝经后患有骨质疏松症妇女的骨折风险。

近年来，一些新的研究发现，骨转换标志物血清抗酒石酸酸性磷酸酶-5b和尿骨钙素可用来预测骨折发生，特别是在椎骨骨折中，但是结果有待在其他研究中得到进一步证实。另外Naylor等研究发现，骨转换标志物是评估双膦酸盐治疗反应的有效指标，可以预测骨密度变化水平，但具体治疗阈值有待进一步研究。

二、系统规范的抗骨质疏松治疗

预防是骨质疏松症管理中最重要的原则，对于接受脊柱手术的骨质疏松患者，脊柱外科医生必须意识到患者骨质疏松的危害性并采取预防措施。在脊柱手术围手术期告知患者戒烟限酒、保证充足的钙和维生素D摄入。如在术前通过骨密度检测和骨生化代谢指标的筛查发现患者骨骼质量较差，具有发生骨折的风险，可以系统规范使用抗骨质疏松药物调节骨重建，进而影响骨骼质量。

目前常用抗骨质疏松药物包括钙剂，维生素D、降钙素、选择性雌激素受体调节剂(雷洛昔芬)、双膦酸盐﹑甲状旁腺素类似物(特立帕肽)、抗核因子kB受体活化因子(receptoractivator of nuclear factor-xB，RANK)配体单克隆抗体(狄诺塞麦)、锶盐(雷奈酸锶)等(表1)。根据FRAX评估工具建议，对于所有10年内发生骨折风险>3%的患者，都应积极考虑抗骨质疏松治疗。

术前患者维生素D和血钙水平较低，可能会导致腰椎融合欠佳，虽然没有证据证明补充维生素D可以改善脊柱融合，但是已有临床试验证明补充维生素D有助于减少全身性炎症，降低接受脊柱融合术患者的疼痛，因此在临床上建议对骨质疏松患者补充钙剂和维生素D，以期增加患者骨密度。

双膦酸盐、降钙素、选择性雌激素受体调节剂等药物通过抑制破骨细胞活性，减少骨转换，从而增加骨密度。

研究表明，双膦酸盐可以显著提高骨骼愈合质量，并降低术后骨折、椎弓根螺钉松动的发生率。但是在某些动物模型中，双膦酸盐不利于骨折愈合，而且长期使用双膦酸盐可能会增加股骨骨折的风险，因此有学者建议对于已经使用双膦酸盐的患者，在脊柱手术前3个月停止用药，以促进骨重建的生理性增加。

有研究显示降钙素通过上调促进骨和血管生成的基因来促进腰椎融合，但也有研究发现降钙素对腰椎融合没有明显的积极作用，对于脊柱手术治疗的患者，降钙素不是用于提高患者骨骼质量的一线辅助疗法。

选择性雌激素受体调节剂的应用范围较局限，有学者发现使用选择性雌激素受体调节剂可能会导致血栓形成，在某些情况下还可能产生致癌副作用。因此仅对于绝经后的妇女建议采用选择性雌激素受体调节剂治疗，进而提高骨质疏松患者术后的骨骼质量。

特立帕肽是目前唯一可行的合成代谢骨制剂，可以有效提高内固定术后的脊柱融合率。Chaudhary等建议在脊柱内固定术前3个月开始使用特立帕肽，术后继续使用3个月，最好持续两年。也有研究表明联合使用特立帕肽和狄诺塞麦增加的骨密度高于其单独使用，联合治疗更适用于具有高骨折风险的患者。狄诺塞麦作为抗RANK配体单克隆抗体，可以抑制破骨细胞的骨吸收作用，促进成骨细胞的成骨作用，显著降低骨质疏松患者发生椎体骨折的风险。

近年来，有学者发现雷奈酸锶在增加成骨细胞分化的同时具有抑制破骨细胞形成的作用，尤其在骨质疏松骨骼中，可以明显增加患者骨密度，改善骨骼生物力学性能，降低骨质疏松患者发生脊柱椎骨骨折的风险，建议在围手术期使用来提高内固定术后骨骼质量。

三、内固定器械和手术技术的改良与研发

由于骨质疏松患者的骨密度降低，骨小梁结构破坏，力学性能降低，容易发生螺钉松动等并发症，因此对于骨质疏松患者来说，可以通过改进螺钉设计、改良置钉技术、采用骨水泥强化钉道、使用新兴辅助技术等方法增强内固定置入物的稳定性，减少并发症。

螺钉的设计

1.螺钉直径的增加

椎弓根螺钉的直径对其生物力学稳定性起着关键作用，一般来说，螺钉的直径越大，与椎弓根的接触面积就越大，其固定能力就越强，但是由于椎弓根高度有限，因此螺钉直径不可能无限增加。

Matsukawa等发现，螺钉直径的增加可以显著提高抗拔出强度和椎体固定强度。Kueny等也发现，螺钉直径增加1mm，可增加24%的抗拔出力和5%的疲劳强度。但是需要注意，过分增加椎弓根螺钉直径也会增加椎弓根骨折的风险。

2.螺钉螺纹、螺距和螺钉外形的改良

螺钉的螺纹、螺距及外形等参数发生变化，也会对螺钉的固定强度产生影响。Kim等通过对比不同外径形状(圆柱形或圆锥形)、内径形状(圆柱形或圆锥形)和螺纹形状(V形，锯齿形和方形)的螺钉固定强度，发现螺钉外径形状为圆柱形、内径形状为圆锥形、螺纹形状为“V"形的螺钉具有最高的抗拔出强度。Liu等也发现，圆锥形的内径和双芯/双螺纹的设计可提高抗拔出强度，促使术后螺钉稳定性达到最佳效果。

常见螺纹设计

3.可膨胀螺钉

当螺钉膨胀时，围绕螺钉的骨组织被压缩得更密，螺纹周围增强的骨密度有助于增强螺钉的固定强度。Chen等通过生物力学研究证实，可膨胀螺钉的抗拔出力比传统的椎弓根螺钉大5倍。Cook等回顾了145例骨质疏松患者，发现使用可膨胀螺钉可显著降低螺钉断裂等并发症的风险。

此外Gazzcri等对比了骨水泥增强螺钉和可膨胀螺钉的使用效果，发现使用可膨胀螺钉可缩短手术时间，由于可膨胀螺钉无需使用骨水泥，避免了发生骨水泥渗漏的风险。

4.螺钉涂层

螺钉表面进行涂层可以促进骨与螺钉接触面的骨重建，增强骨与螺钉界面的结合力。Hasegawa等研究发现，羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)涂层螺钉的抗拔出力为未涂层螺钉的1.6倍，在术后10天，螺钉就与周围骨骼有了良好的结合。Upasani等比较了HA螺钉、钛喷涂(titanium plasma spray，TPS)螺钉和复合HA-TPS涂层处理的螺钉，发现HA螺钉具有最好的骨结合效果。

置钉技术

1. 攻丝

关于攻丝可增强骨质疏松患者内固定的固定强度仍存在一定争议。

Kuhns等的研究结果表明，在骨质疏松模型中，置入使用骨水泥增强的螺钉之前进行攻丝，可以使螺钉的把持力增强54%，且攻丝深度越深，螺钉把持力越强。但是Carmouche等发现攻丝反而降低了骨质疏松患者腰椎的椎弓根螺钉抗拔出力。

另外Chatzistergos等研究发现导向孔的大小也会较大地影响自攻螺钉的抗拔出强度，缩小导向孔的直径可提高螺钉的抗拔出力，这对开路锥等手术器械的改良有着较好的指导作用。

2.置钉轨迹

传统椎弓根螺钉钉道基本被松质骨包围，在骨质疏松的情况下，其把持力会降低。基于此，2009年Santoni等首次提出了椎弓根皮质骨轨迹(corticabone trajectory，CBT)螺钉固定技术。

与传统椎弓根螺钉相比，CBT螺钉的进钉点位于椎弓峡部，更靠内侧，从而减少了螺钉的暴露范围。由于螺钉直径更小，长度更短，螺纹排列更紧密，可与皮质骨、椎弓根后内侧壁、前外侧壁及椎体四点接触，使螺纹和骨皮质的接触面积更大，具有更强的把持力。自内而外、自下而上的轨迹，可以避开硬膜囊和神经根，降低了损伤神经、血管的概率。

生物力学实验证明，与传统螺钉相比，CBT螺钉的最大插入扭矩是其1.71倍，轴向抗拔出强度增加了30%，从而显著提高了螺钉的固定力48。Liu等比较了CBT螺钉和椎弓根螺钉分别应用于腰椎后路融合术，发现使用CBT螺钉的患者手术时间更短，术中出血更少，术后恢复更快，并发症较少。

骨水泥强化

目前骨水泥强化主要有两种方案，一种是先用标准的椎体成形术将骨水泥沿钉道注入椎体，然后再插入椎弓根螺钉。另一种方法是使用有孔或者空心椎弓根螺钉，通过螺钉上的孔将骨水泥注入椎体内。

Chen等通过生物力学研究发现，两种方法注入骨水泥都可显著提高螺钉强度，但骨水泥强化的实心螺钉的抗拔出力比骨水泥强化的空心螺钉更高。

Kim等将空心螺钉和实心螺钉分别应用于接受后路椎弓根螺钉固定的患者，发现在骨质疏松症患者中，空心螺钉比实心螺钉更能有效减少螺钉松动的发生率。

临床上常用的骨水泥包括聚甲基丙烯酸甲酯(poly-methylmethacry late，PMMA)，磷酸钙骨水泥(calciumphosphate cement，CPC)和羟基磷灰石骨水泥(hydroxyap-atite cement，HAC)等。

已有研究证实PMMA强化螺钉固定强度较高，但是PMMA固化时会产生大量热量，导致局部温度升高，会对骨骼造成损伤。注入椎体时可能会发生渗漏进入椎管或神经根管，引起脊髓或神经功能损害。CPC和HAC等生物骨水泥与传统骨水泥相比，虽然固定强度有所下降，但是其凝固过程释放热量较少或者不放热，在术后可缓慢吸收，因此成为临床上一种新的选择。

四、总结

随着科技的发展，骨科手术机器人、3D打印辅助导航等新兴技术的使用范围越来越广泛，并且成为脊柱外科手术的重要组成部分。已有研究证实，使用手术机器人、3D打印辅助导航等技术辅助医生置入椎弓根螺钉比徒手置人螺钉更为准确，显著降低了内固定的失败率。随着5G技术的发展和操作模式的改变，这些新的技术将为脊柱外科手术带来更大的便利，从而为患者提供更为精准有效的医疗服务。

脊柱内固定是治疗创伤性或退变性脊柱疾病的常用手段，但是对于骨质疏松患者来说，脊柱内固定失败率仍然很高。目前可以通过在手术前筛查与评估患者的骨质量，针对不同程度的骨质疏松展开系统规范的抗骨质疏松治疗来减少患者骨量下降对内固定的影响。通过改进螺钉的设计，改变置钉的轨迹，使用骨水泥强化螺钉等方法加强内固定的固定强度，减少内固定术后螺钉松动、脱落等并发症发生。

此外，其他新兴辅助脊柱外科医生的技术显示出了良好的应用前景。为了达到更好的固定效果，更有效地降低内固定失败率，临床医生可以针对不同手术方式，不同骨质疏松程度分别采用不同的预防措施。

参考文献：略

参考资料：中国脊柱脊髓杂志2021年第31卷第11期

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