楊鵬 侯天勇 邢軍超 羅飛 許建中*

青少年特發(fā)性脊柱側彎（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）是在青少年時期出現的原因不明的非先天性三維脊柱畸形，總體發(fā)病率為1% ～3%，其中超過0.02%的患者需要手術治療[1]。隨著 AIS 手術治療理念的不斷更新，矯形內固定加植骨融合術已成為臨床應用最廣泛且療效最確切的外科治療方法，AIS 的手術治療不僅依靠器械矯形，更關鍵在于術后固定節(jié)段的牢固融合[2]。自體骨被認為是脊柱融合術中骨移植材料的“金標準”[3]，但伴有骨丟失、神經損傷、持續(xù)性疼痛、感染等供區(qū)并發(fā)癥[4]。尤其對于 Lenke 分型為Ⅰ-Ⅲ型的AIS 患者來說，術中通常不需要切除肋骨，術中獲得的自體骨不能滿足植骨需要，且青少年骨發(fā)育可能還未完全成熟，取自體髂骨容易破壞骨骺。同種異體骨雖無自體取骨的并發(fā)癥，但經處理后骨誘導活性和生物力學性能降低、新骨爬行替代過程緩慢，骨不連發(fā)生率高[5]。因此，尋找具有良好生物學活性和強度的植骨替代材料已引起廣泛重視。本研究利用選擇性細胞滯留（selective cell retention，SCR）技術富集自體骨髓，與同種異體骨復合構建骨髓富集骨移植材料，探討其用于AIS 植骨融合的臨床效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料

經本院倫理委員會批準及患者家屬同意，自2014 年7月至2016 年9 月共31 例 AIS 患者參與本研究，其中男14例，女17 例，年齡12 ～ 20 歲，平均年齡15 歲。納入標準:脊柱側彎畸形嚴重影響美觀，側彎角度大于45°或每年進展超過5°，Lenke 分型為Ⅰ-Ⅲ型[6];年齡10 ～ 20歲，不限性別;無其他系統疾病及吸煙史;近期未參加其他研究。排除標準:脊柱僵硬的伴剃刀背畸形需要切除肋骨;合并強直性脊柱炎、脊柱結核、脊柱腫瘤等其他脊柱疾病;合并其他系統疾病或有吸煙史;患精神心理疾病不能按計劃完成隨訪。按患者就診先后順序，隨機（數字表法）分為對照組和觀察組。其中對照組14 例，采用同種異體骨作為植骨融合材料; 觀察組17 例，采用骨髓富集骨移植材料作為植骨融合材料。

1.2 方法

1.2.1 自體骨髓采集

配制1 000 U/mL 的肝素生理鹽水，提前吸入注射器中備用。選擇髂前上棘或髂后上棘或預植入椎弓根螺釘的椎弓根為骨髓穿刺點，用含肝素鹽水的注射器抽取適量的骨髓，每個位點抽吸骨髓5 mL，即刻搖勻，每個點間隔2 cm 以上，總量以每克植骨材料準備5 ～6 mL 骨髓為宜。

1.2.2 骨髓富集

將骨髓注入已裝填同種異體骨（松質骨顆粒和皮質骨粉1∶1 混合）的椎杯中，蓋緊外蓋，均勻用力按壓骨生長富集器（富沃，重慶）手柄至平齊頂部后松開，在恒力彈簧提供的負壓作用下，自動完成1 次骨髓富集操作，并將骨髓回吸入回流筒中。待骨髓完全回流、手柄恢復到初始位置后，再次按壓手柄開始第2 次循環(huán)。累計4 次上述富集操作，即完成骨髓富集骨移植材料的構建，總過程為5 ～10 min。

1.2.3 手術方法

兩組患者手術均由同一位醫(yī)師主刀?；颊呷楦┡P位，行后正中切口，逐層切開皮膚、皮下組織和椎旁肌肉，顯露雙側椎板、上下關節(jié)突和橫突。于進針點咬除骨皮質，定位器定位、開孔，探針探查孔壁四周為骨性結構，選擇合適大小的椎弓根螺釘植入，將預彎好的棒置入椎弓根螺釘內，去旋轉，矯正畸形，C 臂 X 線機再次透視見側彎畸形在冠狀面、矢狀面矯正均滿意，旋緊螺釘及棒。對擬融合椎體兩側椎板去皮質化，根據組別植入不同骨移植材料，留置引流管和逐層縫合切口。術中行神經電生理監(jiān)測，矯形結束時行喚醒試驗。

1.3 術后處理

術后常規(guī)使用抗生素24 h 預防感染，術后48 ～72 h 視術區(qū)引流情況予以拔除術區(qū)引流管，術后1 周在支具保護下逐步下床活動。

1.4 隨訪及觀察指標

治療后隨訪24 個月，對兩組患者的圍手術期資料、影像學表現、臨床療效等進行評估。圍手術期資料: 手術時間、術中出血量、住院時間;影像學表現: 矯正率、矯正丟失、按脊柱融合 Lenke 分級標準評定融合情況（見表1，A 級和B 級均評定為骨融合）[7];臨床療效: 視覺模擬評分（VAS）、Oswestry 功能障礙指數（ODI）[8]、脊柱側凸研究協會30 項（SRS-30）[9]、并發(fā)癥。

表1 脊柱融合Lenke 字母分級標準

1.5 統計學方法

采用SPSS 20.0（SPSS 公司，美國）統計軟件進行統計學分析。計量資料均以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本 檢驗，組內手術前后比較采用配對樣本 檢驗; 計數資料比較采用檢驗，<0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 受試者數量分析

31 例患者全部獲得隨訪，均進入結果分析，無脫落。

2.2 兩組患者基本資料比較

兩組患者在性別比、年齡、Lenke 分型、融合節(jié)段數、植骨量等方面差異無統計學意義（>0.05），具有可比性，見表 2。

表2 兩組患者基本資料比較

2.3 兩組患者圍手術期資料比較

兩組患者在術中出血量、手術時間、住院時間等方面差異無統計學意義（>0.05），見表 3。

2.4 兩組患者矯形效果和融合情況比較

觀察組術后矯正率、末次隨訪矯正丟失略優(yōu)于對照組，但差異無統計學意義（>0.05），見表 4。觀察組術后 6 個月融合率高于對照組，對照組融合率為（1+7）/14=57.14%,觀察組融合率為（5+8）/17=76.47%，見表5。末次隨訪時兩組間患者脊柱融合 Lenke 分級比較差異有統計學意義見表 6。

2.5 兩組患者臨床評分比較

末次隨訪時所有患者 VAS、ODI 評分較術前均明顯下降（<0.01），但兩組間術前及末次隨訪比較，差異均無統計學意義（>0.05）。末次隨訪時所有SRS-30 總分及疼痛、自我形象、滿意度 3 個維度的評分較術前均明顯上升（<0.01）; 心理、功能/活動2 個維度的評分與術前比較，差異無統計學意義（>0.05），兩組間SRS-30 總分和各維度評分在術前與末次隨訪時均差異無統計學意義，見表7。

表3 兩組患者圍手術期資料比較

表4 兩組患者畸形矯正數據比較

表5 兩組患者術后6 個月脊柱融合Lenke 分級比較

表6 兩組患者末次隨訪脊柱融合Lenke 分級比較

表7 兩組患者臨床評分比較分）

表7 兩組患者臨床評分比較分）

指標 術前 末次隨訪對照組（n=14） 觀察組（n=17） 對照組（n=14） 觀察組（n=17）VAS 1.71±0.61 2.00±0.78 0.21±0.43 0.35±0.49 ODI 6.03±2.53 6.80±2.62 1.27±1.43 1.31±1.35 SRS-30疼痛 4.15±0.32 4.23±0.50 4.40±0.23 4.48±0.11心理 4.16±0.20 4.21±0.16 4.18±0.17 4.22±0.22功能/活動 3.92±0.27 3.93±0.17 4.01±0.88 4.01±0.93自我形象 3.22±0.50 3.34±0.41 4.06±0.25 4.19±0.18滿意度3.39±0.33 3.44±0.27 4.27±0.18 4.33±0.09

2.6 并發(fā)癥

兩組患者均未發(fā)生螺釘松動、斷裂和斷棒等并發(fā)癥，觀察組1例患者術后出現傷口愈合不良，經清創(chuàng)及抗感染治療后痊愈。

典型病例1: 對照組患者，女，15 歲，青少年脊柱側彎畸形（Lenke ⅠA 型），行脊柱側彎矯形+同種異體骨植骨融合術（見圖1）。

圖1 A.術前X 線片;B.術后1 周X 線片;C.術后2 年X 線片;D.術中植骨照片;E.術后6 個月CT 掃描矢狀面;F.術后6 個月CT 掃描橫斷面，脊柱融合Lenke 分級評定為C 級;G、H.術后2 年矯形效果良好

典型病例2: 觀察組患者，男，16 歲，青少年脊柱側彎畸形（Lenke ⅡC 型），行脊側彎矯形+骨髓富集骨移植材料植骨融合術（見圖2）。

圖2 A.術前X 線片;B.術后1 周X 線片;C.術后2 年X 線片;D.術中植骨照片;E.術后6 個月CT 掃描矢狀面;F.術后6 個月CT 掃描橫斷面，脊柱融合Lenke 分級評定為A 級;G、H.術后2 年矯形效果良好

3 討論

目前，脊柱融合術已經成為治療創(chuàng)傷、腫瘤、感染、退變、畸形等脊柱疾病的常見方法[10]。通過使用骨移植材料行脊柱融合術已得到廣泛應用，由于脊柱融合對骨移植材料數量和質量要求較高，所以骨移植材料被認為是影響脊柱融合手術成功的重要因素。干細胞治療的興起為克服自體骨和異體骨等傳統骨移植材料的缺陷，構建理想的骨移植材料提供了新的希望。

研究證實，骨髓中含有可促進脊柱融合的多種干細胞和生長因子[11]。然而，這些細胞和因子在骨髓中濃度較低，如可分化為成骨細胞的骨髓間質干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）僅占骨髓有核細胞的0.001%～0.01%[12]。已有學者報道，注射到骨折斷端或是骨不連部位可以促進骨愈合[13]，但骨髓不經任何細胞分離或純化等處理，無法達到高濃度，直接回植療效常不穩(wěn)定。組織工程技術已在臨床應用并取得了不錯的治療效果[14]，但BMSCs 體外培養(yǎng)擴增操作程序尚無統一標準且耗時過長，還不能廣泛運用于臨床。骨髓富集技術可提高單位體積內干細胞和生長因子的數量，極大提高骨髓成骨的有效成分，為更好地利用骨髓、促進成骨提供了新思路。Sauerbier 等[15]利用離心技術富集骨髓，發(fā)現富集后的骨髓與牛骨礦物質混合后可達到自體骨與牛骨礦物質混合的成骨能力。Gan 等[16]通過離心技術富集BMSCs，并復合 -磷酸三鈣應用到41 例患者的脊柱后路融合術中，隨訪34.5 個月后95.1%的患者實現了良好的融合效果。但利用離心技術富集骨髓所需骨髓量較大，且需要一個專門的實驗室及專業(yè)人員進行操作，其他有利于成骨的生長因子未能得到利用。另一種骨髓富集技術是由Muschler 等[17]提出的SCR 技術，其基本原理是利用富集材料合適的網孔結構和良好的表面黏附性能，在骨髓以一定流速流經富集材料時，可將骨髓中成骨相關的干細胞和細胞因子選擇性滯留于富集材料中。Hou 等[18]對富集材料進行修飾后，發(fā)現利用SCR 技術可將骨髓中的有核細胞、單核細胞、BMCs 以及造血干細胞富集5、12、11.5、10.2 倍，骨形態(tài)發(fā)生蛋白6、人血小板衍生生長因子 BB、血管內皮生長因子以及表皮細胞生長因子富集 1.38、1.30、1.65、3.95倍。在動物實驗中，Brodke 等[19]以犬為動物模型，利用SCR 技術將骨髓富集在脫鈣骨基質和松質骨屑中，發(fā)現其修復股骨缺損的能力與自體骨相當。Gupta 等[20]以羊為動物模型，利用SCR 技術將骨髓富集在磷酸三鈣（TCP）中，發(fā)現其與自體骨在羊后外側腰椎融合術中實現了相似的融合率。在臨床研究中，Lee 和Goodman[21]以脫鈣骨基質和松質骨屑為富集材料，復合 SCR 技術富集的自體骨髓治療3例廣泛性股骨髁壞死，隨訪2 年發(fā)現患者功能恢復良好。Fitzgibbons 等[22]將SCR 技術應用到足踝手術中，以同種異體骨為富集材料，發(fā)現可以提高材料的骨誘導、骨傳導和骨生成能力。

本研究第一次將SCR 技術應用到脊柱側彎畸形的矯治中，且是第一個關于SCR 技術臨床應用的前瞻性隨機對照研究。經過隨訪24 個月發(fā)現，觀察組矯正率和矯正丟失略優(yōu)于對照組，但差異無統計學意義（>0.05），即兩種材料均能達到治療目的，實現良好的畸形矯正和矯正維持效果。在脊柱融合方面，術后6 個月觀察組融合率高于對照組，說明骨髓富集材料實現脊柱融合速度快于單純同種異體骨材料。末次隨訪時觀察組脊柱融合Lenke 分級情況略優(yōu)于對照組，說明骨髓富集材料最終融合效果稍優(yōu)于對照組。分析臨床評分發(fā)現，末次隨訪時所有患者 VAS、ODI 評分均低于術前，但兩組間比較差異無統計學意義，說明兩種骨移植材料均能使患者的疼痛及功能情況得到改善。末次隨訪時所有患者 SRS-30 總分較術前明顯增加，其中疼痛、自我形象、滿意度3 個維度的評分較術前增加，心理、功能/活動2 個維度的評分較術前無明顯變化，可能是由于入組患者畸形程度并未明顯影響日?；顒佑嘘P[23]。兩組間SRS-30 總分及各維度評分在術前與末次隨訪時比較差異均無統計學意義，說明兩種骨移植材料均能使患者的生活質量得到提高。除了觀察組1 例患者出現傷口愈合不良外，隨訪期間未觀察到其余并發(fā)癥，說明骨髓富集骨移植材料的臨床應用是安全可靠的。

在本研究中，同種異體骨被用做富集材料，并將其松質骨顆粒和皮質骨粉進行1∶1 混合，以減小材料孔徑，增加富集效率。經過脫脂、脫蛋白等降抗原性處理后，同種異體骨的骨誘導和骨生成能力降低，但仍保留了骨組織天然的三維結構，且具有原有的骨小梁和骨小梁間隙，有利于細胞的黏附和生長[24]。同種異體骨復合富集骨髓構建的骨髓富集骨移植材料既能為成骨提供較高濃度的干細胞和細胞因子，又能為骨生長提供支架，有與自體骨相似的功能，較單純同種異體骨融合效果更好。此外，利用SCR 技術富集骨髓操作簡單安全，需要骨髓量較少，耗時短，可實現術中即刻構建骨移植材料，規(guī)避了許多技術與倫理學方面的限制。

綜上所述，研究初步證實，利用SCR 技術富集自體骨髓并復合同種異體骨構建的骨髓富集材料，將其應用于脊柱融合之中，可獲得理想的效果，為臨床上術中即刻構建高活性骨移植材料提供了新的思路。