骨質疏松癥是以骨量減少、骨的微細結構退化、骨強度降低為特征，致使骨的脆性增加以及骨折危險性增加的一種全身性代謝性骨骼疾病。在骨質疏松椎體中，融合失敗導致椎弓根螺釘斷裂、脫出的發生率很高，強化骨－釘界面是提高內固定穩定的關鍵。然而，Okudaetal比較年輕患者組與70歲以上患者組腰后路融合內固定術的融合率，發現老年患者組延遲融合率大于年輕患者組，但總的融合率差異無統計學意義。因此，骨質疏松癥與脊柱內固定手術預后、影像學的低融合率、椎體高度恢復的丟失之間的聯系需進一步研究。不管哪種類型的脊柱內固定手術，內固定技術對手術預后至關重要，內固定的選擇、螺釘的強化及設計、融合技術等能提高內固定在骨質疏松椎體中的穩定性。

椎弓根螺釘強化技術

骨密度是直接影響脊柱內固定手術的生物力學因素，如螺釘的疲勞耐受、拔出力、旋入扭矩，即骨密度是影響內固定穩定的關鍵因素。目前仍未研制出能夠明顯提高患者圍手術期脊柱骨密度的藥物，在骨量降低的椎體中，生物力學及臨床研究都證明用骨水泥強化技術可顯著提高螺釘的拔出力。Chenetal的嚴重骨質疏松椎體模型實驗研究表明，不管是錐形螺釘還是圓柱形螺釘，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)預填充強化實心螺釘組的平均最大軸向拔出力顯著高于PMMA注射強化空心螺釘組，拔出螺釘后發現骨水泥滲入松質骨孔洞中形成了骨水泥復合體，并且拔出總是發生在骨－骨水泥復合體交界區，而不會發生在螺釘－骨水泥復合體交界區，因為后者界面的抗拔出力更強。這說明骨水泥強化技術是一個重要的影響因素，如何提高骨－骨水泥復合體界面的強度才是關鍵。 

臨床上常用的骨水泥有PMMA、磷酸鈣骨水泥(CaP)、硫酸鈣骨水泥(CSC)、羥基磷灰石(HA)。目前應用最多的是PMMA，盡管PMMA單體有毒性且無法降解，但其在增加椎弓根螺釘把持力上似乎優于CaP、HA。各文獻報道同一骨水泥強化效果差異很大，原因是骨密度的差異和骨水泥注射技術的影響。Yietal比較HA、CaP、PMMA3種骨水泥強化椎弓根螺釘的拔出力，結果表明PMMA強化比HA及CaP強化有更高的拔出力，HA在增加拔出力上與骨密度成一定的正相關性。CaP、HA的骨誘導性及骨傳導性可以促進骨的生長和礦化，并且CaP固化是吸熱反應，其滲漏損傷周圍組織的風險較PMMA低，但在增加螺釘拔出力上CaP不及PMMA。另一個限制CaP在臨床應用的因素是其固化時間需要24h，吸收時間為4～6周，這意味著其不能為植入螺釘時提供即刻的穩定性，且隨著時間的推移，骨整合對螺釘拔出力的影響很難測定。HA具有更高的密度和結晶化，有更大的機械強度和抗溶解能力，HA吸收很慢，可能成為臨床更好的選擇。Jangetal應用HA強化螺釘行腰椎單節段融合術，隨訪2年發現VAS評分、融合率、影像學參數HA組均優于非強化組，原因可能與HA強化螺釘－骨界面可降低螺釘的微動和椎間高度的丟失有關。 

GeneX骨水泥是近年來新研發的一種骨水泥，由β-磷酸三鈣與半水硫酸鈣混合配制而成，該骨水泥兼備了CSC較強的成骨能力及CaP緩慢降解的特點，并且進行了電荷極化處理，使骨水泥晶體結構得到改變。楊惠光等應用GeneX骨水泥結合短節段椎弓根內固定治療骨質疏松椎體壓縮性骨折伴真空征患者，取得了良好的療效，并證實了GeneX骨水泥具有良好的生物相容性和骨誘導能力。張樹芳等在山羊體內應用GeneX骨水泥強化椎弓根螺釘，發現GeneX骨水泥在3個月時已經全部降解，釘道周圍代替的是大量骨組織，骨小梁排列致密，成熟骨小梁附近可見大量新生骨組織，形成良好的釘－骨結合，其生物力學強度與PMMA組相當。但該研究采用的不是骨質疏松動物模型，在不同程度骨質疏松椎體中，GeneX骨水泥強化螺釘的生物力學強度及釘道周圍的組織學變化還需進一步研究。各種骨水泥有各自的優、缺點，然而到目前為止，仍無理想的椎弓根螺釘強化材料，期望能研制一種具有PMMA的優點又有骨誘導的復合材料，為臨床手術提供更多的幫助。

椎弓根螺釘的設計

由于椎弓根的解剖結構特點，椎弓根螺釘固定最大拔出力約60%由椎弓根的皮質骨決定，15%～20%由椎體的松質骨決定，所以，不同設計的螺釘其固定強度有差異。從力學理論上，螺釘直徑越大、螺釘越長、螺紋越深固定越穩定。Pateletal在骨質疏松模型中研究表明，6.5mm松質骨螺釘最大拔出力顯著比4.5mm皮質骨螺釘大。 

Matsukawaetal應用三維有限元分析也得到相似的結果，但使用粗螺釘增加椎弓根骨折的風險。Strempeletal(1994年)研究表明螺釘外徑最大不應該超過椎弓根外徑的80%。臨床上選擇最佳螺釘直徑時應結合具體情況而定，比如在脊柱側凸患者中，凹側椎弓根往往比正常小很多，須結合患者術前CT測量結果選擇螺釘直徑。 

傳統使用的螺釘多為圓柱形螺釘，因錐形螺釘具有較好的抗屈曲強度，近年來錐形螺釘(內直徑為錐形，外直徑為圓柱形)的使用越來越多。Chaoetal用三維有限元分析表明，在相同外直徑下錐形螺釘比圓柱形螺釘有更高的拔出力、旋轉力矩、抗屈曲強度及更長的疲勞壽命，說明錐形螺釘比圓柱形螺釘固定更確切。但Chenetal在嚴重骨質疏松椎體實驗模型研究表明，不管螺釘強化與否，在最大拔出力上錐形螺釘組與圓柱形螺釘組沒有顯著差異。由于椎弓根特殊的解剖學結構，螺釘螺紋的設計在確保螺釘獲得最佳拔出力上至關重要，但螺紋影響椎弓根螺釘穩定性的因素較多，包括坡面角度、螺距、螺紋外徑，其改進目標都是為了增加骨－釘界面結合的面積。 

膨脹式椎弓根螺釘(EPS)經生物力學測試證明可提高在骨質疏松椎體的拔出力，在EPS置入后，螺釘前部可呈扇形撐開，螺釘尖端直徑可增加2mm左右，從而擴大螺釘與骨小梁之間的接觸面積。 

考慮到骨水泥強化技術對螺釘穩定性的影響，近年來空心側孔螺釘的設計研究成為熱點，Chomaetal在體外骨質疏松椎體實驗中對實心螺釘、PMMA強化實心螺釘、PMMA強化部分空心側孔螺釘(Pfens)、PMMA強化全部空心側孔螺釘(Ffens)的最大軸向拔出力及不同黏度PMMA強化Ffens進行比較，結果Pfens組軸向拔出力最大，高黏度PMMA強化Ffens最大平均軸向拔出力高于低黏度PMMA組，但Pfens的機械強度如何及側孔的數量、位置與拔出力是否存在相關性需進一步的研究。

攻絲對椎弓螺釘旋入扭矩和把持力影響

有研究證明在增加螺釘拔出力上其設計比旋入扭矩更重要，然而，Kukloetal(2003年)研究發現絲錐和螺釘的大小對螺釘的拔出力有重要影響，并發現絲錐直徑應比螺釘直徑小1mm。Helgesonetal對20例BMD平均為(0．60±0．07)g/cm2的體外人體胸椎進行生物力學分析，發現使用2.5in-lbs攻絲與1.5in-lbs攻絲相比，攻絲旋入扭矩峰值增加50%、螺釘旋入扭矩增加19%、螺釘的拔出力增加23%、螺釘的直徑顯著增加，最佳大小螺釘的比例也顯著增加(60%vs27%)。該研究證明攻絲旋入扭矩可能直接影響椎弓根螺釘旋入扭矩及拔出力，因此，臨床上可利用攻絲作為選擇螺釘的一個依據和提高螺釘的拔出力。

Chenetal研究發現，在嚴重骨質疏松椎體模型中PMMA強化空心側孔螺釘之前攻絲并不能增加螺釘的把持力，原因可能是骨密度對攻絲的效果有決定性影響，在嚴重骨質疏松椎體中螺釘置入很容易，攻絲的旋入扭矩并沒有差別；另一方面，在使用骨水泥強化釘道下，骨－骨水泥復合體界面的強度是決定螺釘把持力的關鍵，因此攻絲在增加螺釘穩定性上可能并無太大作用。然而，Kuhnsetal研究發現，在重度骨質疏松椎體模型中，使用骨水泥強化螺釘之前進行攻絲，可以使螺釘的把持力增加50%左右，且螺釘把持力隨著攻絲深度增加而增大，原因可能是攻絲使螺釘周圍的骨水泥分布更好。在應用骨水泥強化釘道條件下是否需要攻絲這一操作步驟還須更高等級的基礎或臨床研究予以證實。在臨床中是否采用攻絲可根據患者具體情況及螺釘來決定。

骨質疏松與脊柱融合技術 

前后路360°的融合可以提供良好的穩定性及減少螺釘的載荷，目前常用的椎間融合方法主要有椎間植骨術和融合器置入術兩大類。自體髂骨融合仍為椎間融合效果的金標準，但其生物力學強度較椎間融合器(cage)低，不能為術后提供即可的穩定性，可能須增加術后臥床時間，同時自體骨塊的大小和形狀術中難以精確掌握。關于骨質疏松是否對不同植骨材料的應用效果產生影響，目前缺乏全面的報道。

聚醚醚酮(PEEK)材料cage因具有機械強度高、彈性模量更接近椎體模量和良好的組織相容性在臨床上應用越來越廣泛。在低骨量椎體中，cage下沉容易導致術后鄰近節段的退變，cage位置及其材質的不同也可能加速下沉，所以對于骨質疏松患者椎間融合器可能需要特別的設計。Galbuseraetal用有限元分析了三明治cage與各種均質材料cage的生物力學差別，在500N垂直壓力及7.5Nm屈伸、側屈、旋轉3個主要方向上測試，結果三明治cage組下沉位移＜0.6mm，均質材料cage組下沉位移1mm，原因可能是不同彈性模量的內固定材質影響了載荷的分布。因此，增加cage與終板之間的接觸壓力可能會加速cage下沉。

骨質疏松與近端交界性后凸畸形

理論上長節段固定、矢狀面和冠狀面的整體平衡增加內固定穩定性，多個內固定點可以減少單個螺釘上的載荷。Kimetal對206例脊柱側凸矯形手術研究發現，老年(≥60歲)患者組更多節段的固定及更大矢狀面平衡矯正，術后近端交界性后凸(PJK)的發生率增高。退變性脊柱側凸患者行長節段固定融合，其上端融合椎的選擇尚存在爭議，目前沒有公認的融合原則可以參考，多數學者認為近端應固定于胸廓這個穩定的區域，即T10或T10以上，而Kimetal對125例成人腰椎畸形患者行矯形手術，所有患者遠端固定于L5或S1，上固定椎分為T9～10、T11～12、L1～23組，術后最少隨訪2年，結果3組患者術后PJK發生率、整體矢狀面平衡及臨床療效評分差異均無統計學意義。趙耀等分析了老年患者脊柱術后發生胸腰段PJK與矢狀位參數的相關性，認為胸椎、腰椎、骨盆的平衡及總體平衡狀態與PJK有密切關系，若存在失衡代償，手術中恰當的脊柱矢狀位平衡恢復，可減少PJK的發生率。 

初次手術時如何預防PJK的發生，綜合相關文獻分析有以下要點:①最上固定椎選擇穩定椎或中立椎；②脊柱矢狀位平衡的恢復，構建協調的脊柱曲線；③避免過度矯正；④近端固定采取非堅強固定(鉤或動態固定)；⑤最上固定椎及鄰椎強化；⑥當近端融合椎位于胸椎時，預彎出胸后凸，避免醫源性交界性后凸。以上技術層面的措施對預防PJK的發生有一定作用，但骨質疏松是脊柱矯形術后發生PJK的一個不可控危險因素，脊柱退行性疾病內固定術后發生PJK的發病機制尚無定論，需進一步深入研究。

展望

目前眾多類型椎弓根螺釘固定效果不一，針對不同程度骨質疏松患者及不同疾病術前計劃很重要，內固定的選擇、融合方式及節段的選擇、螺釘置入技巧須根據患者具體情況及手術醫師的經驗而做出最優化的方案。螺釘強化技術及長節段融合可增加內固定的穩定性，多種手術技術的靈活應用可以減少手術的并發癥，未來將更加注重骨－骨水泥復合體界面的研究，開發出新的椎弓根螺釘強化材料是難點也是熱點。