（南方医科大学南方医院脊柱骨科 广东 广州 510515）
【摘要】骨科金属内植物用于临床使用已有百年历史。以椎弓根螺钉系统为代表被广泛应用于各类脊柱手术中。金属内植物在体内不可避免的面临物理、生化因素导致的损耗，包括局部及全身的金属磨屑和金属离子浓度升高。而这会对人体产生怎样的危害引起了医生及科研工作者的关注。文章回顾总结了数十年来国内外在该问题上的研究，旨在提高临床医生对金属内植物损耗及危害的认识。
【关键词】脊柱金属内植物；椎弓根螺钉内固定系统；金属损耗；并发症
【中图分类号】R68 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2017）20-0249-03
【Abstract】Internal metal implants have been used in the clinic for nearly a century. Spine implants, represented by the pedicle screw fixation, are widely performed in many kinds of spine surgery. The metal losses are inevitable in human body due to physical, mechanical and biochemical factors, including debris and serum metal ion. And the damage of this phenomenon has caused concerns of clinicians and science researchers. This paper conducted a review of research on this problem to deepen the understanding of clinicians.
【Key words】Spine metal implants; Spine pedicle screw fixation system; Metal loss; Complication
脊柱金属内植物广泛应用于现今脊柱各种疾病的手术中，对手术提供了重要的帮助，但术后不可避免面临各种原因导致的损耗。而这些损耗的危害仍需要医生及科研工作的细心观察与研究。
1.脊柱骨科金属内植物的使用
人类在骨科手术中使用金属内植物材料已经百余历史，使用的金属合金材料包括铁、钴、镍、铝、铬、钛、锰等。金属内植物的出现及发展给予了临床医生在面对各种骨科疾病时的治疗及手术的基本条件，并极大地改善了患者愈后及生活质量，延长了生存时间。
脊柱骨科内固定器械经历过长期不断的进步发展，时至今日以椎弓根螺钉系统为代表被广泛的应用，并以该系统提供的稳定性为最强2。Roy Camille R等19首次应用椎弓根螺钉内固定治疗胸腰椎骨折并获得成功，在其后随脊柱骨科生物力学的发展与临床医生的不懈努力，椎弓根螺钉内固定系统的临床应用获得了极大的进步，作为最常规的脊柱后路手术内固定器械广泛应用于脊柱退行性疾病、感染、肿瘤、骨折等疾病的治疗中，并以其为基础出现了许多各具特色的新型内固定系统30，31，33。其他的脊柱内固定包括但不限于各种类型的人工椎间盘、人工椎体、颈椎前路钢板、颈椎椎管成形钢板、脊柱动态内固定系统等。
2.脊柱骨科金属内植物的并发症
以椎弓根螺钉内固定为例，尽管该内固定技术带来了极大的进步，许多并发症也伴随而来，包括术中硬脊膜撕裂、椎弓根骨折、螺钉位置不正确、术后螺钉松动和断裂、神经根刺激症状、感染、永久性神经损伤、假关节发生等32。甚至由术中操作技术不熟练等原因出现大的失误，可能出现严重并发症或并发症发生概率极大18，20，27，难以被临床工作所接受。但与内植物在体内产生损耗相关的并发症报道甚少，其存在于人体内所产生的影响也并不明确。
早在上世纪80年代，就有与内植物相关的一些少见病例的报道1，8，17，22。报道集中在髋关节置换术后患者在手术部位发生骨肉瘤等恶性肿瘤。并且进入新世纪后，相关的报道有所增多10，24，28。
3.脊柱骨科金属内植物的体内损耗
在金属内植物植入人体后，由于其必然承受应力作用，活动时内植物自身或与骨骼的摩擦，加之人体生化环境的影响，内植物不可避免的面临来自物理机械因素、生理化学因素所造成的损耗，包括局部及全身的金属碎屑及金属离子浓度增加4，11，13，23，26。该方面的报道及研究多集中在髋关节置换术，因为磨屑导致了许多髋关节置换术的失败，尤其以磨屑导致的人工关节无菌性松动为代表29，引起了临床工作者及研究人员的广泛注意。这些研究表明髋关节置换术后患者血清内的钴、铬、镍等金属离子浓度逐步上升，半年至数年内达到峰值后出现下降，并没有发现肝肾功能等生化指标出现异常。但也有报道少数患者接受手术后钴、铬金属离子浓度升高百倍后出现了慢性肾功能损害3。有文献报道金属碎屑不仅分布于内植物周围，而且可以在肝脏、脾脏内富集23。
脊柱骨科该方面研究相对较少，且由于现今脊柱椎弓根螺钉系统基本为钛合金，与其他研究报道相较有其特殊性。Cundy TP等5报道了应用6钛-7铝-铌合金材料对32例儿童及青少年脊柱侧弯及后凸行矫形术后，随访1年中血清金属离子浓度变化，发现术后一周出现钛、铌离子的明显升高，最高至分别超过正常值2.4及5.9倍，并且发现浓度随时间进展不会降低。该团队在其随后的研究中发现金属离子浓度与术后的时间、融合节段长短、内植物表面积、内植物暴露表面积、金属接触面面积等均有相关，简而言之，就是植入的金属越多，血清的金属离子浓度便越高。Gornet MF等6研究了一种钛合金/钛陶瓷复合人工颈椎间盘术后患者体内金属离子的变化，结果表明术前血清内无法检测出钛，术后三个月便超过1ng/ml并维持7年无明显下降。Wang JC等26发现腰椎内固定融合术后翻修的病例中，出现假关节的患者软组织中钛含量明显高于融合良好的患者，并以光镜及电镜观察到了组织中的金属磨屑和巨噬细胞。Kasai Y等9报道在钛合金脊柱内植物术后平均5年的观察后，约1/3的患者血清及毛发内检测到了超标的金属离子，并且在内植物取出后出现了明显下降。根据这些研究我们可以得出结论，脊柱金属内植物术后患者体内与内植物相关的金属离子，包括钛、铝、铌等，会在血清中明显升高，且除非移除内植物，浓度不会明显下降。并且以离子或磨屑的形式在毛发、肝脏、脾脏中富集。
4.与金属内植物损耗相关的危害
尽管研究发现内植物术后血清内的金属离子浓度会升高，但并没有充分证据表明钛等金属浓度升高存在危害。虽然有关于金属内植物与肿瘤发生的相关报道，但流行病学的研究表明没有充足的证据证明这两者的相关性，而是更接近认为其为偶发事件。Nyren O等12观察了在瑞典1965年—1983年39154例接受髋关节置换术的患者，发现癌症的发生率仅升高3%，主要为骨肿瘤、结缔组织肿瘤、肾癌、前列腺癌、黑色素瘤，而胃癌有所降低。Paavolainen P等16观察了在芬兰1980年—1995年31651例接受全髋关节置换术的患者，并没有发现全髋关节置换术与骨肉瘤或软组织恶性肿瘤相关。2006年，该问题的meta分析14表明尽管前列腺癌和黑色素瘤的发生似乎增多了，但无统计学差异。芬兰的研究继续随访至2005年，表明没有任何肿瘤的风险升高25。关于钛等离子的其他危害，如对于肝肾功、神经等的影响，仅有少量的个案报道，至今没有充分的证据。
有研究表明脊柱内植物金属磨屑会诱发骨质疏松7，这与关节置换手术中金属磨屑的危害基本相同，并且被广泛接受。除此之外，并未发现其他并发症的报道。而进入循环系统后，富集在肝脏、脾脏中的金属碎屑是否会对人体产生长远影响，仍有待研究。
在实验研究上，早在1956年就有大鼠体内植入金属薄片诱导肿瘤发生的报道15，且有文献回顾认为临床研究及动物实验结果表明钛等金属有诱导肿瘤产生的效果21，但时至今日，没有充分证据表明脊柱内植物的金属离子及磨屑会对人体组织产生诱导肿瘤及其他长期影响。或许我们可以认为以钛合金为主的脊柱金属内植物是安全的。
5.小结
自上世纪60年代起脊柱椎弓根螺钉固定系统开始应用，至钛合金基本取代了其他金属材料成为脊柱金属内植物的主流，到现在包括人工椎间盘、人工椎体等各种脊柱内植物的创造与应用，脊柱金属内植物为脊柱科医生提供了诸多高效、实用、经济的手术方法，并为改善患者愈后、提高生活质量、延长生存期限提供了重要基础。而因物理机械、生化等原因造成的内植物的损耗是不可避免的。尽管目前对脊柱科的医生与患者而言，并没有证据表明这些损耗会产生严重后果。但我们也不能忽视金属在体外及动物体内实验中表现出的诱导肿瘤发生的能力。
尤其是随着人们医疗水平的提高，脊柱金属内植物的应用越来越广泛，随访年限逐渐延长，尤其是对儿童及青少年而言，脊柱内植物可能存在于人体内超过50年，我们更不能简单地相信脊柱金属内植物是安全的、无危害的。这有待于我们进行更深入的研究。
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论文作者:史家玮,彭楷文,陈旭狮,蒋晖,陈建庭(通讯作者)
论文发表刊物:《医药前沿》2017年7月第20期
论文发表时间:2017/8/1
标签：脊柱论文; 金属论文; 植物论文; 螺钉论文; 术后论文; 离子论文; 骨科论文; 《医药前沿》2017年7月第20期论文;