脊椎補骨頭、骨粉 | 談植骨與骨生長因子
撰文 | 姚又誠醫師
脊椎手術中，若是講到補骨粉、種骨頭或是骨生長因子，指的就是植骨(bone graft。植骨可以說是脊椎融合術(spinal fusion)成功的關鍵，一旦脊椎融合成功，可以將不穩定、滑脫的脊椎關節長久固定，改善背痛的症狀。(延伸閱讀：脊椎融合術的目的與方式)
如果用蓋房子來比喻，脊椎內固定的鋼釘，就好比是蓋房子的鋼筋，可以將房子的地基與結構打好。而蓋房子用的水泥(此處非指脊椎骨水泥)，就是脊椎手術用的移植骨。植骨生長的好，這棟房子就牢靠。因此鋼筋水泥，就是脊椎鋼釘與植骨，兩者一樣重要，缺一不可。
脊椎手術的植骨來源，分別有自體骨、異體骨、人工骨替代物與骨生長因子。
一般講人工骨粉，指的就是人工骨替代物或是等級更高的骨生長因子。
自體骨(Autogenous bone graft)
顧名思義，自體骨就是取自己的骨頭來當作植骨。因為自己的骨頭內有具生長能力的造骨細胞(osteoblast)、而且，是最好的植骨來源。常見的自體骨來源有二：
1. 局部碎骨(Local morselized bone graft)
是一般脊椎手術最常使用的自體骨來源，指的是在脊椎減壓術手術過程清下來的增生骨刺(osteophyte)、棘突(spinal process)、椎板(lamina)與小面關節(facet joint)。(延伸閱讀：脊椎減壓術)取下來的局部碎骨經過及時處理後，變成自體骨碎片，可以作為植骨使用。優點是每個手術過程一定會產生局部碎骨，取得方便。缺點是局部碎骨的質跟量很難掌控，每個人骨刺大小不一、骨質疏鬆的程度也不同，因此每個病人手術時得到的局部碎骨品質不盡相同，量也常常不夠。
局部碎骨
減壓手術中清除下的骨刺或椎板等
✓優點：取得方便
✗缺點：質、量難掌控
2. 髂骨上嵴(Iliac crest bone graft)
髂骨(或稱腸骨)上嵴是各種植骨中，造骨、刺激骨生長效果最好的植骨。髂骨上嵴指的是是從骨盆的外側上緣，也就是髂骨(iliac bone)的位置取得。由於髂骨是全身骨頭中，少數在成年後還會保留造血功能(紅骨髓)的地方，因此從髂骨取出的骨頭，富含間葉幹細胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cells, BMSCs)。間葉幹細胞在身體組織中，會分化成造骨細胞，直接生長成新生骨頭。這個過程我們稱為骨質新生(osteogenesis)。因此使用髂骨上嵴的優點就是，骨生長能力強，而且每個人都有，取得方便。缺點則是需要在手術部位外多開傷口，破壞部分髂骨(不影響結構)，術後會有數個月的取骨部位疼痛。
髂骨上嵴
從患者髂骨處取得的紅骨髓，具骨質新生能力
✓優點：富含造骨幹細胞，是生長能力最好的植骨
✗缺點：需多開傷口，術後會有取骨部位疼痛
異體骨(allogenic bone graft)
異體骨指的是別人捐贈的骨頭，經過處理後儲存在骨頭銀行(bone bank)中(參考連結: 認識骨骼銀行)，當有需要時可以作為植骨使用。異體骨由於經過處理，不含任何活細胞成分。因此本身不具生長能力，只能提供做為骨生長的結構，讓受贈者自己的骨頭長上去，這個過程稱為骨傳導(Osteoconduction)。使用異體骨的優點就是只要有骨頭銀行的醫院，就可以取得一定數量的植骨。缺點則是異體骨雖經滅菌、儲存等過程，仍有一定受到感染的風險。而且畢竟捐贈來源難以控制，也並非每間醫院都設有骨頭銀行。，
異體骨的來源有兩種，活體捐贈及大體捐贈。
1. 活體捐贈異體骨
主要是骨科手術中，人工髖或膝關節置換手術時，切除下用不到的部分骨頭保留再製成。由於關節置換手術很多，因此來源較穩定，骨頭銀行中大部分提供於骨科手術使用的異體骨多屬此來源，
2. 大體捐贈異體骨
來源只有願意器官捐贈的大德，往生後由骨科醫師取出四肢整段長骨，經處理後儲存在骨頭銀行中。整段長骨只有在四肢腫瘤手術，像是兒童骨肉瘤手術，作為患肢重建用。一般脊椎手術植骨來源不會是大體捐贈異體骨。
異體骨的來源有活體捐贈及大體捐贈。
人工骨替代物(Artificial bone substitute)
俗稱人工骨粉的人工骨替代物，是以鈣為基礎成分的人工合成骨，有硫酸鈣(Calcium sulphate)、三鈣磷酸鹽(tricalcium phosphate, TCP)或氫氧基磷灰石(hydroxyapatite, HA)這三類。有很好的生物相容性，在體內不會引起人體排斥。人工骨替代物的優點是可以提供局部骨生長時的材料與結構，也就是大量的鈣鹽與類似人骨的孔洞化結構。(圖)。人工骨替代物與異體骨都當作骨融合生長的鋼架(骨傳導)。缺點是本身不具生長能力，都需要等人體的骨頭長上去，才能達到成功的骨融合。人工骨替代物是目前唯一健保有給付的移植骨，但需術前申請核准才可使用。若健保申請沒有核准但手術仍需使用時，每5毫升大約要花費5000-7000元。
人工骨替代物(俗稱人工骨粉)
以鈣為基礎成分的人工合成骨，具骨傳導效力
✓優點：可以提供局部骨生長時的材料與結構
✗缺點：本身不具生長能力
骨生長因子(growth factor)
選擇植骨替代物時，如果不要取自己身上的骨頭，又要有能促使骨頭生長能力，就只有骨生長因子。骨生長因子是從別人捐贈的骨頭中，萃取出富含可誘使骨頭生長的因子，加入植骨中，具有可以增加骨融合生長的能力，稱為骨誘導(Osteoinduction)。骨生長因子有兩類，包含去礦化骨基質與骨生成蛋白兩類。其中骨生成蛋白(bone morphogenic protein, BMP)在脊椎手術中應用較少，甚至不建議使用在頸椎手術，台灣目前也沒有引進。
去礦化骨基質(Demeralized bone matrix, DBM)
去礦化骨基質是骨生長因子的產品中，最被廣泛使用在骨科手術中的，一般醫師所稱，具生長因子的骨粉就是在講去礦化骨基質。利用捐贈者的骨頭，經過篩檢和去礦化處理(Demeralized)，留下骨頭中的有機物質(bone matrix)中，裡面富含各式的骨生成蛋白與軟骨纖維。可以活化與促進造骨細胞的增生、增加血管新生，達到促進骨頭生長的目的。大規模研究指出，在脊椎融合手術中，使用去礦化骨基質可以取代自體骨，達到一樣好的骨融合效果。只可惜目前這項產品不屬於健保給付，價格較昂貴，每1毫升要自費約30,000元。一般脊椎手術約須用到2-3毫升的去礦化骨基質。
去礦化骨基質(俗稱骨生長因子)
從捐贈骨中萃取出富含骨生成蛋白的有機質，具增加骨融合生長的骨誘導能力
✓優點：造骨能力強，可取代自體骨
✗缺點：價格昂貴，需額外費用
結論
脊椎手術中的植骨，是手術成功的必要條件之一。好的植骨來源很多，選擇考量根據不同術式、患者身體狀況、家中經濟條件等因素而有不同。該如何選擇需要跟您的手術醫師多加討論，作出最有利的決定。
參考資料：
1. Campana, V., et al. "Bone substitutes in orthopaedic surgery: from basic science to clinical practice." Journal of Materials Science: Materials in Medicine 25.10 (2014): 2445-2461.
2. Tilkeridis, Konstantinos, et al. "Use of demineralized bone matrix in spinal fusion." World journal of orthopedics 5.1 (2014): 30.
4. 圖片來源：禾祺銳生技股份有限公司授權使用
2019-03-19