非融合内固定治疗腰椎间盘退行性疾病研究进展

作者:杨雍[1] 王炳强[1] 杨金江[2] 
单位:首都医科大学附属友谊医院[1]
北京友谊医院[2]

关键词:腰椎;非融合内固定

摘要:复习相关文献,从基础研究及设计理念,临床应用,存在的问题及应用前景等方面对腰椎非融合内固定技术加以综述。

腰椎融合术仍是目前治疗腰椎不稳的标准方法,但腰椎融合率与临床满意率并不成正比[1],而且腰椎融合有导致相邻节段加速退变的潜在可能[4]。这说明通过节段融合消除负荷的手术方法改变了腰椎的负荷传导方式,带来了一些新的问题,设计一种有助于限制异常负荷而不是单纯消除负荷的技术,是非融合性内固定技术的初衷。近年来,国内外已进行了大量非融合固定技术的基础和临床研究。现将有关文献综述如下。

1 基础研究及设计理念

正常椎间盘髓核由胶原和蛋白多糖组成,可将不同姿势或体位的负荷进行均匀传导。椎间盘退变改变了其均匀一致的化学成分及其物理特性,从而导致了传导至终板上的负荷不一致,导致应力增加、应力集中,从而产生退变及疼痛。所以疼痛的产生与负荷传导形式有关,而不是与负荷大小有关。McNally和Adams[3]进行了退变椎间盘的内部压力测定,也同样得出了上述结论。非融合性内固定即动力性内固定,由Mulholland[2]在上世纪80 年代首先提出,也可称为软固定或灵活固定,是改变腰椎运动节段的活动范围及负荷而不进行融合的一种固定方式,通过把后方结构置于张力位产生局部的前凸,这样使前柱负荷转移至后柱,将运动节段的活动限制在正常或接近正常范围内,避免异常载荷的产生,从而解除疼痛。非融合性内固定系统被赋予了双重设想,首先,通过更多地恢复被治疗节段的生物力学特性,不仅可以缓解或预防与不稳定有关的下腰痛症状,而且还能改变该节段椎间盘退变的速度,甚至使轻度退变的椎间盘获得修复;其次,如果该系统能够保留更多的运动功能,那么,相邻节段的退变过程将会进展得更慢。

2 非融合内固定技术的类型及临床应用

目前非融合内固定技术包括四类:1. 棘突间撑开系统。2. 经椎弓根固定的动力稳定系统。3. 经椎弓根固定的半坚固系统。4. 人工椎间盘及人工髓核。前三类均为后路系统,属微创手术。

2.1 棘突间撑开装置

包括Minns silicone distractiondevice、Wallis system、X-stop。这些系统均设计成一个位于棘突间的垫块,并通过垫块上的弹力带与棘突进行固定。Minns 系统垫块由硅酮制成,后改进为使用钛作为垫块、绦纶Dacron 带作为绑定的系统,最初称之为“机械力学正常化系统”,随后将该装置认定为“第一代Wallis 植入物”,以区别于当前更新的版本。第一代Wallis 植入物以关节外操作的理念为基础,使得手术治疗的过

程具有可逆性,除了棘间韧带以外的其它解剖结构基本得到完好保留,这就使得一旦下腰痛的症状持续得不到缓解或再次复发时,取出植入物和实施融合成为可能。1993 年,Senegas 等[12]对2 组各40 名既往行L4-5 椎间盘切除术但术后复发需行二次椎间盘切除术的患者,进行了前瞻性非随机对照实验,两组患者的腿痛改善基本一致,而接受棘突间植入物的患者下腰痛改善更加明显,更多人不再服用止痛药物。

在对第一代植入物的某些需要改良的地方进行了仔细分析以后,研发了第二代植入物,并命名为“Wallis”系统。“Wallis”系统的棘突间垫由PEEK 材料取代了过去的金属材料,形状也有一定的改变。由于棘突间垫的形状和PEEK材质本身的性质,新的棘突间垫更有弹性,而且它的使用还赋予了其足够的机械力学优势。当脊柱承受负荷时,棘突间垫将力学约束转移到脊柱背侧,降低了作用于椎间盘和小关节上的负荷。另外,整个植入系统构成了一个固定在脊椎上的“漂浮”装置,从而可以避免植入物松动。

生物力学研究表明“Wallis”系统可以限制35%的椎间运动,提高1.5 倍固定节段的强度。Yizhar Floman[15]等使用第二代“Wallis”系统治疗了37 例椎间盘突出症患者,一年随访结果表明,患者腰腿疼痛症状明显缓解,但不能减少椎间盘突出二次手术的发生率。另外,Boeree [16]2005 年报道随访结果使用第二代“Wallis”系统治疗的患者椎间盘髓核出现了“再水合”现象,这是融合技术不能相比的。

腰椎过伸时,后柱的压应力通过棘突间垫合理分布,减轻了椎体后缘和小关节突的压力腰椎过屈时,前柱的压应力因棘突间绑带作用减弱,减轻了椎体前缘压力和棘上韧带的牵张力。

Wallis 系统适用于椎间盘突出症;融合部位相邻节段的椎间盘退变性疾病;单纯的ModicI 型终板退变导致的慢性下腰痛。腰椎间盘摘除加棘突间垫固定术,在传统手术基础上保留棘突,行棘突间限制性固定。首先摘除了突出的髓核,彻底解除神经压迫,还增加了固定节段的稳定性、保留固定节段的运动功能等优点。手术操作简便,安全。关于Wallis 系统的临床应用结果仍需进一步跟踪随访。

X-STOP 系统,由美国弗朗西斯医疗技术公司于2001 年开发研制,由于该系统使脊柱处于屈曲状态,增加了椎管容积,是一种专用于腰椎管狭窄的一种动力性稳定装置。植入物可在局麻下使用微创技术植入,适用于无法耐受大手术的老年患者。Lee[8]等将X-STOP 系统应用于10 例老年腰椎管狭窄症患者,随访至少9 个月,其中有7 例疗效满意。临床研究的适应证选择都是腰椎管狭窄症的临床表现在伸直位明显,在屈曲位减轻。Zucherman 等[13]对100 例腰椎管狭窄症患者进行X-Stop 植入治疗,另外选择9l 例患者行保守治疗,对两组患者的疗效进行对比。通过2 年随访,患者满意程度为73.1%,对照组为35.9%,证明X-Stop 系统治疗腰椎管狭窄症具有良好效果。

腰椎棘突间动态稳定内固定技术体现了脊柱后路动态稳定技术的精髓,除了增加固定节段稳定性、保留固定节段的运动功能、避免相邻节段退变加速等优点以外,更令人鼓舞的是在一定程度上腰椎棘突间动态稳定还能促使椎间盘组织发生逆转,即髓核重新水合,这一点是目前任何其他非融合技术和融合技术都难以达到的。同时,腰椎棘突间动态稳定系统的植入过程简单、安全,组织结构创伤小,出血少,不存在任何手术操作方面的风险,患者术后恢复时间也相应缩短。

2.2 经椎弓根固定的动力稳定装置

包括Graf 系统,Dynesys 系统和Fass 系统。

1992 年Graf 首先提出了Graf 系统,由椎弓根钉和连接于钉尾的聚酯带构成。该系统以关节突为支点,通过拉紧聚酯带使固定节段稳定于完全后伸位,并消除腰椎的异常活动。该系统以关节突为支点增加了上述结构的载荷,并导致侧隐窝狭窄和神经根卡压,建议应用于有足够腰背肌力量及腰椎小关节轻度退变的年轻患者。Grevitt 等[9]回顾了50 例Graf 韧带固定患者的随访情况,认为其在短期内可以达到与融合固定相似的效果。

Dynesys 系统又称为动态中和固定系统,由椎弓根钉和连接于钉尾的聚酯带以及包裹聚酯带的中空的间隔物构成,可维持或恢复腰椎节段的正常或接近正常的运动。与Graf 系统相比,Dynesys系统在连接带间增加了一较硬的管状袖套,在聚酯带拉紧的情况下,在屈曲时Dynesys 系统可以消除腰椎的异常活动,将后方聚酯带的压缩力转变为前方的分离力,从而减轻椎间盘载荷。在后伸时间隔物可以抵抗压缩力。Dynesys 系统虽然减轻了关节突载荷,但因间隔物的撑开作用,导致了腰椎前凸的丢失[5]。Schmoelz 等[14]采用椎间盘内压(IDP)来衡量腰椎节段运动时的受力情况,实验表明Dynesys 系统植入后,在腰椎后伸和侧弯时明显减少IDP,在中立位、轴向旋转时IDP 减少不显著,屈曲时IDP 下降反而小于正常参照,对相邻椎间盘的IDP 影响轻微。

因为Dynesys 系统既能减少前屈,又能减少后伸,还允许有限的运动,并减轻椎间盘、关节突的载荷,所以能达到治疗目的。Stoll[6]等报道采用Dynesys系统治疗腰椎管狭窄、退行性椎间盘病、椎间盘突出、退变性滑脱,随访38.1个月,腰痛评分由术前7.4 分改善至3.1 分,腿痛由术前6.9 分改善至2.4分,Oswestry 评分由术前55.4 分改善至22.9 分。结果表明Dynesys 系统与传统融合手术疗效相当,但Dynesys 系统创伤小、手术时间短,不增加相邻阶段退变。Bordes-Monmeneu[7]等报道了94 例腰椎疾病疗效与Stoll 等报道结果相似。

Graf 系统增加了关节突的载荷,并导致侧隐窝狭窄和神经根卡压。Dynesys系统导致了腰椎前凸的丢失。为了克服上述缺点,Sengupta 等[10]设计了FASS 系统,即杠杆辅助的软固定系统,该系统在椎弓根钉和聚酯带之间置入一高密聚乙烯弹性支撑棒,聚酯带拉紧时,支撑棒将后方的压缩力转变为前方的拉应力,可加大前方椎间隙,降低椎间盘压力,维持腰椎前凸,并限制异常活动。在FASS 系统,椎间盘负荷的改善情况依赖于支架和韧带产生的张力和压力,但由于该系统承担了较大的张应力,所以存在松动的可能。

2.3 经椎弓根固定的半坚固装置

脊柱外科医生仍然应用融合技术主要是因为脊柱的众多椎间关节构成了“动力学链条”这一独特的构造,这种多关节体系为某个受损节段相应地提供了很好的补偿。但术后相邻节段退变(ASD)发生率较高,这促使了动态稳定伴随融合术的混合性技术—半坚固装置的出现。

DSS 系统(dynamic stabilizationsystem) 是其代表,由Spinal Concepts公司设计。包括两种类型。DSS-1 系统由椎弓根钉及其后方的3mm 的“C”型弹性钛棒构成。DSS-2 系统由椎弓根钉及其后方的4mm 的弹性钛线圈构成。两种设计均预置了张力负荷,可减轻椎间盘负荷。DSS-Ⅰ系统在腰椎屈曲时能合适地分散椎间盘负荷并限制脊柱的运动;在腰椎后伸时椎间盘负荷减少,完全伸直后几乎完全限制了脊柱的运动,椎间盘的负荷也减到最小。近期研究表明DSS-Ⅱ系统的最佳瞬时旋转轴(IAR)可接近正常运动节段,从而在腰椎的屈伸运动中能够更均匀地减轻椎间盘的负荷。但目前关于DSS 系统临床应用的报道尚少。

2.4 人工椎间盘及人工髓核

因为椎间盘或髓核假体在设计上遵循了动态固定以均衡负荷传递和保护运动节段正常活动的生物力学原理,所以也将其归入非融合固定的范畴。

人工椎间盘(artificial disc replacement,ADR)

1956 年首次出现了椎间盘假体的概念,经过40 余年的发展,人工椎间盘置换术已在临床应用。ADR 的主要优点是恢复了脊柱运动单位的运动学能力和载荷特性,达到分担负荷、节段性稳定和节段性运动的目的。同时去除了椎间盘源性腰痛的致痛根源。目前临床应用的人工椎间盘假体,主要有两种类型:德国的Link SB Charité 和美国的Prodisc 椎间盘假体。这两种假体都是由上下金属盖板和中间的聚乙烯核组成,不同的是盖板与核的固定方式。Prodisc 椎间盘假体的聚乙烯核与下盖板固定,上面可以活动;而Link SBCharité 假体是双动的,它允许一定范围的旋转和平移。

目前其主要适应于经系统保守治疗无效的腰椎退变性单节段或多节段病变,并且无局部感染、滑脱、无明显关节突关节病变和椎管狭窄的病例。Zigler等通过比较了腰椎融合与ADR,患者术后6 个月对症状缓解的满意度没有明显区别,而腰椎活动度在ADR 组有明显的改善。但人工腰椎间盘置换仍然存在需从腰椎前路进行手术,创伤大;临床结果仍有争议;价格昂贵等缺点。

人工髓核置换

髓核置换的目的是恢复髓核对应力的均匀传导,从而缓解疼痛。目前被广泛使用的人工髓核商品名称为PDN-SOLO 假体,它是由水凝胶内核和聚乙烯套组成,设计上能够起到健康椎间盘的“缓冲垫”功能,恢复及保持椎间盘高度并允许正常范围的活动。髓核置换的适应证主要是年满18 岁,存在退行性单节段椎间盘疾病产生的慢性椎间盘源性腰痛,椎间隙高度大于5mm,椎体终板无Schmorl 结节和骨折者。Jin 等[11]报告46 例随访超过6 个月的临床结果,ODI 评分由术前平均58.9%降至术后18.0%,临床成功率为78.3%,并发症包括:4 例假体移位需要翻修,1 例感染。

至于临床上考虑采用人工椎间盘或人工髓核置换,则主要考虑两点:一是软骨终板完好者才能行人工髓核置换术,而人工椎间盘置换则不需考虑软骨终板的好坏;二是较轻的腰椎间盘退变可考虑行人工髓核置换术,而较重者则考虑行人工椎间盘置换术。当然,两者之间肯定有部分重叠的病例。理论上小关节明显的骨性关节炎为椎间盘假体置换的一个禁忌证。

3 非融合内固定手术适应证及手术禁忌证

非融合固定主要适应证在前文中已分别阐述。其手术禁忌证包括:1. Ⅱ度以上腰椎滑脱;2. 腰椎动态不稳定;3. 严重的DDD;4. 椎弓根直径过小,难以置钉;5. 椎体骨折、脱位、肿瘤或感染;6. 患者存在心理障碍。

4 非融合内固定的优点及目前存在的问题

非融合内固定是治疗腰椎间盘退行性病变的有效方法,这种技术改变了运动节段的承重模式,同时稳定了腰椎,保留了手术节段的运动功能,缓解了相邻节段的退变。

后路非融合固定目前仍存在以下几个问题需要解决:(1) 稳定运动节段的程度大小;(2) 需要分担多少异常负荷;(3) 如何防止植入物失败。前路ADR 和PDN 能最大限度恢复椎间盘或髓核摘除后的脊柱解剖和生物力学性能,因而在临床应用方面具有更大的可行性。但ADR 和PDN 假体是否会出现下沉、磨损或移位,从而需要翻修手术;与传统融合手术比较其远期结果如何。尚需要进一步的观察和研究。

5 非融合内固定技术展望

非融合固定技术无疑是治疗腰椎间盘退行性病变的行之有效的方法,这种方法将在新的分阶段式外科策略中扮演非常重要的角色,从而避免退变椎间节段的最终融合。其临床应用及基础研究值得关注,并得到不断完善。在手术适应证、手术技巧、失败后的翻修及远期效果还有待于深入研究和探讨,我们应谨慎地接受这一新技术。

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    2012/2/16 10:54:56     访问数:838
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