腰椎棘突間固定裝置的作用機(jī)制及應(yīng)用的研究進(jìn)展

汪波，趙東明，楊勇，劉朝旭，吳華

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院骨科，湖北 武漢 430030)

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綜 述

腰椎棘突間固定裝置的作用機(jī)制及應(yīng)用的研究進(jìn)展

汪波，趙東明，楊勇，劉朝旭，吳華*

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院骨科，湖北 武漢 430030)

隨著年齡增加，退變性腰椎管狹窄(degenerative lumbar spinal stenosis，DLSS)的發(fā)病率逐漸升高，其典型癥狀為神經(jīng)源性間接性跛行。在美國(guó)超過(guò)65歲的人群中，DLSS是腰椎手術(shù)最重要的原因之一[1]。癥狀較輕的DLSS患者可行保守治療，對(duì)于癥狀較重的患者，腰椎減壓融合術(shù)被認(rèn)為是治療的“金標(biāo)準(zhǔn)”[2-3]。但越來(lái)越多的研究表明融合技術(shù)會(huì)加速鄰近節(jié)段退變，與之相比非融合技術(shù)則能顯著降低鄰近節(jié)段退變的發(fā)生率[4]。

腰椎棘突間固定裝置作為一種非融合技術(shù)，越來(lái)越受到臨床醫(yī)師的關(guān)注。在過(guò)去的幾十年間，市面上出現(xiàn)了許多種腰椎棘突間固定裝置，已有學(xué)者對(duì)其作了詳細(xì)的回顧[5]，大體可分為靜態(tài)(如Wallis、X-STOP、ExtenSure等)和動(dòng)態(tài)(如Coflex、DIAM等)兩大類(lèi)。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者應(yīng)用棘突間固定裝置治療DLSS，取得初步較好的臨床療效，但也有負(fù)面報(bào)道，如并發(fā)癥較多、再次手術(shù)率較高等[6-7]。為了更恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用棘突間固定裝置，取得更好的臨床療效，現(xiàn)就其生物力學(xué)作用機(jī)制及應(yīng)用的進(jìn)展綜述如下。

1 腰椎棘突間固定裝置的生物力學(xué)作用機(jī)制

1.1 改變手術(shù)節(jié)段及其鄰近節(jié)段的活動(dòng)度 Lindsey等[8]進(jìn)行了一項(xiàng)尸體標(biāo)本的體外研究，結(jié)果表明在X-STOP的置入節(jié)段，屈伸活動(dòng)度顯著減小而其他方向活動(dòng)度不受影響；其鄰近節(jié)段各方向活動(dòng)度也無(wú)明顯變化。Phillips等[9]研究發(fā)現(xiàn)椎間盤(pán)切除同時(shí)應(yīng)用DIAM棘突間固定裝置可以恢復(fù)屈伸方向上完整節(jié)段下方節(jié)段的角向活動(dòng)度，同時(shí)能減少由于椎間盤(pán)切除導(dǎo)致的側(cè)向活動(dòng)度增加，對(duì)于椎間盤(pán)切除后腰椎失穩(wěn)有一定保護(hù)作用。Tsai等[10]研究發(fā)現(xiàn)，Coflex能減小部分或完全失穩(wěn)節(jié)段的屈伸和軸向活動(dòng)度，在提供非融合性固定的同時(shí)，對(duì)失穩(wěn)節(jié)段有重要的穩(wěn)定作用。Lafage等[11]對(duì)Wallis的研究表明在置入節(jié)段屈伸活動(dòng)度減小，椎間盤(pán)壓力也減小但棘突間壓力增大。另一個(gè)關(guān)于Wallis的研究也表明，在L3～4節(jié)段置入Wallis能使屈伸活動(dòng)度減小13.8%，但側(cè)向和軸向旋轉(zhuǎn)活動(dòng)度分別增加6.2%和0.4%。Park等[12]研究發(fā)現(xiàn)In-Space裝置能減小置入節(jié)段的椎間盤(pán)壓力，在屈伸方向上有穩(wěn)定脊柱的作用，但在其他方向的活動(dòng)以及鄰近節(jié)段沒(méi)有該穩(wěn)定作用。Hartmann等[13]對(duì)比研究了四種棘突間固定裝置(Aperius、In-Space、X-STOP和Coflex)的生物力學(xué)特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們均能顯著減少置入節(jié)段屈伸活動(dòng)度，對(duì)該節(jié)段其他方向活動(dòng)度沒(méi)有影響，但增加了整個(gè)腰椎側(cè)向和軸向活動(dòng)度，而這將更易導(dǎo)致腰椎失穩(wěn)進(jìn)而發(fā)生鄰近節(jié)段退變。總體來(lái)說(shuō)，腰椎棘突間固定裝置主要減小屈伸方向的活動(dòng)度，防止腰椎過(guò)伸時(shí)神經(jīng)壓迫癥狀加重。

1.2 改變椎管和椎間孔的大小 Richards等[14]對(duì)比了置入X-STOP與非置入組，腰椎過(guò)屈過(guò)伸位的椎管及椎間孔大小，發(fā)現(xiàn)在置入X-STOP后腰椎過(guò)伸位時(shí)椎管面積增加18%，關(guān)節(jié)下直徑增加50%，椎管直徑增加10%，椎間孔面積增加25%，椎間孔寬度增加41%，說(shuō)明X-STOP能預(yù)防腰椎過(guò)伸導(dǎo)致的椎管及椎間孔狹窄。Lee等[15]研究老年DLSS患者置入X-STOP后MRI的影像學(xué)改變，發(fā)現(xiàn)置入X-STOP后椎間孔橫截面積增加36.5%，同時(shí)在站立、直坐和過(guò)伸位坐等各姿勢(shì)椎管平均都擴(kuò)大了22%。Wan等[16]比較了正常負(fù)重情況下X-STOP置入前后置入節(jié)段與其鄰近節(jié)段棘突間距離的大小，結(jié)果表明在過(guò)伸位時(shí)椎間孔面積增加32.9%，椎間孔寬度增加24.4%，而在站立和過(guò)屈位時(shí)改變不明顯，他們認(rèn)為對(duì)于有癥狀的DLSS患者X-STOP可以有效地?fù)伍_(kāi)棘突間間隙而對(duì)鄰近節(jié)段活動(dòng)性無(wú)明顯影響。Surace等[17]應(yīng)用一種經(jīng)皮置入的棘突間固定裝置Aperius PercLID治療DLSS患者，發(fā)現(xiàn)術(shù)后患者椎間孔橫截面積平均增加17.6%。Marcia等[18]發(fā)現(xiàn)應(yīng)用經(jīng)皮置入的棘突間固定裝置治療DLSS患者1年后，椎管和椎間孔橫截面積增加15%。Hirsch等[19]進(jìn)行了體外尸體標(biāo)本實(shí)驗(yàn)，在L4～5節(jié)段對(duì)比四種棘突間固定裝置(In-Space、X-STOP、Wallis和DIAM)的生物力學(xué)效應(yīng)，結(jié)果表明這四種裝置均能增加過(guò)伸位的椎間孔大小，其中Wallis和DIAM僅在過(guò)伸位時(shí)有作用，而X-STOP和In-Space對(duì)于各體位(包括中立位和過(guò)屈位)均有作用。在對(duì)鄰近節(jié)段影響的研究中發(fā)現(xiàn)，這四種裝置對(duì)其上位節(jié)段(L3～4)椎間孔大小均無(wú)影響，而X-STOP和DIAM則減小了下位節(jié)段L5S1的椎間孔大小。總體來(lái)說(shuō)，棘突間固定裝置能顯著增加椎管和椎間孔大小，特別是在過(guò)伸位時(shí)，這對(duì)于緩解神經(jīng)受壓導(dǎo)致的根性癥狀很有幫助。

1.3 改變小關(guān)節(jié)和椎間盤(pán)內(nèi)的壓力 Swanson等[20]在尸體標(biāo)本置入X-STOP，研究不同體位下椎間盤(pán)壓力的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在過(guò)伸位時(shí)后方纖維環(huán)和髓核內(nèi)壓力分別減小63%和41%，在中立位時(shí)分別減小38%和20%，而鄰近節(jié)段的椎間盤(pán)內(nèi)壓力無(wú)明顯變化。Lazaro等[21]在In-Space的體外研究中發(fā)現(xiàn)，過(guò)屈位時(shí)置入節(jié)段小關(guān)節(jié)壓力減小30%，過(guò)伸位時(shí)減小69%。Erbulut等[22]應(yīng)用3D有限元腰椎模型研究棘突間固定裝置對(duì)椎間盤(pán)壓力的影響，結(jié)果顯示在置入節(jié)段(L3～4)椎間盤(pán)內(nèi)壓力和小關(guān)節(jié)應(yīng)力均減小，而在鄰近節(jié)段(L2～3和L4～5)椎間盤(pán)內(nèi)壓力分別增加39.7%和6.6%，小關(guān)節(jié)應(yīng)力增加高達(dá)60%，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)骨與內(nèi)置物的交界面壓力也顯著增大。Wiseman等[23]對(duì)比研究了X-STOP置入前后過(guò)伸位時(shí)小關(guān)節(jié)內(nèi)壓力的變化，發(fā)現(xiàn)在置入節(jié)段小關(guān)節(jié)內(nèi)的最大壓力、平均壓力和接觸面積均顯著減小；除了上位鄰近節(jié)段的接觸面積，其他鄰近節(jié)段的各參數(shù)均無(wú)明顯變化。他們推斷應(yīng)用棘突間固定裝置在緩解治療節(jié)段癥狀的同時(shí)可能導(dǎo)致鄰近節(jié)段小關(guān)節(jié)部位疼痛或加速鄰近節(jié)段小關(guān)節(jié)退變。Wilke等[24]系統(tǒng)研究了四種腰椎棘突間固定裝置(Coflex、Wallis、DIAM和X-STOP)，發(fā)現(xiàn)在過(guò)伸位時(shí)四種裝置均能顯著降低置入節(jié)段的椎間盤(pán)內(nèi)壓力，而在過(guò)屈位、側(cè)向和軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)四種裝置對(duì)椎間盤(pán)內(nèi)壓力無(wú)明顯影響。Nishida等[25]研制了一種新的經(jīng)皮置入的棘突間固定裝置，在置入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物豬體內(nèi)3個(gè)月后處死動(dòng)物進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在中立位時(shí)硬脊膜外壓力無(wú)明顯變化，而在過(guò)伸位時(shí)能顯著預(yù)防硬脊膜壓力的升高。總體來(lái)說(shuō)，棘突間固定裝置能減小椎間盤(pán)和小關(guān)節(jié)的應(yīng)力，特別在過(guò)伸位時(shí)，對(duì)于緩解椎間盤(pán)源性疼痛有一定作用，同時(shí)能減緩椎間盤(pán)退變的進(jìn)程，但對(duì)鄰近節(jié)段的影響有待進(jìn)一步研究。

1.4 撐開(kāi)棘突間距離 Zucherman等[26]和Kondrashov等[27]在應(yīng)用X-STOP治療DLSS患者2年和4年后的研究中發(fā)現(xiàn)，X-STOP對(duì)棘突間距離有一定撐開(kāi)作用。Yao等[28]研究了不同大小的棘突間固定裝置對(duì)椎間盤(pán)壓力分布的影響，結(jié)果表明當(dāng)棘突間固定裝置的大小與棘突間距離相等時(shí)，在中立位對(duì)前方纖維環(huán)的壓力沒(méi)有明顯影響，在過(guò)伸位后方纖維環(huán)壓力的46%都被棘突間固定裝置所分擔(dān)；而當(dāng)棘突間固定裝置的大小明顯大于棘突間距離時(shí)，后方纖維環(huán)的壓力在各體位下都被棘突間固定裝置分擔(dān)，前方纖維環(huán)的壓力則增大了400%，這將加速椎間盤(pán)退變。他們得出最理想的棘突間固定裝置應(yīng)該能在中立位和過(guò)伸位時(shí)顯著減小后方纖維環(huán)和髓核的壓力，將一大部分應(yīng)力從椎間盤(pán)分散至棘突。同時(shí)撐開(kāi)棘突間距離有助于恢復(fù)退變椎間盤(pán)的椎間隙高度，對(duì)減小椎間盤(pán)內(nèi)壓力有一定協(xié)同作用。總體來(lái)說(shuō)關(guān)于撐開(kāi)棘突間距離該機(jī)制的研究不多，主要問(wèn)題在于棘突間距離和臨床癥狀之間缺乏直接聯(lián)系，但棘突間距離仍可作為一個(gè)輔助指標(biāo)來(lái)評(píng)估棘突間固定裝置的生物力學(xué)機(jī)制。

1.5 改變腰椎曲度 Wilke[24]等研究發(fā)現(xiàn)置入四種棘突間固定裝置(Coflex、Wallis、DIAM和X-STOP)均能增加腰椎后凸。Anasetti等[29]也研究發(fā)現(xiàn)在中立位置入DIAM后能使腰椎更加后凸。減小生理性的腰椎前凸增加腰椎后凸，在一定程度上能減少黃韌帶受壓折疊的程度，進(jìn)而緩解黃韌帶對(duì)椎管的壓迫[14，30]，有助于緩解DLSS患者神經(jīng)受壓的癥狀。

2 腰椎棘突間固定裝置的應(yīng)用

2.1 療效評(píng)價(jià) 隨著腰椎棘突間固定裝置不斷發(fā)展，越來(lái)越多學(xué)者對(duì)其臨床療效進(jìn)行了詳細(xì)的研究。Deyo等[31]、Strmqvist等[32]將X-STOP與傳統(tǒng)減壓合并或不合并融合等術(shù)式進(jìn)行對(duì)比研究；Korovessis等[33]將Wallis與減壓手術(shù)進(jìn)行對(duì)比；Davis等[34]、Richter等[35]將Coflex與椎板切除合并后外側(cè)融合、椎板切開(kāi)術(shù)等術(shù)式進(jìn)行對(duì)比研究；Holinka等[36]、Lee等[37]、Ryu等[38]將DIAM與椎板間減壓、后路椎間融合、椎板切開(kāi)術(shù)等術(shù)式進(jìn)行對(duì)比研究；Postacchini等[39]、Sobottke等[40]將Aperius PercLID與雙側(cè)微創(chuàng)入路減壓、開(kāi)放入路減壓等術(shù)式進(jìn)行對(duì)比研究。以上研究結(jié)果均表明，各種腰椎棘突間固定裝置與傳統(tǒng)手術(shù)方式相比具有良好的臨床療效。但也有一些療效不佳的報(bào)道，如Beyer等[41]研究發(fā)現(xiàn)單獨(dú)應(yīng)用Aperius PercLID裝置療效不及傳統(tǒng)減壓手術(shù)；Kantelhardt等[42]研究發(fā)現(xiàn)置入In-Space術(shù)后1年癥狀復(fù)發(fā)率較高，22%患者需要行第二次手術(shù)。隨著關(guān)于腰椎棘突間固定裝置的臨床試驗(yàn)結(jié)果越來(lái)越多，Hong等[6]、Wu等[7]、Moojen等[43]學(xué)者應(yīng)用循證醫(yī)學(xué)的方法對(duì)棘突間固定裝置的療效進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià)。總體來(lái)說(shuō)棘突間固定裝置的臨床療效可以媲美傳統(tǒng)手術(shù)方式，甚至在某些方面比傳統(tǒng)術(shù)式療效更佳，例如其微創(chuàng)性的優(yōu)勢(shì)，使得棘突間固定手術(shù)時(shí)間更短、術(shù)中出血量更少、住院天數(shù)更短、恢復(fù)更快。但棘突間固定裝置也有其不足，如患者費(fèi)用更高、內(nèi)置物相關(guān)并發(fā)癥與傳統(tǒng)術(shù)式相比更多、再次手術(shù)率更高等。

2.2 并發(fā)癥 Lo等[44]、Gazzeri等[45]研究發(fā)現(xiàn)腰椎棘突間固定裝置的手術(shù)操作相關(guān)并發(fā)癥(如硬脊膜撕裂、硬膜外血腫等)和圍手術(shù)期并發(fā)癥(如手術(shù)切口感染、肺炎、深靜脈血栓等)比傳統(tǒng)術(shù)式相比發(fā)生率更低。但值得注意的是，術(shù)中或術(shù)后棘突骨折、內(nèi)置物移位或斷裂、術(shù)后癥狀復(fù)發(fā)等并發(fā)癥發(fā)生率較高，導(dǎo)致部分患者需要進(jìn)行再次手術(shù)。為了減少棘突骨折的發(fā)生，Manfré[46]對(duì)有骨質(zhì)疏松的患者在置入棘突間固定裝置之前預(yù)防性地在棘突注射聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)進(jìn)行強(qiáng)化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)棘突強(qiáng)化后再進(jìn)行棘突間固定裝置手術(shù)能有效預(yù)防術(shù)中和術(shù)后棘突骨折的發(fā)生，同時(shí)對(duì)于首次棘突間固定裝置置入后內(nèi)置物失效的翻修手術(shù)也有一定幫助。部分患者在置入棘突間固定裝置術(shù)后癥狀立即得到明顯緩解，但隨訪一段時(shí)間后(如1年后)出現(xiàn)不明原因的既往癥狀復(fù)發(fā)或新的神經(jīng)壓迫癥狀，使得患者不得不取出內(nèi)置物而實(shí)行傳統(tǒng)減壓手術(shù)[42，45]，對(duì)于此現(xiàn)象的機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，腰椎棘突間固定裝置作為一種非融合技術(shù)，與傳統(tǒng)融合技術(shù)相比，具有保留術(shù)后腰椎活動(dòng)功能，預(yù)防鄰近節(jié)段退變的作用，但能否替代腰椎減壓融合術(shù)作為新的治療“金標(biāo)準(zhǔn)”仍有爭(zhēng)議。目前，對(duì)于應(yīng)用棘突間固定裝置缺乏確定的適應(yīng)證和應(yīng)用指南，需要進(jìn)行更多高證據(jù)等級(jí)的長(zhǎng)期隨訪研究。可以確信的是，隨著新的棘突間固定裝置不斷研制，以及對(duì)現(xiàn)有棘突間固定裝置研究的不斷深入，腰椎棘突間固定裝置將有更加廣闊的應(yīng)用前景。

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1008-5572(2016)11-1002-05

R681.5+7

A

2016-02-24

汪波(1987- )，男，主治醫(yī)師，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院骨科，430030。

*本文通訊作者：吳華