膠原酶化學溶解術治療腰椎間盤突出癥的研究進展

邱覓真+萬權+張達穎

摘 要 膠原酶化學溶解術治療腰椎間盤突出癥在臨床應用已40余年。研究表明膠原酶注入病變椎間盤后水解膠原分子為相關氨基酸，最終被機體吸收，但其水解的具體過程仍待進一步研究。近年臨床研究證明：注射部位和劑量與安全效果高度相關；小劑量膠原酶突出物注射或盤內外聯合注射可獲較好遠期效果；小劑量膠原酶注射聯合射頻可減少正常椎間盤水解，提高整體效果，并已在椎間盤突出癥治療中證實。膠原酶化學溶解術仍是臨床經典、安全及有效的微創治療方法。

關鍵詞 膠原酶 腰椎間盤突出癥 化學溶解術

中圖分類號：R681.53； R977.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1533（2016）17-0005-05

Research progress in collagenase chemonucleolysis for the treatment of lumbar intervertebral disc herniation

QIU Mizhen， WAN Quan， ZHANG Daying*

（Department of Pain， the First Hospital affiliated to Nanchang University， Nanchang 330006， China）

ABSTRACT The clinical application of collagenase chemonucleolysis in the treatment of lumbar intervertebral disc herniation has been lasted for more than 40 years. Many studies have shown that the collagenase which is injected into the intervertebral disc can hydrolyze the collagen into amino acids which are finally absorbed by the human body. However， the specific process for its hydrolysis remains to be further studied. In recent years， clinical research has proved that the site and dose for the injection of collagenase are highly correlated with its safety and efficacy. A long-term and good result can be obtained by injection of low-dose collagenase into the protrusion or combination of intradiscal and epidural injection. The normal hydrolysis of intervertebral disc can be reduced by injection of low-dose collagenase into the disc interior combined with radiofrequency and the overall effect can be improved， which has been confirmed in the treatment of intervertebral disc herniation. Collagenase chemonucleolysis is a minimally invasive treatment method with high safety and effectiveness.

KEY WORDS collagenase； lumbar intervertebral disc herniation； chemonucleolysis

膠原蛋白水解酶（簡稱膠原酶，collagenase），是一種高度特異性作用于膠原組織螺旋結構的蛋白水解酶。膠原酶化學溶解術（collagenase chemonucleolysis， CCNL）是指將外源性膠原酶注射到病變的椎間盤內或突出物周圍，使膠原分子解鏈變性，最終降解為相關氨基酸，被機體中和吸收，從而使突出物減小或消失，以減輕其對神經組織的壓迫，達到緩解或消除患者臨床癥狀的治療方法。

1968年美國學者Sussman [1]使用膠原酶對椎間盤組織進行體外溶解試驗及動物實驗，首次證實了膠原酶是具有專一水解膠原蛋白的特異性溶解酶，提出可用特異性的膠原酶來治療腰椎間盤突出癥（lumbar intervertebral disc herniation，LIDH），1981年又發表了膠原酶治療29例LIDH患者取得成功的報道[2]。我國最早于1972年由上海醫藥工業研究院開始進行對膠原酶的研究，1975年始朱克聞等[3]開始使用國產注射用膠原酶用于臨床治療LIDH，并于1982年報道了對252例CCNL的隨訪療效，證實了其極為明顯的療效與安全性。隨后CCNL在國內外臨床得到廣泛應用，其注射方法由單純椎間盤內或盤外注射發展到椎間盤內外聯合注射，其確切的療效以及較高的安全性獲得臨床廣泛認同。近年來隨著對解剖學、影像學、藥理學和技術規范等方面的深入研究，CCNL治療LIDH這一課題又取得了新的進展。

1 膠原酶的生物學特性與理化性質

注射用膠原酶多是由溶組織梭狀芽孢桿菌（Clostridium histolyticum）發酵、經提取、精制、加入適量的賦形劑和穩定劑而制成的白色或類白色的凍干塊狀或粉末狀物。國產注射用膠原酶[4]發酵單位穩定在200 U/ml以上，具有膠原酶活性的蛋白質與總蛋白的百分比在80%以上，產品質量可與國外高純度膠原酶媲美。研究表明，其最適pH范圍為6.7～8.0，膠原酶凍干制劑一旦配制成水溶液后，在常溫下放置2 h時，其活性降低40%，6 h后活性降低75%[5]。膠原酶其本質是蛋白質，任何能改變蛋白質性質的物理、化學、生物等因素，均可能導致膠原酶的活性部分甚至全部喪失。

2 膠原酶的來源及作用機制

膠原酶按照其來源可分為微生物來源膠原酶和動物來源膠原酶。其中，微生物來源的膠原酶主要是細菌膠原酶，目前國內外臨床使用的膠原酶多是由溶組織梭狀芽孢桿菌發酵精制所得。細菌膠原酶與動物膠原酶主要不同點在于：①底物種類不同：梭菌膠原酶除7S基質膠原不能降解外，幾乎能以同樣的速度降解5種類型（I～V型）的膠原且對動物膠原酶不能降解的IV～V型也能輕易降解；②裂解方式不同：梭菌膠原酶可作用于膠原的多個位點，產生平均只有5個殘基的小分子短肽，而動物膠原酶則作用于膠原N端3/4處Gly-Leu或Gly-Ile肽鍵，產生一個3/4片段和1/4片段；③獲得的難易不同：因梭菌膠原酶可分泌到胞外，通過發酵可大量獲得，而動物膠原酶則較難獲得；④潛在的降解膠原能力不同：梭菌膠原酶具有更高的活性，微生物膠原酶溶解膠原纖維比動物膠原酶更徹底，且一般不需要其他蛋白酶輔助[6-8]。

膠原酶的作用機制可能有內源性和外源性兩種途徑。既往國內文獻、書籍在引用膠原酶的作用機制多描述為：膠原酶是在膠原分子N端的3/4處使其解螺旋，將其水解成3/4和1/4 2個片段，然后進一步被其他蛋白酶水解成可吸收的氨基酸。這僅僅是介紹了內源性途徑，而忽略了外源性途徑；或是混淆了微生物源性膠原酶（外源性膠原酶）與內源性膠原酶兩者的關系，作為醫療注射用膠原酶一般是從溶組織梭狀芽孢桿菌發酵提取的微生物來源膠原酶，其作用的位點、方式和產物與內源性膠原酶均存在很大的差異。

目前比較公認的CCNL的作用機制是[9]：當外源性膠原酶以酶原的形式大量注入病變的椎間盤，會被其中的酶激活物激活而水解膠原分子，使之易解鏈變性；最終降解為脯氨酸、羥脯氨酸、賴氨酸等氨基酸，被機體中和吸收。但關于注射用膠原酶在體內究竟如何水解膠原分子尚存在爭議，仍需進一步研究。

3 臨床適應證與禁忌證

一般認為CCNL的經典適應證是：典型的神經根性癥狀與體征、并與MRI、CT影像學檢查相符、經過3個月保守治療仍無效的椎間盤突出癥患者[10]。主要禁忌證有：①有明顯脊髓或馬尾神經損傷表現者；②合并骨性椎管狹窄或椎間孔狹窄；③突出物明顯鈣化或后縱韌帶/黃韌帶肥厚鈣化；④椎間盤炎或椎間隙感染；⑤其他疾病或原因不適合手術者。適應證選擇的恰當與否，直接關系到療效的好壞，另外患者對手術的充分理解及術前、術中、術后的依從性也至關重要。

4 操作方法

CCNL的具體操作方法經過數十年的研究，目前已成規范，遵循膠原酶的作用機制和酶促反應動力學基本原理，“酶達底物，藥達病所”是其基本原則，影像學監視和盤外注射行局麻藥試驗是安全保障，規范化操作是安全性和療效基礎。盡管膠原酶安全范圍很廣，但注入蛛網膜下腔是絕對禁忌，無論其何種操作技術，都應該遵循這些要素。

4.1 穿刺方法與入路

腰椎徑路可分為經椎間孔入路、經椎板間隙入路、經骶裂孔入路（硬膜外前/側間隙置管）、經小關節間隙入路，而經椎板間隙入路又可分為經小關節內緣入路（直接注射或向側隱窩置管注射）、后正中穿刺入路（硬膜外后間隙注射或向側隱窩置管注射）等[11]。

4.2 注射方法與劑量

CCNL在不同部位注射與臨床效果有明顯相關性，以往按注射方法的不同可大致分為盤內注射法、盤外注射法和盤內+盤外聯合注射法，隨著技術的發展，目前國內盛行“靶點注射”，不斷研究出諸如突出物內注射法、突出物表面注射法及突出物內外聯合注射法等，注射劑量也由原來推薦的盤外注射1 200～2 400 U、盤內注射600 U逐漸下降為盤外不超過1 200 U，盤內不超過200 U[12]，這也是“精準醫學”的一個重要體現，現將其歸納綜合敘述。

4.2.1 盤內注射法

是指把膠原酶注射到椎間盤內部，起到從內部直接溶解膠原組織的方法[13]，在國外多采用經典盤內法（即采用經椎間孔安全三角入路進行穿刺，針尖到達椎間盤中央處注藥），適合于纖維環膨出型或纖維環未破裂的突出型，但對突出巨大及脫垂型或游離型則療效欠佳。近年來臨床更注重對椎間隙功能結構的保護，強調以突出物內注射為主的注射方法，使膠原酶和“靶點”底物直接接觸，以期用最小的劑量發揮最大的作用，使突出物的體積縮小或消失，解除對神經組織的壓迫。王勝利等[14]報道將膠原酶直接注射到突出物內是一種相對安全、有效的LIDH治療方法。

4.2.2 盤外注射法

是指把膠原酶注射到椎間盤外（硬膜外腔），通過藥液從表面滲透浸潤突出物而從外到內溶解膠原組織的方法[15-16]，一方面膠原酶在硬膜外能直接溶解椎管內髓核組織，使髓核組織水解和吸收；另外膠原酶還具有抑制部分炎性介質活性的作用，減輕神經根的炎癥水腫，起到緩解臨床癥狀的效用。其主要有椎間孔入路硬膜外側前間隙注射法、經小關節內緣側隱窩注射法及骶裂孔硬膜外前間隙注射法三種，適合于纖維環破裂的突出型、脫垂型或游離型者。薄存菊等[17]采用經硬膜外導管泵注膠原酶治療LIDH，認為有利于藥物積聚于突出物周圍，可提高治療的長期效果，但多數臨床應用證實其效果不穩定，可能與膠原酶配制后活性減滅有關，臨床不予推薦。

4.2.3 盤內外聯合注射法

由于盤外注射在部分病例中存在水解不充分、遠期效果不佳、而盤內注射使椎間盤過度水解致椎間隙變窄、繼發性椎間孔狹窄等問題，臨床上設計了盤內（突出物）小劑量膠原酶注射聯合盤外注射取得了較好效果。張學學等[18]認為膠原酶盤外與盤內外膠原酶注射均是治療LIDH的有效方法，而盤內外聯合注射膠原酶的遠期療效優于盤外注射法。陳家驊[19]報道在CT引導下首先將外套針穿刺至突出物表面行局麻藥試驗，再經外套針將內針刺入突出物內，分別經雙針將膠原酶注射到突出物內及其表面的注射方法取得良好效果。

總之，合理選擇注射方法與徑路是保證CCNL安全和療效的重要環節之一，對于不同形態、不同間隙的椎間盤出癥，其操作方法都應該個體化、細節化。

5 療效評價

國外報道的平均有效率在75%～77%，國內報道的平均有效率在70%～90%[20]。Couto等[21]一項Meta分析表明，CCNL在治療LIDH方面療效確切，優于安慰劑，但與手術療效的比較卻無法合理評價。Lewis等[22]在全球相關文獻薈萃分析中依然肯定CCNL的中長期療效，但遺憾的是仍缺乏大樣本、多中心、方法科學、規范的高質量隨機對照試驗，有待進一步驗證。大量的文獻報道其中遠期療效達90%以上。

6 術后并發癥及其處理

雖然CCNL在治療LIDH方面療效確切，但早期由于許多操作者無視操作常規，或對CCNL的基本理論掌握不足以及其他因素干擾，導致膠原酶誤注蛛網膜下腔造成嚴重后果，使膠原酶的安全性一度備受爭議，制約了該技術的應用與發展。近十年來技術操作不斷規范，已無此類并發癥的發生。

6.1 術后疼痛反應

盤內注射發生率較高，多發生在術后1周以內，其原因一般認為可能是膠原纖維在解鏈降解過程中，導致椎間盤體積增大和椎間盤內壓增高，神經根壓迫、炎癥加重、椎管內竇椎神經受到激惹有關[23-24]。商衛林等[25]通過對山羊腰椎間盤退變模型注射膠原酶，認為盤內注射膠原酶對椎間盤軟骨終板的損傷可能是導致術后疼痛的主要原因，但這可能是跟所使用的膠原酶的純度或濃度有關。治療上，醫囑術后臥床休息，以減少外力所致間盤壓力增加；給予消炎止痛、脫水藥物治療，以減輕神經根充血水腫；必要時行硬膜外沖洗或注射消炎鎮痛液消除神經根炎癥[26]，并結合理療及局部神經阻滯等綜合治療手段[27]，往往可有效緩解癥狀。

6.2 化學性腦脊膜炎

通常由膠原酶誤入蛛網膜下腔引起，一旦發生后果很嚴重，國內已有相關報道[28]。認真遵守操作規程可杜絕事故的發生。張達穎[29]認為行CCNL必須在影像監測下規范操作，如擬行盤外膠原酶注射，除在影像上確認穿刺針到達突出物表面外，必須行2%利多卡因4 ml加地塞米松5 mg局麻藥注射試驗，觀察15 min以上無脊髓麻醉后方可注射膠原酶，可有效避免誤入蛛網膜下腔情況的發生。一旦不慎發生膠原酶蛛網膜下腔誤注，應立即采取救治措施，積極予降顱壓、營養神經、皮質醇激素沖擊及腦脊液置換等治療可能改善預后[29-30]。

6.3 神經損傷或功能障礙

可分術中與術后損傷。術中神經損傷多為操作不當致穿刺損傷脊神經根，術前仔細閱片，正確選擇穿刺路徑，術中影像監測下細心穿刺，多可避免發生，如一旦發生神經刺激癥狀，應該立即停止操作，分析原因，調整穿刺方向，必要時術后予神經營養及康復治療。張學學等[31]研究表明術后神經損傷多發生在手術3 d以后，部分病例是由于椎間盤殘余組織脫落對神經根的卡壓造成，一旦發生宜立即手術減壓。另有部分病例術中發現神經根受壓不明顯，可能與術后一過性壓力增高，神經根缺血水腫及之后神經根鞘膜或脊膜變薄加之膠原酶的化學性刺激有關。治療上及時行手術減壓與沖洗，配合后期功能鍛煉及康復治療可明顯改善預后。

6.4 尿潴留與腸麻痹

一般認為其機制一方面可能是由于椎間盤內壓增加后椎管內竇椎神經受到刺激引起自主神經功能紊亂所致，另一方面是患者不習慣床上大小便等心理因素所致，可在治療前給予心理干預、術前進行床上解大小便訓練、注重飲食調整和適當的運動，必要時可行導尿處理，多可緩解[32-33]。

6.5 椎間隙感染

國內有少數病例報道。但若以預防為主，術中嚴格遵守無菌操作原則，則往往可避免這類感染發生。一旦感染發生，臨床處理包括給予正規、足療程的敏感抗生素治療、腰部制動固定等，嚴重者需要穿刺減壓、沖洗引流，椎間隙內臭氧注射治療可取得較好效果[34]，極少數病例需開放手術。

6.6 脊柱失穩性腰背痛

一般認為系椎間盤被溶解后椎間隙變窄，椎間關節關節囊的竇返神經受到牽拉反應而出現反射性腰背部不適感和疼痛。術前嚴格把握適應證；盡量減少間隙內功能間盤的水解；術后避免過早起床活動及必要的康復指導對避免其發生有積極意義。

7 CCNL的多模式聯合應用

CCNL這種經典微創技術在椎間盤突出癥方面的確切療效已經得到國際公認，而隨著近年來微創介入技術的發展，國內外疼痛臨床不斷涌現出諸如低溫等離子消融術、射頻熱凝術、旋切減壓術、脊柱內鏡技術等眾多椎間盤微創技術聯合CCNL的多模式聯合應用[35-36]，均取得了較理想的治療效果。Zhang等[37]報道小劑量膠原酶注射聯合射頻治療LIDH，可保護椎間隙間盤組織，提高了臨床效果，減少了術后腰痛及神經根損傷等并發癥，拓寬了CCNL的適應證。吳新等[38]認為椎間孔鏡聯合膠原酶治療脫出型LIDH的遠期療效較單純孔鏡者更可靠。

8 總結與展望

經過數十年的發展，CCNL微創手術的經濟、簡單安全、療效確切持久等優點已獲得國際認可，隨著技術的不斷成熟，膠原酶注射部位的精準化與劑量的最優化使CCNL的安全有效性進一步提升，其適應證除LIDH外，已擴展到頸椎間盤突出癥的治療[39-40]。CCNL多模式聯合的成功應用，使其成為時下研究熱點，也可能是未來的發展趨勢。盡管椎間盤微創治療技術很多，但CCNL效果明確、操作損傷小，安全性高，設備投入少等優勢已是共識。如果能在深入相關基礎研究的同時進一步開展中遠期臨床對照研究，強化操作技術規范化培訓，防止不良事件的發生，CCNL仍將在LIDH的治療上發揮獨特而重要的作用。

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