非融合技术在腰椎退行性疾病中的临床应用

李永超，彭宝淦

1982年Kirkaldy-Willis等［1］描述腰椎退行性疾病时，根据其退变病理特征分为3期:功能紊乱期、不稳定期和稳定期。功能紊乱期患者往往非手术治疗可缓解，后两期患者则需要手术减压及纠正畸形和不稳。腰椎融合手术自从1911年Hibbs和Albee首次提出以来，现已成为治疗腰椎退行性疾病最常用的外科治疗方法，从中长期随访资料来看，此项技术安全有效［2-3］。但坚固的融合手术并未带来临床疗效的提高，相应的可导致融合节段运动功能丧失，相邻节段可能会出现退变或加速原有退变，甚至引起邻近节段退变病(adjacent segment disease，ASD)［4］。Harrop等［5］通过文献分析系统评价了10年以上融合手术相邻节段ASD的发生率，认为影像学ASD发生率为34%，临床症状ASD发生率为14%。此外，融合节段还存在植骨不融合、假关节形成等可能［6］。多节段的融合会导致腰椎强直，影响腰椎活动功能，同时也存在钉棒断裂的风险。采用自体骨植骨融合者，取骨区的疼痛、感染等并发症也是融合手术后面临的问题。

为解决融合技术带来的问题，一些学者提出应当尽量恢复脊柱原有的生理功能及稳定性，由此非融合技术应运而生。此技术保留了腰椎的正常解剖结构，限制了腰椎的异常活动，从理论上可减轻甚至避免ASD的发生［7］。目前，腰椎非融合技术主要分为前路和后路。前路非融合技术即腰椎人工髓核置换和人工椎间盘置换;后路非融合技术大体分为棘突间固定系统和经椎弓根固定的动态稳定系统。本文就目前非融合技术的特点及临床应用情况作一综述。

1 前路非融合技术

1.1 腰椎人工髓核置换术

腰椎人工髓核置换的理念是在完成腰椎椎间盘突出的髓核摘除术后，应用人工生物材料恢复髓核对应力的传导，将应力均匀分布传递至纤维环和邻近椎体，维持脊柱节段正常或接近正常的功能，从而缓解疼痛。目前被广泛使用的髓核假体(prosthetic disc nucleus，PDN)的商品名称为PDN-SOLO假体，它以水凝胶颗粒为核心，包裹在无弹性的聚乙烯纤维外套中，水凝胶吸收的水分相当于本身重量的80%，通过膨胀来恢复椎间盘高度，无弹性聚乙烯外套会限制假体的扩张角度和高度，以防止假体过度膨胀及避免椎体终板骨折。生物力学实验表明，置入PDN可以完全恢复椎间隙的高度和髓核摘除前的正常活动范围［8］。初步实验已证实PDN的生物安全性和机械持久性［9］。Selviaridis等［10］对忍受长期下腰痛的10位患者行腰椎人工髓核置换术，经过长达8年的随访后得出结论:PDN置换可有效缓解疼痛，效果能长期保持，且随访中无腰椎不稳和ASD发生。假体置入时通常采用经后侧手术入路，也有少数报告采用前外侧经腰大肌置入［11］。无论何种入路，都应该完全将髓核摘除，并将人工髓核假体放置在纤维环内中央水平。腰椎人工髓核置换的适应证主要是年满18岁，椎间隙高度＞5 mm，椎体终板无Schmorl结节和骨折，且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、经非手术治疗 ＞6 个月无效者［12］。

1.2 人工腰椎椎间盘置换术

自从1956年法国人Van Steenbrugghe首次提出人工椎间盘置换术(artificial disc replacement，ADR)以来，经过多年的基础研究和动物实验，现已发展到临床应用阶段，并经历了从材料力学、生物力学、生物相容性等的理论研究到应用研究，以达到腰椎功能重建的目标。理想的腰椎椎间盘置换应该能撑开椎间隙，恢复椎间盘高度，从而恢复椎管容积，使神经根活动更充分;能恢复腰椎节段性前弯和力学特性，并能够传导和吸收通过椎间盘的负荷。

目前ADR假体主要有2种类型:德国的Charité和美国的Prodisc椎间盘假体。这2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Charité假体是双动的，可以有一定范围的旋转和平移。Wei等［13］通过Meta分析得出结论:ADR是安全有效的，且能保持节段活动度在正常范围。Skld等［14］对152例慢性下腰痛的患者随机行ADR或后路腰椎椎间融合术(posterior lumbar interbody fusion，PLIF)，经过长达5年的随访发现:术后ADR组VAS评分和ODI明显低于PLIF组。但ADR存在以下的问题:①单节段假体与多节段假体置入的适应证是否相同;②是否置入节段假体活动度保留越大，临床效果越好;③是否导致异位骨化［15］;④假体是否会下沉、移位、松动，甚至脱落。对于ADR的适应证一直存在争论，至目前为止，仍无统一标准。北美脊柱外科年会制定人工椎间盘置换术的适应证为:①因椎间盘退变导致疼痛而影响正常生活，并经非手术治疗≥1年无效;②最好是单一椎间隙;③排除椎管狭窄、感染、关节突间关节退变［16］。

2 后路非融合技术

2.1 棘突间固定系统

随着腰椎棘突间非融合技术的不断发展，目前已有多种棘突间非融合器械应用于临床，根据其特性及作用特点可分为静态系统和动态系统2类。静态系统以Wallis为代表，动态系统以Coflex为代表。

2.1.1 Wallis系统

Wallis系统是由 Sénégas 等［17］设计的，其置入棘突间隙后可卸载椎间盘及小关节突的压力，不会造成节段间的融合，对退变性腰椎节段增加机械性补充作用，具有操作简单、损伤小、手术失败后易取出等优点。目前用于临床上的Wallis系统是由弹性更强的高分子材料聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)制成，并由涤纶韧带绕过上下棘突将其固定在棘突之间，整个Wallis系统在棘突间形成一个“漂浮”装置，起到撑开作用。Lafage等［18］通过体外生物力学研究表明，损伤脊柱(模拟椎间盘切除术)应用Wallis系统后，侧弯和旋转活动范围都恢复到正常范围，屈伸活动的范围较完整脊柱减少26%，椎间盘压力也下降到正常脊柱水平，同时对邻近节段无明显影响。Li等［19］进行生物力学分析证实，Wallis内固定术后患者邻近节段刚性增加，从而对邻近节段起到保护作用。Sénégas等［17］在对 241 例患者进行长达14年的回顾性研究中得出结论:该系统可有效延缓接受融合器置入的时间，其长期随访结果表明它可通过其置入节段活动度的保留而防止邻近节段退变。Sandu等［20］回顾性分析15例行Wallis内固定术的腰椎椎管狭窄患者，进行短中期随访得出结论:Wallis是安全有效的，术后取得良好临床效果的基础是选择大小合适的置入物。另外，该系统的置入也存在一些问题，例如深部感染、内置物松动移位、椎间盘突出症术后复发［21］。Sénégas建议Wallis系统的适应证为:①巨大椎间盘切除术后椎间盘组织丧失较多;②椎间盘再突出再次手术者;③L5骶化产生的交界处(L4，5)椎间盘突出;④融合相邻节段退变;⑤中度椎间盘退变(ModicⅠ期)导致的慢性腰痛。

2.1.2 Coflex 系统

Coflex系统是Samani于1994年设计，并由Paradigm公司开发的一种腰椎棘突间内固定器，为钛合金材料，其中部为一“U”形的棘突间间隔物，具有弹性功能;上下各有2个固定翼，分别在置入棘突间隙后夹紧固定于上下棘突，每个固定翼各有1个孔，可供缝合加强固定。作为“动态系统”的代表产品，与“静态系统”的棘突间内固定器作用原理不同的是它以一种预压缩模式置入棘突间，维持棘突间的高度。Coflex置入最好位置是L3/L4/L5，因S1棘突过小，L5/S1棘突间不能置入。Kong等［22］对42例轻度节段不稳定的腰椎椎管狭窄患者分别行椎管减压、PLIF和椎管减压、棘突间固定术(Coflex系统)，随访12个月后得出结论:Coflex系统可替代PLIF，由于置入后其相邻节段的应力减小而优于PLIF。另外，Coflex系统可产生固定翼断裂、棘突骨折、Coflex装置松动，硬脑膜破裂等并发症［23］，由于缺乏多中心、随机的、前瞻性的长期随访结果的报道，有关Coflex系统的临床疗效有待于进一步研究。

2.2 经椎弓根固定的动态稳定系统

2.2.1 Graf韧带

Graf韧带是1992年由Graf发明，是最早使用的经椎弓根固定的动态系统，由椎弓根螺钉和连接螺钉尾部的非弹性环状韧带构成。该装置将腰椎以前凸位固定，并使腰椎小关节锁定在过伸状态，防止小关节旋转，保证正常范围内的屈伸活动，降低ASD发生。同时，利用关节突关节作为支柱，将终板和前纤维环负荷转移到后方纤维环，通过减少椎间盘应力达到治疗椎间盘源性腰痛的目的，也为椎间盘自行修复提供可能。但其不能限制后伸，加重了纤维环后方和小关节负荷，会产生侧隐窝狭窄，对已存在关节突关节退行性变和黄韧带肥厚的患者，其长期效果不佳［24］，目前国外已很少应用。Markwalder等［25］对39例应用Graf韧带系统的患者进行了长期随访(平均7.4年)，结果显示66.6%的患者腰痛完全消失，25.7%的患者腰痛显著减轻，7.7%的患者腰痛轻度减轻。Kanayama等［26］应用该装置治疗退变性腰椎滑脱，术后虽然滑脱未能复位，但是临床症状明显缓解。建议Graf韧带应用到有足够腰背肌力量的腰椎小关节轻度退变的年轻患者［25-26］。

2.2.2 杠杆支点辅助稳定系统

杠杆支点辅助稳定系统(fulcrum assisted soft stabilization system，FASS)，由 Sengupta等设计的，是Graf韧带的改进，旨在克服Graf韧带加重的后方纤维环及小关节负荷。原理是以杠杆为后方支点，通过恢复生理前凸减小椎间盘后方压力并且保护关节突关节。Sengupta等［27］通过尸体脊柱和脊柱模型进行了一项生物力学实验研究，证实FASS系统可以最多减少50%椎间盘压力，控制节段活动度和保护腰椎生理前凸，即使生理前凸消失，FASS也能使椎间盘压力降低。但目前此系统尚处于实验探讨阶段。

2.2.3 动态中和固定系统

动态中和固定系统(dynamic neutralization system，Dynesys)由法国学者Gilles Dubois于1994年对Graf韧带系统进行改良而成［28］，是目前临床使用最多的后路非融合系统，以多聚酯纤维(polyethylene terephthalates，PET)绳索为芯，连接钛合金椎弓根螺钉，本身产生一定的张力，其周围为质地较硬的聚碳酸酯-聚氨酯(polycarbonateurethane，PCU)套管，此套管可对抗压缩力，这样可克服Graf韧带系统加重纤维环后方和小关节负荷的缺陷。该系统通过绳索和套管控制腰部的前屈、后伸，前屈时，绳索起到张力带的作用;后伸时，套管起到支撑作用，限制后伸。

Dubois等［29］证实，Dynesys系统和正常脊柱的的弹性系数接近，重建后的脊柱稳定性接近正常。Stoll等［28］报告多中心 83 例随访结果，Oswestry功能障碍指数(Oswestry disability index，ODI)［30］从55.4 降到22.9。Fay等［31］进行了一项关于 Dynesys系统治疗腰椎椎管狭窄的回顾性研究，评估了38例患者的术前及术后腰腿疼痛、功能和影像学表现，患者平均年龄为63.7岁，平均随访时间为41.4月，其中24例合并腰椎滑脱。术后活动范围(2.7°±1.5°)，与术前(10.0°±3.3°)比较差异有统计学意义(P＜0.001)，术后采用视觉模拟量表(visual analogue scale，VAS)评分［32］评估腰腿痛，由术前的 6.0分和7.4分降低为术后的1.9分和2.5分;采用ODI评估腰部疼痛及功能，由术前的50.6降低到27.3，但21.1%的患者发生了椎弓根螺钉松动。Yu等［33］比较了Dynesys系统(35例)和PLIF治疗多节段腰椎退变性疾病的研究结果，所有患者(60例)完成了3年的随访，术后Dynesys系统组VAS评分和ODI比PLIF组明显降低，且保留了更大的活动范围，其前椎间盘高度降低，而PLIF组前椎间盘增高。但Haddad等［34］比较了 Dynesys系统和传统融合术，并进行了4年的随访，发现传统融合术有更高的满意度(87.5%及 68.8%)。

虽然Dynesys系统保留了节段部分活动范围，改变了异常应力传导，卸载了椎间盘、小关节过度负荷，并阻止椎间盘退变［35］，避免了因椎间融合后引起的诸多问题，但腰椎后凸畸形、螺钉松动、装置移位、断索、棘突骨折、晚期感染等并发症限制了Dynesys的应用［36］。

2.2.4 Bioflex 系统

Bioflex系统，即镍钛记忆合金弹簧棒动力稳定系统，是由钛制椎弓根螺钉和镍钛记忆合金带螺旋连接棒构成。由韩国朴庆佑首次提出，目前该系统已获准进入我国应用。Bioflex系统增加椎体前中柱的应力分配，更接近于正常的应力分配方式，在没有应力遮挡的情况下获得更高的融合率，尤其适用于多节段腰椎退行性疾病。Kim等［37］证实Bioflex系统能降低ASD，调整矢状平衡，矫正后凸畸形，较好的维持腰椎前凸。Park等［38］回顾性分析了27例行Bioflex内固定术的患者，平均年龄为59.2岁，平均随访时间为12.3月，术前腿痛平均 VAS评分为7.39，术后1 年为 2.03(P ＜0.05);术前腰痛平均VAS评分为6.52，术后1 年为 3.32(P ＜0.05)。初步临床应用表明，Bioflex系统是治疗腰椎退行性疾病的一种安全有效的方法［37-38］。但需要长期的、多中心的、前瞻性随机研究来进一步判断Bioflex系统的治疗效果。

综上所述，多种非融合技术仍处于不同的发展阶段和临床研究中。无论采用何种技术，首先应解决的是脊柱的稳定性，其次是保留一定的节段间活动，因此在使用各种非融合装置时必须严格掌握适应证，盲目施行脊柱非融合技术而放弃传统有效的脊柱融合术并不明智。只有用科学谨慎的态度来验证和应用新理论、新技术，脊柱外科才能更好地发展。

［1］ Kirkaldy-Willis WH，Farfan HF.Instability of the lumbar spine［J］.Clin Orthop Relat Res，1982(165):110-123.

［2］ Huang RC，Girardi FP，Lim MR，et al.Advantages and disadvantages of nonfusion technology in spine surgery［J］.Orthop Clin N Am，2005，36(3):263-269.

［3］ Glaser J，Stanley M，Sayre H，et al.A 10-year follow-up evaluation of lumbar spine fusion with pedicle screw fixation［J］.Spine(Phila Pa 1976)，2003，28(13):1390-1395.

［4］ Kumar MN，Baklanov A，Chopin D.Correlation between sagittal plane changes and adjacent segment degeneration following lumbar spine fusion［J］.Eur Spine J，2001，10(4):314-319.

［5］ Harrop JS，Youssef JA，Maltenfort M，et al.Lumbar adjacent segment degeneration and disease after arthrodesis and total disc arthroplasty［J］.Spine(Phila Pa 1976)，2008，33(15):1701-1701.

［6］ Frymoyer JW，Hanley EN Jr，Howe J，et al.A comparison of radiographic findings in fusion and non fusion patients ten or more years following lumbar disc surgery［J］.Spine(Phila Pa 1976)，1979，4(5):435-440.

［7］ Noekels RP.Dynamic stabilization in the surgical management of painful lumbar spinal disorders［J］.Spine(Phila Pa 1976)，2005，30(16 Suppl):S68-72.

［8］ Eysel P，Rompe J，Schoenmayr R，et al.Biomechanical behaviour of a prosthetic lumbar nucleus［J］.Acta Neurochir(Wien)，1999，141(10):1083-1087.

［9］ Ray CD.The PDN prosthetic disc nucleus device［J］.Eur Spine J，2002 ，11(Suppl 2):S137-S142.

［10］ Selviaridis P，Foroglou N，Tsitlakidis A，et al.Long-term outcome after implantation of prosthetic disc nucleus device(PDN)in lumbar disc disease［J］.Hippokratia，2010，14(3):176-184.

［11］ Bertagnoli R，Vazquez RJ.The Anterolateral TransPsoatic Approach(ALPA):a new technique for implanting prosthetic disc-nucleus devices［J］.J Spinal Disord Tech，2003，16(4):398-404.

［12］ Boswell MV，Trescot AM，Datta S，et al.Interventional techniques:evidence-based practice guidelines in the management of chronic spinal pain［J］.Pain Physician，2007，10(1):7-111.

［13］ Wei J，Song Y，Sun L，et al.Comparison of artificial total disc replacement versus fusion for lumbar degenerative disc disease:a meta-analysis of randomized controlled trials［J］.Int Orthop，2013，37(7)，1315-1325.

［15］ Zindrick MR，Tzermiadianos MN，Voronov LI ，et al.An evidence-based medicine approach in determining factors that may affect outcome in lumbar total disc replacement［J］.Spine(Phila Pa 1976)，2008，33(11):1262-1296.

［16］ Bhmenthal SL，Ohnmeiss DD，Guyer IL，et al.Artificial intervertebral discs and beyond:a North American Spine Society Annual Meeting symposium［J］.Spine J，2002，2(6):460-463.

［17］ Sénégas J，Vital JM，Pointillart V，et al.Long-term actuarial survivorship analysis of an interspinous stabilization system［J］.Eur Spine J，2007，16(8):1279-1287.

［18］ Lafage V，Gangnet N，Sénégas J，et al.New interspinous implant evaluation using an in vitro biomechanical study combined with a finite-element analysis［J］，Spine(Phila Pa 1976)，2007，32(16):1706-1713

［19］ Li CD，Sun HL，Lu HZ.Comparison of the effect of posterior lumbar interbody fusion with pedicle screw fixation and interspinous fixation on the stiffness of adjacent segments［J］.Chin Med J(Engl)，2013，126(9):1732-1737.

［20］ Sandu N，Schaller B，Arasho B，et al.Wallis interspinous implantation to treat degenerative spinal disease:description of the method and case series［J］.Expert Rev Neurother，2011，11(6):799-807.

［21］ Sénégas J.Mechanical supplementation by non-rigid fixation in degenerative intervertebral lumbar segments:the Wallis system［J］.Eur Spine J，2002，11(Suppl 2):S164-169.

［22］ Kong DS，Kim ES，Eoh W.One-year outcome evaluation after interspinous implantation for degenerative spinal stenosis with segmental instability［J］.J Korean Med Sci，2007，22(2):330-335.

［23］ Xu C，Ni WF，Tian NF，et al.Complications in degenerative lumbar disease treated with a dynamic interspinous spacer(Coflex)［J］.Int Orthop，2013，37(11):2199-2204.

［24］ Saxler G，Wedemeyer C，von Knoch M，et al.Follow-up study after dynamic and static stabilisation of the lumbar spine［J］.Z Orthop Ihre Grenzgeb，2005，143(1):92-99.

［25］ Markwalder TM，Wenger M.Dynamic stabilization of lumbar motion segments by use of Graf’s ligaments:results with an average follow-up of 7.4 years in 39 highly selected，consecutive patients［J］.Aeta Neurochir(Wien)，2003，145(3):209-214.

［26］ Kanayama M，Hashimoto T，Shigenobu K，et al.Non-fusion surgery for degenerative spondylolisthesis using artificial ligament stabilization:surgical indication and clinical results［J］.Spine(PhiIa Pa 1976)，2005，30(5):588-592.

［27］ Sengupta DK，Mulholland RC.Fulcrum assisted soft stabilization system:a new concept in the surgical treatment of degerative low back pain［J］.Spine(Phila Pa 1976)，2005，30(9):1019-1029.

［28］ Stoll TM，Dubois G，Schmarzenhach O.The dynamic neutralization system for the spine:a multi-center study of a novel nonfusion system［J］.Eur Spine J，2002，11(Suppl 2):170-178.

［29］ Dubois G.Dynamic stabilization with the Dynesys system and the dynamic transition option DTO implant:philosophy-concept surgical technique［J］.Interact Surg，2008，3(4):239-244.

［30］ Fairbank JC，Couper J，Davies JB，et al.The Oswestry low back pain disability questionnaire［J］.Physiotherapy，1980，66(8):271-273.

［31］ Fay LY，Wu JC，Tsai TY，et al.Dynamic stabilization for degenerative spondylolisthesis:evaluation of radiographic and clinical outcomes［J］.Clin Neurol Neurosurg，2013，115(5):535-541.

［32］ Huskisson EC.Measurement of pain［J］ .Lancet，1974，2(7889):1127-1131.

［33］ Yu SW，Yen CY，Wu CH，et al.Radiographic and clinical results of posterior dynamic stabilization for the treatment of multisegment degenerative disc disease with a minimum follow-up of 3 years［J］.Arch Orthop Trauma Surg，2012，132(5):583-589.

［34］ Haddad B，Makki D，Konan S，et al.Dynesys dynamic stabilization:less good outcome than lumbar fusion at 4-year follow-up［J］.Acta Orthop.Belg，2012，71(1):97-103.

［35］ Vaga S，Brayda-Bruno M，Perona F，et al.Molecular MR imaging for the evaluation of the effect of dynamic stabilization on lumbar intervertebral discs［J］.Eur Spine J，2009，18(Suppl 1):40-48.

［36］ Lutz JA，Otten P，Maestretti G，et al.Late infection after dynamic stabilization of the lumbar spine with Dynesys［J］.Eur Spine J，2012，21(12):2573-2579.

［37］ Kim YS，Zhang HY，Moon BJ，et al.Nitinol spring rod dynamic stabilization system and Nitinol memory loops in surgical treatment for lumbar disc disorders:short-term follow up［J］.Neurosurgical Focus，2007，22(1):E10.

［38］ Park H，Zhang HY，Cho BY，et al.Change of lumbar motion after multi-level posterior dynamic stabilization with bioflex system:1 year follow up［J］.J Korean Neurosurg Soc，2009，46(4):285-291.