腰椎棘突间固定装置的作用机制及应用的研究进展

汪波，赵东明，杨勇，刘朝旭，吴华

(华中科技大学同济医学院附属同济医院骨科，湖北 武汉 430030)



综 述

腰椎棘突间固定装置的作用机制及应用的研究进展

汪波，赵东明，杨勇，刘朝旭，吴华*

(华中科技大学同济医学院附属同济医院骨科，湖北 武汉 430030)

随着年龄增加，退变性腰椎管狭窄(degenerative lumbar spinal stenosis，DLSS)的发病率逐渐升高，其典型症状为神经源性间接性跛行。在美国超过65岁的人群中，DLSS是腰椎手术最重要的原因之一[1]。症状较轻的DLSS患者可行保守治疗，对于症状较重的患者，腰椎减压融合术被认为是治疗的“金标准”[2-3]。但越来越多的研究表明融合技术会加速邻近节段退变，与之相比非融合技术则能显著降低邻近节段退变的发生率[4]。

腰椎棘突间固定装置作为一种非融合技术，越来越受到临床医师的关注。在过去的几十年间，市面上出现了许多种腰椎棘突间固定装置，已有学者对其作了详细的回顾[5]，大体可分为静态(如Wallis、X-STOP、ExtenSure等)和动态(如Coflex、DIAM等)两大类。国内外许多学者应用棘突间固定装置治疗DLSS，取得初步较好的临床疗效，但也有负面报道，如并发症较多、再次手术率较高等[6-7]。为了更恰当地应用棘突间固定装置，取得更好的临床疗效，现就其生物力学作用机制及应用的进展综述如下。

1 腰椎棘突间固定装置的生物力学作用机制

1.1 改变手术节段及其邻近节段的活动度 Lindsey等[8]进行了一项尸体标本的体外研究，结果表明在X-STOP的置入节段，屈伸活动度显著减小而其他方向活动度不受影响；其邻近节段各方向活动度也无明显变化。Phillips等[9]研究发现椎间盘切除同时应用DIAM棘突间固定装置可以恢复屈伸方向上完整节段下方节段的角向活动度，同时能减少由于椎间盘切除导致的侧向活动度增加，对于椎间盘切除后腰椎失稳有一定保护作用。Tsai等[10]研究发现，Coflex能减小部分或完全失稳节段的屈伸和轴向活动度，在提供非融合性固定的同时，对失稳节段有重要的稳定作用。Lafage等[11]对Wallis的研究表明在置入节段屈伸活动度减小，椎间盘压力也减小但棘突间压力增大。另一个关于Wallis的研究也表明，在L3～4节段置入Wallis能使屈伸活动度减小13.8%，但侧向和轴向旋转活动度分别增加6.2%和0.4%。Park等[12]研究发现In-Space装置能减小置入节段的椎间盘压力，在屈伸方向上有稳定脊柱的作用，但在其他方向的活动以及邻近节段没有该稳定作用。Hartmann等[13]对比研究了四种棘突间固定装置(Aperius、In-Space、X-STOP和Coflex)的生物力学特性，结果发现它们均能显著减少置入节段屈伸活动度，对该节段其他方向活动度没有影响，但增加了整个腰椎侧向和轴向活动度，而这将更易导致腰椎失稳进而发生邻近节段退变。总体来说，腰椎棘突间固定装置主要减小屈伸方向的活动度，防止腰椎过伸时神经压迫症状加重。

1.2 改变椎管和椎间孔的大小 Richards等[14]对比了置入X-STOP与非置入组，腰椎过屈过伸位的椎管及椎间孔大小，发现在置入X-STOP后腰椎过伸位时椎管面积增加18%，关节下直径增加50%，椎管直径增加10%，椎间孔面积增加25%，椎间孔宽度增加41%，说明X-STOP能预防腰椎过伸导致的椎管及椎间孔狭窄。Lee等[15]研究老年DLSS患者置入X-STOP后MRI的影像学改变，发现置入X-STOP后椎间孔横截面积增加36.5%，同时在站立、直坐和过伸位坐等各姿势椎管平均都扩大了22%。Wan等[16]比较了正常负重情况下X-STOP置入前后置入节段与其邻近节段棘突间距离的大小，结果表明在过伸位时椎间孔面积增加32.9%，椎间孔宽度增加24.4%，而在站立和过屈位时改变不明显，他们认为对于有症状的DLSS患者X-STOP可以有效地撑开棘突间间隙而对邻近节段活动性无明显影响。Surace等[17]应用一种经皮置入的棘突间固定装置Aperius PercLID治疗DLSS患者，发现术后患者椎间孔横截面积平均增加17.6%。Marcia等[18]发现应用经皮置入的棘突间固定装置治疗DLSS患者1年后，椎管和椎间孔横截面积增加15%。Hirsch等[19]进行了体外尸体标本实验，在L4～5节段对比四种棘突间固定装置(In-Space、X-STOP、Wallis和DIAM)的生物力学效应，结果表明这四种装置均能增加过伸位的椎间孔大小，其中Wallis和DIAM仅在过伸位时有作用，而X-STOP和In-Space对于各体位(包括中立位和过屈位)均有作用。在对邻近节段影响的研究中发现，这四种装置对其上位节段(L3～4)椎间孔大小均无影响，而X-STOP和DIAM则减小了下位节段L5S1的椎间孔大小。总体来说，棘突间固定装置能显著增加椎管和椎间孔大小，特别是在过伸位时，这对于缓解神经受压导致的根性症状很有帮助。

1.3 改变小关节和椎间盘内的压力 Swanson等[20]在尸体标本置入X-STOP，研究不同体位下椎间盘压力的变化，结果发现在过伸位时后方纤维环和髓核内压力分别减小63%和41%，在中立位时分别减小38%和20%，而邻近节段的椎间盘内压力无明显变化。Lazaro等[21]在In-Space的体外研究中发现，过屈位时置入节段小关节压力减小30%，过伸位时减小69%。Erbulut等[22]应用3D有限元腰椎模型研究棘突间固定装置对椎间盘压力的影响，结果显示在置入节段(L3～4)椎间盘内压力和小关节应力均减小，而在邻近节段(L2～3和L4～5)椎间盘内压力分别增加39.7%和6.6%，小关节应力增加高达60%，进一步研究发现骨与内置物的交界面压力也显著增大。Wiseman等[23]对比研究了X-STOP置入前后过伸位时小关节内压力的变化，发现在置入节段小关节内的最大压力、平均压力和接触面积均显著减小；除了上位邻近节段的接触面积，其他邻近节段的各参数均无明显变化。他们推断应用棘突间固定装置在缓解治疗节段症状的同时可能导致邻近节段小关节部位疼痛或加速邻近节段小关节退变。Wilke等[24]系统研究了四种腰椎棘突间固定装置(Coflex、Wallis、DIAM和X-STOP)，发现在过伸位时四种装置均能显著降低置入节段的椎间盘内压力，而在过屈位、侧向和轴向运动时四种装置对椎间盘内压力无明显影响。Nishida等[25]研制了一种新的经皮置入的棘突间固定装置，在置入实验动物猪体内3个月后处死动物进行体外实验，发现在中立位时硬脊膜外压力无明显变化，而在过伸位时能显著预防硬脊膜压力的升高。总体来说，棘突间固定装置能减小椎间盘和小关节的应力，特别在过伸位时，对于缓解椎间盘源性疼痛有一定作用，同时能减缓椎间盘退变的进程，但对邻近节段的影响有待进一步研究。

1.4 撑开棘突间距离 Zucherman等[26]和Kondrashov等[27]在应用X-STOP治疗DLSS患者2年和4年后的研究中发现，X-STOP对棘突间距离有一定撑开作用。Yao等[28]研究了不同大小的棘突间固定装置对椎间盘压力分布的影响，结果表明当棘突间固定装置的大小与棘突间距离相等时，在中立位对前方纤维环的压力没有明显影响，在过伸位后方纤维环压力的46%都被棘突间固定装置所分担；而当棘突间固定装置的大小明显大于棘突间距离时，后方纤维环的压力在各体位下都被棘突间固定装置分担，前方纤维环的压力则增大了400%，这将加速椎间盘退变。他们得出最理想的棘突间固定装置应该能在中立位和过伸位时显著减小后方纤维环和髓核的压力，将一大部分应力从椎间盘分散至棘突。同时撑开棘突间距离有助于恢复退变椎间盘的椎间隙高度，对减小椎间盘内压力有一定协同作用。总体来说关于撑开棘突间距离该机制的研究不多，主要问题在于棘突间距离和临床症状之间缺乏直接联系，但棘突间距离仍可作为一个辅助指标来评估棘突间固定装置的生物力学机制。

1.5 改变腰椎曲度 Wilke[24]等研究发现置入四种棘突间固定装置(Coflex、Wallis、DIAM和X-STOP)均能增加腰椎后凸。Anasetti等[29]也研究发现在中立位置入DIAM后能使腰椎更加后凸。减小生理性的腰椎前凸增加腰椎后凸，在一定程度上能减少黄韧带受压折叠的程度，进而缓解黄韧带对椎管的压迫[14，30]，有助于缓解DLSS患者神经受压的症状。

2 腰椎棘突间固定装置的应用

2.1 疗效评价 随着腰椎棘突间固定装置不断发展，越来越多学者对其临床疗效进行了详细的研究。Deyo等[31]、Strmqvist等[32]将X-STOP与传统减压合并或不合并融合等术式进行对比研究；Korovessis等[33]将Wallis与减压手术进行对比；Davis等[34]、Richter等[35]将Coflex与椎板切除合并后外侧融合、椎板切开术等术式进行对比研究；Holinka等[36]、Lee等[37]、Ryu等[38]将DIAM与椎板间减压、后路椎间融合、椎板切开术等术式进行对比研究；Postacchini等[39]、Sobottke等[40]将Aperius PercLID与双侧微创入路减压、开放入路减压等术式进行对比研究。以上研究结果均表明，各种腰椎棘突间固定装置与传统手术方式相比具有良好的临床疗效。但也有一些疗效不佳的报道，如Beyer等[41]研究发现单独应用Aperius PercLID装置疗效不及传统减压手术；Kantelhardt等[42]研究发现置入In-Space术后1年症状复发率较高，22%患者需要行第二次手术。随着关于腰椎棘突间固定装置的临床试验结果越来越多，Hong等[6]、Wu等[7]、Moojen等[43]学者应用循证医学的方法对棘突间固定装置的疗效进行了系统评价。总体来说棘突间固定装置的临床疗效可以媲美传统手术方式，甚至在某些方面比传统术式疗效更佳，例如其微创性的优势，使得棘突间固定手术时间更短、术中出血量更少、住院天数更短、恢复更快。但棘突间固定装置也有其不足，如患者费用更高、内置物相关并发症与传统术式相比更多、再次手术率更高等。

2.2 并发症 Lo等[44]、Gazzeri等[45]研究发现腰椎棘突间固定装置的手术操作相关并发症(如硬脊膜撕裂、硬膜外血肿等)和围手术期并发症(如手术切口感染、肺炎、深静脉血栓等)比传统术式相比发生率更低。但值得注意的是，术中或术后棘突骨折、内置物移位或断裂、术后症状复发等并发症发生率较高，导致部分患者需要进行再次手术。为了减少棘突骨折的发生，Manfré[46]对有骨质疏松的患者在置入棘突间固定装置之前预防性地在棘突注射聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)进行强化，结果发现棘突强化后再进行棘突间固定装置手术能有效预防术中和术后棘突骨折的发生，同时对于首次棘突间固定装置置入后内置物失效的翻修手术也有一定帮助。部分患者在置入棘突间固定装置术后症状立即得到明显缓解，但随访一段时间后(如1年后)出现不明原因的既往症状复发或新的神经压迫症状，使得患者不得不取出内置物而实行传统减压手术[42，45]，对于此现象的机制有待进一步研究。

综上所述，腰椎棘突间固定装置作为一种非融合技术，与传统融合技术相比，具有保留术后腰椎活动功能，预防邻近节段退变的作用，但能否替代腰椎减压融合术作为新的治疗“金标准”仍有争议。目前，对于应用棘突间固定装置缺乏确定的适应证和应用指南，需要进行更多高证据等级的长期随访研究。可以确信的是，随着新的棘突间固定装置不断研制，以及对现有棘突间固定装置研究的不断深入，腰椎棘突间固定装置将有更加广阔的应用前景。

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1008-5572(2016)11-1002-05

R681.5+7

A

2016-02-24

汪波(1987- )，男，主治医师，华中科技大学同济医学院附属同济医院骨科，430030。

*本文通讯作者：吴华