腰椎后路经椎弓根非融合内固定系统发展现状

程 猛 曲 扬 董荣鹏 康明阳 周昊函 赵建武

(吉林大学第二医院，吉林 长春 130000)

腰椎后路经椎弓根非融合内固定系统发展现状

程 猛 曲 扬 董荣鹏 康明阳 周昊函 赵建武

(吉林大学第二医院，吉林 长春 130000)

腰椎；非融合；动态稳定；椎弓根螺钉

1911年Albee和Hibbs初次将脊柱融合手术用于治疗脊柱畸形，经过100多年的发展现已成为治疗腰椎滑脱、腰椎间盘突出(LDH)、腰椎管狭窄等腰椎退行性病变的标准术式〔1，2〕。中长期随访资料显示，脊柱融合手术治疗腰椎退行性疾病安全有效〔3〕，但其可能导致融合节段丧失运动功能、加速相邻节段椎间盘退变、植骨不融合及假关节形成等并发症〔4〕。Harrop 等〔5〕通过对10 年以上脊柱融合手术的相关文献进行分析，发现邻近节段影像学退变发生率为34%，有临床症状的退变疾病发生率为14%。生物力学相关研究表明，脊柱融合术可导致腰椎邻近节段椎间盘压力及活动度的增加；通过影像学长期随访评估发现，融合术后相邻节段椎间盘退行性变明显加快〔6～8〕。为解决融合术带来的问题，Sengupta 提出了动态稳定系统的理念，可以有效控制腰椎反常活动、改变力学传导方向、缓解临床症状以及预防相邻节段的退行性变〔9，10〕。因此，本文对各类主要腰椎动态稳定系统的最新研究进展进行综述。

1 椎弓根螺钉-韧带装置

1.1 Graf系统 Graf系统是Graf于1992年设计的经椎弓根固定的人工韧带系统，由钛椎弓根螺钉联合8 mm非弹性环形聚酯纤维带组成，其原理是通过将椎间小关节突锁定在过伸位，关节突关节作为支点，将终板和前纤维环负荷转移到后方纤维环，防止小关节旋转维持腰椎的稳定性，保证正常范围内的屈伸活动并限制脊柱的前屈活动〔11〕。由于其不能限制后伸活动，改变了力学传导方向，将腰椎负荷由前柱转移到了后侧间盘，加重了纤维环后方和小关节负荷，加速了后侧间盘的退行性变，导致易出现侧隐窝狭窄及神经根卡压〔9〕。

Markwalder等〔12〕通过对39例应用人工韧带系统患者长期随访，结果表明约66%的患者术后腰背痛消失，7.7%的患者术后轻微腰背痛，25.7%的患者仍有腰背痛。Kanayama 等〔13〕应用Graf系统治疗退行性腰椎滑脱，手术未能实现腰椎滑脱的解剖学复位，但患者的临床症状改善明显。

因此，Graf韧带系统适用于轻微腰椎滑脱型或屈曲型腰椎不稳的年轻患者，有利于长期临床症状的缓解〔12〕，但对由关节突增生导致的侧隐窝狭窄及黄韧带褶皱引起的椎管狭窄性腰背痛应用Graf韧带系统疗效不明显，对于腰椎侧凸型的腰椎疾病Graf韧带系统并不适用，易导致术后翻修率明显加大。

1.2 FASS系统(Fulcrum-assisted soft stabilization system)-杠杆辅助软稳定系统 FASS系统是由Sengupta和Mulholland设计，该装置基于Graf韧带系统的设计思路，在钛制椎弓根螺钉与聚酯韧带之间置入由高密聚乙烯制成的弹性支撑棒，当聚酯韧带拉紧时，以支撑棒为支点，通过杠杆作用将后方的收缩力转变为前方的扩张力，增加椎间隙高度，减少后纤维环及关节突关节的应力负荷，预防Graf韧带系统中后纤维环负荷增加引起的椎间盘源性疼痛、侧隐窝狭窄及导致的神经根卡压。

Sengupta 等〔14〕通过一项生物力学实验，表明了FASS 系统在尸体脊柱和脊柱模型上可以最多减少约50%的椎间盘压力，部分限制脊柱活动度并保护其生理前凸，然而FASS系统后伸比前屈更为受限，侧屈活动受限且系统承受张力大，长期使用易导致韧带及螺钉松动，现仍处于实验室研究阶段。

1.3 Dynesys系统(Dynamic Neutralization System)-脊柱动态中立系统 动态中和固定系统(Dynesys) 由Stoll等于1994年在Graf系统基础上改良而成，该系统主要由钛制椎弓根螺钉、聚酯缆(Sulene-PET)、聚碳酸酯弹性套管(Sulene-PCU)组成，该系统引进了控制屈伸双向运动的理念，在屈曲位时，聚酯缆与Graf人工韧带系统相似，限制腰椎过屈；在过伸位时，弹性套管可起到部分支撑并限制腰椎的过伸的作用〔15〕。由于其主要依靠弹性套管卸载中柱间盘负荷，与Graf韧带系统相比，Dynesys系统在维持椎间孔高度、预防椎间孔狭窄等方面具有优势。

Fay 等〔16〕对应用Dynesys系统进行治疗的38 例中老年腰椎椎管狭窄症患者(平均年龄63.7 岁)进行了回顾性研究，评估了术前及术后的症状、功能和影像学表现，平均随访时间达41.4个月，腰椎活动度(ROM)、视觉模拟量表(VAS)评分、 ODI评分均明显改善，其中21.1%的患者术后发生了椎弓根螺钉松动。Yu等〔17〕对60例多节段腰椎退变性疾病的患者进行了3 年的随访研究，其中包括Dynesys 系统(35例)和PLIF(25例)，应用Dynesys系统进行治疗的患者术后VAS 评分和ODI 评分比PLIF 组有明显改善，保留了更大的活动度。

然而，Haddad 等〔18〕对应用Dynesys 系统和传统融合术的患者进行了4 年的随访，结果显示患者对传统融合手术的满意度更高(87.5% vs 68.8%)，因此其认为应用Dynesys系统治疗腰椎退行性疾病不具有明显优势。

综上，Dynesys系统主要适用于节段性腰椎不稳所导致的椎管狭窄、椎间孔狭窄。该系统禁忌用于腰椎骨折、感染、峡部裂型腰椎滑脱、退行性变腰椎滑脱>Ⅰ°～Ⅱ°、关节突切除等。Dynesys系统保留了手术节段的部分活动度，改善了生物力学性能，降低了小关节及腰椎间盘负荷，进而延缓椎间盘退变，但其可能导致腰椎后凸畸形、螺钉松动、装置移位或断裂等并发症〔19〕。此外，Dynesys系统在X线下时聚酯缆及弹性套管不显影，不利于术后影像评估。

2 椎弓根螺钉-半刚性连接装置

2.1 DSS动态稳定系统(Dynamic Stabilization System) Sengupta等将DSS系统用于临床以弥补FASS系统的不足，生物力学研究表明，在屈曲位时，强大的负荷可以导致FASS系统术后早起内置物失败。DSS系统目前有两种类型，DSS-Ⅰ型主要由椎弓根螺钉及3 mm的“C”型弹性钛棒构成，可提供部分腰椎屈伸活动；DSS-Ⅱ系统是DSS-Ⅰ型系统的改良版，主要由椎弓根螺钉及4 mm的弹性钛线圈构成，可以均匀的限制脊柱的屈伸、侧屈及旋转活动〔20〕。两种DSS系统均预置了张力负荷，可以减小前方间盘负荷，而DSS-Ⅰ型系统安装时需尽可能与腰椎的瞬间旋转轴(IAR)相一致，否则易导致早期内固定失败，而DSS-Ⅱ型IAR与正常节段基本一致，有可能成为理想的弹性系统。

Sengupta等〔21〕于2006年对16例腰椎间盘源性腰背痛患者进行了临床研究，经过2年随访，ODI从术前的65%降到27%，VAS评分从术前的7.3降到3.7，术后2年无内固定失败病例。目前，DSS系统的研究处于初步节段，生物力学及临床尚需进一步研究。

2.2 IsobarTTL系统 1997 年美国Scient'X公司首次公开Isobar TTL 系统〔22〕并于2年后通过FDA 认证为腰椎融合辅助系统，其是一种基于椎弓根螺钉的半刚性内固定系统，该系统由钛制椎弓根螺钉及包含一个受控微动关节的钛合金棒组成，具有±0.4 mm的纵向位移，± 2°的活动度，可承担固定节段不同方向和运动平面的载荷，进而预防邻近节段退行性变。

Benezech等〔23〕认为Isobar系统适用于：(1)椎间盘源性腰椎不稳；(2)Ⅰ°、Ⅱ°的腰椎滑脱；(3)医源性腰椎不稳(椎扳切除术、单侧小关节切除术)；(4)脊柱骨折及脱位、椎管狭窄及脊柱融合失败后，预防相邻节段退行性变，禁忌证主要有：(1)双侧腰椎滑脱；(2)Ⅲ°、Ⅳ°的腰椎滑脱；(3)双侧小关节切除；(4)椎间隙狭窄>50%；(5)腰椎侧凸；(6)胸腰椎骨折；(7)严重骨质疏松。Isobar系统接近生理曲度，可维持椎间高度及腰椎活动度，减少应力遮挡，预防相邻节段间盘进一步退变，然而，该系统对邻近节段间盘的保护性作用尚需临床进一步证明，目前国内外尚无有力证明，因此长期结果有待进一步观察研究。

2.3 Bio-flex系统(Bio-flex dynamic stabilization system) 2004年韩国学者朴庆佑首次提出了Bio-flex系统，该系统由钛制椎弓根螺钉和镍钛记忆合金带螺旋连接棒构成其通过连接棒使椎体前中柱的应力分配得到平衡，更接近生理状态的应力分配方式，保留了腰椎的部分活动度，材料采用“记忆合金”——镍钛合金，在发生形变后可以自行恢复到原来状态。

Kim等〔24〕对103例采用Bio-flex系统治疗的患者进行了回顾性的分析，结果表明术后腰椎获得动态稳定，可保留腰椎的部分活动度，预防相邻节段的退行性变。Cho等〔25〕对应用Bio-flex系统做了进一步的研究报道，术后随访1年并行MRI检查发现椎间隙高度增加，部分间盘出现液化现象，有自愈倾向。

综上，Bio-flex系统能够最大限度的维持腰椎活动度，预防相邻节段间盘的退行性变，恢复脊柱矢状面平衡，保护腰椎正常生理曲度。然由于应用临床时间较短，其远期临床疗效有待进一步观察。

2.4 K-rod动态稳定系统(K-rod Posterior Dynamic Rod System) K-rod动态稳定系统由新型聚醚醚酮树脂(PEEK)包裹钛缆制成的弹性棒、钛合金椎弓根螺钉及钛合金套管组成，其构造相对简单，手术步骤和传统融合手术的钉棒系统相同，适合微创手术操作。K-rod动态稳定系统可以维持椎间隙高度及神经根孔的形态，有效降低椎间盘压力，预防相邻节段退变。K-rod动态稳定系统还具有多样化组合方式，可以行多节段的非融合手术操作，也可以与融合内固定系统杂交手术。

Schnake等〔26〕研究发现，K-rod系统可以显著减少术后邻近节段代偿活动，降低邻近节段压力负荷，延缓退行性变。Sengupta等〔27〕回顾文献后认为，后方非融合内固定系统在椎间盘和小关节退变的早期可采用，而在退变的晚期传统融合内固定术是最佳治疗方法。Putzier等〔28〕认为K-rod系统可以很好地防止术后运动节段的进一步退变，与单纯髓核摘除术相比，可部分限制腰椎活动度，卸载部分压力负荷，但它并不适用于需要多节段广泛减压的患者及腰椎畸形的患者。

可以认为，K-rod动态稳定系统适用于：(1)中青年短节段的腰椎间盘突出症患者；(2)腰椎管狭窄症；(3)腰椎轻度不稳、Ⅰ°腰椎滑脱症；(4)复发的腰椎间盘突出症者。而严重骨质疏松、先天性腰椎管狭窄症及Ⅱ°以上腰椎滑脱症者为其禁忌。目前对K-rod动态稳定系统的临床报道大多为短期研究，术后临床症状明显改善，短期影像学随访椎间隙高度、腰椎活动度未见明显异常，中期及长期随访研究尚需进一步研究。

综上所述，多种非融合系统可分为椎弓根螺钉-韧带装置和椎弓根螺钉-半刚性连接装置，其中，Dynesys系统及K-rod系统应用较为广泛，临床疗效值得肯定，两者皆有非融合系统可控制腰椎反常活动、改变力学传导方向、缓解临床症状以及预防相邻节段的退行性变等特点，K-rod系统与Dynesys系统除可提供非融合方案外，还提供了弹性棒组件与融合棒组件衔接功能，完成非融合与融合多样化组合手术方式，可以行多节段的非融合手术操作，也可以与融合内固定系统杂交手术，进一步扩大了其适应证；非融合系统更复合近人体生理结构，体外研究也证明这一点。

传统融合术作为经典手术治疗腰椎疾病有很多的优点，然而术后降低腰椎活动度，易引起相邻节段间盘退行性变等为其弊端，因此，非融合系统应运而生，其可最大限度地卸载相邻节段间盘负荷，改变力学传导，重建脊柱的动态稳定，延缓相邻节段的退行性变，将成为脊柱外科发展的趋势。现在，多种非融合技术仍处于不同的发展阶段和临床研究中，作为一种创新型的系统，临床短期疗效显著但长期疗效需要进一步随访研究。

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〔2016-11-24修回〕

(编辑 郭 菁)

吉林省卫生计生科研课题计划书(青年课题)(3D514CJ93429)

赵建武(1966-)，男，博士，主任医师，教授，硕士生导师，主要从事脊柱脊髓疾病的诊断与治疗研究。

程 猛(1991-)，男，硕士，主要从事脊柱外科方面的研究。

R587.3+2

A

1005-9202(2017)04-1027-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.04.109