脊柱短缩与脊髓功能关系的研究进展

贾叙锋　　龙苗　　戢勇　　黄光平　　周玉　　冯大雄

[摘要] 脊柱截骨短缩术是脊柱外科常用的一种术式，其能将局部神经压迫解除，缓解局部疼痛，促进神经功能改善。随着脊柱截骨术的应用越来越广泛，手术安全性、疗效也相应提升，但其可能引起的脊髓损伤一直是医学领域尚未解决的难题。脊髓损伤会削弱脊髓功能，并引起运动能力下降、感觉功能异常等症状，严重时甚至造成完全性截瘫，对患者日常生活影响非常大。目前，医学研究中关于截骨短缩术的影响、安全范围均未形成统一标准，仍存在较多争议。为了进一步明确脊柱短缩与脊髓功能的关系，本文就此作一综述。

[关键词] 脊柱短缩；脊髓功能；脊髓形态；脊髓血流

[中图分类号] R687 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2018）31-0165-04

Research progress on the relationship between spine shortening and spinal cord function

JIA Xufeng1，2 LONG Miao1 JI Yong1 HUANG Guangping1 ZHOU Yu1 FENG Daxiong2

1.Department of Orthopaedics， the People′s Hospital of Jianyang City in Sichuan Province， Jianyang 641400， China； 2.Department of Spinal Surgery， the Affiliated Hospital of Southwest Medical University， Luzhou 646000， China

[Abstract] Spine-shortening osteotomy is a commonly used procedure in spinal surgery. It can relieve local nerve pressure， relieve local pain and promote neurological improvement. With the increasing use of spinal osteotomy， the safety and efficacy of surgery have increased accordingly， but the possible spinal cord injury has been an unsolved problem in the medical field. Spinal cord injury can impair the function of the spinal cord and cause symptoms such as decreased exercise capacity and abnormal sensory function. In severe cases， it may even cause complete paraplegia， which has a great impact on the daily life of patients. At present， there is still no consensus on the influence and safety scope of spine-shortening osteotomy in medical research， and there are still many disputes. In order to further clarify the relationship between spine shortening and spinal cord function， this article will give a review about this.

[Key words] Spinal shortening； Spinal cord function； Spinal cord morphology； Spinal cord blood flow

截骨矫正术在脊柱畸形治疗中发挥着重要作用，这类手术能矫正脊柱形态，提高患者生活质量。然而，近年来，闫煌等[1]提出脊柱截骨矫正术可能诱发术中血压降低、脊髓缺血等事件，导致脊髓损伤。此外，截骨可能降低脊柱稳定性，或因矫正过度致脊髓受到压迫，削弱脊髓功能。由此可见，脊髓截骨所致的脊柱短缩可能影响患者术后脊髓功能。为了了解脊柱短缩与脊髓功能的关系，本次研究综合了大量他人的研究成果，并对此进行综述，进一步明确脊柱短缩导致脊髓功能受损的机制。

1 脊柱短缩及神经系统并发症

脊柱截骨术的截骨范围主要集中于小关节突、椎板以及棘突，在手术过程中，通常截骨后需挤压截骨间隙使其对合，但椎体前缘椎间隙代偿张开易导致血管损伤或纵韧带撕裂[2-3]。除此之外，在截骨矯正时可能因接触面小导致脊柱稳定性下降，或致神经根、脊髓受到压迫。既往研究表明传统脊柱截骨的并发症发生率高达60%[4]。随着脊柱截骨技术进一步发展，国外学者提出了一种新的截骨方案，即多节段后部截骨，可以利用内固定的方式施加矫正力度[5]。该方案能分多个节段对脊柱进行矫正，可有效分散应力，促使脊柱生理曲线接近正常状态，降低并发症风险。这种截骨方案得到推广后，越来越多研究证实其矫正效果显著，脊柱失稳发生率低，安全性较高。

然而，也有研究证实该方案存在缺陷，如截骨前无法明确截骨闭合情况，一旦截骨面太狭窄，则会增加截骨难度，而截骨面太宽会导致闭合不完全[6]。因此，在截骨过程中存在很多难以把控的因素。目前，经椎弓根椎体截骨方案被应用于脊柱畸形治疗中，该术式可防止因脊柱前柱延长所致的牵拉性损伤相关并发症，但该方案出血量较多，手术实施难度大，且容易造成脊柱稳定性下降、硬膜囊变形等不良事件，增加神经系统并发症风险[7]。国内学者也对截骨方案进行了改善，如将椎弓根螺钉固定与脊柱后方结构闭合相结合，使矢状位成角减少，降低脊髓损伤风险，但这种方式仍会牵拉脊髓软组织及血管[8]。目前，内固定器械在脊髓手术中应用非常广泛，其应用大大提高了手术疗效及治疗安全性，但仍不能避免神经系统并发症的发生。

2 脊柱短缩引起脊髓损伤并削弱脊髓功能

2.1 脊柱短缩所致牵拉伤

脊髓损伤类型主要包括牵拉性损伤、压缩性损伤两种，其中牵拉伤大多存在压迫性、旋转性损伤。张春月等[9]发现部分脊柱矫正患者术后出现双足趾活动异常、下肢麻木等症状，通过进一步检查，发现患者截骨间隙宽度增加，可能是由于头盆环牵拉所致，在拧紧椎弓根钢丝后，间隙完全闭合，与此同时，将头盆环放松，患者于30 min后便恢复下肢运动功能。由此可见，脊柱截骨短缩后因受到头盆环牵引的影响，导致脊髓拉长，供血量下降，神经细胞处于缺血、缺氧状态，这对脊髓功能影响非常大。在脊柱截骨后，患者的截骨间隙宽度增加，下肢运动功能下降，表明脊髓对牵长的耐受能力较差。既往相关报道提出单纯通过矫形而不截骨的方式对患者进行治疗，也会引起椎管长度发生变化，导致脊髓损伤[10-11]。

2.2 脊柱短缩所致压缩性损伤

脊柱截骨的主要目的是对脊柱畸形进行矫正，重新建立脊柱平衡，提高脊柱融合的稳定性，促使局部神经功能改善。值得注意的是，如果矫正过少，则无法实现预期的矫正效果，而矫正过多会损坏脊柱稳定性。有学者按照Cobbs角原理，对椎板至椎体前缘距离进行测量，并对椎板切除大小予以计算，提出在脊柱短缩超过4 cm时，硬膜管迂曲宽度增加，骨性椎管无法将其完全容纳，则会导致脊髓受到挤压，从而出现脊髓损伤症状[12]。研究表明在脊柱短缩为4～5 cm时，可通过掏孔法达到减压目的，使脊髓完全容纳，然而，一旦脊柱短缩达到或超出5 cm便无法容纳，造成脊髓受压[13]。另有研究提示脊柱短缩12～24 mm时可诱发脊髓功能障碍，患者脊柱短缩限度决定了脊柱截骨限度[14]。此外，脊髓血管分布、脊柱稳定性等也与脊髓截骨限度相关。在单一平面内进行截骨矫正时，矫正度数以控制在35°内最适宜，一旦超过该范围，便会引起硬膜皱褶，需行硬膜成形术将这一状态解除[15]。Zhang N等[16]研究发现经后路闭合截骨矫形术的平均矫正度数为34℃，矫正率高达90.4%，未见神经系统并发症。

脊柱短缩致脊髓损伤并导致脊髓功能削弱的机制可能如下：（1）机械性损伤如截骨矫正过多、牵拉骨髓等，导致脊髓结构严重损坏，降低脊柱稳定性，并压迫脊髓；（2）截骨过多导致脊髓皱褶形成，从而致脊髓受压；（3）截骨段脊髓处于扭转、迂曲状态，导致神经纤维、神经元受压，增加脊髓内压，对脊髓血供影响较大；（4）截骨致使椎管长度缩短，再加上受脊髓压迫、韧带牵拉等影响，导致椎管回缩受限，致截骨段发生位移，造成脊髓牵拉；（5）手术创伤大，或手术时间长，容易导致出血量增加，血容量下降，造成脊髓血供不足。

3 脊柱短缩引起脊髓血流改变并削弱脊髓功能

目前，医学研究中关于脊柱短缩对脊髓血流影响的探讨仍具有争议性。研究表明当脊柱短缩不超过2/3时，脊髓血流量并无减少，反而增加[17]。谢江等[18]研究提示脊柱短缩不超过椎体高度的1/2时，脊髓血流无减少，当超过该范围后，脊髓血流下降。大鼠实验发现脊柱短缩达4 mm时，灰质SCBF下降30%，当短缩达6 mm时，灰质SCBF下降59%，而短缩达8 mm时，灰质SCBF下降75%左右[19]。犬实验发现脊柱短缩不超过10 mm时不会引起神经功能障碍，当短缩达到15 mm时，部分动物发生肢体瘫痪，最终研究结果提示在短缩不超过3/4的情况下，随着脊柱短缩增加，脊髓血流量也相应增高，然而，一旦短缩超过这一范围时，脊髓血流量明显下降，且仅在短缩不超过1/2时处于最安全状态[20]。研究表明脊柱短缩不超过25%时，椎管及脊髓依赖韧带结构进行连接，此时脊髓缩短不足25%，其代偿能力尚能承受，一旦脊柱短缩超过50%，则脊髓会出现明显血流改变[21]。

国外学者将脊柱短缩分为安全短缩、警告短缩、危险短缩3个阶段，其中安全短缩指不超过椎体节段的1/3，主要特征为脊髓、硬脑膜无畸形；警告短縮指短缩范围为椎体节段的1/3～2/3，特点为脊髓皱褶畸形、硬膜畸形；危险短缩指短缩超过椎体节段的2/3，特征为硬脑膜压缩、脊髓压缩[22]。脊柱短缩导致脊髓血流下降可能与以下因素相关：（1）脊柱短缩增加了脊髓内压，一旦血管外压力高于脊髓内压，则血管关闭；（2）脊髓缺血状态促进了自由基、血栓素等多种血管活性物质释放，从而促进血管收缩；（3）脊髓缺血后因受到白质组织、灰质的影响，致脊髓内压进一步增高，导致脊髓缺血加重；（4）手术所致出血减少了脊髓内部的血液供应；（5）脊柱短缩导致血管径线改变，促进血栓形成，对脊髓血液供应影响较大。短缩未超过2/3时脊髓血流未增高，可能是由于在这种情况下，脊髓张力下降，动脉血管舒张，血管阻力明显下降所致。

综合上述分析，发现脊柱短缩不超过椎体节段的1/3是最安全的范围，此时有利于增加脊髓血流量，促进脊髓血流恢复，一旦超过安全范围，则易导致脊髓血流量下降，对脊髓血供造成不良影响，从而引起脊髓损伤，削弱脊髓功能。

4 脊髓缺血再灌注损伤与脊髓功能

脊柱短缩所致的脊髓缺血可能引起再灌注损伤，而细胞间黏附分子-1（ICAM-1）参与了再灌注损伤过程[23]。对健康者而言，脊髓微血管中的ICAM-1表达量非常少，当受到炎症刺激后，其表达量增高。研究表明在脊髓再灌注损伤达12 h后，ICAM-1表达量较损伤前高出2倍，且在72 h内达峰值，随着再灌注损伤时间延长，患者脊髓微血管中ICAM-1表达越高，损伤效应被放大[24]。ICAM-1的高表达不仅影响脊髓微循环状态，而且会加重脊髓损伤后的炎症反应，引起继发性损伤。

脊髓缺血可促进细胞凋亡，在缺血4 h内主要表现为早期凋亡，当缺血时间达24 h时，则进展为晚期凋亡，此时坏死及凋亡率最高。细胞凋亡过程通过基因进行控制，Donnio LM等[25]研究提出早基因（IEGs）家族参与了细胞凋亡过程，但现阶段关于诱导IEGs的机制尚未完全明确，这是未来需要进一步研究的重点课题。研究表明脊髓缺血再灌注后所致细胞凋亡可能与以下因素相关：（1）再灌注后可能导致细胞内钙离子水平上升，从而诱导IEGs家族中的相关基因表达；（2）再灌注损伤后IEGs家族中相关基因表达增高，并促进细胞凋亡；（3）再灌注损伤后大量炎性介质释放，促进细胞凋亡。

脊髓缺血再灌注的發生与氧自由基所致的脂质过氧化反应存在关联，脂质过氧化反应会损害多种生物膜，如线粒体、细胞膜等，导致细胞坏死[26]。在缺血再灌注过程中，氧自由基增加，大量细胞因子被释放，此时血脊髓屏障处于开放状态，容易造成脊髓损伤。此外，在此过程中，一氧化碳过量生成与O2结合，会导致神经脂质、核酸、蛋白质等被损坏，进而破坏脊髓功能。

脊柱截骨术的并发症较多，其所引起的脊髓损伤、脊髓血流改变、脊髓缺血再灌注损伤可能是导致患者脊髓功能下降的重要影响因素。脊髓功能下降危害性非常大，会导致患者出现不适症状，影响其运动能力。本研究主要分析了脊柱短缩与脊髓功能的关系，便于了解脊柱截骨术患者脊髓功能受损机制，明确脊柱短缩的安全范围。综合他人研究发现脊柱短缩最安全范围是不超过椎体节段的1/3，一旦超出该范围，极易导致脊髓血流量下降，从而对脊髓功能造成不良影响。为了尽量减少脊柱短缩对脊髓功能的影响，在脊柱截骨术操作前必须明确脊柱短缩范围，提高手术安全性。

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（收稿日期：2018-07-20）