脊柱融合手术术后生物力学变化的相关并发症

梁晶峰

天津港口医院 （天津 300456）

脊柱融合手术是通过外科方法使原本独立的脊柱节段在生理状态下融为一体，使其失去活动性，由此来治疗相关疾病。脊柱融合手术最早由Albee和Hibbs分别在1911年报道，Albee[1]应用自体胫骨植骨于病变椎体治疗脊柱结核，Hibbs[2]应用植骨融合术治疗脊柱侧弯，开创了脊柱融合手术的先河，在这之后脊柱融合手术逐渐成熟并成为脊柱外科中的基础手术而被广泛应用。现代的脊柱融合手术由于内固定系统的发展和完善，融合成功率不断提高。然而手术对脊柱生理结构的损伤，造成脊柱生物力学状态的改变，由此导致并发症，常见为邻近节段退变和平背综合征。现对其定义及发生率、发生机制、预防和治疗方面进行综述。

1 脊柱融合术后邻近节段退变

1.1 定义及发生率

2004年，Hilibrand和Robbins[3]将邻近节段退变（adjacent segment degeneration，ASD）定义为与手术治疗位点相邻节段椎间隙变窄，椎间盘信号降低或骨赘形成等影像学变化，这种影像学变化不一定存在临床症状；当邻近节段退变伴随神经根性刺激、局部疼痛等临床症状时，则被定义为邻近节段疾病（adjacent segment disease），不能将两者混淆。Moreau等[4]报道一组107例腰椎融合术后患者，随访2年后发现其ASD发生率为29%。Wang等[5]随访383例颈椎退行性疾病前路减压和椎间融合术后ASD发生率为24%。Siemionow等[6]报道颈椎后路融合术患者的ASD发生率为17.6%。而随着随访时间的增加，ASD的发生率也呈显著增加趋势[7]。

1.2 发生机制

脊柱的活动节段包括两个椎体与其间的关节（椎间盘、关节突关节），它是脊柱的基本功能单位。在日常生活中，活动节段承担压缩、扭转和弯曲的综合载荷。载荷可能是静态的或动态的。虽然ASD发生机制还需进一步研究和探讨，但毫无疑问与融合术改变了椎间关节的生物力学关系密切相关。在常规的脊柱后路手术中，将不可避免地损伤脊柱后柱的韧带、肌肉和（或）骨结构，并且常常累及关节突关节的关节囊或关节本身，这些损伤能够影响整个椎间关节的生物力学关系。另一方面，融合术将原本独立的椎体节段融为一体，原先存在于椎体间的运动能力完全丧失，机体为代偿将重新调整剩余未融合节段的活动度，势必增加邻近节段活动度，增大间盘所受的生物应力。Kim等[8]研究表明腰椎融合术将明显增加远近端邻近节段纤维环和髓核的生物应力，这种应力的增加将加快局部间盘的退变过程。

1.3 相关因素

有研究将影响脊柱融合术后邻近节段退变的因素分为两类[9]：（1）患者因素，比如患者的性别、术前脊椎的病变程度分级、患者的年龄等；（2）医源性因素，包括融合节段长度、手术入路、脊柱生物力学是否平衡、椎间隙加压或撑开程度等。但Shuang和Hou[10]报道相邻节段同时减压、近头侧相邻节段术前存在椎管狭窄被确定为ASD的危险因素，而患者相关因素如腰椎滑脱的类型、等级和水平、手术入路、融合术式、融合节段数量、植骨类型、骨形态发生蛋白的使用、矢状位对齐等对ASD的发生无显著影响。Kim等[11]报道患者体质量指数（BMI），术前CT检查存在小关节退变，MRI显示椎间盘退变、脂肪变性、椎旁肌的相对横截面面积（CSA）较小与术后发生ASD显著相关。

1.4 预防及治疗

严格遵守手术适应证是预防ASD的关键。根据患者疾病病种、严重程度、治疗期望值、生存期、并发症等制定个体化治疗方案，最大限度降低损伤、提高疗效、改善患者的生命质量。Tian等[12]认为保留足够的椎间盘高度和腰椎前凸对ASD预防十分重要。针对腰椎融合术后的邻近节段退变，如果没有临床症状，也无须特别积极治疗，只需进一步观察和随访。而症状性邻近节段退变，往往合并严重的腰腿痛、神经功能障碍，可能需要再手术治疗。手术治疗的方法通常是减压和固定，或现有内固定物的延伸。传统上，最常用的方法仍然是后路椎板切除术和椎弓根螺钉固定术。近年来脊柱固定和减压的新型方法也被证明在症状性ASD治疗中是有效的，包括后路腰椎椎体间融合术（PLIF）[13]、经椎间孔腰椎体间融合术（TLIF）、前路椎间融合器（ALIF）、棘突间间隔器和全椎体关节成形术等。Louie等[14]报道应用单侧腰椎椎体间融合术治疗症状性ASD，认为该术式安全有效，具有较低的术后复发率和并发症发生率。Tu等[15]应用独立前外侧腰椎椎体间融合术治疗症状性ASD，取得满意的疗效，此类手术安全性高、创伤小、恢复快，可作为症状性ASD的替代手术，有着广泛的适应证。Palejwala等[16]则提出微创外侧椎间融合技术是治疗腰椎ASD的一种可行的选择，外侧入路结合微创术式，使前纵韧带、后纵韧带及后张力带保持完整，避免了脊椎稳定性的再次破坏。

2 术后平背综合征

2.1 定义及发生率

正常腰椎存在生理前凸，与胸椎的后凸及颈椎的前凸构成了人体脊椎的生理曲线。平背综合征指腰椎术后前凸减小，患者躯干前倾，若不屈曲膝关节则无法站直，由此产生进行性加重的腰痛或疲劳；影像学表现为从C7椎体向下的垂线落到骶椎的前方。确定腰椎前凸的正常范围以及正常值下限对诊断来说必不可少。但腰椎前凸的测量方法多样，测量的节段各有不同，从而使前凸的下限难以测定。大多数医师将L1椎体上缘作为近端的测量水平，而远端的测量水平则是L5椎体的下缘和S1椎体的上缘都被使用。腰椎向远端前凸越大，两个最远端节段的前凸越贡献大部分的腰椎前凸角度。有报道认为，从L1-5椎体平均前凸角度为40°～44°，正常值在20°～40°[17]。如果包括 L5/S1椎间盘，则平均前凸角度在55°～72°。因此腰椎前凸的正常值范围很宽，为20°～80°。根据上述数值，一般认为当术后测量腰椎前凸小于20°时，对诊断平背综合征有重要意义。平背综合征的发生率在不同报道中存在较大差异。Swank和Mauri[18]报道应用哈氏棒治疗成年脊柱侧弯，222例中5%发生明显前凸减小。Luque系统最初被认为可以降低平背综合征的发生率，但报道发现在L5椎体或骶骨处使用Luque系统有40%患者出现前凸减小，15%出现明显的疼痛或外观改变[19]。

2.2 病因

最初平背综合征是在治疗脊柱侧弯中使用Harrington系统内固定后观察到的[20]。脊柱侧弯的矫形手术，若仅使用脊柱融合术，并不会减小患者腰椎的前凸。而Harrington系统通过撑开棒矫正脊柱侧弯，会减小腰椎的生理前凸，导致脊柱重心向前移动、矢状面失稳，患者通过代偿活动来维持平衡，如过伸未融合区域的脊柱或屈髋屈膝等。随着腰椎融合术在腰椎滑脱、腰椎管狭窄等疾病中的大量应用，导致了另一种平背综合征的出现。对退变性腰椎疾病进行腰椎融合术，若腰椎生理前凸恢复不良，将使邻近节段的生物力学形态发生改变，邻近节段受力增加，加重邻近节段退变，进而局部丧失代偿，出现矢状面失衡[21]。而以下因素可促使平背综合征的发生：（1）在L5下缘或S1椎体应用内固定器械撑开；（2）胸腰段后凸大于15°，特别是合并胸椎后凸减小；（3）融合节段的邻近节段在术前已经发生退变。

2.3 预防及治疗

预防平背综合征的重点包括：（1）避免下腰椎节段融合；（2）首次手术时应保持正常的腰椎前凸；（3）手术设计应考虑到全髋的活动度，特别是髋关节后伸的范围。平背综合征需要手术治疗，手术包括畸形的矫正，即经融合节段的一个节段或多个节段的楔形闭合截骨，同时根据情况进行前路的松解及植骨；手术目的是恢复正常矢状位序列，使头至髋、C7至L5/S1在一条垂线上或略偏后。Miura等[22]报道通过使用VICON系统对术后平背综合征患者进行了3D步态分析并计算了动态矢状垂直轴，以此为依据进行矫形手术，术后患者的腰痛和步态障碍明显改善。Nagamoto等[23]回顾性分析1 112例后路腰椎椎体融合术患者，其中有0.4%的患者发生医源性平背综合征，对于以上患者，通过对腰骶融合及全腰椎融合进行治疗，其认为单纯腰椎矫形融合术很难恢复丢失的腰椎前凸，需要同时进行腰骶融合；此外腰骶融合可以矫正代偿性骨盆后倾，纠正身体姿态和步态。

综上所述，脊柱外科医师应该充分重视由脊柱融合手术导致的生物力学改变从而引起的并发症，减少并发症的主要方法仍是以预防为主。随着脊柱融合新技术和非脊柱融合技术的发展，相关并发症的发生率有望得到进一步的改善。