脊柱侧凸术后对远端临近节段椎间盘退变的影响

何守玉 邱勇 闵继康 张强华* 李海东

脊柱后路矫形内固定植骨融合术是治疗脊柱侧凸的有效途径之一.脊柱内固定融合术在获得良好脊柱侧凸矫形与坚强融合的同时,其对远端临近节段退变的影响越来越引起学者们的关注[1-2].多节段的融合及内固定的应用使得邻近未融合节段的应力发生改变,椎间盘内的压力增高引发椎间盘的退变[3].此外,已有研究表明,对于脊柱侧凸患者,冠状面腰椎侧凸角的大小与矢状面腰椎前凸角的丢失与腰椎临近节段退变的发生密切相关[4-5].以往研究证实,成人尤其是老年人群脊柱内固定术后在随访过程中易出现远端临近节段退变[4-7],而对于青少年脊柱内固定术后是否会出现临近节段退变仍存在争议.本研究旨在通过中长期随访,观察后路矫形内固定融合术治疗青少年脊柱侧弯的远期疗效,并利用X线片结合腰椎MRI评估内固定融合术是否会加重远端临近未融合节段椎间盘发生退行性改变.

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2003年1月至2012年2月于南京大学医学院附属鼓楼医院接受脊柱后路矫形内固定植骨融合术且获得>5年随访的脊柱侧凸患者病例资料.纳入标准:(1)各种原因(特发性、神经肌源性、先天性等)导致的脊柱侧凸,手术时年龄10~35岁,随访时年龄≤45岁;(2)下端固定椎在L1以下(包含L1)并且远端保留≥2个未固定节段椎间盘;(3)术前、术后1周及末次随访均摄有站立位全脊柱正侧位片,术前及末次随访摄有包含全部腰椎节段的MRI平扫.排除合并脊柱结核、肿瘤以及随访中伴有脊柱创伤的病例.共计纳入25例接受脊柱后路矫形内固定植骨融合术的脊柱侧凸患者.其中男10例,女15例,特发性脊柱侧凸15例,Chiari畸形合并脊柱侧凸4例,先天性脊柱侧凸4例,马凡综合征合并脊柱侧凸以及神经肌源性脊柱侧凸各1例.采用选择性融合内固定17例,非选择性融合内固定8例.行TSRH内固定系统19例,Legacy内固定系统4例,CD(Cotrel Dubousset)、Harrington 系统2例.手术时平均年龄18.9岁(12~35岁),平均随访时间7.2年(5~14.5年).

1.2 脊柱形态学参数 采用Surgimap Spine软件(Nemaris,New York)在站立位全脊柱X线片上评估脊柱冠、矢状面形态学改变的指标包括:胸椎侧凸Cobb角,腰椎侧凸Cobb角,胸椎后凸角(T5-T12),腰椎前凸角(L1-S1),以及脊柱整体冠、矢状面平衡.以上参数分别在术前、术后1周及末次随访进行评估并比较差异.

1.3 椎间盘退变的评估 评估的椎间盘节段为远端未融合节段椎间盘.X线片评估:在站立位全脊柱前后位X线片上测量椎间盘高度,椎间盘高度测量采用Farfan测量法:在侧位X线片上,沿椎体终板方向连接椎体两角,然后取这两条线腹侧与背侧距离(经过椎体四个角)的平均值作为椎间盘高度.同时观察椎间盘钙化程度,终板形态是否规则,有无骨赘形成等.MRI评估:评估融合节段远端临近椎间盘是否存在许莫氏结节以及MRI T2像上椎间盘信号的改变并采用Pfirrmann评分系统[8]对椎间盘的退变程度进行分级.所有以上评估椎间盘退变的指标均在术前与末次随访两个时间点进行对比观察.

1.4 统计学分析 采用SPSS 17.0统计软件.采用独立样本t检验分别比较术前与术后,术后与末次随访时脊柱冠、矢状面形态学参数差异.采用配对样本t检验比较末次随访与术前远端未融合节段椎间盘高度的差异.P<0.05为差异具有统计学意义.

2 结果

2.1 冠、矢状面形态变化 术后脊柱冠状面畸形得到明显矫正:胸椎侧凸Cobb角由术前平均53.3°(27°~117°)矫正至术后平均21.8°(5°~65°)(P=0.000),矫正率59.1%.腰椎侧凸Cobb角由术前平均35.9°(10°~83°)矫正至平均13.2°(3°~40°)(P=0.000),矫正率63.2%.矢状面胸椎后凸角由术前平均16.8°(-5°~38°)改善至术后平均23.5°(13°~40°)(P=0.000),腰椎前凸角在术后无明显丢失(术前:44.1°,术后:47.5°,P=0.124),以上术后参数在末次随访时均无明显矫正丢失.脊柱的整体冠、矢状面平衡在三次测量中均在正常范围内且未发生明显变化(见表1).

表1 脊柱侧凸矫形内固定术前、术后及随访时冠、矢状面参数变化(±s)

表1 脊柱侧凸矫形内固定术前、术后及随访时冠、矢状面参数变化(±s)

术前 术后 随访 P值胸弯Cobb角(°) 53.3±21.7 21.8±14.9 22.3±15.3 0.000腰弯Cobb角(°) 35.9±16.5 13.2±9.1 12.4±8.9 0.000胸椎后凸角(°) 16.8±10.7 23.5±7.8 25.6±7.0 0.000腰椎前凸角(°) 44.1±10.8 47.5±11.2 49.6±13.0 0.124冠状面平衡(mm) 8.9±6.8 6.0±6.6 3.9±3.7 0.111矢状面平衡(mm) 21.1±15.5 16.4±16.3 18.8±16.4 0.274

2.2 椎间盘退变的统计 根据下端固定椎的位置,共有88个远端未融合椎间盘节段被纳入到本次研究:L1/2:8个,L2/3:11个,L3/4:19个,L4/5:25个,L5/S1:25.从整体上比较,与术前相比,随访时各节段平均椎间高度均无明显丢失(P>0.05)(见表2).进一步分析,末次随访时,椎间盘高度丢失在10%~20%有8个节段(9.1%),仅有1个节段(1.1%)椎间盘高度丢失>20%(高度丢失24.4%),其余椎间高度较术前相比无显著变化.所有节段椎间盘均未见椎间盘钙化、终板骨赘形成、终板硬化等间接反映椎间盘退变的影像学变化.与术前相比,在88个远端未融合椎间盘节段中,随访时椎间盘Pfirrmann评分等级增加的共有9个节段(10.2%),其中L4-5节段4个(4.5%),L5-S1节段5个(5.7%).其余椎间盘在两次退变分级中未见明显变化(P>0.05)(见表3).

表2 脊柱侧凸矫形内固定术前与末次随访椎间盘高度比较(±s)

表2 脊柱侧凸矫形内固定术前与末次随访椎间盘高度比较(±s)

椎间盘数目 术前高度 随访高度 P值L1/2(mm) 8 8.6±1.0 7.9±1.3 0.072 L2/3(mm) 11 9.7±1.8 9.3±1.1 0.350 L3/4(mm) 19 9.8±1.6 9.5±1.5 0.061 L4/5(mm) 25 9.7±1.5 9.6±1.3 0.769 L5/S1(mm) 25 9.6±1.3 9.2±1.7 0.229合计(mm) 88 9.6±1.4 9.4±1.5 0.265

表3 脊柱侧凸患者矫形术前与末次随访椎间盘Pfirrmann分级

3 讨论

椎间盘的退变受到诸多因素的影响,包括性别、年龄、肥胖、遗传基因、脊柱的冠状面与矢状面形态以及包括吸烟等在内的环境因素等均会影响椎间盘的退变.随着脊柱矫形内固定技术的发展,脊柱手术尤其是脊柱侧弯矫形融合内固定手术在获得良好脊柱畸形矫正能力的同时,其也通过改变脊柱应力、活动度、脊柱冠、矢状面形态等对椎间盘退变产生影响.近年来对脊柱退行性疾病术后临近节段病变的研究较为广泛和深入,但对脊柱畸形尤其是青少年脊柱畸形术后未融合节段退变情况的研究相对缺乏.对于青少年,远端临近节段相较近端临近节段在应力改变、畸形代偿等方面更易受到脊柱内固定的影响,因此本研究重点讨论脊柱内固定术后对远端临近节段退变的影响.Danielsson等通过长达25年的术后随访,发现与年龄匹配的正常人相比,融合至下腰椎的脊柱侧凸患者MRI上可见明显的腰椎退行性改变,并且这种退变与患者出现的腰痛具有相关性.本研究通过5~15年(平均7.2年)随访,对比观察接受脊柱矫形内固定手术患者的影像资料,发现部分患者(10.2%)椎间盘较术前发生退变,且主要集中于L4-5节段(4.5%)和L5-S1节段(5.7%).究其原因,一方面是由于L4-5和L5-S1节段在解剖学上处于腰椎向骶椎的过度节段,应力较为集中、过度载荷引起椎间盘退变;另一方面由于L4-5、L5-S1以上节段的固定与融合,导致固定节段腰椎动度丧失,从而需要L4-5、L5-S1节段活动度的代偿性增加以维持正常的脊柱活动,从而加速了椎间盘的退变.

脊柱远端未融合节段尤其是临近节段在术后随访中发生椎间盘退变的一个重要危险因素是脊柱矢状面形态学的改变.目前研究认为,多数术后发生未融合节段椎间退变的患者早期接受了对脊柱矢状面形态重建不足的脊柱内固定系统,比如CD、Harrington 系统[9].从而学者们认为脊柱矫形内固定术后矢状面正常形态的丢失或脊柱整体矢状面失平衡会对临近节段的椎间盘退变产生不利影响[10].本研究中仅2例患者采用了CD技术,其余患者均采用了TSRH或Legacy技术,从而避免了上述问题的发生.Peter Bernstein等[11]通过一项对33例脊柱侧弯患者7.5年的随访研究发现,脊柱侧弯术后平均胸椎后凸角28°患者的椎间盘退变等级明显低于平均胸椎后凸角15°的患者,认为腰椎前凸变小及胸椎后凸不足(胸椎后凸角<18°)这一平背状态会明显加重临近椎间盘退变的程度,同时也发现术后脊柱矢状面的正向失平衡与远端未固定节段椎间盘退变密切相关.本研究中,患者胸椎后凸角由术前16.8°恢复至随访时25.6°,腰椎前凸角及脊柱矢状面平衡在随访过程中基本维持在正常生理状态.这些有利因素均避免了术后随访中早期发生临近节段椎间盘的退变(见图1).

图1 患者,女,特发性脊柱侧凸患者,手术年龄14岁,随访时间6.5年.该例患者腰椎侧凸角术后得到明显矫正且在末次随访时未出现矫正丢失,术前生理性胸椎后凸与腰椎前凸减小,出现平背畸形,术后胸椎后凸角与腰椎前凸角得到明显改善,且在末次随访时维持良好.与术前相比,术后6.5年随访时远端未融合节段椎间盘未出现明显退变.a、b:术前站立位全脊柱正侧位片;c、d:术后1周站立位全脊柱正侧位片;e、f:术后6.5年站立位全脊柱正侧位片;g、h:术前与术后腰椎MRI.

对于融合节段的选择对临近椎间盘退变的影响目前仍存在争议.非选择性胸椎融合或长节段固定的患者由于术前合并需要矫正的腰椎侧凸,融合与固定节段较长,远端临近节段的应力增加,同时需要牺牲更多的腰椎活动度,术后脊柱代偿能力减弱,易出现平背与脊柱失平衡状态,引起远端临近节段的退变.对于单胸弯或合并轻度腰椎侧弯的患者可采用选择性短节段融合内固定,以此保留更多的脊柱活动度,减少远端临近节段应力,从而降低临近节段退变的风险.但对于合并需要矫正的腰椎侧凸,采用短节段融合内固定并非适用且后期存在加重远端节段退变的风险,Enercan M等[12]通过对25例青少年特发性脊柱侧凸术后长达10年的随访研究发现,选择性融合虽然可以减少固定节段,保留更多的脊柱活动度,提高患者生活质量,但随访中与正常人群相比,更易发生临近未融合节段椎间盘以及关节突的退变,分析其原因可能为非固定节段的剪切应力增加以及残留的腰椎侧凸未能实现有效代偿,从而加重了临近节段椎间盘的退变.本研究25例患者中,有8例患者采用了非选择性长节段脊柱融合内固定,其中3例患者共计5个节段椎间盘退变等级较术前增加,且均为L4-5和L5-S1节段,除了上述分析的原因外,不能排除椎间盘退变自然进程的作用.

本研究通过中长期随访影像学观察比较,发现脊柱畸形患者接受融合内固定术后5~15年仅少数患者发生椎间盘退变,且集中于L4-5和L5-S1节段,这主要归功于良好脊柱畸形的矫正与维持、矢状面胸椎后凸与腰椎前凸正常生理曲度的重建,另外,远端保留≥3个未融合节段的椎间盘,保留腰椎一定的活动度也有助于减缓腰椎退变的进展,此外,术中注重对远端临近节段关节突关节的保护、减少干扰也在一定程度上降低了椎体节段退变的风险.本研究也存在一些不足之处,比如注重于影像学研究,而缺乏患者的生活质量评估;另外,虽然本研究获得平均7.2年的术后随访,但对青少年,需要更长时间的随访观察.椎间盘的退变有其自然进程,脊柱侧凸患者远期术后特别是脊柱退行性改变来临之后未融合节段椎间盘退变的进展情况如何,有待进一步研究.

综上所述,脊柱侧凸术后由于局部应力及脊柱代偿活动,仅少数患者在腰骶节段发生椎间盘退变,这也可能只是椎间盘退变的自然进程.在脊柱冠状面畸形获得充分矫正,矢状面形态维持良好的状态下,脊柱侧凸矫形内固定术在长期随访过程中尚未明显加重远端临近椎间盘的退变.