腰椎棘突間固定裝置的作用機制及應用的研究進展

汪波，趙東明，楊勇，劉朝旭，吳華

(華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院骨科，湖北 武漢 430030)

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綜 述

腰椎棘突間固定裝置的作用機制及應用的研究進展

汪波，趙東明，楊勇，劉朝旭，吳華*

(華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院骨科，湖北 武漢 430030)

隨著年齡增加，退變性腰椎管狹窄(degenerative lumbar spinal stenosis，DLSS)的發病率逐漸升高，其典型癥狀為神經源性間接性跛行。在美國超過65歲的人群中，DLSS是腰椎手術最重要的原因之一[1]。癥狀較輕的DLSS患者可行保守治療，對于癥狀較重的患者，腰椎減壓融合術被認為是治療的“金標準”[2-3]。但越來越多的研究表明融合技術會加速鄰近節段退變，與之相比非融合技術則能顯著降低鄰近節段退變的發生率[4]。

腰椎棘突間固定裝置作為一種非融合技術，越來越受到臨床醫師的關注。在過去的幾十年間，市面上出現了許多種腰椎棘突間固定裝置，已有學者對其作了詳細的回顧[5]，大體可分為靜態(如Wallis、X-STOP、ExtenSure等)和動態(如Coflex、DIAM等)兩大類。國內外許多學者應用棘突間固定裝置治療DLSS，取得初步較好的臨床療效，但也有負面報道，如并發癥較多、再次手術率較高等[6-7]。為了更恰當地應用棘突間固定裝置，取得更好的臨床療效，現就其生物力學作用機制及應用的進展綜述如下。

1 腰椎棘突間固定裝置的生物力學作用機制

1.1 改變手術節段及其鄰近節段的活動度 Lindsey等[8]進行了一項尸體標本的體外研究，結果表明在X-STOP的置入節段，屈伸活動度顯著減小而其他方向活動度不受影響；其鄰近節段各方向活動度也無明顯變化。Phillips等[9]研究發現椎間盤切除同時應用DIAM棘突間固定裝置可以恢復屈伸方向上完整節段下方節段的角向活動度，同時能減少由于椎間盤切除導致的側向活動度增加，對于椎間盤切除后腰椎失穩有一定保護作用。Tsai等[10]研究發現，Coflex能減小部分或完全失穩節段的屈伸和軸向活動度，在提供非融合性固定的同時，對失穩節段有重要的穩定作用。Lafage等[11]對Wallis的研究表明在置入節段屈伸活動度減小，椎間盤壓力也減小但棘突間壓力增大。另一個關于Wallis的研究也表明，在L3～4節段置入Wallis能使屈伸活動度減小13.8%，但側向和軸向旋轉活動度分別增加6.2%和0.4%。Park等[12]研究發現In-Space裝置能減小置入節段的椎間盤壓力，在屈伸方向上有穩定脊柱的作用，但在其他方向的活動以及鄰近節段沒有該穩定作用。Hartmann等[13]對比研究了四種棘突間固定裝置(Aperius、In-Space、X-STOP和Coflex)的生物力學特性，結果發現它們均能顯著減少置入節段屈伸活動度，對該節段其他方向活動度沒有影響，但增加了整個腰椎側向和軸向活動度，而這將更易導致腰椎失穩進而發生鄰近節段退變。總體來說，腰椎棘突間固定裝置主要減小屈伸方向的活動度，防止腰椎過伸時神經壓迫癥狀加重。

1.2 改變椎管和椎間孔的大小 Richards等[14]對比了置入X-STOP與非置入組，腰椎過屈過伸位的椎管及椎間孔大小，發現在置入X-STOP后腰椎過伸位時椎管面積增加18%，關節下直徑增加50%，椎管直徑增加10%，椎間孔面積增加25%，椎間孔寬度增加41%，說明X-STOP能預防腰椎過伸導致的椎管及椎間孔狹窄。Lee等[15]研究老年DLSS患者置入X-STOP后MRI的影像學改變，發現置入X-STOP后椎間孔橫截面積增加36.5%，同時在站立、直坐和過伸位坐等各姿勢椎管平均都擴大了22%。Wan等[16]比較了正常負重情況下X-STOP置入前后置入節段與其鄰近節段棘突間距離的大小，結果表明在過伸位時椎間孔面積增加32.9%，椎間孔寬度增加24.4%，而在站立和過屈位時改變不明顯，他們認為對于有癥狀的DLSS患者X-STOP可以有效地撐開棘突間間隙而對鄰近節段活動性無明顯影響。Surace等[17]應用一種經皮置入的棘突間固定裝置Aperius PercLID治療DLSS患者，發現術后患者椎間孔橫截面積平均增加17.6%。Marcia等[18]發現應用經皮置入的棘突間固定裝置治療DLSS患者1年后，椎管和椎間孔橫截面積增加15%。Hirsch等[19]進行了體外尸體標本實驗，在L4～5節段對比四種棘突間固定裝置(In-Space、X-STOP、Wallis和DIAM)的生物力學效應，結果表明這四種裝置均能增加過伸位的椎間孔大小，其中Wallis和DIAM僅在過伸位時有作用，而X-STOP和In-Space對于各體位(包括中立位和過屈位)均有作用。在對鄰近節段影響的研究中發現，這四種裝置對其上位節段(L3～4)椎間孔大小均無影響，而X-STOP和DIAM則減小了下位節段L5S1的椎間孔大小。總體來說，棘突間固定裝置能顯著增加椎管和椎間孔大小，特別是在過伸位時，這對于緩解神經受壓導致的根性癥狀很有幫助。

1.3 改變小關節和椎間盤內的壓力 Swanson等[20]在尸體標本置入X-STOP，研究不同體位下椎間盤壓力的變化，結果發現在過伸位時后方纖維環和髓核內壓力分別減小63%和41%，在中立位時分別減小38%和20%，而鄰近節段的椎間盤內壓力無明顯變化。Lazaro等[21]在In-Space的體外研究中發現，過屈位時置入節段小關節壓力減小30%，過伸位時減小69%。Erbulut等[22]應用3D有限元腰椎模型研究棘突間固定裝置對椎間盤壓力的影響，結果顯示在置入節段(L3～4)椎間盤內壓力和小關節應力均減小，而在鄰近節段(L2～3和L4～5)椎間盤內壓力分別增加39.7%和6.6%，小關節應力增加高達60%，進一步研究發現骨與內置物的交界面壓力也顯著增大。Wiseman等[23]對比研究了X-STOP置入前后過伸位時小關節內壓力的變化，發現在置入節段小關節內的最大壓力、平均壓力和接觸面積均顯著減小；除了上位鄰近節段的接觸面積，其他鄰近節段的各參數均無明顯變化。他們推斷應用棘突間固定裝置在緩解治療節段癥狀的同時可能導致鄰近節段小關節部位疼痛或加速鄰近節段小關節退變。Wilke等[24]系統研究了四種腰椎棘突間固定裝置(Coflex、Wallis、DIAM和X-STOP)，發現在過伸位時四種裝置均能顯著降低置入節段的椎間盤內壓力，而在過屈位、側向和軸向運動時四種裝置對椎間盤內壓力無明顯影響。Nishida等[25]研制了一種新的經皮置入的棘突間固定裝置，在置入實驗動物豬體內3個月后處死動物進行體外實驗，發現在中立位時硬脊膜外壓力無明顯變化，而在過伸位時能顯著預防硬脊膜壓力的升高。總體來說，棘突間固定裝置能減小椎間盤和小關節的應力，特別在過伸位時，對于緩解椎間盤源性疼痛有一定作用，同時能減緩椎間盤退變的進程，但對鄰近節段的影響有待進一步研究。

1.4 撐開棘突間距離 Zucherman等[26]和Kondrashov等[27]在應用X-STOP治療DLSS患者2年和4年后的研究中發現，X-STOP對棘突間距離有一定撐開作用。Yao等[28]研究了不同大小的棘突間固定裝置對椎間盤壓力分布的影響，結果表明當棘突間固定裝置的大小與棘突間距離相等時，在中立位對前方纖維環的壓力沒有明顯影響，在過伸位后方纖維環壓力的46%都被棘突間固定裝置所分擔；而當棘突間固定裝置的大小明顯大于棘突間距離時，后方纖維環的壓力在各體位下都被棘突間固定裝置分擔，前方纖維環的壓力則增大了400%，這將加速椎間盤退變。他們得出最理想的棘突間固定裝置應該能在中立位和過伸位時顯著減小后方纖維環和髓核的壓力，將一大部分應力從椎間盤分散至棘突。同時撐開棘突間距離有助于恢復退變椎間盤的椎間隙高度，對減小椎間盤內壓力有一定協同作用。總體來說關于撐開棘突間距離該機制的研究不多，主要問題在于棘突間距離和臨床癥狀之間缺乏直接聯系，但棘突間距離仍可作為一個輔助指標來評估棘突間固定裝置的生物力學機制。

1.5 改變腰椎曲度 Wilke[24]等研究發現置入四種棘突間固定裝置(Coflex、Wallis、DIAM和X-STOP)均能增加腰椎后凸。Anasetti等[29]也研究發現在中立位置入DIAM后能使腰椎更加后凸。減小生理性的腰椎前凸增加腰椎后凸，在一定程度上能減少黃韌帶受壓折疊的程度，進而緩解黃韌帶對椎管的壓迫[14，30]，有助于緩解DLSS患者神經受壓的癥狀。

2 腰椎棘突間固定裝置的應用

2.1 療效評價 隨著腰椎棘突間固定裝置不斷發展，越來越多學者對其臨床療效進行了詳細的研究。Deyo等[31]、Strmqvist等[32]將X-STOP與傳統減壓合并或不合并融合等術式進行對比研究；Korovessis等[33]將Wallis與減壓手術進行對比；Davis等[34]、Richter等[35]將Coflex與椎板切除合并后外側融合、椎板切開術等術式進行對比研究；Holinka等[36]、Lee等[37]、Ryu等[38]將DIAM與椎板間減壓、后路椎間融合、椎板切開術等術式進行對比研究；Postacchini等[39]、Sobottke等[40]將Aperius PercLID與雙側微創入路減壓、開放入路減壓等術式進行對比研究。以上研究結果均表明，各種腰椎棘突間固定裝置與傳統手術方式相比具有良好的臨床療效。但也有一些療效不佳的報道，如Beyer等[41]研究發現單獨應用Aperius PercLID裝置療效不及傳統減壓手術；Kantelhardt等[42]研究發現置入In-Space術后1年癥狀復發率較高，22%患者需要行第二次手術。隨著關于腰椎棘突間固定裝置的臨床試驗結果越來越多，Hong等[6]、Wu等[7]、Moojen等[43]學者應用循證醫學的方法對棘突間固定裝置的療效進行了系統評價。總體來說棘突間固定裝置的臨床療效可以媲美傳統手術方式，甚至在某些方面比傳統術式療效更佳，例如其微創性的優勢，使得棘突間固定手術時間更短、術中出血量更少、住院天數更短、恢復更快。但棘突間固定裝置也有其不足，如患者費用更高、內置物相關并發癥與傳統術式相比更多、再次手術率更高等。

2.2 并發癥 Lo等[44]、Gazzeri等[45]研究發現腰椎棘突間固定裝置的手術操作相關并發癥(如硬脊膜撕裂、硬膜外血腫等)和圍手術期并發癥(如手術切口感染、肺炎、深靜脈血栓等)比傳統術式相比發生率更低。但值得注意的是，術中或術后棘突骨折、內置物移位或斷裂、術后癥狀復發等并發癥發生率較高，導致部分患者需要進行再次手術。為了減少棘突骨折的發生，Manfré[46]對有骨質疏松的患者在置入棘突間固定裝置之前預防性地在棘突注射聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)進行強化，結果發現棘突強化后再進行棘突間固定裝置手術能有效預防術中和術后棘突骨折的發生，同時對于首次棘突間固定裝置置入后內置物失效的翻修手術也有一定幫助。部分患者在置入棘突間固定裝置術后癥狀立即得到明顯緩解，但隨訪一段時間后(如1年后)出現不明原因的既往癥狀復發或新的神經壓迫癥狀，使得患者不得不取出內置物而實行傳統減壓手術[42，45]，對于此現象的機制有待進一步研究。

綜上所述，腰椎棘突間固定裝置作為一種非融合技術，與傳統融合技術相比，具有保留術后腰椎活動功能，預防鄰近節段退變的作用，但能否替代腰椎減壓融合術作為新的治療“金標準”仍有爭議。目前，對于應用棘突間固定裝置缺乏確定的適應證和應用指南，需要進行更多高證據等級的長期隨訪研究。可以確信的是，隨著新的棘突間固定裝置不斷研制，以及對現有棘突間固定裝置研究的不斷深入，腰椎棘突間固定裝置將有更加廣闊的應用前景。

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1008-5572(2016)11-1002-05

R681.5+7

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2016-02-24

汪波(1987- )，男，主治醫師，華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院骨科，430030。

*本文通訊作者：吳華