脊柱側凸術后對遠端臨近節段椎間盤退變的影響

何守玉 邱勇 閔繼康 張強華* 李海東

脊柱后路矯形內固定植骨融合術是治療脊柱側凸的有效途徑之一.脊柱內固定融合術在獲得良好脊柱側凸矯形與堅強融合的同時,其對遠端臨近節段退變的影響越來越引起學者們的關注[1-2].多節段的融合及內固定的應用使得鄰近未融合節段的應力發生改變,椎間盤內的壓力增高引發椎間盤的退變[3].此外,已有研究表明,對于脊柱側凸患者,冠狀面腰椎側凸角的大小與矢狀面腰椎前凸角的丟失與腰椎臨近節段退變的發生密切相關[4-5].以往研究證實,成人尤其是老年人群脊柱內固定術后在隨訪過程中易出現遠端臨近節段退變[4-7],而對于青少年脊柱內固定術后是否會出現臨近節段退變仍存在爭議.本研究旨在通過中長期隨訪,觀察后路矯形內固定融合術治療青少年脊柱側彎的遠期療效,并利用X線片結合腰椎MRI評估內固定融合術是否會加重遠端臨近未融合節段椎間盤發生退行性改變.

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2003年1月至2012年2月于南京大學醫學院附屬鼓樓醫院接受脊柱后路矯形內固定植骨融合術且獲得>5年隨訪的脊柱側凸患者病例資料.納入標準:(1)各種原因(特發性、神經肌源性、先天性等)導致的脊柱側凸,手術時年齡10~35歲,隨訪時年齡≤45歲;(2)下端固定椎在L1以下(包含L1)并且遠端保留≥2個未固定節段椎間盤;(3)術前、術后1周及末次隨訪均攝有站立位全脊柱正側位片,術前及末次隨訪攝有包含全部腰椎節段的MRI平掃.排除合并脊柱結核、腫瘤以及隨訪中伴有脊柱創傷的病例.共計納入25例接受脊柱后路矯形內固定植骨融合術的脊柱側凸患者.其中男10例,女15例,特發性脊柱側凸15例,Chiari畸形合并脊柱側凸4例,先天性脊柱側凸4例,馬凡綜合征合并脊柱側凸以及神經肌源性脊柱側凸各1例.采用選擇性融合內固定17例,非選擇性融合內固定8例.行TSRH內固定系統19例,Legacy內固定系統4例,CD(Cotrel Dubousset)、Harrington 系統2例.手術時平均年齡18.9歲(12~35歲),平均隨訪時間7.2年(5~14.5年).

1.2 脊柱形態學參數 采用Surgimap Spine軟件(Nemaris,New York)在站立位全脊柱X線片上評估脊柱冠、矢狀面形態學改變的指標包括:胸椎側凸Cobb角,腰椎側凸Cobb角,胸椎后凸角(T5-T12),腰椎前凸角(L1-S1),以及脊柱整體冠、矢狀面平衡.以上參數分別在術前、術后1周及末次隨訪進行評估并比較差異.

1.3 椎間盤退變的評估 評估的椎間盤節段為遠端未融合節段椎間盤.X線片評估:在站立位全脊柱前后位X線片上測量椎間盤高度,椎間盤高度測量采用Farfan測量法:在側位X線片上,沿椎體終板方向連接椎體兩角,然后取這兩條線腹側與背側距離(經過椎體四個角)的平均值作為椎間盤高度.同時觀察椎間盤鈣化程度,終板形態是否規則,有無骨贅形成等.MRI評估:評估融合節段遠端臨近椎間盤是否存在許莫氏結節以及MRI T2像上椎間盤信號的改變并采用Pfirrmann評分系統[8]對椎間盤的退變程度進行分級.所有以上評估椎間盤退變的指標均在術前與末次隨訪兩個時間點進行對比觀察.

1.4 統計學分析 采用SPSS 17.0統計軟件.采用獨立樣本t檢驗分別比較術前與術后,術后與末次隨訪時脊柱冠、矢狀面形態學參數差異.采用配對樣本t檢驗比較末次隨訪與術前遠端未融合節段椎間盤高度的差異.P<0.05為差異具有統計學意義.

2 結果

2.1 冠、矢狀面形態變化 術后脊柱冠狀面畸形得到明顯矯正:胸椎側凸Cobb角由術前平均53.3°(27°~117°)矯正至術后平均21.8°(5°~65°)(P=0.000),矯正率59.1%.腰椎側凸Cobb角由術前平均35.9°(10°~83°)矯正至平均13.2°(3°~40°)(P=0.000),矯正率63.2%.矢狀面胸椎后凸角由術前平均16.8°(-5°~38°)改善至術后平均23.5°(13°~40°)(P=0.000),腰椎前凸角在術后無明顯丟失(術前:44.1°,術后:47.5°,P=0.124),以上術后參數在末次隨訪時均無明顯矯正丟失.脊柱的整體冠、矢狀面平衡在三次測量中均在正常范圍內且未發生明顯變化(見表1).

表1 脊柱側凸矯形內固定術前、術后及隨訪時冠、矢狀面參數變化(±s)

表1 脊柱側凸矯形內固定術前、術后及隨訪時冠、矢狀面參數變化(±s)

術前 術后 隨訪 P值胸彎Cobb角(°) 53.3±21.7 21.8±14.9 22.3±15.3 0.000腰彎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冠狀面平衡(mm) 8.9±6.8 6.0±6.6 3.9±3.7 0.111矢狀面平衡(mm) 21.1±15.5 16.4±16.3 18.8±16.4 0.274

2.2 椎間盤退變的統計 根據下端固定椎的位置,共有88個遠端未融合椎間盤節段被納入到本次研究:L1/2:8個,L2/3:11個,L3/4:19個,L4/5:25個,L5/S1:25.從整體上比較,與術前相比,隨訪時各節段平均椎間高度均無明顯丟失(P>0.05)(見表2).進一步分析,末次隨訪時,椎間盤高度丟失在10%~20%有8個節段(9.1%),僅有1個節段(1.1%)椎間盤高度丟失>20%(高度丟失24.4%),其余椎間高度較術前相比無顯著變化.所有節段椎間盤均未見椎間盤鈣化、終板骨贅形成、終板硬化等間接反映椎間盤退變的影像學變化.與術前相比,在88個遠端未融合椎間盤節段中,隨訪時椎間盤Pfirrmann評分等級增加的共有9個節段(10.2%),其中L4-5節段4個(4.5%),L5-S1節段5個(5.7%).其余椎間盤在兩次退變分級中未見明顯變化(P>0.05)(見表3).

表2 脊柱側凸矯形內固定術前與末次隨訪椎間盤高度比較(±s)

表2 脊柱側凸矯形內固定術前與末次隨訪椎間盤高度比較(±s)

椎間盤數目 術前高度 隨訪高度 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合計(mm) 88 9.6±1.4 9.4±1.5 0.265

表3 脊柱側凸患者矯形術前與末次隨訪椎間盤Pfirrmann分級

3 討論

椎間盤的退變受到諸多因素的影響,包括性別、年齡、肥胖、遺傳基因、脊柱的冠狀面與矢狀面形態以及包括吸煙等在內的環境因素等均會影響椎間盤的退變.隨著脊柱矯形內固定技術的發展,脊柱手術尤其是脊柱側彎矯形融合內固定手術在獲得良好脊柱畸形矯正能力的同時,其也通過改變脊柱應力、活動度、脊柱冠、矢狀面形態等對椎間盤退變產生影響.近年來對脊柱退行性疾病術后臨近節段病變的研究較為廣泛和深入,但對脊柱畸形尤其是青少年脊柱畸形術后未融合節段退變情況的研究相對缺乏.對于青少年,遠端臨近節段相較近端臨近節段在應力改變、畸形代償等方面更易受到脊柱內固定的影響,因此本研究重點討論脊柱內固定術后對遠端臨近節段退變的影響.Danielsson等通過長達25年的術后隨訪,發現與年齡匹配的正常人相比,融合至下腰椎的脊柱側凸患者MRI上可見明顯的腰椎退行性改變,并且這種退變與患者出現的腰痛具有相關性.本研究通過5~15年(平均7.2年)隨訪,對比觀察接受脊柱矯形內固定手術患者的影像資料,發現部分患者(10.2%)椎間盤較術前發生退變,且主要集中于L4-5節段(4.5%)和L5-S1節段(5.7%).究其原因,一方面是由于L4-5和L5-S1節段在解剖學上處于腰椎向骶椎的過度節段,應力較為集中、過度載荷引起椎間盤退變;另一方面由于L4-5、L5-S1以上節段的固定與融合,導致固定節段腰椎動度喪失,從而需要L4-5、L5-S1節段活動度的代償性增加以維持正常的脊柱活動,從而加速了椎間盤的退變.

脊柱遠端未融合節段尤其是臨近節段在術后隨訪中發生椎間盤退變的一個重要危險因素是脊柱矢狀面形態學的改變.目前研究認為,多數術后發生未融合節段椎間退變的患者早期接受了對脊柱矢狀面形態重建不足的脊柱內固定系統,比如CD、Harrington 系統[9].從而學者們認為脊柱矯形內固定術后矢狀面正常形態的丟失或脊柱整體矢狀面失平衡會對臨近節段的椎間盤退變產生不利影響[10].本研究中僅2例患者采用了CD技術,其余患者均采用了TSRH或Legacy技術,從而避免了上述問題的發生.Peter Bernstein等[11]通過一項對33例脊柱側彎患者7.5年的隨訪研究發現,脊柱側彎術后平均胸椎后凸角28°患者的椎間盤退變等級明顯低于平均胸椎后凸角15°的患者,認為腰椎前凸變小及胸椎后凸不足(胸椎后凸角<18°)這一平背狀態會明顯加重臨近椎間盤退變的程度,同時也發現術后脊柱矢狀面的正向失平衡與遠端未固定節段椎間盤退變密切相關.本研究中,患者胸椎后凸角由術前16.8°恢復至隨訪時25.6°,腰椎前凸角及脊柱矢狀面平衡在隨訪過程中基本維持在正常生理狀態.這些有利因素均避免了術后隨訪中早期發生臨近節段椎間盤的退變(見圖1).

圖1 患者,女,特發性脊柱側凸患者,手術年齡14歲,隨訪時間6.5年.該例患者腰椎側凸角術后得到明顯矯正且在末次隨訪時未出現矯正丟失,術前生理性胸椎后凸與腰椎前凸減小,出現平背畸形,術后胸椎后凸角與腰椎前凸角得到明顯改善,且在末次隨訪時維持良好.與術前相比,術后6.5年隨訪時遠端未融合節段椎間盤未出現明顯退變.a、b:術前站立位全脊柱正側位片;c、d:術后1周站立位全脊柱正側位片;e、f:術后6.5年站立位全脊柱正側位片;g、h:術前與術后腰椎MRI.

對于融合節段的選擇對臨近椎間盤退變的影響目前仍存在爭議.非選擇性胸椎融合或長節段固定的患者由于術前合并需要矯正的腰椎側凸,融合與固定節段較長,遠端臨近節段的應力增加,同時需要犧牲更多的腰椎活動度,術后脊柱代償能力減弱,易出現平背與脊柱失平衡狀態,引起遠端臨近節段的退變.對于單胸彎或合并輕度腰椎側彎的患者可采用選擇性短節段融合內固定,以此保留更多的脊柱活動度,減少遠端臨近節段應力,從而降低臨近節段退變的風險.但對于合并需要矯正的腰椎側凸,采用短節段融合內固定并非適用且后期存在加重遠端節段退變的風險,Enercan M等[12]通過對25例青少年特發性脊柱側凸術后長達10年的隨訪研究發現,選擇性融合雖然可以減少固定節段,保留更多的脊柱活動度,提高患者生活質量,但隨訪中與正常人群相比,更易發生臨近未融合節段椎間盤以及關節突的退變,分析其原因可能為非固定節段的剪切應力增加以及殘留的腰椎側凸未能實現有效代償,從而加重了臨近節段椎間盤的退變.本研究25例患者中,有8例患者采用了非選擇性長節段脊柱融合內固定,其中3例患者共計5個節段椎間盤退變等級較術前增加,且均為L4-5和L5-S1節段,除了上述分析的原因外,不能排除椎間盤退變自然進程的作用.

本研究通過中長期隨訪影像學觀察比較,發現脊柱畸形患者接受融合內固定術后5~15年僅少數患者發生椎間盤退變,且集中于L4-5和L5-S1節段,這主要歸功于良好脊柱畸形的矯正與維持、矢狀面胸椎后凸與腰椎前凸正常生理曲度的重建,另外,遠端保留≥3個未融合節段的椎間盤,保留腰椎一定的活動度也有助于減緩腰椎退變的進展,此外,術中注重對遠端臨近節段關節突關節的保護、減少干擾也在一定程度上降低了椎體節段退變的風險.本研究也存在一些不足之處,比如注重于影像學研究,而缺乏患者的生活質量評估;另外,雖然本研究獲得平均7.2年的術后隨訪,但對青少年,需要更長時間的隨訪觀察.椎間盤的退變有其自然進程,脊柱側凸患者遠期術后特別是脊柱退行性改變來臨之后未融合節段椎間盤退變的進展情況如何,有待進一步研究.

綜上所述,脊柱側凸術后由于局部應力及脊柱代償活動,僅少數患者在腰骶節段發生椎間盤退變,這也可能只是椎間盤退變的自然進程.在脊柱冠狀面畸形獲得充分矯正,矢狀面形態維持良好的狀態下,脊柱側凸矯形內固定術在長期隨訪過程中尚未明顯加重遠端臨近椎間盤的退變.