骨科前沿：腰椎椎间融合术及相关问题的研究进展|163

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腰椎椎间融合术及相关问题的研究进展

作者：占新华、张颖、刘礼金
单位：上海市普陀区利群医院骨科

摘要

腰椎椎间融合手术目前被认为是治疗腰椎间盘突出等相关疾病的“金标准”。随着腰椎间融合手术的发展，目前其术式主要有：前路，后路，经椎间孔入路和轴向入路。人们发现，虽然腰椎椎间融合术在治疗椎间盘突出方面取得了显著的效果，但是融合术后的并发症（邻椎病，椎间融合器的下沉、后退）往往给患者也带来了很大的负担，甚至有再次手术的风险。目前，人们发现邻椎病主要和年龄、体重身高指数、性别、骨质疏松程度、融合节段数、手术方式、矢状排列平衡等因素有关。本文对于腰椎融合手术技术进展、融合器材料的革新以及融合术后不良并发症的发生原因进行系统综述。

关键词：腰椎间融合器；腰椎间融合术；邻椎病；

正文

目前，椎间融合术被认为是治疗腰椎间盘突出症和脊柱退变性相关疾病的金标准。随着椎间融合技术的发展，腰椎融合手术主要有前路腰椎椎间融合术，后路腰椎椎间融合术，经椎间孔入路腰椎椎间融合术，轴向腰椎椎间融合术以及改进的微创技术。脊柱融合手术的推广与运用也同时带来了融合术后并发症等相关问题。目前，就近年来脊柱融合术及其相关问题最新的相关研究进行综述。

1、腰椎椎间融合术

1.1 前路腰椎椎间融合术

本世纪初ALIF（Anterior Lumbar Interbody Fusion）手术主要是用于减少慢性腰背痛患者疼痛为目的，因为该术式可彻底切除椎间盘、恢复椎间隙高度，无需牵拉硬膜囊和神经根，避免了硬膜囊及神经根的损伤，保护了椎板、小关节等后部结构，最大限度避免了后柱稳定性的破坏，然而，存在经腹部及腹膜外ALIF引起大血管损伤，逆行射精等严重并发症、不能行椎管直接探查和减压等缺点。Chandra等通过对比ALIF与PLF两者手术方法治疗腰椎滑脱症患者的预后，他们发现ALIF组病人住院天数较PLF长，前者平均为6.6天，后者12.5天，但是ALIF较PLF具有术中出血更少，疼痛缓解及康复更快的优势（1）。Jiang等通过研究发现ALIF对比TLIF手术，在增加椎间隙高度、节段和总的腰椎前凸角方面具有明显的优势，但是也具有更多的术中失血量、更长的手术时间、花费更大的缺点，在术后临床愈合、并发症与不融合率方面，两者无明显差异（2）。

近年来随着微创理念的推广和深入人心，小切口入路已逐渐取代了标准的前方切开入路。人们发现，小切口前路融合配合后路椎弓根固定，手术的优良率在75%-85%。假关节发生率3%，与前路有关的并发症发生率是5.2%，而传统的经腹或腹膜后腹腔镜腰椎融合术的术后并发症的发生率可高达16.7%-29.4%。因此，该技术明显的优势是降低了围手术期并发症发生率，临床效果和传统融合技术相似。

1.2 后路腰椎椎间融合术

后路腰椎椎间融合术(Posterior Lumbar Interbody Fusion PLIF)经后路椎管置入植骨块或椎间融合器，以椎间融合器支撑和椎弓根螺钉及连接杆锁定达到椎间融合目的。1936年，MerCer等在总结了有关腰椎融合的文献后，提出最有效的腰椎融合手术方式是椎体间融合。1943年Cloward完成世界上首例双侧开放性后路腰椎椎体间融合术(PLIF)（45），1951年他们对施行PLIF手术的331名患者进行统计研究，发现超过85%的患者取得了令人满意的效果。经过多年的发展，目前椎体间cage融合结合椎弓根螺钉内固定术已作为PLIF的标准术式，成为治疗各种退行性下腰椎疾患、腰椎不稳及椎间盘源性疾病及腰椎手术后失败翻修的有效方法。PLIF术可以很好地恢复椎间隙高度、维持脊柱矢状位平衡、增加植骨融合面积，为融合创造良好的生物力学环境。但PLIF手术需切除棘突及其韧带，后柱结构破坏严重，导致腰椎屈曲力量减弱，发生迟发的脊柱不稳；通过牵拉硬膜囊、神经根，显露椎间隙，导致硬膜囊破裂脑脊液漏，一过性或永久性的神经牵拉性损伤，硬膜外纤维瘢痕形成。

1.3 经椎间孔入路腰椎椎间融合术

1982年Harms和Rolinger在PLIF基础上，介绍了后路经椎间孔椎体间融合术（Transforaminal Lumbar Interbody Fusion，TLIF）。TLIF手术经后外侧椎间孔处理椎间隙，完成前柱支撑，保留后方棘上、棘间韧带以及骶棘肌椎板附着等后方张力结构，对脊柱的机械载荷分布影响小；术中无需过多分离牵拉硬膜囊和神经根，减少了椎管内静脉丛出血和神经根损伤的可能。可无论传统的TLIF手术还是PLIF手术，通常需要剥离双侧的椎旁肌肉，破坏多裂肌深面的神经支配，椎旁肌发生去神经化改变。剥离的骶棘肌通过疤痕愈合，丧失了正常的生理特性，影响了躯干肌肉的强度，导致部分患者术后残留顽固性腰背部疼痛。同时，软组织的广泛剥离也影响植骨融合区域的血液供应，延缓和降低了融合率。再者，脊柱后方结构的破坏使融合区域邻近椎体承受异常载荷，增加邻近节段退变的发生。2003年Foley等发明了微创经椎间孔入路椎间融合术（Minimally invasive transforaminal lumbar interbody fusion，MIS-TLIF），该手术具有更好术中出血、更少的椎旁肌肉的剥离、更短的住院时间及更少的神经、血管损伤的并发症发生率，而且与传统的Open-TLIF手术相比，具有相似的融合率，故受到大部分脊柱外科医生的青睐（46）。

1.4 轴向腰椎椎间融合术

最近，一种新的腰椎微创融合技术即经骶前间隙轴向腰椎椎间融合术（4~6）（axial lumbar interbody fusion,AxiaLIF）引起了脊柱外科医生的广泛关注。这种轴向入路的手术不需要破坏手术腰椎后路结构，不需要牵拉腹部大血管，器官等是目前为止真正意义上的经皮微创腰椎椎间融合术。但是，目前AxiaLIF 因为缺乏随机对照的临床实验，使它的有效性受到较大挑战；另一大部分脊柱外科医生对骶前间隙的局部解剖不熟悉，这也是影响该术式发展的另外一个重要因素。

2、腰椎间融合术相关的并发症

腰椎间融合术相关的并发症：腰椎融合术在治疗脊柱退变性疾病过程中发挥了重要作用，具有显著的优点。但是其并发症往往也给患者带来了巨大的困扰。腰椎融合手术的相关并发症主要包括：领椎病，椎间融合器的下沉、后退等。

2.1邻椎病

2.1.1 定义：ASD（adjcent segment disease）是指腰椎融合术后邻近节段产生任何不正常的病理过程,其病理变化主要包括椎间盘的退变，滑脱、不稳、肥大性小关节炎、髓核突出、狭窄，侧弯、脊柱压缩性骨折，还有一些文章里定义为融合节段近端或远端节段退变性改变（7，8）。影像学上，ASD是指滑脱超过3mm，椎间盘高度丢失超过3mm，或者椎间屈曲角度减少超过5度，ASD患者的JOA评分常常降低≥4分(9)。

2.1.2邻椎病的病因学，目前确定的致病机制仍然不是非常清楚。虽然很多研究认为ASD仅仅是一种正常退变过程，他们认为行融合术的病人大多存在严重腰椎退变，而这种退变并非仅仅局限于手术节段，Seitsalo等对227名滑脱病人进行既有保守治疗也有节段融合手术，发现两组病人在ASD发生率上无明显差异（10），Wai等的相关研究也发现融合术后邻近节段与非邻近节段发生退变的概率无明显差异（12）。近年来，随着研究的深入，人们发现融合术后邻近节段生物力学改变仍然是一个重要原因。Cunningham等发现融合术后邻近椎间盘内压会增加45%以上（13），Phillips等通过动物试验将兔子分为手术组及对照组，手术组融合L5-L7,发现L4-5及L7-S1椎间盘退变严重，而对照组相应邻椎正常（14）。Lee和Langrana等通过人体尸体脊椎标本分别采用L5/S1后正中、前路椎间融合术，以及L3-S1多节段后方横突间融合术，比较术前、术后加载压缩－弯曲负荷使椎体屈曲到20度的生物力学改变，他们发现不同的融合方法均改变了旋转中心，从而导致了小关节、椎间盘上的应力变化（15）,Cole等也发现对狗实施融合术后，邻椎椎间盘的代谢及组成成份发生明显改变（16，17）。这些活体动物试验研究虽然说明了生物力学改变在ASD发病过程中的重要影响，但在临床研究中却没有一个研究能证明ASD发生直接原因或单一因素所决定。因此ASD的发生也可能是由于多种因素的综合的结果。

2.1.3、邻椎病发生的危险因素：首先，有研究认为，内固定是ASD早期发展的一个风险因素。Aota等发现椎弓根螺钉置入后，ASD从影像学诊断即可诊断出来的平均时间为25个月（18），Etebar和Cahill也观察到发展为症状性ASD需要26.8个月（19），而且他们同时也发现未行内固定组发展为ASD需要8.5-13.1年。 Frymoyer等通过研究发现虽然非融合病人的总的腰椎活动度大于融合病人，但是融合病人邻近节段的活动度却大于非融合病人，这表明了融合术后邻近节段力学负荷的增加是一种代偿作用。其次，还有学者认为上位椎弓根螺钉位置会损伤邻近节段下位小关节，进而使小关节的应力承受力下降，导致ASD的发展（20，21）。然后，融合节段数量也可以导致ASD的发生。这是因为多节段融合会形成更长力臂，邻近节段应力明显增加（22）。Gui等研究对102例本身已存在腰椎管狭窄的患者进行研究，他们发现存在腰椎管狭窄的患者融合术后存在更高的ASD发病率，从而他们认为邻椎椎间盘已存在的退变会加速退变（23）。年龄因素也是一个重要风险因素。Aota等研究发现ASD发病率在55岁以上患者更高，这是因为更加随着年龄的增加，脊柱的顺应性下降其越难适应生物力学变化（20，21）。另外，有研究发现，骨质疏松、女性、绝经后期状态，融合后矢状位排列也是ASD发病风险因素（17，25）。

2.1.4 融合后矢状位排列与邻椎病的关系

近年来随着研究的深入，人们发现矢状位排列紊乱可能是邻椎病的最重要的风险因素。Umehara等通过生物力学试验发现内固定融合手术往往会导致患者手术节段的前凸角减小，从而导致近端邻近节段的前凸角会代偿性增加，同时应力也代偿性增加（26）。

近年来腰椎间融合器与矢状排列之间关系研究主要集中在：第一，椎间融合器的形态，有学者比较不同角度的cage植入尸体标本椎间隙进行生物力学试验，发现无论是0度、10度、30度cage都不会导致椎间盘后方高度的降低及椎间孔的狭窄。但是2013年Boissiere等发现PEEK材料cage植入联合椎弓根螺钉固定手术可以增加8.5度的节段前凸，而对于L5/S1来说，增加的前凸角可以达到11.6度(27)。Jeffrey发现圆柱型cage的植入深度与腰椎前凸改变无相关性（25）,但John等发现一种楔形cage可以增加腰椎手术节段前凸角（28），Jonathan 也通过研究发现：前凸性cage能明显增加手术节段的前凸角，而非前凸cage则无此优点，但两者均不能增加整个腰椎前凸角（29）， Faundez等通过研究TLIF手术中将cage放置在椎间隙前方、后方，发现这两个位置上植入cage均会影响腰椎节段前凸角度,但两种位置在前凸角改变程度上没有差异性（30）。还有人研究楔形、可控式cage可以增加腰椎前凸，使腰椎维持在一个良好的生物力学位置（31）。第二，也有学者认为对于腰椎前凸角的维持除了cage的几何形态作用还与术中弯棒、螺钉加压等其它技术有关（32）。因此，我们认为矢状排列与cage形状，椎弓根螺钉的植入方向等均密切相关。

3、目前关于腰椎间融合器植入位置的研究现况

目前的研究主要集中在对于腰椎间融合器的研究大多集中在材料学、融合率、形态学研究，特别是并发症发生率等，而对于融合器的最佳位置进行研究的文献资料非常罕见，下面我们对cage置入位置与手术关系进行简单综述。

3.1 Cage位置对于手术节段的稳定性作用：

对于腰椎融合器位置的研究最早由Harms和Jeszenszky研究钛网放置位置，他们推荐融合器应该置于椎间隙中后1/3处（33），后来越来越多的生物力学和有限元研究表明椎间融合器靠前放置，可以在前方融合器与后方椎弓根螺钉结构之间产生更好的应力分担，这可能会提高稳定性和骨融合成功率（34,35），例如Polly等把cage置于前中后三个部位进行力学研究，当cage越靠近前方时，融合节段的强度是仅用椎弓根螺钉及连接棒固定时的强度的18倍，而且整个后方连接棒上的应力越小，cage上的压力越大，表明cage越靠前放置，前后柱之间的应力分担越好，有利于融合率提高（36）。Castellvi等2015年通过影像学研究发现在TLIF手术中在冠状位上cage越靠近椎体中线，手术节段越稳定，在矢状位上越靠近前方，越能限制伸屈活动度(5)，但是Lowe等通过对上下胸椎、腰椎的终板的6个不同部位进行轴向压缩测试最大负载能力，发现终板后外侧对抗轴向压缩负荷的性能最高，所以他们认为cage植入终板的后外侧在力学上最为稳定(35)。

当然，还有人通过生物力学研究发现，只要在TLIF或PLIF术中使用了椎弓根螺钉、连接棒等后路内固定系统，cage对于节段的三维稳定性没有任何差异(10)，这与Faundez和Ames观点相似他们认为腰椎间融合器仅作为对于后方内固定物的一个力学支持而已(40)。2014年Tallarico等通过对腰椎标本在有或无轴向压缩负荷下进行的生物力学测试，发现TLIF手术中使用cage可以使L5/S1节段的ROM减少75%，强度可以增加至原来的270%，但无论是否使用轴向压力负荷，前方植入cage与后方植入cage对于节段的ROM及强度改变程度无明显差异(39),所以他们认为cage植入位置应该由外科医生自己甄别。Quigley认为(34)，内固定术后早期，后外侧区的cage会明显增加后方内固定物上的应力，而前方、中央区则不明显，所以他们推荐cage的植入位置应该靠中央部或前方。基于以上文献研究，我们对于cage最佳植入位置仍然无法统一标准，各有优缺点，而且以上所有研究均未涉及cage不同位置对邻近节段的稳定性的影响，这为进一步从生物力学和影像学上研究腰椎间融合器位置与邻椎病关系，留下了一个巨大的空白领域。

3.2 Cage位置对于手术节段前凸角的影响：

改善和维持一个良好的前凸角对于融合术后预防邻椎病具有重要意义，许多研究领域多在手术节段的前凸角与邻近上位节段邻椎病发生之间关系(40)，而研究融合节段cage位置与手术节段前凸角关系的研究比较稀少，Kwon等于2003年第一次描述了PLIF手术中腰椎间融合器植入位置与形态对腰椎前凸角的影响，他们发现使用的矩形cage安放在椎间隙后方时，30个病人中约30%的病人出现后凸畸形，但因为Kwon使用的双侧cage植入，基本上切除了后纵韧带，这也可能是导致前凸角减小的重要因素之一，所以他们推荐腰椎间融合器应该尽量靠前放置，这样既可以改善矢状排列，又可以恢复腰椎前凸(24)。2008年Faundez等（37）研究表明Cage无论至于椎间隙前方或后方，均可以增加融合节段前凸角度，但两者在改变前凸角的程度上没有任何差异。Lee（40）等报告TLIF手术可以增加2°的节段前凸角，而总的腰椎前凸角仅增加1.5°，Kim（41）等报告TLIF手术可以增加2°的节段前凸角，而总的腰椎前凸角可以增加3°，Jannathan等报告TLIF手术可以使每个病人平均约1.25个节段的腰椎前凸角平均增加19°，他们认为前凸角这么明显的增加，可能是由于cage靠前放置和双侧小关节切除导致。2012年Kepler等通过回顾性分析认为cage应该尽量靠前方放置，这样可以明显增加椎间隙高度及节段前凸角，主要是因为其可以增加椎间隙高度（42）。Jone等通过对26例TLIF手术病人进行回顾性分析，他们发现融合节段的前凸角受到cage位置及形态的影响，靠前植入cage以及前凸型cage均可以提高节段前凸角，而且一旦融合节段前凸角的丢失将容易导致邻椎病，所以他们推荐使用前凸型cage和靠前植入cage(41)，这与Hseih和Dimar等的观点相似(43,44),但这些学者均没有进一步研究cage的位置与邻近节段前凸角的关系。

目前绝大多数学者倾向于靠前侧植入，理论基础分为两大类：一方面是基于融合节段生物力学上的稳定性，另一方面是基于节段前凸角的维持和提高。融合节段作为一个独立的单元，对于邻近节段的影响，无论是生物力学上的稳定性、还是矢状排列上的平衡都具有重要研究意义。对于把融合节段作为一个整体来研究它对邻近节段影响的研究尚未见相关报道，而融合节段里几个重要因素包括了其中cage的位置、椎弓根螺钉方向、连接棒的弯棒曲度对于邻近节段的影响都是值得广大临床工作者进一步挖掘、探讨的研究空白领域。

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