知史识今,传承创新——腰椎间融合术演义(第三回)

2017-07-27   文章来源:中南大学湘雅二医院脊柱外科 邝磊    点击量:60 我要说

编者按

腰椎间融合术,就如碧绿的树叶,在脊柱这颗参天大树中自成一个世界。小小的树叶中分布着方向不一、长短有别的脉络,每日汲取着阳光,为树干不断输送营养。而不同的腰椎间融合技术,恰宛如树叶上清晰的纹理,传递的是支撑腰椎融合需要的力量。正所谓“一叶一世界,一脉一乾坤”,希望通过本文的撰写,能让读者了解腰椎间融合术历史、现状与未来。






中南大学湘雅二医院脊柱外科

骨科在线编委会脊柱专业副主编

王 冰

第三回 后路椎间融合术及其微创化

第二回谈到,ALIF在BAK cage出现后兴起,历经腹腔镜的热潮最终归于理性,人们认识到单纯ALIF在稳定性方面的不足,但缺乏有效的解决办法,纷纷转向联合前后路手术或单纯的后路固定融合术(PLIF/TLIF)。本回我们先来讲讲后路椎间融合术的历史与发展。

1.后路腰椎融合术演变

早在1911年,美国纽约骨科医院先驱Russell Hibbs就开始使用后路腰椎融合术治疗结核和脊柱畸形[1](图1)。1929年,Chandler将后路融合术用于腰痛和坐骨神经痛[2]。为提高融合率,随后学者们又将关节突关节打磨、去除椎板皮质,然后取自体髂骨植在打磨好的松质骨面上,但结果仍欠满意,并且椎板切除处的神经结构可能受骨块压迫,因而逐渐被淘汰[3-5]

1953年,Watkins报道后外侧融合术[6],把植骨材料放在已打磨好的横突间,可避免骨块压迫椎管内容物(图2),但融合率也只有46%–100%[7,8]。如何提高融合率成了业内关注的问题。1943年,美国神经外科医生Ralph Cloward首创后路腰椎间融合术(PLIF),并将其用于腰椎间盘突出症(图3)。Cloward的PLIF需要切除下关节突的下1/3和上关节突的上2/3,把神经根和硬膜拉过中线切除间盘,在完全切除终板后塞入自体髂骨。报道的262例患者中仅6例出现不融合[9]。由于PLIF能融合脊柱前柱,融合率较以往技术有极大提高,且能同时进行后外侧融合术,在不少研究中其融合率高于ALIF。


图1 Russell A.Hibbs (1869–1932) 和他的腰椎后路融合术示意图


图2 后外侧融合术示意图


图3 Ralph B. Cloward (1908-2000)和PLIF的示意图

然而,PLIF术中需要切除大部分的椎板和关节,给节段不稳带来隐患。其次由于要为植骨创造空间,神经根和硬膜需要拉过中线,可能引起硬膜撕裂、牵拉损伤等。Cloward强调必须切除终板下骨直至完全暴露出松质骨以促进融合,但这样出血就比较多,还有可能造成植入物沉降等并发症,整个手术需要2-3个小时,在当时的医疗条件下并不容易做到。Lin在1977年提出改良型PLIF,更多地保留关节突关节,终板只打孔而不需完全切除,融合率能达到94%[10]。但手术本身需过度牵拉神经和硬膜,仍然存在损伤风险。

早在1891年,内固定就用于脊柱融合[11],但直到1948年,King才开始使用关节突螺钉固定腰骶段[12]。后来相继出现了经椎板关节突螺钉(Margerl)和椎弓根螺钉(Boucher、Roy-Camille)[13]。内固定的出现使所有融合术的融合率都得以提高,不论是ALIF还是PLIF均可达到90%以上的融合率。可以说,内固定的出现极大保障了融合手术的成功率。

即便如此,PLIF手术仍面临神经损伤率高、植骨操作空间局限的缺点。在1980年,德国医生Jürgen Harms提出经椎间孔腰椎间融合术(TLIF)[14]。通过关节突关节的切除,从外侧进行间盘切除和植骨融合,操作空间增大,极大地方便了植骨融合,减少了神经的牵拉(图4),该术式因此成为大多数后路融合术、甚至是腰椎间融合术的首选。


图4 Jürgen Harms和TLIF的示意图

2.后路腰椎融合微创理念

后路手术发展到TLIF已能满足可靠的减压和稳定的融合,但仍有不足,如后方结构广泛暴露、牵拉带来的损伤,可能导致患者长期腰痛。怎样降低手术对椎旁肌肉的损伤又促进学者们深入思考。

1988年,Wiltse提出经椎旁肌肌肉间隙入路(图5),可以减少拉钩对椎旁肌的牵拉[15]。1990年代,Foley开始将微创技术MED(microendoscopic discectomy)用于后路椎间盘摘除,随后利用逐层扩张的通道,开发出经Wiltse入路的微创内固定和融合术[16]。与传统后路术式比较,能减少出血量、较少术后止痛药的使用量并缩短住院时间。

在此基础上,Foley等结合经皮椎弓根置钉技术,进一步缩小了切口和相关肌肉损伤[17]。2002年,Khoo首次报道MIS PLIF[18],2003年Foley首次报道MIS TLIF[19],这些技术将微创间盘切除、微创内固定和TLIF有机结合起来(图6)。

经多年实践和研究,现已证实MIS P/TLIF能达到与开放P/TLIF一致的临床疗效和影像学结果,且能获得创伤小、住院时间短、恢复快、并发症少的理论和实际优势[20,21]。在照明和影像技术的进步下,开展起来并不困难。MIS P/TLIF逐渐成为后路融合术的重要组成部分。

近年来,随着椎间盘镜技术在中国大陆、中国台湾地区和韩国等地的兴起,有学者在镜下减压的同时开始尝试镜下TLIF,但由于使用时间尚短,目前的技术难点尚未完全解决,缺乏客观理性的循证医学分析。


图5 Wiltse入路


图6 左图:开放TLIF 右图:MIS TLIF

3.后路腰椎间融合器革新

随着融合术的发展,椎间融合器(cage)也不断地推陈出新,从形态和材质上不断改进,最早出现的钛铝钒合金(Ti-6Al-4V)BAK cage既可以用于ALIF,也可以用于PLF,方便而实用。随后,不锈钢、钛合金、钴铬合金材料都被引入制造融合器,但人们很快发现,由于金属材料与人体骨的弹性模量相差太大,术后如果未实现骨性融合,金属融合器会出现疲劳、断裂。植入区域的骨质也会出现应力遮挡而萎缩、吸收。金属融合器陷入上下椎体的骨质内,导致椎间高度丢失、生理曲度丧失。

筛选合适的材料已成为后续研究主旋律,1993年,美国Acromed公司推出了采用碳纤维加强的聚芳醚酮酮(CFR-PEKEKK)材料制造的腰椎融合器Brantigan cage,并获得了令人惊喜的疗效(图7)。聚芳醚酮酮(PEKEKK)具有极强的耐高温、耐腐蚀性,经过碳纤维交织加强后,弹性模量可被控制在人体皮质骨的水平,临床试验优良率几乎达到100%。

但几年后该融合器就因为原材料技术不过关被停止供应。但学者已经敏锐地把目光投射到PEKEKK的同一家族成员聚醚醚酮(PEEK)材料上。PEEK材料具有优良的耐腐蚀、耐压耐扭转和生物相容性,材料透X线,弹性模量与人体骨接近,加工也比较容易。2000年,首个商业化的碳纤维加强型PEEK融合器上市,临床观察效果良好。随后,PEEK 材料成为融合器的主流,在美国FDA放松了法规和审批管制后,各种椎间融合器如过江之鲫,以排山倒海之势涌向临床。

各种顺应PLIF和TLIF术式的椎间融合器也竞相出现,随着各厂家的竞争,融合器逐渐变得口径合理、规格齐全、外形符合生理、置入顺畅、防滑移效果更佳、植骨面积更大(图8)。


图7 Brantigan cage


图8 各种用于P/TLIF的PEEK cage

小结:

后路腰椎融合术的发展,体现了人们在手术疗效和减少手术创伤的追求上不断进取,至今仍未停下前进的脚步。而前路腰椎间融合术是否会重现“雄关漫漫真如铁,而今迈步从头越”呢?且看下回分解….

参考文献:

1. Hibbs RA. An operation for progressive spinal deformities. N Y Med J 1911,93:101

2. Chandler FA. Spinal fusion operations in the treatment of low back and sciatic pain. J Am Med Assoc 1929, 93: 1447–1450.

3. Frymoyer JW, Hanley E, Howe J, et al. Disc excision and spine fusion in the management of lumbar disc disease: a minimum ten-year followup. Spine (Phila Pa 1976) 1978,3:1–6.

4. Lee CK, Langrana NA. A review of spinal fusion for degenerative disc disease: need for alternative treatment approach of disc arthroplasty? Spine J 2004,4:173S–6S.

5. Lee CK. Accelerated degeneration of the segment adjacent to a lumbar fusion. Spine (Phila Pa 1976) 1988,13:375–377.

6. Watkins MB. Posterolateral bonegrafting for fusion of the lumbar and lumbosacral spine.J Bone Joint Surg Am. 1959,41-A(3):388-396

7. Boucher H. A method of spinal fusion. J Bone Joint Surg Br 1959,41:248–259.

8. Stauffer RN, Coventry MB. Posterolateral lumbar-spine fusion analysis of Mayo clinic series. J Bone Joint Surg 1972,54:1195–204.

9. Cloward RB. The treatment of ruptured lumbar intervertebral discs; criteria for spinal fusion. Am J Surg 1953, 86:145-151.

10. Lin PM: A technical modification of Cloward’s posterior lumbar interbody fusion. Neurosurgery 1977,1:118-124.

11. Hadra BE. Wiring the spinous processes in Pott’s disease. Trans Am Orthop Assoc 1891,1:206–210.

12. King D. Internal fixation for lumbosacral fusion. J Bone Joint Surg 1948,30:560–565.

13. Roy-Camille R, Roy-Camille M, Demeulenaere C. Osteosynthesis of dorsal,lumbar, and lumbosacral spine with metallic plates screwed into vertebral pedicles and articular apophyses. Presse Med 1970,78:1447–1448.

14. Harms J, Rolinger H. A one-stage procedure in operative treatment of spondylolisthesis: dorsal traction-reposition and anterior fusion. Z Orthop Ihre Grenzgeb 1982,120:343–347.

15. Wiltse LL, Spencer CW: New uses and refinements of the paraspinal approach to the lumbar spine. Spine 1988,13:696–706.

16. Foley K, Smith M. Microendoscopic discectomy. Tech Neurosurg.1997,3:301--307.

17. Foley KT, Gupta SK, Justis JR, et al. Percutaneous pedicle screw fixation of the lumbar spine. Neurosurgery. 2001,10:E10.

18. Khoo LT. Minimally invasive percutaneous posterior interbody fusion. Neurosurgery 2002,41:S2.

19. Foley KT, Holly LT, Schwender JD: Minimally invasive lumbar fusion. Spine 2003, 28:S26–S35.

20. Sidhu GS, Henkelman E, Vaccaro AR, et al. Minimally invasive versus open posterior lumbar interbody fusion: a systematic review. Clin Orthop Relat Res. 2014,472(6):1792-179.

21. Goldstein CL, Macwan K, Sundararajan K, et al. Comparative Outcomes of Minimally Invasive Surgery for Posterior Lumbar Fusion:A Systematic Review. Clin Orthop Relat Res 2014, 472:1727–1737.

作者简介:

邝磊

邝磊,主治医师,中南大学湘雅医学院临床医学博士。

师从脊柱外科专家吕国华教授。从事脊柱外科临床工作十年,北美脊柱外科学会(North American Spine Society ,NASS)会员。

擅长各类复杂脊柱畸形矫正和脊柱退行疾病的微创技术。曾于美国、香港、德国、法国等地访问及学习。以第一或通讯作者发表SCI论文7篇。

主审简介:

王冰

王冰,教授,主任医师,博士生导师,现任中南大学湘雅二医院脊柱外科、湖南省脊柱外科治疗中心副主任,脊柱外科实验室主任。

担任中国康复医学会脊柱脊髓专业青年委员会副主任委员,中国医促会骨科疾病防治委员会委员秘书长、脊柱内镜学组副主任委员,中国医师协会骨科医师分会脊柱内镜专家委员会副组长,中华医学会骨科学分会青年委员会和基础学组委员, AOSpine中国部讲师,湖南省康复医学会脊柱脊髓专业委员会主任委员,中国脊柱脊髓杂志常务编委,The Spine Journal和Spine中文版编委等职。

擅长内镜微创脊柱外科和各类复杂脊柱畸形的矫治。在国家级和国际核心刊物上以第一作者和通讯作者发表论文90余篇,SCI论文30余篇,主持国家自然科学基金3项。

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