人工全腰椎间盘置换研究及应用进展

人工全腰椎间盘置换研究及应用进展

作者：吴刚，孙常太，黄公

[ 08-07-01 17:22:00 ]

怡编辑：studa20

腰椎间盘退行性疾病( degenerative disc disease,DDD )是脊柱外科常见疾病，是成年人疼痛和伤残的主要原因之一〔1〕。传统观念认为腰椎融合术的临床效果是成功的，但它并不是一种完美的手术，没有保留脊柱的生理运动功能。现已证实腰椎运动节段的融合加快了邻近节段椎间盘及关节突关节的退变〔2〕。腰椎功能解剖学和生物力学领域深入的研究使得不同构造和材质的现代人工椎间盘装置的发展成为可能。人工腰椎间盘置换术( artificial disc replaceme nt,ADR )作为腰椎融合之外治疗DDD勺另一合理的选择，目的是使退变椎间盘引起的疼痛得到长期缓解，重建椎间隙高度以保护神经组织，保留脊柱运动以避免晚期关节突关节及邻近节段的病变。随着人工椎间盘研究的不断深入，在美国和欧洲的临床应用已证实短期内可以恢复脊柱的运动学和载荷特性，恢复脊柱功能单位的稳定性和运动能力〔3〜6〕。本综述的目的是阐释人工腰椎间盘假体设计原理，介绍在欧美该领域研究及临床应用进展。

1 腰椎解剖及生物力学原理

对于正常及退变腰椎的解剖、生物力学及运动学有全面、准确的认识对设计一种成功的椎间盘假体有重要的意义。腰椎作为机械结构的复合体，提供躯干的正常运动，同时保证对躯干的支撑功能并保护神经组织不受损害。腰椎结构是稳定性和运动性的结合体，平移和旋转发生在三维空间。椎间盘是腰椎运动的主要约束与缓冲装置，允许一定范围和程度的运动〔7〕，既是最主要的运动限制装置，又是最主要的脊柱功能单位稳定装置〔8〜10〕。前柱在直立时承担了躯干绝大部分的重量，后柱承担了身体16%的轴向载荷。亲水的髓核对纤维环产生张力，在抵抗压力和载荷时可以允许产生一定的移动〔11〕。30 岁以后，髓核开始逐渐丢失水分，体积也慢慢萎缩，失去应力载荷的传导和分散作用，纤维环承担的载荷随之增加，从而逐渐变薄弱和破裂〔12〕。椎间盘退变

可引起椎间隙高度的变化、终板的不规则及椎间盘的钙化，最终导致脊柱活动度的减少〔13〕。

基于腰椎解剖和生物力学基础的研究，成功的ADR假体的设计目标包括患者疼痛得到有效缓和控制，重建椎间隙高度以保护神经组织及恢复脊柱运动以避免邻近节段的病变。假体应最大程度接近正常生理椎间盘的尺寸和运动功能以避免减小或增加关节面的负荷。

2 腰椎间盘假体设计

脊柱运动的生物力学机理要求设计出一种能够重建和保留正常脊柱生理运动的假体。设计的难点是如何设计好每个腰椎运动节段旋转的中心，这个中心随着屈伸、侧屈和旋转运动而变化，且腰椎侧屈的同时伴有轴向旋转〔5〕。Gunzberg等综述了椎间盘假体设计的原理〔14〕，每个节段水平存在3个关节；椎间盘提供一种活动性与稳定性的复杂组合机理；某个运动节段旋转的中心随着该节段

位置或姿势的改变而变化。最早的假体是由Fernstrom 在上世纪50年代后期描述的〔11〕，当时采用了一种不锈钢球假体。从此ADF技术不断改善，假体的种类也有了很大的发展。迄今为止，已经设计出了100种以上的人工椎间盘假体，仅很少一部分在动物模型上得到试验，其中更少的达到临床应用的水平〔12〕。真正妨碍设计一种成功的假体的原因是缺乏一种可信度高的动物模型，人类直立行走的特性使人类腰椎的受力机理不同于动物。目前假体设计的主要原则是模拟椎间盘生理性运动，这些假体一般由金属和聚乙烯材料构成。

SB Charit 0是目前为止研究最深入的人工腰椎间盘假体，有超过10余年的令人满意的临床应用结果〔17〕。这种装置由两个钴铬合金终板及介于之间的超高分子量聚乙烯滑动髓核组成。每个终板都包括 3 个用来铆合的齿状突起

和一个纯钛及羟磷灰石材料的外膜，用以加强它和椎体之间的生物固定。SB Charit ©川假体体外的生物力学测试结果为聚乙烯材料能够耐受1千万次疲劳试

验〔16〕。尸体标本的脊柱生物力学研究提示这种假体能够保留L4、5节段的

正常运动，其旋转中心是椭圆形可以移动的〔15〜17〕。ProDisc U同样包括3个部分：钴铬合金终板外表镀钛， 2 个纵向的翼状结构用来固定在椎体上，超高分子量聚乙烯核充填于终板之间。另一种假体Sofamor Danek

(Memphis.TN目前正在临床前期试验，它由一个金属球和金属杯构成。

2004年10月，FDA正式批准了SB Charit e川人工椎间盘应用于临床治疗L4〜S1单节段腰椎间盘退变。与360°脊柱融合术对比，ProDisc U假体的随机多中心试验临床试验已经完成，得出结论它的所有的指标都达到或者优于同样测试的作为对照的脊柱融合术。

3 适应证和禁忌证

应用新技术，病人的选择至关重要。目前ADR适应证规定为：年轻，单节段椎间盘退变，无骨质疏松，不伴严重的小关节病变，不伴腰椎不稳，无椎管狭窄或后方神经根受压。这些适应证与上述FDA试验的纳入标准相符合〔10〕。理论上讲，椎间盘置换适于各期退行性椎间盘病变。由于医疗费用高昂及存在的潜在风险，现常用于严重的椎间盘退变疾病。许多欧洲学者认为ADR旨征包括有腰痛症状的椎间盘退行性病变和椎间盘切除术后失败综合征等。美国骨科医师协会(AAOS将ADR的适应证列为：(1)有症状的椎间盘破裂；( 2)有症状的椎间盘退变；( 3)脊柱融合所致邻近节段退变不稳。禁忌证则包括：(1)手术节段的脊柱畸形；(2)严重的骨质疏松；(3)H度以上腰椎滑脱；( 4)骨性椎管狭窄；( 5)手术瘢痕黏连引起的腰痛。

4 手术方法

在欧美，ADR通过前方入路经腹膜外植入假体，与前路腰椎椎间融合 (ALIF)入路相似。手术步骤(以SB Charit e川人工椎间盘为例)简介如下〔10〕：沿腹中线做小切口，经腹膜外暴露脊柱前方，行标准的前路椎间盘摘

除，注意不要破坏骨性终板。用撑开钳撑开椎间隙，设计好假体的尺寸后植入假体终板。假体中心的位置通过正位X 线透视确定，侧位片上，由矢状面椎体中线向后2