腰椎融合术中椎弓根螺钉损伤关节突关节的研究进展
发布日期:2018-03-05 10:52:59浏览:28
腰椎融合术是目前临床治疗腰椎退变性疾病的主要手术方式,随着其临床广泛应用,腰椎融合术后邻近节段退变(adjacent segment degeneration, ASD)日益引起临床医师的关注。融合手术后脊柱运动学及运动力学都将不可避免地发生改变,邻近椎间盘和关节突关节产生应力集中,关节突负荷加大,椎间盘内压增高,从而导致术后邻近节段退变及邻近节段退变疾病的发生[1];其中融合节段上位椎体节段较下位椎体节段更易出现ASD[2,3],并以相邻于融合部位上方的第一个节段最常见[4,5]。Lee等[2]对1 069例行腰椎后路融合内固定手术患者进行10年的随访研究发现,年龄并非导致ASD的主要因素,腰椎关节突关节的严重增生退变才是导致ASD及再次手术的最重要原因。
关节突关节是维持腰椎运动节段稳定的重要结构,其损伤可导致小关节的挛缩、僵硬、强直以及骨性关节炎,从而加速运动节段脊柱增生退变的发生;因此,保留关节突关节尤其是邻近上位椎体关节突关节的完整性,对于确保术后邻近节段稳定性和预防ASD的发生发展至关重要。手术创伤是造成关节突关节损伤的重要因素,尤其以术中植入椎弓根螺钉时内置物损伤关节突关节为甚[6]。现对腰椎融合术中椎弓根螺钉损伤关节突关节的生物力学、发生率及相关影响因素的研究予以综述。
1 关节突关节的解剖学及功能学研究

关节突关节也称小关节,由椎弓根与椎板相连处的上、下关节突构成,属滑膜关节;关节面由软骨覆盖,大体上呈椭圆形,外部由关节囊包绕[7];腰椎关节突关节的关节面方向自上至下由矢状位逐渐转向冠状位,同时关节面形态也由凹形变为平坦[8,9]。人体关节突关节有十分重要的生物力学意义:双侧关节突关节和椎间盘共同构成的三角结构,与脊柱周围韧带一起维持脊柱的运动、稳定、抗扭转及承载;同时,还参与椎管的构成,保护椎管内容物[10,11,12]。任一关节突关节的破坏都会加速腰椎小关节骨性关节炎(facet joint osteoarthritis,FJOA)的发生[13]。而FJOA可导致腰腿痛,其发生与局部炎症因子释放、软骨局部坏死及关节囊过度牵拉刺激等因素有关。Tachihara等[14]通过对大鼠FJOA模型研究,提出了FJOA引发神经根症状的机制:反复的应力或积累性微小创伤可以导致FJOA,引起关节积液和肿胀、滑膜增生、软骨退变,并且产生和释放炎症因子,炎症因子通过椎间孔刺激脊髓神经和渗透到背根神经节而导致坐骨神经痛。关节突关节损伤还会导致脊柱运动节段活动度增加,稳定性下降,引起脊柱失稳[15,16]。
2 椎弓根螺钉损伤关节突关节的生物力学研究

腰椎融合术中植入椎弓根螺钉时,内置物是造成关节突关节损伤的重要因素。Kim等[17]通过对螺钉影响关节突关节的有限元模型进行分析发现:椎弓根螺钉的置钉位置与椎间盘的压力及关节突关节的接触力密切相关;当螺钉损伤关节突关节时,屈伸和旋转时的椎间盘压力及关节突关节的接触力明显增加,而取出损伤关节突关节的椎弓根螺钉可减少屈伸和旋转时的椎间隙压力及关节突关节的接触力。大体标本生物力学证实,腰椎融合术后邻近上位椎体关节突被椎弓根螺钉破坏后,在旋转测试中上位相邻节段的活动范围的变化更加显著,且在屈曲和轴向旋转应力下的失稳也进一步加重[18]。
3 椎弓根螺钉损伤关节突关节的发生率及影响因素

腰椎融合术椎弓根螺钉置钉方法主要为直视下置钉和微创置钉两种:直视下置钉是指开放手术中剥离椎旁肌,暴露关节突关节及椎弓根螺钉进针点,然后置入椎弓根螺钉;微创置钉是指术中在透视设备(如C形臂X线机、CT等)的辅助下经皮置入椎弓根螺钉。部分临床文献报道这两种置钉方法中椎弓根螺钉损伤关节突关节的发生率,其中微创手术的发生率为7%~58%[19,20,21],开放手术的发生率则为15%~100%[22,23,24]。
影响椎弓根螺钉损伤关节突关节的因素有很多,主要包括以下几点:
3.1 年龄、性别和体质量

Babu等[25]通过对126例经椎间孔腰椎间融合术(transforanal lumbar interbody fusion, TLIF)和153例微创经椎间孔腰椎间融合术(minimally invasive transforaminal lumbar interbody fusion, MIS-TLIF)患者的术后CT影像学检查进行观察,发现年龄<65岁的患者容易出现椎弓根螺钉对关节突关节的破坏,并认为其原因是年轻患者肌纤维较发达,肌肉厚且强度大。但Park等[21]对92例腰椎融合术患者进行术后影像学观察,发现椎弓根螺钉置钉时损伤关节突关节与年龄、性别并无直接相关性。目前,大部分研究者认为,BMI高的患者容易出现椎弓根螺钉损伤关节突关节[26,27],分析原因可能是BMI高的患者置钉时,容易在较厚的脂肪、肌肉等纤维结缔组织的牵拉下出现进针点内移和内倾角不足等情况,同时术中X线透视效果也欠佳。
3.2 融合节段和融合数量

目前,大部分的临床研究显示,下腰椎(L4、L5)较上腰椎(L1~L3)更容易出现椎弓根螺钉损伤关节突关节。分析其原因:首先,腰椎各椎体的关节突关节的角度具有差异性,自L1~L5呈逐渐增大趋势[8,9],当关节面由矢状位逐渐转至冠状位时,置椎弓根螺钉易出现关节突关节损伤[28];其次,可能与下腰椎生理曲度呈明显前凸及较厚的椎旁肌肉组织有关。但是,置椎弓根螺钉损伤关节突关节是否与融合数量有关,目前存在争议。Moshida等[23]对204例脊椎融合患者进行研究发现,多节段融合者关节突关节损伤发生率(38%)是单节段融合者(14%)的3倍左右;而Park等[21]对92例微创脊椎融合患者(单节段融合75例,2节段融合17例)进行研究,发现单节段和2节段融合患者椎弓根螺钉损伤关节突关节无差异。
3.3 手术方式

有学者认为,相对于直视下置钉,微创置钉容易出现椎弓根螺钉对关节突关节的破坏[20,25,29]。Patel等[20]发现,微创置钉中关节突关节损伤的发生率可高达58%;但也有学者认为,微创置钉出现关节突关节的损伤的发生率明显较开放手术低[19]。Wang等[30]进行系统综述研究,881例患者共置入1 755个椎弓根螺钉,其中微创置钉中关节突关节损伤的发生率为18.18%(154/847),而直视下置钉中关节突关节损伤的发生率为18.72%(170/908),结果显示直视下手术和微创置钉关节突关节损伤的发生率基本相似。Yson等[31]总结了6篇临床文献发现,开放手术中椎弓根螺钉损伤关节突关节的发生率为23%(183/803),微创手术的发生率则为27%(94/354),微创置钉中关节突关节损伤的发生率较直视下置钉略高。
3.4 术中CT导航

术中CT导航技术作为一项新型术中影像技术逐渐在部分医院开展。Lau等[26]对37例术中辅助CT导航技术的微创患者进行术后CT影像学观察,发现4例患者(10.8%, 4/37)中4个邻近上位椎体的椎弓根螺钉(5.4%, 4/74)出现关节突关节损伤。Tian等[32]也进行了一项研究,在142例术中辅助CT导航技术的患者(微创68例,开放74例)中,20例患者(14.1%, 20/142)27个邻近上位椎体的椎弓根螺钉(9.5%, 27/284)出现关节突关节损伤,其中微创患者(68例)中有5例患者(7.4%, 5/68)的5个椎弓根螺钉(3.7%, 5/136)出现关节突关节损伤;而开放手术中(74例)15个患者(20.3%, 15/74)22个邻近上位椎体椎弓根螺钉(14.9%, 22/148)出现关节突关节损伤。Yson等[31]观察64例术中辅助CT导航技术的微创手术患者(125个邻近上位椎体椎弓根螺钉),其中5个椎弓根螺钉出现关节突关节损伤(4%, 5/125)。从以上研究结果来看,腰椎手术中辅助CT导航技术可减少关节突关节损伤的发生。
3.5 其他影响因素

Moshidar等[23]认为对于一名右利手的外科医生来说,右侧置钉时出现椎弓根螺钉损伤关节突关节较左侧置钉低。Babu等[25]发现,椎弓根螺钉置钉过深,可导致螺钉钉帽及钉体结合部直接接触关节突关节,从而增加关节面的损伤。关于椎弓根螺钉置钉方法与螺钉类型的一篇文献研究发现,Roy-Camille置钉方法较Weinstein置钉方法更容易出现关节突关节的损伤;分析原因认为,Roy-Camille置钉法中椎弓根螺钉进针点偏内,置钉时内倾角也不足,从而增加了关节突关节损伤的发生;同时,还发现侧锁螺钉系统(side-connecting screw)对关节突关节的侵犯明显高于顶锁螺钉系统(top-loading screw),因为侧锁螺钉系统外侧突出的钉帽及与之连接的钛棒容易增加关节突关节的损伤[24]。
4 目前研究存在的不足

近年来,临床学者针对邻近节段关节突关节损伤的相关因素进行了深入地研究,但是对于这些影响因素的研究结果尚存在争议,且不同关节突关节损伤后患者临床疗效是否存在差异、患者远期ASD及再手术的发生率也未曾报道;同时,对出现关节突关节损伤的患者治疗,目前也没有标准的治疗指南。一项有限元的研究发现,当出现椎弓根螺钉损伤关节突关节时,取出损伤关节突关节的螺钉可减少关节突关节的接触应力及邻近椎间盘的压力[17];但该方法是否适用于临床目前尚未得知。
总而言之,关节突关节损伤继而增生退变是导致ASD的重要危险因素,保留关节突关节尤其是邻近上位椎体的关节突关节的完整性,对于确保术后邻近节段的稳定性和预防ASD的发生发展是至关重要的。无论开放还是微创置入椎弓根螺钉均可增加关节突关节损伤的发生,且其受到诸多因素的影响。外科医师在椎弓根螺钉置钉时需要注重关节突关节的保护,规避不良置钉影响因素。对于腰椎融合术中椎弓根螺钉损伤关节突关节的影响因素、预后及治疗方案尚需进一步研究。