林友禧 沈建雄

（中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院骨科，北京 100730）

椎間盤源性腰痛診治的研究進(jìn)展

林友禧 沈建雄*

（中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院骨科，北京 100730）

慢性腰痛是一個(gè)普遍發(fā)生的現(xiàn)象，據(jù)統(tǒng)計(jì)，約40% 的 成 年 人 一 生 中 某 個(gè) 時(shí) 段 會(huì) 發(fā) 生 腰 痛[1]。 1970年 ，Crock[2]提 出 椎 間 盤 內(nèi) 破 裂（internal disc disruption，IDD）的概念，描述椎間盤自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)和代謝功能出現(xiàn)異常，刺激椎間盤內(nèi)疼痛感受器所引起的不伴神經(jīng)根性癥狀的腰痛，并指出IDD 引起的椎間盤源性腰痛（discogenic low back pain）占所有慢性腰痛的30%～40%。

本文基于國(guó)內(nèi)外椎間盤源性腰痛的研究現(xiàn)狀，綜合評(píng)述椎間盤源性腰痛的病理生理因素和診斷方法，歸納各種治療方法的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍和實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，總結(jié)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外診斷和治療椎間盤源性腰痛的新方法，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

1 病理生理

1.1 形態(tài)學(xué)改變

隨著年齡增長(zhǎng)，椎間盤內(nèi)纖維環(huán)、髓核含水量逐漸減少，使髓核張力下降、椎間盤變?。煌瑫r(shí)透明質(zhì)酸、角化硫酸鹽減少，低分子量糖蛋白增加，原纖維變性、膠原纖維沉積增加。這些改變導(dǎo)致髓核失去彈性、椎間盤結(jié)構(gòu)松弛、軟骨板囊性變，因而纖維環(huán)出現(xiàn)裂隙，最終在外力作用下發(fā)生纖維環(huán)破裂。其中，由髓核延伸至纖維環(huán)外部的破裂成為放射狀破裂，與椎間盤源性腰痛關(guān)系密切。

1.2 細(xì)胞外基質(zhì)的變化

在椎間盤的細(xì)胞外基質(zhì)中，蛋白多糖和膠原纖維占據(jù)最重要的位置。前者的親水能力使椎間盤具有良好的彈性和抗壓能力，而后者使椎間盤擁有相當(dāng)?shù)目箯埩δ芰ΑＴ谧甸g盤退變的過(guò)程中，蛋白多糖的數(shù)量和質(zhì)量下降，膠原纖維的種類和含量也有所變化。椎間盤退變?cè)缙冢瑱C(jī)體對(duì)椎間盤產(chǎn)生修復(fù)作用，使Ⅰ～Ⅲ膠原纖維的含量均增多；隨著退變的進(jìn)展，髓核內(nèi)膠原纖維成分改變，出現(xiàn)Ⅹ型膠原，軟骨終板Ⅱ型膠原表達(dá)明顯下降，表明分泌膠原纖維

1.3 免疫反應(yīng)與炎癥刺激

椎間盤是體內(nèi)最大的無(wú)血供組織，髓核組織由纖維環(huán)包裹并與周圍血循環(huán)相隔絕，是一種隱蔽的自身抗原。研究發(fā)現(xiàn)退變的椎間盤組織中多種細(xì)胞因子呈高濃度表達(dá)。當(dāng)纖維環(huán)發(fā)生破裂時(shí)，髓核暴露后被自身免疫系統(tǒng)識(shí)別，誘發(fā)自身免疫反應(yīng)，產(chǎn)生白介素、腫瘤壞死因子等致炎物質(zhì)，其中白介素-1（interleukin-1，IL-1）可 刺 激 前 列 腺 素 E2（prostaglandin E2，PGE2）和 5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）合成，并且可提高機(jī)體對(duì)疼痛的敏感性；IL-6可刺激局部炎癥細(xì)胞聚集、激活和炎癥介質(zhì)釋放。而氫離子、PGE2、緩激肽、乳酸等則是直接致痛物質(zhì)，可從退變椎間盤的裂隙滲漏到盤外，作用于竇椎神經(jīng)末梢的傷害感受器，產(chǎn)生疼痛或痛覺(jué)過(guò)敏[4]。

1.4 神經(jīng)生物學(xué)作用

椎間盤發(fā)生退變后，在纖維環(huán)裂隙修復(fù)過(guò)程中，血管肉芽組織和環(huán)壁痛覺(jué)神經(jīng)纖維末梢可沿著裂隙長(zhǎng)入纖維環(huán)的內(nèi)2/3，甚至髓核組織中。這種受神經(jīng)支配的椎間盤是發(fā)生腰痛的重要病理基礎(chǔ)。長(zhǎng)入纖維環(huán)的神經(jīng)末梢是無(wú)髓神經(jīng)纖維，易受到間質(zhì)變化、炎癥介質(zhì)的刺激，使疼痛信息沿神經(jīng)感覺(jué)末梢傳入。受損的脊神經(jīng)根產(chǎn)生的疼痛信號(hào)可增加肌牽張反射活動(dòng)，同時(shí)炎癥致痛物質(zhì)對(duì)神經(jīng)的刺激可增加這種肌肉的牽張反射，從而誘發(fā)腰背部肌肉的痙攣性疼痛[5]。

2 診斷

慢性椎間盤源性腰痛的診斷較為困難。MRI在T2加權(quán)相可見椎間盤信號(hào)降低，稱為“黑椎間盤”。在老年患者，黑椎間盤可能為椎間盤自然退變的表現(xiàn)，診斷意義不大；但在年輕人，尤其是有明確外傷史，持續(xù)性腰痛超過(guò)4個(gè)月的患者中，黑椎間盤具有較大的診斷意義。T2加權(quán)相出現(xiàn)于纖維環(huán)后外側(cè)的高信號(hào)變化稱為“HIZ現(xiàn)象”，為纖維環(huán)后方血管化肉芽組織被強(qiáng)化，其特異度相對(duì)較高，可作為輔助診斷指標(biāo)[6]。

椎間盤造影術(shù)一度被認(rèn)為診斷椎間盤源性腰痛的重要標(biāo)準(zhǔn)，其評(píng)價(jià)指標(biāo)包括造影過(guò)程中患者的主觀癥狀、推入造影劑的量和阻力的大小及影像學(xué)檢查評(píng)價(jià)等。北美脊柱外科協(xié)會(huì)認(rèn)為誘發(fā)性椎間盤造影適用于椎間盤源性腰痛，是確診椎間盤源性腰痛的惟一方法[7]。美國(guó)介入疼痛醫(yī)師協(xié)會(huì)認(rèn)為，有充分證據(jù)證明椎間盤造影用于診斷慢性脊柱源性腰痛具有較高的準(zhǔn)確性[8]。但椎間盤造影陰性同時(shí)合并典型的癥狀和影像學(xué)表現(xiàn)時(shí)，并不能完全排除椎間盤源性疼痛的診斷；并且由于來(lái)源于骨盆區(qū)的和腰椎的痛覺(jué)傳入纖維在皮質(zhì)定位上相近，很多患者難以區(qū)分造影劑誘發(fā)的疼痛和源于骶髂關(guān)節(jié)部位的疼痛，對(duì)多節(jié)段退變者更難以識(shí)別責(zé)任節(jié)段；對(duì)非脊柱源性腰痛的患者甚至正常人進(jìn)行椎間盤造影也可能誘發(fā)所謂“一致性疼痛”；對(duì)多節(jié)段退變者更難以識(shí)別責(zé)任節(jié)段。以上因素均影響椎間盤造影的可靠性與特異性。Carragee等[9]比較32例單節(jié)段誘發(fā)性 椎間盤造影陽(yáng)性患者與34例單節(jié)段腰椎病變患者，發(fā)現(xiàn)椎間盤造影的陽(yáng)性預(yù)測(cè)率為50%～60%。美國(guó)疼痛協(xié)會(huì)認(rèn)為椎間盤造影敏感性、特異性和預(yù)測(cè)價(jià)值的證據(jù)不足，因而不推薦其作為診斷性試驗(yàn)[10]。研究和完善一種更為可靠和特異的診斷系統(tǒng)將是未來(lái)研究的重點(diǎn)。美國(guó)神經(jīng)外科醫(yī)師協(xié)會(huì)的指南指出，單獨(dú)的椎間盤造影試驗(yàn)結(jié)果并不足以制定治療方案，并提出椎間盤內(nèi)阻滯可能在診斷椎間盤源性腰痛方面較優(yōu)[11]。

3 治療

3.1 椎間融合術(shù)

椎間融合術(shù)經(jīng)歷了從前路椎間融合術(shù)（anterior lumbar interbody fusion，ALIF）、后 路 椎 間 融 合 術(shù)（posterior lumbar interbody fusion，PLIF）向經(jīng)椎間孔椎 間 融 合 術(shù)（transforaminal lumbar interbody fusion，TLIF）的發(fā)展，近年來(lái)出現(xiàn)了極外側(cè)椎間融合術(shù)（extreme lateral interbody fusion，XLIF）[12]。器械方面，椎弓根釘桿系統(tǒng)和椎間融合器的發(fā)展使椎間融合的成功率明顯提高。ALIF經(jīng)椎前入路，避免牽拉硬膜囊和神經(jīng)根，保護(hù)椎板、小關(guān)節(jié)等后柱結(jié)構(gòu)的完整性。但由于缺乏后方支撐，容易發(fā)生椎間融合器下沉等并發(fā)癥；此外，前方入路可能引起腹膜后器官、重要血管、交感神經(jīng)叢損傷。隨著椎間融合器及骨誘導(dǎo)材料的改進(jìn)，ALIF融合率已有明顯改善[13]。PLIF需經(jīng)椎管放置椎間融合器，在前柱和中柱以融合器和后外側(cè)植骨實(shí)現(xiàn)融合，在后柱以釘桿系統(tǒng)使脊柱穩(wěn)定，最終實(shí)現(xiàn)椎間融合，但PLIF術(shù)中可能對(duì)硬膜囊和神經(jīng)根造成過(guò)度牽拉，導(dǎo)致術(shù)后出現(xiàn)神經(jīng)根刺激癥狀[14]。TLIF由Harms等[15]在 改 良PLIF的 基 礎(chǔ) 上 提出，經(jīng)單側(cè)椎間孔植入椎間融合器，無(wú)須進(jìn)入椎管，避免了椎板切除和對(duì)韌帶的破壞，對(duì)脊柱穩(wěn)定性的影響降低，同時(shí)減少了對(duì)椎管的干擾，避免過(guò)度牽拉對(duì)神經(jīng)根造成損傷。其局限性主要在于無(wú)法解決椎管內(nèi)壓迫[16]。XLIF是近年來(lái)出現(xiàn)的融合技術(shù)[17]，通過(guò)脊柱側(cè)方腹膜后間隙、經(jīng)腰大肌到達(dá)脊柱前柱，可保存前、后縱韌帶以及后方的椎間小關(guān)節(jié)，最大限度地保護(hù)處理節(jié)段的穩(wěn)定度，同時(shí)能允許較大面積與體積的椎間融合器置入，分散終板載荷應(yīng)力，減少融合器下沉的發(fā)生率，有研究指出XLIF可獲得與傳統(tǒng)腰椎前路椎體間融合相似的療效[18]。目前，椎間融合術(shù)已成為治療椎間盤源性腰痛的金標(biāo)準(zhǔn)，但臨床隨訪結(jié)果提示仍存在融合失敗、慢性疼痛、相鄰節(jié)段退變等晚期并發(fā)癥[19]。

3.2 假體置換術(shù)

假體置換術(shù)利用人工假體恢復(fù)椎間隙的高度和病變椎間盤的生物力學(xué)結(jié)構(gòu)和負(fù)載能力，以達(dá)到節(jié)段性穩(wěn)定和節(jié)段性運(yùn)動(dòng)的目的。該技術(shù)不僅恢復(fù)腰椎自然負(fù)重及運(yùn)動(dòng)功能，不增加相鄰節(jié)段的應(yīng)力載荷；而且徹底清除椎間盤組織，消除炎性刺激和自身免疫性反應(yīng)，從而解除疼痛癥狀。椎間盤源性腰痛是假 體置換的 最佳適 應(yīng) 證。1956年Steenbrugghe[20]首次提出椎間盤假體的概念，并于20世紀(jì)70年代首次將人工全椎間盤置入黑猩猩體內(nèi)。假體置換包括髓 核 置 換 術(shù)（prosthetic disc nucleus，PDN）和 人 工椎間 盤 置 換（artificial disc replacement，ADR）。 目 前PDN產(chǎn)品逐漸趨于和人體髓核的生物力學(xué)接近。PDN的適應(yīng)證有一定局限性，即必須要求纖維環(huán)完整，以避免假體脫出。ADR能保持椎體生理狀態(tài)下的活動(dòng)度，使應(yīng)力通過(guò)椎間盤傳遞，避免椎體后柱異?；顒?dòng)，可在體內(nèi)長(zhǎng)期留存。目前臨床使用的椎間盤假體材料多由鈷-鉻金屬板和聚乙烯構(gòu)成。Charite假體由超高分子量聚乙烯制成，該假體一個(gè)有雙凸面、可滑動(dòng)的內(nèi)核，安放在兩個(gè)鈷鉻鉬合金蓋板間，假體間限制性較小。Maverick假體在上下兩個(gè)鈷鉻鉬合金之間也采用球窩關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)。Prodisc假體中超高分子量聚乙烯制成的核心固定于下終板，上表面呈凸面，與上終板的凹面形成球窩關(guān)節(jié)，假體間限制性較大。研究發(fā)現(xiàn)，人工椎間盤假體的并發(fā)癥除了與前路手術(shù)有關(guān)并發(fā)癥外，還包括一系列與植入物相關(guān)的并發(fā)癥。主要包括假體松動(dòng)、假體移位、假體力學(xué)失敗、假體周圍碎屑、假體周圍骨化形成、骨溶解、自發(fā)性關(guān)節(jié)強(qiáng)直、節(jié)段性活動(dòng)喪失等[21]。和椎間融合相比，假體置換作為一種新的技術(shù)，更符合人體生理環(huán) 境 。Thavaneswaran[22]指 出 ，在短中期內(nèi)人 工椎間盤置換與腰椎融合術(shù)的安全性和療效相仿。但假體置換的適用范圍明顯小于椎間融合，且目前尚無(wú)足夠證據(jù)證實(shí)其遠(yuǎn)期療效優(yōu)于椎間融合。

3.3 經(jīng)皮椎間盤減壓術(shù)

經(jīng)皮椎間盤減壓術(shù)主要包括化學(xué)融核、經(jīng)皮髓核吸除、激光切除髓核、射頻消融及電熱療法等。相比于開放手術(shù)，微創(chuàng)手術(shù)不剝離椎旁肌，保留棘上、棘間韌帶和部分上、下關(guān)節(jié)突以及未破損的纖維環(huán)和后縱韌帶，盡可能不破壞脊柱的穩(wěn)定性。研究表明微創(chuàng)手術(shù)可降低早期退變的椎間盤內(nèi)壓力、緩解疼痛，但不同術(shù)式各有局限性。椎間盤內(nèi)射頻消融及電熱療法的原理均為通過(guò)熱量破壞髓核，同時(shí)進(jìn)行去神經(jīng)支配，從而減少感覺(jué)感受器數(shù)量。其局限性主要在于難以徹底減滅痛覺(jué)感受器，并且消融的熱能可能損傷鄰近組織。Kapural的研究顯示椎間盤內(nèi)射頻消融術(shù)后患者癥狀可改善，并維持到6～12個(gè)月[23]。對(duì)于年齡較小、單節(jié)段退變的患者，經(jīng)皮椎間盤減壓可能推遲甚至避免椎間融合術(shù)[24]。

3.4 動(dòng)態(tài)固定系統(tǒng)

動(dòng)態(tài)固定系統(tǒng)分為非融合的動(dòng)態(tài)固定和融合的動(dòng)態(tài)固定，前者指通過(guò)植入物在不植骨融合的情況下幫助脊柱運(yùn)動(dòng)節(jié)段運(yùn)動(dòng)和改變負(fù)荷傳遞，其目的是改變運(yùn)動(dòng)節(jié)段承載負(fù)荷的方式，控制節(jié)段間的異?；顒?dòng)，保持節(jié)段生理載荷的傳遞，達(dá)到緩解疼痛并預(yù)防鄰近節(jié)段退變；后者使腰椎達(dá)到即刻的穩(wěn)定性和促進(jìn)固定節(jié)段的融合，可有效分散內(nèi)固定負(fù)荷傳導(dǎo)。

Sengupta[25]根據(jù)設(shè)計(jì)和作用原理不同，將動(dòng)力穩(wěn)定系統(tǒng)分為4類：①棘突間分離裝置，包括Minns硅酮分離裝置、Wallis系統(tǒng)、X-stop系統(tǒng)、Conflex系統(tǒng)等；②棘突間紐帶裝置，包括LOOP系統(tǒng)、彈性紐帶；③經(jīng)椎弓根釘紐帶裝置，包括Graf紐帶Dynesys系統(tǒng)、FASS系統(tǒng)，其中FASS系統(tǒng)通過(guò)杠桿連接在相鄰椎弓根螺釘上撐開后纖維環(huán)，由此杠桿可將后方的壓應(yīng)力轉(zhuǎn)換為前方的牽開力，以此撐開前方纖維環(huán)，降低了前方載荷，克服了直接使用韌帶不能分擔(dān)椎間盤后方載荷的缺點(diǎn)[26]；④經(jīng)椎弓根釘半剛性裝置，主要通過(guò)改變連接桿形狀使固定節(jié)段保留一定的活動(dòng)度，例如DSS系統(tǒng)。其中DSS-Ⅰ系統(tǒng)椎弓根螺釘間的連接桿呈“C”形，DSS-Ⅱ系統(tǒng)的連接桿呈螺旋形。兩種彈簧都是借助椎弓根釘固定于腰椎椎體上。彈簧預(yù)先存在的張力可轉(zhuǎn)換成椎體間的牽開力從而使椎間盤減壓，同時(shí)它的彈性還允許固定的節(jié)段間有一定程度的活動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)力性全固定裝置與半剛性固定裝置在相鄰節(jié)段均未產(chǎn)生明顯生物力學(xué)改變[27]。

3.5 生物學(xué)治療

生物活性物質(zhì)注射：適用于干預(yù)早期退變椎間盤，可促進(jìn)椎間盤內(nèi)細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞基質(zhì)合成，理論上可重建椎間隙高度?；钚晕镔|(zhì)的種類包括轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor β，TGF-β）、內(nèi) 皮生 長(zhǎng)因 子（epidermal growth factor，EGF）、堿性成纖維細(xì) 胞 生長(zhǎng)因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）、骨 形 態(tài) 發(fā) 生 蛋 白（bone morphogenetic protein，BMP）、重組人生長(zhǎng)分化因子-5（recombinant human growth and differentiation factor-5，rhGDF-5）等。目前也有研究者嘗試聯(lián)合應(yīng)用多種生長(zhǎng)因子對(duì)椎間盤炎性腰痛治療，稱為雞尾酒療法[28]。其局限性在于體內(nèi)半衰期短、價(jià)格昂貴、需多次注射；同時(shí)椎間盤退變導(dǎo)致的軟骨終板硬化使得營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)無(wú)法滿足椎間盤細(xì)胞合成的養(yǎng)分供應(yīng)需求等。也有研究提出采用富血小板血漿（platelet-rich plasma，PRP）作為生物活性物質(zhì)注射。其在體內(nèi)激活后可釋放血小板衍 生 生 長(zhǎng) 因 子（platelet-derived growth factor，PDGF）、上皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子（epithelial cell growth factor，ECGF）、TGF-β、VEGF、EGF等生長(zhǎng)因子，促進(jìn)纖維環(huán)細(xì)胞的增殖分化和基質(zhì)合成，同時(shí)能對(duì)抗TNF-α和IL-1等炎癥介質(zhì)[29]。目前生物活性物質(zhì)注射在動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)取得良好效果[30]，但用于椎間盤源性腰痛臨床治療則少有報(bào)道。

基因療法：其理念為通過(guò)轉(zhuǎn)基因治療，調(diào)節(jié)基因編碼某些細(xì)胞因子或轉(zhuǎn)錄因子，如BMP-2、BMP-7或LMP-1基因，使細(xì)胞內(nèi)合成相關(guān)基質(zhì)蛋白的基因重新編碼蛋白質(zhì)從而調(diào)控細(xì)胞自身或周圍細(xì)胞分泌多種基質(zhì)蛋白?？衫孟俨《镜然蜉d體將其轉(zhuǎn)染至髓核細(xì)胞，其表達(dá)有較好的穩(wěn)定性[31]。Damle[32]成功將轉(zhuǎn)染后的骨髓基質(zhì)細(xì)胞移植入小鼠椎間盤。目前基因治療椎間盤退變尚處于早期的實(shí)驗(yàn)階段，在基因和載體的選擇方面、安全性和穩(wěn)定性的驗(yàn)證方面都缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，并且產(chǎn)生病毒蛋白誘導(dǎo)免疫反應(yīng)也是難題之一。

細(xì)胞移植：細(xì)胞移植是干預(yù)中晚期退變椎間盤的一種理想方法。因?yàn)樗韬思?xì)胞獲得非常困難且體外增殖能力有限，多采用間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSC）替代，但存在的問(wèn)題是目前實(shí)驗(yàn)動(dòng)物椎間盤退變模型難以確切模仿體內(nèi)環(huán)境，且MSC可能向椎間盤前外側(cè)滲漏，造成異位骨化[33]。

組織工程學(xué)治療：目前研究熱點(diǎn)集中在復(fù)合種子細(xì)胞、生長(zhǎng)因子及生物學(xué)支架治療椎間盤退變。Lee等[34]以去端肽膠原作為支架，在TGF-β1和BMP-2的干預(yù)下培養(yǎng)髓核細(xì)胞，結(jié)果表明髓核細(xì)胞在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平均表現(xiàn)出了較強(qiáng)的合成代謝活性。目前椎間盤組織工程學(xué)治療在臨床應(yīng)用的試驗(yàn)開展很少，其方法和技術(shù)還在進(jìn)一步研究之中。

4 展望

椎間盤源性腰痛所致功能障礙將是日益嚴(yán)重的公共健康問(wèn)題。微創(chuàng)手術(shù)治療是椎間盤源性腰痛治療的發(fā)展方向，其遠(yuǎn)期療效仍需要長(zhǎng)期臨床隨訪確定。椎間盤置換需開發(fā)新材料與結(jié)構(gòu)，使其更符合椎間盤生物力學(xué)特性，同時(shí)觀察其遠(yuǎn)期療效。利用組織工程，嘗試開展采用基因治療以及基于蛋白生長(zhǎng)因子的治療，明確種子細(xì)胞移植后的表型變化以及細(xì)胞因子和相關(guān)基因的表達(dá)，是以后臨床和基礎(chǔ)研究的重點(diǎn)方向。

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*通信作者：沈建雄，E-mail：shenjianxiong@medmail.com.cn