脊柱融合术后邻近节段退变及其机制
作者：瞿东滨1 朱青安1 钟世镇1
单位：1 第一军医大学解放军医用生物力学重点实验室 510515 广东省广州市同和
关键词：
中国脊柱脊髓杂志980614 1 邻近节段退变的病理
近年来，随着脊柱内固定器械的日趋成熟，脊柱融合术的成功率明显提高，脊柱融合术后邻近节段退变的问题则变得更为突出，故引起人们的重视。1988年，Lee〔1〕首先报告了一组因下腰痛和/或腰骶部间盘突出而行腰椎融合术的病例，经平均8.5年(1～38年)的无症状期后，出现邻近节段退变的症状。最常见的病理改变是关节突肥大性骨关节炎及椎管狭窄。其它的病理改变包括节段性失稳、间盘严重退变或间盘突出、退行性脊椎滑脱或获得性脊椎滑脱〔1～4〕。而颈椎融合术后邻近节段退变的病理改变主要是颈椎病样改变，如颈椎体前后方骨赘形成、椎间隙变窄、椎体滑移等，亦可发生间盘突出、黄韧带肥厚及钙化，甚或椎管狭窄〔5〕。邻近节段退变可以发生于融合平面的上、下节段，但多见于融合部的上方节段。有报告指出上方节段发生率为25.5%，而下方节段退变者仅为2.6%〔4〕。亦有报告称邻近节段上一平面的退变更为明显〔3〕。
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2 邻近节段退变的发生率
目前很难得出确切的发生率。多数资料系采用X线诊断标准。Lehmann〔6〕报告下腰椎融合术后长期随访(21～58年)的结果，45%患者在融合上方平面出现节段性失稳，42%患者出现椎管狭窄，且15%为严重狭窄。Leong〔7〕在一组因间盘突出而行前路腰椎体间融合术后平均12.7年的随访发现，邻近节段退变达52.5%。颈椎前路椎体间融合术后邻近节段退变的发生率为6%～60%〔5、8〕。
3 融合方式对邻近节段退变的影响
3.1 融合节段
单节段或多节段融合对邻近节段退变的发生有明显的影响。在颈椎，一般认为多节段融合对邻近节段的危害更大，融合椎体数目越多，邻近节段的退变就越明显。但在腰椎，情况则有些相反，单节段融合术后邻近节段退变较双节段融合严重。Schulitz〔2〕在一组近140例腰椎融合术后随访发现，所有邻近节段关节突骨关节炎及节段性失稳均发生于单节段融合，且单节段融合术后无症状期较多节段融合明显缩短〔3〕，尤其是采用“漂浮式融合(floating fusion)”，如单纯腰L4～L5融合时更为明显。
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3.2 融合术式
不同的融合术式之间生物力学特性有很大的差异。目前比较不同融合术式对邻近节段退变影响的临床资料尚缺乏。由于颈椎后融合在最近后路坚强内固定出现之后方比较盛行，以往其它非坚强内固定的假关节的发生率较高，无从谈起邻近节段退变。Heller〔9〕报告78例后路关节突侧块钢板固定并融合术后平均2年的随访，邻近节段退变为3.8%。诚然，其随访时间尚短。颈椎前路椎体间融合术后邻近节段退变的发生率见上文。腰椎融合术较常采用的方法有椎体间前融合、侧后方融合和后融合。Lee〔1〕报告18例共22例次融合术后邻近节段退变，12例次为双侧或单侧横突间融合，9例次为后融合，仅1例次为前融合。Lehmann〔6〕采用后融合33例，融合上方平面出现狭窄的发生率为30%。对腰椎融合术后远期有腰痛患者采用SPECT检查，邻近节段表现异常者达62.5%，其中后融合者高达87.5%，而侧后方融合仅46%。所以，一般认为后融合较易发生邻近节段退变，而椎体间前融合术后邻近节段退变的发生率较低。
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3.3 脊柱内固定
颈椎前路钢板固定并融合者，经5～9年随访，邻近节段X线检查有退行性改变者达60%〔8〕，而没有内固定的颈椎前路间盘摘除及融合者，经平均8.8年随访，邻近节段退变仅6%〔10〕。在腰椎，据报告RF系统固定后有7%出现邻近节段失稳，CD固定后邻近节段退变为24.5%。最近，Schulitz〔2〕观察脊柱内固定与否对邻近节段退变的影响，一组70例采用侧后方融合无内固定，另一组69例为侧后方融合并内固定，平均随访时间分别为5.7年和4.6年，邻近节段关节突骨关节炎发生率分别为10%及28%，邻近节段失稳的发生率为10%及23%。而且，采用坚强内固定后，邻近节段间盘退变加速，平均5.3年，而未采用内固定者无症状期可达9.9年〔11〕。
4 邻近节段退变的机制
4.1 邻近间盘业有退变
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有研究表明，年龄因素对融合术后邻近节段发生退变有明显的影响，大于55岁者发生率可达36.7%，而小于55岁者仅12%〔4〕。一般认为，年龄与间盘退变的关系极为密切。因此，是否融合前间盘状态会直接影响到术后退变的发生率呢？Penta〔12〕观察81例腰骶部融合术患者于术前行邻近间盘造影均为正常，术后10年行MRI检查，68%患者邻近节段间盘为正常，其余患者间盘影像类似无症状者，仅有2例出现邻近节段明显退变。因此，他认为融合前邻近节段间盘业有的病理改变，如间盘退变或纤维环破裂是术后发生邻近节段退变的主要原因，可能与融合技术本身关系不大。动物实验表明，人为损伤狗L2～3纤维环后，融合L3～L7，4个月后MRI检查，实验组和对照组均可见到间盘膨出，但6个月后实验组有75%发展为疝出，而对照组无明显变化。组织化学检查表明两组间盘组织的水含量及蛋白聚糖含量均无差异，说明脊柱融合术后力学环境的改变，其近期效应首先是作用在邻近间盘的机械结构上〔13〕。因此，任何原因引起间盘结构上的薄弱，在局部应力集中情况下，会加重或加速间盘的损害。
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4.2 邻近节段活动度增大
脊柱融合术后，在融合节段内，刚度增加，活动幅度明显下降或消失，而脊柱节段活动度将发生重分配，融合节段的活动度会转移到剩余的运动节段。在体及离体研究均证实这一点。颈椎前路融合术后邻近节段的活动度明显增大，且在多节段融合时更为明显，增大幅度可达24%。腰椎融合术后邻近节段活动度增大并持续于整个融合骨化过程，后伸时幅度增加62%，前屈时增加85%，侧弯时增加26%～30%〔14〕。动物实验研究也证实这一现象。可见，脊柱融合术后脊柱的运动学变化是非常显著的，邻近节段活动度增大的累积效应将不可避免地促使邻近节段退变的发生及加重。
4.3 邻近节段关节突负荷加大
脊柱融合术后邻近节段活动度增大，可表现为椎间关节活动度增大，使关节突上应力集中，负荷增大，导致关节突肥大并骨关节炎。后融合较侧后方融合更能造成邻近节段的应力集中，尤其在关节突上，而前融合对关节突的影响则较小〔1〕。动物在体实验亦表明，脊柱融合术后邻近节段关节突负荷明显增加。关节突应力集中亦可导致峡部裂，是邻近节段发生获得性脊椎滑脱的主要原因。
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4.4 邻近间盘内压增高
椎间盘内压力测定可以间接反映间盘应力分布情况。三维有限元分析表明，在L4～5间盘刚度提高情况下，邻近节段的间盘内压增高。Weinhoffer〔11〕在尸体标本上，以椎弓根钉棒系统分别固定L5～S1、L4～S1，观察前屈运动时L3～4、L4～5间盘内压的变化。结果表明，间盘内压增高与前屈度呈线性关系，前屈度越大，间盘内压越高。而且，融合平面越多，邻近节段的间盘内压增高就越明显。
综上所述，可以认为脊柱融合术后脊柱运动学及运动力学的改变极为明显，邻近节段活动度代偿性增大，导致应力异常集中于间盘及关节突，促使邻近节段发生退变。如果邻近节段业已存在一些退变因素，那么融合则会进一步加重这些退变。这可能是脊柱融合术后邻近节段发生退变的主要机制。
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5 邻近节段退变的再手术问题
颈椎前路融合术后邻近节段退变主要表现为颈椎病样改变，仅11%左右有症状，而大约6%需手术治疗〔5〕。一般说，若邻近节段出现椎管狭窄者，可采用后路椎板成形术。腰椎情况则较为复杂。但是，无论颈椎或腰椎，因邻近节段退变而再次手术只能属“补救性手术”，效果不甚佳，不能期望太高。Whitecloud〔15〕报告14例再手术，只有5例效果尚好，若邻近节段退变发生在3年内，则效果更差。Schlegel〔3〕报告再手术37例，虽有70.3%效果为佳，但有7例需第三次手术。
脊柱融合术后邻近节段退变的问题无疑会影响到脊柱融合的远期疗效。有资料表明，因退变而行腰椎融合术者，20%～40%远期疗效不良者系由邻近节段退变而引起。因此在决定脊柱融合术时应慎重行事，需权衡利弊，不能一味地追求施行脊柱融合。融合前必须了解邻近节段的间盘状况，充分考虑融合方式及内固定器械的影响，以决定是否扩大融合节段。术后相应调整康复治疗计划，以减轻邻近节段的负担。
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6 参考文献
1 Lee CK.Accelerated degeneration of the segment adjacent to a lumbar fusion.Spine,1988,13(3):375.
2 Schulitz KP,Wiesner L,Wittenberg RH,et al.The mobile segment above the fusion.Zeitschrift Fuer Orthopaedie Und Ihre Grenzgebiete,1996,134(2):171.
3 Schlegel JD,Smith JA,Schleusener RL.Lumbar motion segment pathology adjacent to thoracolumbar ,lumbar,and lumbosacral fusions.Spine,1996,21(8):970.
, http://www.100md.com
4 Aota Y,Kumano K,Hirabayashi S.Postfusion instability at the adjacent segments after rigid pedicle screw fixation for degenerative lumbar disorders.J Spinal Disord,1995,8(6):464.
5 Teramoto T,Ohmori K,Takatsu T,et al.Long-term results of the anterior cervical spondylodesis.Neurosurgery,1994,35(1):64.
6 Lehmann TR,Spratt KF,Tozzi JE,et al.Long-term follow-up of lumbar fusion patients.Spine,1987,12(2):97.
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7 Leong JCY,Chun SY,Grange WT,et al.Long-term results of lumbar intervertebral disc prolapse.Spine,1983,8:793.
8 Goffin J,Von Loon J,Van Calenberg F,et al.Long-term results after anterior cervical fusion and osteosynthetic stabilization for fractures and/or dislocations of the cervical spine.J Spinal Disord,1995,8(6):500.
9 Heller JG,Hal Silcox III D,Sutterlin III CE.Complications of posterior cervical plating.Spine,1995,20(20):2442.
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10 Iwasaki M,Ebara S,Miyamoto S,et al.Expansive laminoplasty for cervical radiculomyelopathy due to soft herniation:a comparative study of laminoplasty and anterior arthrodesis.Spine,1996,21(1):32.
11 Weinhoffer SL,Guyer RD,Herbert M,et al.Intradiscal pressure measurements above an instrumented fusion: a cadaveric study.Spine,1995,20(5):526.
12 Penta M,Sandhu A,Fraser RD.Magnetic resonance imaging assessment of disc degeneration:10 years after anterior lumbar interbody fusion.Spine,1995,20:743.
, http://www.100md.com
13 Olsewski JM,Schendel MJ,Wallace LJ,et al.Magnetic resonance imaging and biological changes in injured intervertebral disc under normal and increased mechanical demands.Spine,1996,21(17):1945.
14 Ha KY,Schendel MJ,Lewis JL,et al.Effect of immobilization and configuration on lumbar adjacent segment biomechanics.J Spinal Disord,1993,6(2):99.
15 Whitecloud TS,Davis JM,Olive PM.Operative treatment of the degenerated segment adjacent to a lumbar fusion.Spine,1994,19(5):531.
收稿日期：1997-06-25 修回日期：1998-03-09, http://www.100md.com(瞿东滨1 朱青安1 钟世镇1)
单位：1 第一军医大学解放军医用生物力学重点实验室 510515 广东省广州市同和
关键词：
中国脊柱脊髓杂志980614 1 邻近节段退变的病理
近年来，随着脊柱内固定器械的日趋成熟，脊柱融合术的成功率明显提高，脊柱融合术后邻近节段退变的问题则变得更为突出，故引起人们的重视。1988年，Lee〔1〕首先报告了一组因下腰痛和/或腰骶部间盘突出而行腰椎融合术的病例，经平均8.5年(1～38年)的无症状期后，出现邻近节段退变的症状。最常见的病理改变是关节突肥大性骨关节炎及椎管狭窄。其它的病理改变包括节段性失稳、间盘严重退变或间盘突出、退行性脊椎滑脱或获得性脊椎滑脱〔1～4〕。而颈椎融合术后邻近节段退变的病理改变主要是颈椎病样改变，如颈椎体前后方骨赘形成、椎间隙变窄、椎体滑移等，亦可发生间盘突出、黄韧带肥厚及钙化，甚或椎管狭窄〔5〕。邻近节段退变可以发生于融合平面的上、下节段，但多见于融合部的上方节段。有报告指出上方节段发生率为25.5%，而下方节段退变者仅为2.6%〔4〕。亦有报告称邻近节段上一平面的退变更为明显〔3〕。
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2 邻近节段退变的发生率
目前很难得出确切的发生率。多数资料系采用X线诊断标准。Lehmann〔6〕报告下腰椎融合术后长期随访(21～58年)的结果，45%患者在融合上方平面出现节段性失稳，42%患者出现椎管狭窄，且15%为严重狭窄。Leong〔7〕在一组因间盘突出而行前路腰椎体间融合术后平均12.7年的随访发现，邻近节段退变达52.5%。颈椎前路椎体间融合术后邻近节段退变的发生率为6%～60%〔5、8〕。
3 融合方式对邻近节段退变的影响
3.1 融合节段
单节段或多节段融合对邻近节段退变的发生有明显的影响。在颈椎，一般认为多节段融合对邻近节段的危害更大，融合椎体数目越多，邻近节段的退变就越明显。但在腰椎，情况则有些相反，单节段融合术后邻近节段退变较双节段融合严重。Schulitz〔2〕在一组近140例腰椎融合术后随访发现，所有邻近节段关节突骨关节炎及节段性失稳均发生于单节段融合，且单节段融合术后无症状期较多节段融合明显缩短〔3〕，尤其是采用“漂浮式融合(floating fusion)”，如单纯腰L4～L5融合时更为明显。
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3.2 融合术式
不同的融合术式之间生物力学特性有很大的差异。目前比较不同融合术式对邻近节段退变影响的临床资料尚缺乏。由于颈椎后融合在最近后路坚强内固定出现之后方比较盛行，以往其它非坚强内固定的假关节的发生率较高，无从谈起邻近节段退变。Heller〔9〕报告78例后路关节突侧块钢板固定并融合术后平均2年的随访，邻近节段退变为3.8%。诚然，其随访时间尚短。颈椎前路椎体间融合术后邻近节段退变的发生率见上文。腰椎融合术较常采用的方法有椎体间前融合、侧后方融合和后融合。Lee〔1〕报告18例共22例次融合术后邻近节段退变，12例次为双侧或单侧横突间融合，9例次为后融合，仅1例次为前融合。Lehmann〔6〕采用后融合33例，融合上方平面出现狭窄的发生率为30%。对腰椎融合术后远期有腰痛患者采用SPECT检查，邻近节段表现异常者达62.5%，其中后融合者高达87.5%，而侧后方融合仅46%。所以，一般认为后融合较易发生邻近节段退变，而椎体间前融合术后邻近节段退变的发生率较低。
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3.3 脊柱内固定
颈椎前路钢板固定并融合者，经5～9年随访，邻近节段X线检查有退行性改变者达60%〔8〕，而没有内固定的颈椎前路间盘摘除及融合者，经平均8.8年随访，邻近节段退变仅6%〔10〕。在腰椎，据报告RF系统固定后有7%出现邻近节段失稳，CD固定后邻近节段退变为24.5%。最近，Schulitz〔2〕观察脊柱内固定与否对邻近节段退变的影响，一组70例采用侧后方融合无内固定，另一组69例为侧后方融合并内固定，平均随访时间分别为5.7年和4.6年，邻近节段关节突骨关节炎发生率分别为10%及28%，邻近节段失稳的发生率为10%及23%。而且，采用坚强内固定后，邻近节段间盘退变加速，平均5.3年，而未采用内固定者无症状期可达9.9年〔11〕。
4 邻近节段退变的机制
4.1 邻近间盘业有退变
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有研究表明，年龄因素对融合术后邻近节段发生退变有明显的影响，大于55岁者发生率可达36.7%，而小于55岁者仅12%〔4〕。一般认为，年龄与间盘退变的关系极为密切。因此，是否融合前间盘状态会直接影响到术后退变的发生率呢？Penta〔12〕观察81例腰骶部融合术患者于术前行邻近间盘造影均为正常，术后10年行MRI检查，68%患者邻近节段间盘为正常，其余患者间盘影像类似无症状者，仅有2例出现邻近节段明显退变。因此，他认为融合前邻近节段间盘业有的病理改变，如间盘退变或纤维环破裂是术后发生邻近节段退变的主要原因，可能与融合技术本身关系不大。动物实验表明，人为损伤狗L2～3纤维环后，融合L3～L7，4个月后MRI检查，实验组和对照组均可见到间盘膨出，但6个月后实验组有75%发展为疝出，而对照组无明显变化。组织化学检查表明两组间盘组织的水含量及蛋白聚糖含量均无差异，说明脊柱融合术后力学环境的改变，其近期效应首先是作用在邻近间盘的机械结构上〔13〕。因此，任何原因引起间盘结构上的薄弱，在局部应力集中情况下，会加重或加速间盘的损害。
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4.2 邻近节段活动度增大
脊柱融合术后，在融合节段内，刚度增加，活动幅度明显下降或消失，而脊柱节段活动度将发生重分配，融合节段的活动度会转移到剩余的运动节段。在体及离体研究均证实这一点。颈椎前路融合术后邻近节段的活动度明显增大，且在多节段融合时更为明显，增大幅度可达24%。腰椎融合术后邻近节段活动度增大并持续于整个融合骨化过程，后伸时幅度增加62%，前屈时增加85%，侧弯时增加26%～30%〔14〕。动物实验研究也证实这一现象。可见，脊柱融合术后脊柱的运动学变化是非常显著的，邻近节段活动度增大的累积效应将不可避免地促使邻近节段退变的发生及加重。
4.3 邻近节段关节突负荷加大
脊柱融合术后邻近节段活动度增大，可表现为椎间关节活动度增大，使关节突上应力集中，负荷增大，导致关节突肥大并骨关节炎。后融合较侧后方融合更能造成邻近节段的应力集中，尤其在关节突上，而前融合对关节突的影响则较小〔1〕。动物在体实验亦表明，脊柱融合术后邻近节段关节突负荷明显增加。关节突应力集中亦可导致峡部裂，是邻近节段发生获得性脊椎滑脱的主要原因。
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4.4 邻近间盘内压增高
椎间盘内压力测定可以间接反映间盘应力分布情况。三维有限元分析表明，在L4～5间盘刚度提高情况下，邻近节段的间盘内压增高。Weinhoffer〔11〕在尸体标本上，以椎弓根钉棒系统分别固定L5～S1、L4～S1，观察前屈运动时L3～4、L4～5间盘内压的变化。结果表明，间盘内压增高与前屈度呈线性关系，前屈度越大，间盘内压越高。而且，融合平面越多，邻近节段的间盘内压增高就越明显。
综上所述，可以认为脊柱融合术后脊柱运动学及运动力学的改变极为明显，邻近节段活动度代偿性增大，导致应力异常集中于间盘及关节突，促使邻近节段发生退变。如果邻近节段业已存在一些退变因素，那么融合则会进一步加重这些退变。这可能是脊柱融合术后邻近节段发生退变的主要机制。
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5 邻近节段退变的再手术问题
颈椎前路融合术后邻近节段退变主要表现为颈椎病样改变，仅11%左右有症状，而大约6%需手术治疗〔5〕。一般说，若邻近节段出现椎管狭窄者，可采用后路椎板成形术。腰椎情况则较为复杂。但是，无论颈椎或腰椎，因邻近节段退变而再次手术只能属“补救性手术”，效果不甚佳，不能期望太高。Whitecloud〔15〕报告14例再手术，只有5例效果尚好，若邻近节段退变发生在3年内，则效果更差。Schlegel〔3〕报告再手术37例，虽有70.3%效果为佳，但有7例需第三次手术。
脊柱融合术后邻近节段退变的问题无疑会影响到脊柱融合的远期疗效。有资料表明，因退变而行腰椎融合术者，20%～40%远期疗效不良者系由邻近节段退变而引起。因此在决定脊柱融合术时应慎重行事，需权衡利弊，不能一味地追求施行脊柱融合。融合前必须了解邻近节段的间盘状况，充分考虑融合方式及内固定器械的影响，以决定是否扩大融合节段。术后相应调整康复治疗计划，以减轻邻近节段的负担。
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1 Lee CK.Accelerated degeneration of the segment adjacent to a lumbar fusion.Spine,1988,13(3):375.
2 Schulitz KP,Wiesner L,Wittenberg RH,et al.The mobile segment above the fusion.Zeitschrift Fuer Orthopaedie Und Ihre Grenzgebiete,1996,134(2):171.
3 Schlegel JD,Smith JA,Schleusener RL.Lumbar motion segment pathology adjacent to thoracolumbar ,lumbar,and lumbosacral fusions.Spine,1996,21(8):970.
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4 Aota Y,Kumano K,Hirabayashi S.Postfusion instability at the adjacent segments after rigid pedicle screw fixation for degenerative lumbar disorders.J Spinal Disord,1995,8(6):464.
5 Teramoto T,Ohmori K,Takatsu T,et al.Long-term results of the anterior cervical spondylodesis.Neurosurgery,1994,35(1):64.
6 Lehmann TR,Spratt KF,Tozzi JE,et al.Long-term follow-up of lumbar fusion patients.Spine,1987,12(2):97.
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7 Leong JCY,Chun SY,Grange WT,et al.Long-term results of lumbar intervertebral disc prolapse.Spine,1983,8:793.
8 Goffin J,Von Loon J,Van Calenberg F,et al.Long-term results after anterior cervical fusion and osteosynthetic stabilization for fractures and/or dislocations of the cervical spine.J Spinal Disord,1995,8(6):500.
9 Heller JG,Hal Silcox III D,Sutterlin III CE.Complications of posterior cervical plating.Spine,1995,20(20):2442.
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10 Iwasaki M,Ebara S,Miyamoto S,et al.Expansive laminoplasty for cervical radiculomyelopathy due to soft herniation:a comparative study of laminoplasty and anterior arthrodesis.Spine,1996,21(1):32.
11 Weinhoffer SL,Guyer RD,Herbert M,et al.Intradiscal pressure measurements above an instrumented fusion: a cadaveric study.Spine,1995,20(5):526.
12 Penta M,Sandhu A,Fraser RD.Magnetic resonance imaging assessment of disc degeneration:10 years after anterior lumbar interbody fusion.Spine,1995,20:743.
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13 Olsewski JM,Schendel MJ,Wallace LJ,et al.Magnetic resonance imaging and biological changes in injured intervertebral disc under normal and increased mechanical demands.Spine,1996,21(17):1945.
14 Ha KY,Schendel MJ,Lewis JL,et al.Effect of immobilization and configuration on lumbar adjacent segment biomechanics.J Spinal Disord,1993,6(2):99.
15 Whitecloud TS,Davis JM,Olive PM.Operative treatment of the degenerated segment adjacent to a lumbar fusion.Spine,1994,19(5):531.
收稿日期：1997-06-25 修回日期：1998-03-09, http://www.100md.com(瞿东滨1 朱青安1 钟世镇1)