腰椎关节突关节融合研究进展-cdr终稿

腰椎关节突关节融合研究进展-cdr终稿 腰椎关节突关节融合的研究与进展 崔道然，保国锋，崔志明 Research and progress in the fusion of Lumbar zygapophysial joint Cui Dao-ran, Bao Guo-feng, Cui Zhi-ming Department of Orthopaedics, the Second Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong 226001, Jiangsu Province, China Cui Dao-ran, Studying for master′s degree, Attending Physician, Department of Orthopaedics, the Second Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong 226001, Jiangsu Province, China Cuidaoran1977@126.com Abstract: Lumbar zygapophysial joint is an important post-column structure, of which the fixation and fusion has been relatively widely used in the lumbar posterior surgery. This article reviews the anatomy, biomechanics and clinical research of the lumbar zygapophysial joint, then describes the advantages, disadvantages and efficacy of different technologies to explore the best fusion methods and application prospects. 作者单位:江苏省南通大学第二附属医院骨科，南通市226001 作者简介:崔道然，男，1977年生，江苏省南通市人，汉族，南通大学在读硕 士，主治医生，主要从事脊柱外科的研究。Cuidaoran1977@126.com 摘要:腰椎关节突关节是脊柱后柱的重要结构，其固定与融合在腰椎后路手术中 日益得到了比较广泛的应用。文章从腰椎关节突关节的外科解剖、生物力学、临 床研究等方面进行了回顾，阐述了各种腰椎关节突关节融合技术的优缺点和疗 效，探索最佳的融合方法和应用前景。 关键词:腰椎关节突关节;融合;生物力学 0 引言 1 [1]腰背疼痛是威胁人类身体健康的主要疾病之一，约占骨科门诊量的14%，而引起腰背疼痛的病因又非常复杂。腰椎后路减压椎间植骨融合术常常被用来治疗退变性或医源性腰椎不稳，然而传统椎间融合术仍存在对病人损伤大，功能丢 [2-3]失多，继发邻近节段退变等缺点。最近临床和实验研究表明，腰椎关节突关节的疾患是引起腰背疼痛的又一重要原因，腰椎关节突关节融合术能否作为治疗腰椎关节突关节源性腰痛患者的手术，国内外学者对腰椎关节突关节的外科解剖、生物力学、实验与临床等方面进行深入研究。 1 学术背景 从最早的腰椎横突间植骨融合和关节突关节间植骨融合，到后来的经关节突关节螺钉固定融合，以及关节突关节融合器的应用，几十年来，经过生物力学和临床研究，腰椎关节突关节融合技术不断得到改进，取得了巨大的进步。 2 目的 汇总国内外对腰椎关节突关节的外科解剖、生物力学和临床研究的资料，对关节突关节融合的研究现状和进展进行综述。 3 资料与方法 3.1 文献检索 检索人相关内容:第一、二作者 检索文献时限:2004-01/2010-12 检索数据库:Pubmed数据库();CNKI数据库() 检索词:英文关键词为“zygapophycial joint，biomechanical investigation，facet screw fixation，facet fusion”;中文关键词为“腰椎关节突关节，融合，生物力学”。 检索类型:文献的类型包括综述、基础研究、临床研究和病例报告等。 检索文献量:共检索到105篇文献。 3.2 检索方法 纳入标准:?文献主题内容与腰椎关节突关节融合密切相关的文章。?具有原创性，论点、论据可靠的文章。?观点明确、分析全面的文章。 排除标准:重复性研究。 文献评价:初检得到105篇文献，纳入29篇符合标准的文献。文献1-3涉及研 2 究背景，文献4-9研究了腰椎关节突关节的解剖，文献10-20,28-29阐述了腰椎关节突关节融合的历史、方法和适应征，文献21-27研究了腰椎关节突关节的生物力学特征。 4 文献证据检索综合提炼 4.1 腰椎关节突关节解剖学研究 腰椎关节突关节属滑膜关节，由位于椎弓根与椎板相连处的上下关节突构成。上关节突的关节面朝向后内方，下关节突关节面朝向前外方，关节面上覆有透明软骨。根据上下关节突关节面的形态和相互关系，可以将腰椎关节突关节分 [4]为四种类型:1、平等型，上下关节面呈直线互相平行;2、怀抱型，上关节突关节面呈弧形凹面，下关节突关节面呈弧形凸面为上关节突怀抱;3、反怀抱型，与怀抱型相反，下关节突绕上关节突;4、双怀抱型，上下关节突关节面各分为凹面、凸面两部分，一部分环抱相应的关节突，另一部分则被相应的关节突环抱，关节突关节间隙呈“S”形弯曲。四种类型中，前两种多见，后两种较少见。 腰椎关节突关节与腰椎间盘共同构成了腰椎“三维关节复合体”，生物力学研 [5]究表明，其在维持腰椎稳定和活动中发挥了重要作用。关节突关节角可作为量化参数，反映关节突关节的形态结构特征以及与腰椎稳定的关系。从第一腰椎到第五腰椎关节突关节的方向由近似矢状位向下逐渐变为斜位，至第五腰椎几乎呈冠状位。关节突关节角度增大时，其机械阻挡作用也增大，椎体稳定性相应增加; [6]当关节突关节角度减小时，其机械阻挡作用也减小，椎体稳定性相应降低。 腰椎关节突关节不对称性是腰椎疾病的重要危险因素和疼痛源之一， [7]Karacan等认为腰椎两侧关节突关节角度相差大于5?者即为腰椎关节突关节不对称，将两侧关节突关节形态不同和(或)两侧关节突关节角度差大于10?定义为关 [8]节突关节不对称。Don 曾对腰椎滑脱与关节突关节不对称的关系做了较为系统的观察。在78例腰椎滑脱的患者中76例存在着关节突关节不对称，其中大部分突出在偏向冠状的一侧，他们认为关节突关节不对称使关节方向偏向冠状的一侧受 [9]到较大剪应力，因而该侧椎间盘纤维环容易被撕裂。Schmidt在人体标本实验中证实，关节突关节不对称的运动节段承载负荷时其轴向旋转总是倾向于冠状方向的一侧，因而造成椎间盘损伤和变性的机会增加。 4.2 腰椎关节突关节融合的方法 脊柱后路融合手术的方法包括后外侧横突间融合、后路椎体间融合，以及后 3 侧的关节突间融合。横突间融合最早应用于脊柱结核的融合治疗，后来逐渐应用于治疗脊柱的各种疾患。该方法融合率高，但存在后方椎旁组织损伤过大、术后假关节形成等并发症;所需植骨量大，术后供骨区可能出现疼痛和感觉异常。 [10]Chutkan在报道了后路椎体间融合术，该技术由于腰椎生物力学方面显著的优势和较高的骨融合率而被广泛应用，但因为手术难度较高，容易引起多种并发症，如神经根和脊髓损伤、硬膜囊撕裂、椎间隙感染和融合器下沉等。 传统的关节突关节融合方法为关节突关节V形开槽，然后植入松质骨，不需要作大范围的剥离，创伤小，所需植骨量较少，融合率高，缺点是即刻的稳定性 [11]较差。Kai等对腰椎关节突关节融合术进行了改良，自关节突关节内上向外下用骨刀或薄锯于关节表面皮质下切开，保留外侧部分骨质，制成软组织,骨瓣翻向外侧，关节突关节植骨后将翻向外侧的软组织—骨瓣缝回原位，并以邻近纤维筋膜组织加强，提高了术后的稳定性。 [12]King等在1944年首先应用经关节突关节螺钉固定联合横突间融合术以提 [13]高植骨融合率，Boucher 在1959年改良了King的技术,将螺钉穿透同侧椎弓根皮质,植骨融合率达到100%,但由于螺钉头部进入椎间孔，容易引起神经根损伤而 [14]没有被临床广泛应用。1984年，Magerl介绍了一种以长螺钉穿过对侧棘突基底、同侧椎板、关节突关节和横突基底的固定方法，即经椎板关节突关节螺钉固定。 [15]Shim等在2005年运用X线透视辅助下行经皮关节突关节螺钉内固定，同样取得了良好的临床效果。但关节突关节螺钉应用于关节突关节融合术，报道提示其不 [16][17]融合率为2 %,10%。Thorsten 报道螺钉的松动率为3%，而173例中有有2例螺钉断裂。 关节突关节螺钉技术已经报道的并发症有融合失败、术后症状缓解不明显、 [18-20]螺钉松动和断裂、硬膜撕裂、螺钉穿刺到椎管引起神经损伤等。鉴于关节突 [21]关节螺钉固定的诸多并发症，崔志明等根据腰椎关节突关节的理学测量和研究，研制了一种符合国人尺寸的腰椎关节突关节融合器以及配套植入工具，以提高中长期的关节突关节融合率和术后症状的缓解率，消除螺钉的松动和断裂，减少硬膜撕裂、误入椎管引起神经损伤等副作用。融合器材质为同种异体骨植入，椭圆形的有利于融合器与关节面充分的接触，同时提高了融合器的稳定性和抗移位能力。配套工具既可以满足开放手术需求，也可以满足微创经皮手术的要求，借助于X线成像，可以经皮穿刺至关节突关节，借助定位器的方向和角 4 度，准确植入融合器。 4.3 腰椎关节突关节融合的生物力学 脊柱运动是一种复合运动，由各运动节段运动整合而成，运动节段由椎间盘和相应平面的两关节突关节将相邻椎骨连接而成，是脊柱的结构和功能单位。就某一运动节段而言，椎间盘和两个关节突关节在水平面方向构成一稳定三角，在纵向方向则构成一个对称的三棱柱状立体结构，整体上构成一稳定的三关节联合体，三者相互制约，保持脊柱的稳定性。关节突关节是脊柱椎间唯一真正活动的关节，属平面关节，只能作轻微滑动，但各椎骨之间运动的总和却很大。关节突关节的固定可增加脊柱抗旋转、抗剪力和抗张力或抗后柱分离作用，限制腰椎椎间的大部分活动。 [22]关节突关节对腰椎主要是起抗旋转和抗剪力的作用，而椎间盘主要承受轴向压力作用。当腰椎承受剪切负荷时，关节突关节大约承受了总负荷的1/2，其余1/2则由椎间盘承受，但由于椎间盘的粘弹性，受负荷后发生蠕变和松弛，这样几乎所有的剪切负荷均由关节突关节承受。关节突关节面还有不容忽视的承 [23]载功能，载荷在椎间盘与关节面之间的分配因脊柱姿势而变化，Adams用尸体腰椎活动节段进行实验，发现当腰椎前屈至一定位置时，关节突关节不承受任何 [24]压缩载荷，在人体直立位时承受了压缩载荷的16,。Noisi等的研究发现，关 [25]节突关节的压缩载荷在腰椎最大后伸位时达35,。Lee进行不同融合方法的生物力学测试，发现后路、侧后路、前路融合均可以增加相邻节段关节突关节的张力。 目前，关节突关节螺钉广泛应用于临床患者，关节突关节螺钉(包括Boucher螺钉和Magerl 螺钉)将上、下关节突之间的活动限制后，可以显著增加固定节段的刚度，并明显减少该节段的活动度。体外试验表明，屈曲状态下关节突关节螺 [26]钉和椎弓根钉固定比较，其稳定性相似，试验测试固定节段的刚度可达正常 [27]脊柱的2.4倍，可以经受5000次循环疲劳试验的测试。在体内，与椎弓根螺钉内固定技术相比，其机械强度稍逊，但减少了坚强固定引起的应力遮挡，有利于成骨、骨融合与改建。总体而言，经关节突关节融合的抗屈曲、抗旋转和抗剪力强度较好，抗伸强度较差，但仍强于正常脊柱和单纯前路植骨或植入融合器的脊柱。 4.4 腰椎关节突关节融合的适应症 5 关节突关节融合可增加脊柱抗旋转、抗剪力和抗张力或抗后柱分离作用，限制腰椎椎间的大部分活动。力学性能对比研究和临床应用均表明关节突关节融合对非创伤性腰骶融合来讲，其固定作用确实可靠，可以与各种腰椎融合术结合应用，作为加强椎弓根螺钉内固定系统、椎体间融合术或横突间融合术的辅助手段， [28]也可以单独应用。手术指征与结合椎弓根螺钉内固定系统的腰椎融合术相似，主要包括中央型腰椎管狭窄症、腰椎间盘病变、不需作提拉复位的退变性腰椎滑移或不稳。 腰椎关节突关节融合的应用必须倚赖脊柱后柱骨性结构的完整和强度，不能应用于需切除关节突减压及广泛椎板切除的病例，周围型腰椎管狭窄症因为需要切除大部分关节突减压而不适合应用关节突关节融合术。关节突关节融合抗伸强度较差，前柱不完整者不能单独应用。脊柱前柱结构缺损时，进行前路的融合固定，重建前柱以抵抗轴向压缩载荷是必须的。生物力学测试表明，前柱是抵抗轴向压缩的主要部位，但其无法抵抗脊柱轴向旋转力量。因此，关节突关节固定和 [29]融合能够有效的抵抗这些载荷，提供双柱的支撑，有助于前柱的固定和重建。 5 结论与展望 腰椎关节突关节融合是一种创伤小、操作简便、费用低廉的脊柱融合方法，在生物力学性能上与传统的后外侧融合方法相近。但是，目前对腰椎关节突关节融合的研究远没有对后外侧融合的研究那么充分，系统的生物力学研究和中远期临床疗效及并发症的研究都还不够。随着有限元分析法在脊柱生物力学研究上的应用，以及新材料、新技术的不断改进，临床上将会出现更多的腰椎关节突关节融合方法。 参考文献: 1. 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