腰椎椎弓根钉动态稳定系统的新进展

肖振平 王麓山

（南华大学附属第一医院脊柱外科，湖南 衡阳 421001）

下腰痛是在日常生活中常见的一个问题，经保守治疗无效时，可行手术治疗，常采用植骨融合内固定术。但大量的临床观察研究发现，椎间融合手术近期疗效较好，但存在植骨块吸收、不融合、相邻节段退变加速等问题。手术相邻节段椎间盘退变加速是脊椎融合术后最重要的并发症。由于椎体融合改变了原有脊柱的结构，导致脊柱运动学及运动力学均发生明显改变，邻近节段活动度代偿性增大，导致应力异常集中于椎间盘和关节突，促使其发生退变，为了避免上述情况的发生，Mulhollnad提出动力性内固定概念，其设计的目的是承载负荷以缓解疼痛，控制异常活动、保持运动功能来预防邻近节段退变，使失稳的腰椎达到其正常状态的活动特性，实现动态重建腰椎序列，可以单独使用。目前后路经椎弓根动态固定装置主要：Graf 韧带系统、Dynesys系统、FASS系统等；ISObar 系统、Flex系统、DSS系统等），笔者就其研究进展综述如下。

1 Graf 韧带系统

是最早应用于腰椎后路内固定装置之一，Graf 于首先设计由钛制椎弓根螺钉和环状聚酯带组成，Graf 韧带固定的设计思路来源于“弹性固定” 的理念。

Gardner[1]认为Graf系统主要适用于：①腰痛症状明显，保守治疗无效；②影像学提示轻、中度椎间盘退行性变；③腰背肌功能良好；④腰背神经小关节试验性阻滞麻醉或佩带腰围可止痛；⑤峡部裂或伴有I度滑脱及I度退变性滑脱；⑥椎管狭窄或其他神经受压综合征，腰痛难以忍受的；⑦已融合节段相邻退变椎间盘出现症状；⑧行椎间融合术同时应用Graf手术稳定邻近有症状的节段。禁忌证：①II度以上的峡部裂性或退变性滑脱；②骶骨前移＞2mm；③严重退变性椎间盘疾病；④椎弓根狭小；⑤椎体骨折脱位、肿瘤或感染。

Wild等[2]在尸体脊柱标本上研究了Graf韧带的生物力学作用，结果显示Graf韧带对脊柱前屈活动固定作用后，对侧屈活动也有明显的固定作用，Graf韧带放置时脊柱处于前屈位置，这与轴向运动动垂直，故对前屈活动固定作用大，后伸时Graf韧带处于松弛状态，故对后伸的固定作用小，Graf韧带的方向与旋转轴方向一致，对旋转活动没有明显的固定作用。Quint等[3]I研究发现，Graf韧带固定是通过关节突关节骨性边缘接触而产生固定效果，固定后关节突关节仅承担后方施加张力的较小部分，椎间成角和椎间盘膨出也少。Kanayama等[4]随访了43例接受Graf韧带固定术的患者，包括椎体滑脱、椎间盘突出伴屈曲不稳、椎间狭窄伴屈曲不稳和退行性脊柱侧凸，随访10年发现患者的腰痛症状和JOA评分都有明显改善，手术节段的前凸没有明显变化，同时有14例患者在术后1.5～10.8年随访中出现了小关节融合，其中3例接受了再次手术。

2 Dynesys（dynamic neutralization system）

1994年由Dubois设计，该系统与Graf韧带相似。系统的稳定源于连接椎弓根螺钉的非弹性聚乙烯索，所不同的是韧带外面的弹性套管。在屈曲位时，弹力带提供张力带作用；在过伸时，弹性套管提供部分压缩并限制过伸，这样可以阻止椎间盘后部额外的压缩力。Rajaratnam[5]回顾了60例患者的临床应用情况，发现疗效不佳的原因在于固定节段没有恢复腰椎前凸。最近的生物力学试验结果表明，Dynesys较Graf韧带优势在于其减轻了后方纤维环的压迫，负荷大小依赖于弹性套管的位置、长度。

Schwarzcnbach[6]等认为Dynesys系统逆转第一阶段和影响第一阶段的生物力学变化，它可以将脊柱'节段间活动减少到正常范围并对抗屈曲、旋转和剪切力，减少椎间盘和后部纤维环压力以减轻椎间盘负重。Niosi等[7]在10具尸体脊柱上研究了Dynesys的生物力学作用，发现Dynesys在腰椎屈曲和侧屈时能够显著减少小关节的峰值压力，长硅胶套管作用明显强于短套管，伸展位和轴向旋转时Dynesys对小关节作用不明显。Cheng等[8]通过一项生物力学试验对比了的节段动力内固定与坚强内固定对脊柱活动范围的影响，同时探讨了其对固定上方相邻'节段所带来的作用，单段动力内固定与融合及正常脊柱相比，上方相邻'节段的运动范围并没有显著性差异。Nohara等[9]的比较研究采用双侧关节和棘间棘上韧带切除，术后测前屈和侧弯力矩时各节段运动范围，结果Dynesys固定组固定'节段和邻近节段运动范围接近正常，而传统椎弓根钉棒固定组在固定节段的近端和远端邻近节段运动范围均增加。

Putzicr等[10]认为Dynesys固定可以很好地防髓核摘除后腰椎运动节段的进一步退变，经过34个月的随访观察，其临床效果明显优于的单纯髓核摘除，但其同时指出，Dynesys固定并不适用于已经存在明显畸形和需要广泛减压的患者。Stoll等[11]随访73例有脊柱失稳并接受Dynesys固定的患者，平均随访38.1个月，结果显示与内固定相关的并发症有9例，2例是因为螺钉位置不佳，其中1例再次手术后疼痛缓解；另外7例有螺钉松动。在260枚螺钉中10枚出现松动，松动的螺钉多是最近端或最远端的螺钉，总的并发症为24%。Cakir等[12]回顾性分析腰椎融合术和Dynesys内固定术前后的影像学表现后认为，腰椎融合术和Dynesys内固定术后都没有改变固定节段相邻节段的腰椎活动度，但腰椎融合术后整个腰椎及固定节段的活动度有明显减小，然而Dynesys内固定术后整个腰椎及固定节段的活动度无明显改变。统计学质料表明：Dynesys脊柱固定系统的应用在很大程度上减少了疼痛，改善了功能。而且该植入术引起的失败率很低。但是应用Dynesys技术，正如许多动力固定技术一样，还有许多关键性的问题尚待解决。

3 FASS（fulcrum- assisted soft stabilization）系统

在Graf及Dynesys系统应用中遇到一些问题：①Graf系统在椎弓根螺钉后面利用韧带施加压缩力可以恢复前凸并分开椎体前部空间，但是这种结构，需要关节突关节和椎体后角作为支点，这样使两者出现过度负荷，从而导致神经根受压和关节退变；②Graft增加了后方纤维环的负荷，可导致椎间盘源性腰痛。③Dynesys系统的弹性套管，虽可防止后部椎间盘的过度载荷，但是在后路的撑开的同时导致腰椎前凸的丧失。患者需有良好的腰部力量，主动性后伸以维持腰椎前凸，临床结果不佳。主要针对这些问题Sengupta[13]提出设想，在韧带之前引人支撑轴，弹性支轴撑开椎间盘的后方椎间隙，同时分担关节突负荷，而位于支轴后方的弹性韧带可起到压缩作用，把后方的压缩应力转变为撑开前方椎间隙的撑开力，从而分担椎间盘负荷，患者可以不用主动的腰背肌收缩来维持腰椎前凸。

FASS系统可以改善椎间盘负向的作用，解决了以往动力性后方椎间撑开系统存在的问题、第1代FASS系统由椎弓根螺钉、套答及后方的弹性韧带构成，存在问题[14]：①聚四氟乙酸套答在系统长轴上表现僵硬而不容易弯曲；②弹性韧带的弹性有待提高；③腰椎屈曲时椎间盘负荷明显减少而腰椎伸展时负荷变化很小。

4 ISObar TTL系统

由Albert于1993年首先报道，其关键部件为一独特的减震关节，内部由叠加的钛环构成，减震元件的弹性活动度与脊柱正常生理状况相似，起到震荡吸收器的作用。

Benezech等[15]推荐其应用适应证：①椎间盘源性不稳；②I度或II度退行性腰椎滑脱；③医源性不稳（减压性椎板切除术或者单侧小关节切除术）；④脊柱骨折、脱位、椎管狭窄、脊柱后突、脊柱肿瘤以及脊柱融合失败（假关节形成）后进行脊柱融合手术后预防邻近节段退变辅助应用。禁忌证：①双侧脊柱滑脱；②III度或IV度退行性腰椎滑脱；③双侧小关'节切除术；④椎间隙狭窄大于50%；⑤脊柱侧弯；⑥骨折；⑦胸腰结合处横断；⑧骨质疏松。

Perrin等[16]在1993至1997年期间对34例L5，S1和L4，L5节段退行件椎体滑脱患者进行了平均8.27年的长期随访，PLIF后在融合之上节段应用ISObar固定结果全部患者都达到椎间融合，融合邻近'节段的脊柱功能得到了保护，91%的患者对疗效表示满意。

近年来，邻近节段退变以多种形式成为研究和讨论的话题。ISObar系统的软稳定性已经成为防止这种现象发生的理想特性，可能最重要的一点是其维持了另一个生理性IAR。

5 镍钛合金弹簧棒稳定系统（Bio-Flex）

是韩国人设计发明，由1对镍钛合金棒和椎弓根螺钉组成作为后路动力稳定系统，Kim等[20]对103例Bio-Flex系统固定术后患者进行回顾性研究发现，Bio-Flex系统限制脊柱话动的同时保留一定的活动度，不增加邻近椎体的退变。Cho等[17]报道术后1年MRI检查提示患者椎间隙高度增加，椎间盘液化，有自行修复征象。其优点：能够重新恢复脊柱正常的矢状面的平衡，不管患者术前的腰骶角呈前凸或后凸（平腰综合征）；容易安装，组织损伤少，矫正前凸并发症少。

Twin-Flex动态系统是由2对可弯曲的2.5mm不锈钢棒和其间的平头连接器组成，Konovesis等[18]使用Twin-Flex系统，硬性和另一种半硬性固定装置治疗退变性腰椎管狭窄的患者，随访27～68个月，发现3种不同内固定器械治疗的症状改善和邻近'节段椎间盘退变情况无显著性差异、他们还比较了融合固定和Twin-Flex系统固定患者的术前、术后3个月X线片，发现两组患者固定后的腰椎前凸，骶骨倾斜、椎间角度、椎体倾斜度和椎间盘指数等参数基本相当、临床试验证实Twin-Flex固定系统不但可以达到与传统融合固定同样的临床效果，而且其固定失败率较低，还可以保持术后腰椎的矢状位力线，减少应力遮挡等并发症的发生。

6 DSS系统[14]

由Spinal Concepts公司设计，尚未应用于临床，DSS-1系统是由椎弓根钉及其后方的3mm"C"型弹性钛棒构成，末端为直棒与椎弓根钉相接，它容许脊柱正常屈伸70%，而且运动限制较均匀，DSS-2系统由椎弓根钉及后方的4nnn弹性钛线圈型结构构成，该装置负荷-形变特点显示它可均匀地限制脊柱屈伸、左右侧屈以及旋转运动的范围。DSS的弹性结构均预置了张力负荷，可以分担椎间盘负荷，而且这种弹性结构可以在一定程度上限制脊柱屈曲、需要注意的是DSS弹性支撑架瞬时旋转轴与脊柱的IAR一定要尽可能地与接近，否则它可能承担脊柱负荷地装置，导致早期内固定失败或松动）近期已有研究指出[14]，DSS-2的最佳瞬间旋转轴可接近正常运动'节段，因此有可能实现较为理想弹性固定的效果。DSS系统尚处于早期阶段。初步临床研究显示该装置能够缓解继发于退行性椎间盘和椎间小关节疾病的机械性腰痛。

7 Stablilimax NZ系统[19]

得两侧利用2个独立的同心弹簧，允许各个方向的运动。弹簧通过连接棒与整个动力固定系统结合为一体，Stablilimax NZ设计增加了被动脊柱系统在中立位的阻力，于此同时又维持了脊柱的最大活动度。其适应证包括：中到重度腰椎退行性椎管狭窄，伴有神经性跛行。禁忌证包括：超过I度脊柱前移后脊柱后移、脊柱侧弯、T＜2.5的骨质疏松、治疗节段有骨折后相似疾患存在骨不完整性、严重的脊柱不稳、屈伸运动脊柱滑移超过3mm的患者。该系统统被Khoueir等归入全关节置换系统，并获得了美国FDA临床研究批准。

8 Cosmic后路动力系统

Cosmic后路动力系统的螺钉通过一个特殊的铰链，在钉一棒之间进行可动的连接。这一特点能够使载荷共同分布在内植物系统和前方脊柱之间。与刚性内固定系统相比，铰链螺钉装置允许更多的载荷通过椎间盘，同时在不降低任何旋转稳定性的情况下，允许更多的轴向位移。Cosmic系统没有破坏脊柱的重要结构，能够保留椎间盘。在许多适应证方面，它是融合手术或椎间盘置换术的备选方法。如果脊柱需要矫形，那么Cosmic则不适合，必须要附加有融合治疗。

9 NFlex系统

是一种动态稳定装置，使用一种半刚性钛质棒，一端设计有钛质、聚碳酸氨基甲酸乙酯两种袖套，高分子袖套发挥间隔器作用。NFlex棒的钛质内芯有阻止脊柱与邻近节段间的平移活动的作用。NFlex产品的构造是相同的（拉伸刚度、压缩刚度均相同），但连接棒的抗压缩里、抗拉伸力并不彼此管联，因为它们由椎弓根钉两侧的高分子间隔器分别控制；抗平移力由钛质袖套与钛质内芯间聚合物的厚度控制，与抗屈曲、抗拉伸力也相互独立。目前尚无临床研究结果可供分析，但该系统的稳定性目前已有体外实验结果。

综上所述，无疑，要获得对动态稳定装置的客观评价、明确该类装置在各种腰椎退行性疾病治疗中的地位，还需前瞻性随机临床研究。随着研究的深入和内固定器械的改进，新一代动态固定系统会朝着恢复脊柱生理性稳定和进一步提高优良率的方向发展、随着对腰椎生物力学研究的不断深入，相关非融合及动力内固定装置的不断完善和改进。虽然脊柱非融合技术有许多优点，但亦有其自身需要解决的问题，如:限制节段运动范围的程度；需要分担异常负荷的大小；如何防止植入物失败；如何促进椎间盘的自我修复。

[1]Gander A,Pande AC.Graf ligamentoplasty;a 7-year follow-np[J].Eur Spine J,2002,11(Suppl 2):S157-S163.

[2]WildA,Jaeger M,Bushe C,et al.Biomechanical analysis of Graf' s dynamicspine stabilisation system ex viva [J]Biomed Tech(Berl),2001,46(10):290-294.

[3]Quint U,Wilke HJ,Loer F,et al.Laminectomy and functional impairment ofthelumbar spine:the importance of muscle forcesin fl exible and rigid instrumented stabilization-abiomechanical study in vitro[J].Eur Spine J,1998,7(3):229 -238.

[4]Kanayama M,Hashimoto T,Shigenobu K,et al.A minimum 10-year follow -up oposterior dynamic stabilization using Grafartificial ligament[J].Spine,2007,32(18):1992-1997.

[5]Rajaratnam SS,Mueller M,Shepperd JAN,Mulholland RC.Dynesis stabilization of the lumbo-sacral spine[C].Britspine 2002,The Second Combined Meeting of the BSS BASS BCSS SBPR;2002 Feb 27-Mar 1;Birmingham,UK.

[6]Schwarzenbach O,Berlemann U,Stoll TM,et al.Posterior dynamic stabilizationsystems:DYNESYS [J].Orthop Clin North Am,2005,36(3):363-372.

[7]Niosi CA,WilsonDC,ZhuQ,et al.The effect of dynamic posterior stabilization on facet jointcontact forces:an in vitroinvestigation[J].Spine,2008,33(1):19-26.

[8]Cheng BC,Gordon J,Cheng J,et al.Immediate biomechanical effects of lumbar posterior dynamic stabilization above a up of spinal stenosis with degenerative spondylolisthesistreated with decompression anddynamic stabilization[J].Spine,2008,33(18):E636-E642.

[9]Nohara H,Kanaya F.Biomechanical study of adjacent inter-vertebral motion after lumbar spinal fusion and flexible sta-bilization using polyethylene -terephthalate bands [J].Spinal Disord Tech 2004,17(3):215-219.

[10]Putzier M,Schneider SV,Funk JF,et al.The surgical treatment of the lumbar disc prolapse:nucleotomy with additionaltranspedicular dynamic stabilization versus nucleotomy alone[J].Spine,2005,30(5):109-114.

[11]Stoll TM,Dubois G,Schwarzenbach O,et al.The dynamic neutralization system for the spine:a multi -center study of anovel nonfusion system [J].Eur Spine J,2002,11 (Suppl 2):S170-S178.

[12]Cakir B,Carazzo C,Schmidt R,et al.Adjacent segment mobility after rigid and semirigid instrumentation of the lumberspine[J].Spine,2009,34(12):1287-1291.

[13]Sengupta DK,Herkowitz HN,Hochschuler S,et al.Loads sharing characteristics of two novel soft stabilization devices inthe lumbar motion segments:a biomechanical study in cadaver spine[J].SASAC Scottsdale,2003(9):1-3.

[14]Sengupta DK Mulholland RC.Fulcrum assisted soft stabiliza-tion system:a new concept in the surgical treatment of degenerateive low back pain[J].Spine,2005,30(9):1019-1029.

[15]Benezech J,Mitulescu A.Retrospective patient outcome evaluation after semi-rigid stabilization without fusion for degenerative lumbar instability[J].EJOST,2007,17(3):227-234.

[16]Perrin G,Cristini A.Prevention of adjacent level degenerationabove a fused vertebral segment:long term effect,after a mean followup of 8.27 years,of the semi-rigid intervertebralfixation as a protective technique for pathological adjacentdisc[C].International Meeting for Advanced Spine Techniques,2005.

[17]Cho BY,Murovic J,Park KW,et al.Lumbar disc rehydrationposti mplantation ofa posterior dynamic stabilization system[J].Neurosurg Spine,2010,13 (5):576-580.

[18]Korovessis P,Papazisis Z,Koureas G,et al. Rigid,semirigidversus dynamic instrumentation for degenerative lumbarspinal stenosis:a correlativeradiological and clinical analysisof short-term results[J].Spine,2004,29(7):735-742.

[19]Yue JJ,Timm JP,Panjabi MM,et al.Clinical application of the Panjabi neutral zone hypothesis: the Stabilimax NZ posterior lumbar dynamic stabilization system[J].Neurosurg Focus,2007,22(1):E12.