腰椎 Topping-off 术式的临床应用及相关研究进展

汪文龙 刘正 吴四军

腰椎椎间融合术联合椎弓根钉棒内固定已在临床上广泛应用，疗效确切，是治疗多种腰椎退行性疾患的“金标准”。但应用这种经典术式长期随访也会带来新的挑战，如假关节形成、活动度下降以及邻近节段退变 ( adjacent segment degeneration，ASD ) 等[1-2]。随着越来越多非融合技术应用于临床，将两者混搭使用扬长避短，已初显成效。现对腰椎混搭手术 ( hybrid surgery，HS ) 常见的手术方式——Topping-off 术式在临床上的应用情况及相关基础研究综述如下。

一、腰椎 Topping-off 术式的历史

1911 年，法国医生 Hibbs 首先报道将棘突折断、“叠瓦式”排列以达到后方融合治疗脊柱结核后凸，开创了脊柱融合术的先河[3]。随后 Capener[4]于 1932 年首先报道腰椎前路椎间融合术 ( anterior lumbar interbody fusion，ALIF ) 治疗腰椎滑脱。但各种腰椎融合技术飞跃发展还是得益于 20世纪 80 年代后材料工程的进步，包括各种骨移植材料和金属内固定装置等，这些都使术后融合率大大地提高[5-6]。但是融合率的提高并未完全转化为临床满意率的提高[7-8]，同时由于腰椎融合限制了融合节段的生理活动，必然增加了邻近节段的运动负荷，由此导致的远期并发症—— ASD越来越受到临床的重视[9]。1986 年第一个腰椎棘突间装置 ( interspinous process device，IPD ) Wallis 问世，此后越来越多的棘突间撑开装置 ( interspinous distraction device，IDD ) 和棘突间动态稳定装置 ( interspinous stabilizer，ISS )投入临床[10]，次年问世的 Charité 人工椎间盘是第一个商业化生产的腰椎人工椎间盘，并最终于 2004 年获得美国FDA 认可应用于临床[11]。这些腰椎非融合技术的发展和应用一方面为腰椎手术提供新的理念和新的选择，另一方面也保留腰椎手术节段生理活动，有利于预防术后 ASD的发生[12]。但临床上应用这些非融合技术需严格把握适应证，同时多节段使用非融合装置目前仍缺乏有力循证医学证据，故在临床上尚无法广泛开展，更不可能取代传统腰椎融合术。“Topping-off”一词本意指代园艺学中的打顶，意指去除植物向上生长之势，延伸至脊柱外科中指消除融合手术对上位节段的影响，主要是达到减少术后 ASD发生率的目的。腰椎 Topping-off 术式是指在融合节段应用坚强椎弓根钉内固定之上使用腰椎稳定装置，Khoueir等[13]将后路稳定装置大致分为三类：( 1 ) IPD；( 2 ) 基于椎弓根动态钉棒系统；( 3 ) 人工关节突关节。故 Toppingoff 术式也应包括三类，但目前临床上应用并报道最多的为前两类装置与椎弓根钉坚强内固定混搭使用。

二、腰椎 Topping-off 术式的临床应用现状

1. 手术适应证：目前尚无文献明确指出腰椎 Toppingoff 手术的具体适应证，选择使用该术式主要与术者的经验有关。Chen 等[14]报道 Topping-off 术式应用于连续 2 个节段中、重度椎管狭窄保守治疗无效的患者，对上位节段减压并于棘突间植入 CoflexTM装置。Lee 等[15]报道对具有后路椎间融合 ( posterior lumbar interbody fusion，PLIF )手术指征的且伴有 ASD 的患者应用 Topping-off 手术，判断 ASD 的标准如下：( 1 ) MRI 上表现小关节退变；( 2 )Pfirrmann II～III 级椎间盘退变；( 3 ) 轻度或中度的椎管狭窄；( 4 ) 轻度至中度的椎间孔狭窄。Zhu 等[16]报道对 L5～S1节段 PLIF 伴有 L4～5节段轻度椎间盘退变患者采用此术式，L4～5节段放置 WallisTM。Siewe 等[17]认为满足单节段融合手术指征且邻近节段发生影像学退变 ( Pfirrmann II～IV级椎间盘退变 ) 但无节段不稳征象者可采用 Topping-off 手术，融合上位节段使用 DTOTM( dynesys transition optima ) 装置。DTOTM装置一种基于椎弓根钉 / 棒的动态稳定装置，它将著名 Dynesys 动态稳定系统的高分子弹性棒与 6 mm钛棒接合在一起，从而保证钛棒坚强固定上方的弹性固定[18]。Kashkoush 等[19]和 Maserati 等[20]也认为融合节段邻近节段存在椎间盘突出或椎管狭窄症状且没有不稳征象适用 DTOTM装置，同时 Kashkoush 等[19]也将 DTOTM应用到腰椎融合术后的翻修，具体指征包括：术后出现进展性的椎管狭窄、椎间盘突出和腰椎滑脱、术后持续腰痛、假关节形成和内固定移位或失败等，同时动态稳定装置也适用于所有腰椎节段。Coe 等[21]认为单节段或多节段融合邻近节段存在潜在退变而未达到融合指征的适用 NFlexTM装置，其中也应用于 6 例融合术后发生 ASD 患者的翻修。目前报道的临床上应用的 Topping-off 术式的种类如表 1。

Bredow 等[22]认为存在如下 5 种情形可考虑应用Topping-off 术式：( 1 ) 本身治疗的需要：融合邻近节段术前已发生退变；( 2 ) 邻近节段小关节解剖结构已发生变化，使用 IPD 可以减缓小关节或椎板增生、内聚；( 3 ) 当融合术后已发生 ASD，延长融合节段后可采用 Toppingoff 术式预防新发 ASD；( 4 ) 融合后相邻节段行椎板切除是发生 ASD 的危险因素，应采用 Topping-off 术式预防；( 5 )应用于存在容易发生 ASD 的解剖因素的患者：如胸腰筋膜缺损、小关节矢状位成角 52.7°～67.1°、椎板水平成角超过 130°等。

2. 临床疗效：目前国内外尚无前瞻性的随机对照研究对比分析 Topping-off 手术与腰椎融合手术的临床疗效。Siewe 等[23]2014 年发表一份随机对照研究的草案，预计将纳入患者分为对照组和干预组，对照组实施单节段 PLIF，而干预组在单节段 PLIF 的上方加入弹性椎弓根钉棒系统，但此项研究成果目前仍未发表。对于坚强内固定上位节段使用 IPD 的 Topping-off 术式，Zhu 等[16]对比22 例 Topping-off 患者和 23 例 PLIF 患者，两组患者术后均获得了明显的 VAS 和 JOA 评分改善，且 Topping-off组 VAS 评分改善更佳，术后 JOA 评分改善两组无明显差异。Liu 等[24]报道相同的结果，2 位作者来自同一单位，但后者纳入样本量更大。Lee 等[15]进行了一项前瞻性队列研究，对比分析 25 例 Topping-off 手术患者和 50 例 PLIF患者，术后两组患者 ODI 评分、VAS 腰痛和腿痛评分均获得明显改善，但两组之间无明显差异。Chen 等[14]进行目前最大样本量的回顾性研究，两组患者术后 ODI 评分和 VAS 腰痛和腿痛评分均获得明显改善，但 Topping-off组术后 VAS 腰痛评分改善更佳。对于基于椎弓根钉动态钉棒系统，Lee 等[25]报道 2 年随访结果，应用 DTOTM或NFlexTM装置的手术组 VAS 和 ODI 评分较术前明显改善，且 HS 组患者术后服用止痛药较双节段融合内固定组患者少，同时腰椎活动度术后保留更佳，而融合组腰椎活动度却明显受限。Coe 等[21]应用 NFlexTM装置术后 VAS 和 ODI评分分别改善 53% 和 51%，但作者报道此应用于融合术后发生 ASD 翻修患者和腰椎退行性侧凸患者疗效欠佳。Formica 等[26]对 31 例应用 BalanCTM装置，该装置最显著的特点是固定棒为非金属材料，融合节段的固定棒材料同 PEEK 融合器，上方动态稳定节段应用软质材料，作者随访 2 年临床疗效保持良好，同时腰椎前凸亦维持良好。Christian 等[18]对比 DTOTM应用于 3 类患者，即初次腰椎手术患者、既往行单纯减压未行融合手术患者和既往行椎间融合后发生上位节段有症状的 ASD 的患者，经过 48 个月的随访，3 组患者之间临床疗效没有差异，术后临床改善满意，并稳定地维持至末次随访。

表 1 文献中报道应用的 Topping-off 术式所采用的内固定装置Tab.1 The applied devices of topping-off surgery in literatures

腰椎退行性疾患手术疗效主要与手术减压有关，无论是传统腰椎融合或是 Topping-off 手术，充分减压是保证术后症状改善的前提，故以上研究得出的结论均不难理解，同时通过以上研究还可以看出 Topping-off 手术中短期随访疗效能保持稳定，这是 Topping-off 术式能够得以开展和发展的前提条件，否则该术式将变得毫无意义。

3. 预防 ASD：Lee 等[15]通过 2 年以上的随访发现Topping-off 组患者中 6 例 ( 24% ) 发生 ASD，而 PLIF 组中 24 例 ( 48% ) 发生 ASD，并且通过危险因素分析认为Topping-off 手术能够预防术后 ASD 的发生。Chen 等[14]回顾性对比研究发现 Topping-off 手术组末次随访上位邻近节段活动度 ( range of motion，ROM ) 明显较融合组低，且上位邻近椎间隙高度末次随访也高于融合组，Toppingoff 组患者中 10 例 ( 13.2% ) 发生 ASD，而 PLIF 组中 23 例( 26.1% ) 发生 ASD，同时作者认为融合手术是术后发生ASD 的危险因素。Liu 等[24]报道 Topping-off 组和融合组中短期随访均未出现影像学上的或临床上的 ASD，但是通过影像学测量发现 Topping-off 组上位邻近节段屈伸 ROM得到一定的限制，他们认为这可能有助于预防术后 ASD的发生。Lu 等[27]亦通过回顾性研究得出多节段融合上位节段植入 DIAMTM能够明显降低影像学 ASD 的发生，随着多节段腰椎融合术的广泛开展，这种手术方式可以有效降低临床 ASD 和术后翻修的发生。以上学者的研究得出相同的结果，Topping-off 手术相比相同节段的融合手术，上位邻近节段活动度得到限制，这得益与上方 IPD 对植入节段屈伸活动的限制，同时通过中短期随访的确验证了Topping-off 手术有助于预防融合术后 ASD 的发生。但应用Topping-off 术式并不意味着可以完全预防 ASD 的发生，Maserati 等[20]报道了 24 例应用 DTOTM患者中仍有 3 例发生有临床症状的 ASD，其中 1 例发生在动态稳定节段，2 例发生在动态稳定的上位节段，3 例均行术后并翻修扩大融合节段。Christian 等[18]报道的 55 例中，2 年随访动态稳定上位节段产生有症状 ASD 的发生率为 18.18%，而影像学 ASD 的发生率却只有 10.91%。通过 5 年随访，Korovessis 等[28]认为通过融合节段上方植入 Wallis 能够减少融合上 2 个节段影像学和临床 ASD 的发生率。但 Lee等[25]通过 2 年的随访 MRI 研究发现融合组的各椎间盘退变 Pfirmann 等级与 Topping-off 手术组无统计学差异。同样 Putzier 等[29]通过 6 年以上的随访也认为 Topping-off 术式对没有症状的早期节段退变并无大益，且会产生动态稳定节段上位节段退变进展和其它内固定并发症等。Isobar装置主要属性是在动态固定节段的固定棒上加上一个微动装置，使棒具有一定微动活动，从而达到动态稳定的作用，Gao 等[30]对 24 例 Isobar 患者术后随访进行 MRI 复查，对比传统融合手术，2 年后随访应用 Isobar 患者融合上位节段椎间盘退变明显减缓。

国内目前报道临床上开展的 Topping-off 技术主要包括：融合节段上方植入多种类型 IPD[31-33]，其中以 CoflexTM应用较为广泛。同时也有部分学者报道应用K-rod、Isobar 等，初步报道临床安全性良好，疗效满意，随访对于 ASD 具有预防和延缓的价值[34-35]，但目前仍无前瞻性随机对照研究，且基本为中短期随访。

多数学者认为，腰椎融合术后发生 ASD 是多因素作用的结果，对于满足适应证的患者采用 Topping-off 术式有助于降低术后 ASD 的发生率，同时 Topping-off 术式还可以应用于术后发生 ASD 患者的翻修，可以说 Topping-off术式的开展初显预期成效和临床价值，但这一结论还有待多中心长期随访研究的证实。

4. 术后不良事件：Topping-off 术式目前文献中报道大多为中短期随访结果，严重术后并发症很少[14,24]。Lee等[15]报道 Topping-off 术式患者随访上方动态稳定节段1 例发生滑脱，1 例持续性的疼痛，2 例均翻修行融合手术。但通过 Kashkoush 等[19]10 年的随访的报道可以看出，长期随访并发症发生率还是不低，其中包括再手术 ( 31.2% )、术后出现新症状或症状未缓解 ( 15% )、椎间融合器移位 ( 4.5% )、深部伤口感染 ( 3% )、断棒( 1.5% )。Maserati 等[20]报道了 24 例应用 DTOTM患者中5 例发生了并发症，包括 2 例脑脊液瘘、2 例伤口感染、1 例椎弓根钉位置不佳产生症状。Coe 等[21]报道术后 3 例应用 NFlexTM装置患者发生装置相关并发症，包括术后1 年断棒 1 例，椎弓根钉松动 1 例，顶帽松动再手术1 例，除此之外还报道了一些其它并发症：融合节段发生骨质疏松和 cage 移位、感染导致内固定取出、邻近节段再手术等。Christian 等[18]报道的 55 例中影像学上发现螺钉松动的高达 29 例，其中 6 例发生多节段螺钉松动，发生螺钉松动患者 ASD 发生率也相应增加 ( 34.48% )。8 例发生内固定失败，其中 6 例断钉发生在坚强内固定节段，1 例发生横联杆断裂，1 例钛棒断裂。同时 6 例发生椎体骨折，均发生在 L1节段，其中 4 例累及动态稳定椎体。也有部分学者报道动态稳定节段上位节段亦会发生退变加速，发生率约为 4.2%～9.5%[28-29]。文献报道的这些术后并发症的发生不完全于 Topping-off 术式有关，融合手术自身也存在这些并发症，但理论上 Topping-off 术式采用的内固定装置和手术过程更加复杂，并发症尤其是与内固定装置相关并发症发生率可能较高，所以选择应用该术式更应把握好适应证，定期随访复查也尤为重要。

三、腰椎 Topping-off 术式的生物力学研究

关于腰椎 Topping-off 术式的生物力学研究目前报道较多，采用的装置种类也很多样。Herren 等[36]采用一种PEEK 材质棒，动态稳定部分采用硅树脂材料 ( BalanCTM)，通过标本测试，对比传统坚强固定，固定上方节段屈伸和侧屈 ROM 均明显稳定，而轴向旋转度不受影响，同时采用这种装置下方节段椎板切除与否不影响上方动态稳定节段稳定性。Che 等[37]通过标本生物力学研究得出，应用单节段椎弓根钉棒固定，无论在上位节段是否应用 CoflexTM均会增加上位邻近节段 ROM，上方椎间盘内压力也会增加，且邻近节段 ROM 与椎间盘内压力呈明显正相关，但应用 CoflexTM上方节段各方向活动均较单纯应用椎弓根钉棒稳定，但这并不会明显降低椎间盘内压力。Lee 等[12]通过有限元分析两种 Topping-off 术式的生物力学效果，分别于融合坚强内固定节段上方应用弹性的椎弓根钉棒( NFlexTM) 和 IPD ( DIAMTM)，他们认为融合自身会增加上位邻近节段的各方向的活动，而上位节段额外应用这两种装置均会降低上位邻近节段的各方向的活动范围，同时上位邻近节段椎间盘内压力也较融合组低，而且应用NFlexTM降低邻近节段椎间盘压力效果较 DIAMTM更加显著。Kong 等[38]也认为坚强内固定会增加上位节段屈伸活动度，上位邻近节段植入 CoflexTM能够有效降低上位邻近节段屈伸活动度，甚至低于该节段正常的活动度，且不影响侧屈及旋转活动度。国内学者马亮等[39]通过上位节段植入 CoflexTM的生物力学模型也证明该模型的弯曲刚度与完整模型接近，能够有效恢复脊柱屈伸、侧屈及左右旋转时的稳定性，且这种模型能够有效降低屈伸及旋转时融合上位节段椎间盘内的应力，稳定上位节段的活动度，但对融合下位节段影响不大。以上几位作者通过体外生物力学研究均认为这种手术方式有其应用的价值，保留上位节段活动度的同时实现降低邻近节段 ASD 的发生率的目的。

四、展望

腰椎 Topping-off 术式是腰椎 Hybrid 术式中报道最多的一种术式，它的开展得益于腰椎非融合技术尤其是棘突间稳定装置及新型材料的发展和应用，旨在不影响临床疗效的前提下减少融合坚强内固定所带来的远期并发症——ASD。通过目前小范围临床上应用和报道，Topping-off 术式初步实现了这一设想，同时包括生物力学在内的生物力学研究也从侧面证实了这一点，而且采用的多样化的内固定装置也为临床上开展应用提供了理论支撑。同时由于缺乏有力的循证医学证据，从而导致这一术式在开展过程中存在很大的术者经验主导性，导致临床上应用术式十分多样，这便更加不利于综合多中心研究的开展。笔者认为未来 Topping-off 术式得以广泛开展至少需要两方面支持：一是循证医学证据，即前瞻性的多中心的大样本的随机对照研究；二是基础研究证据，即内固定材料的革新以及越来越多的基础研究数据和理论的支持。