动态稳定系统的生物力学和临床应用进展

钟建斌，胡 勇

1.宁波大学医学院，宁波 315211

2.宁波大学医学院附属宁波市第六医院脊柱外科，宁波 315040

动态稳定系统（Dynesys）由Stoll 等［1］在Graf 韧带系统的基础上改进设计而成，现已广泛应用于治疗腰椎退行性疾病（LDD）。LDD 主要包括腰椎椎间盘突出、继发性腰椎椎管狭窄、退行性椎体滑脱及退行性脊柱侧凸等，当引发严重腰腿部疼痛、神经根压迫等临床症状时往往需要手术治疗。与传统后路腰椎椎间融合术（PLIF）及经椎间孔腰椎椎间融合术（TLIF）相比，Dynesys 通过椎弓根螺钉连接产生的动态推拉关系在固定节段对抗异常折弯力和剪切力、改善固定节段应力传导的同时保留固定节段活动度（ROM），进而减少术后邻近节段退行性变（ASD）的发生［2］。然而，目前关于Dynesys的临床疗效尚存在争议。本文对近年来国内外关于Dynesys的相关研究进行分析，从生物力学、临床应用等方面作如下综述。

1 Dynesys的生物力学

Dynesys 通过聚酯绳索和弹性套管限制固定节段过度前屈和后伸，组成的推拉装置与椎弓根螺钉间保持微动状态，保留了固定节段ROM［3］。研究表明，Dynesys 可为固定节段提供良好的稳定性、减轻固定节段纤维环压力及关节面应力，但同时也增加了邻近节段ROM、纤维环压力及关节突关节的异常应力［4］。故Dynesys 尚未达到完全卸载椎间盘异常应力及均匀终板承重的理想状态。此外，置入内固定会引起椎体旋转中心后移，导致限制旋转运动不足，在维持椎体矢状位平衡方面尚不理想［5］，Dynesys 的生物力学机制需进一步深入研究。

LDD 主要病变部位为椎间盘和关节突关节，椎间盘在生理状态下均匀承受应力，然而在椎间盘退行性变过程中随着椎间盘髓核水化率降低及椎间隙高度下降，导致大部分应力转移至外围纤维环，造成腰椎旋转轴力线改变及相邻节段应力分布异常［6］，进而导致椎间盘突出、腰椎滑脱、脊柱侧凸等疾病发生。人体腰椎生理运动姿势为一种复合旋转和移位状态，不发生明显单侧旋转和头尾运动，病理状态下腰椎同样存在类似的耦合运动［7］。因而发生椎间盘退行性变时，病变部位缺乏主导旋转轴，表现为在左右侧曲及前屈时，病变关节面及邻近关节ROM 增大［8］。这表明椎间盘退行性变不但影响病变关节，同时也造成邻近关节ROM 改变以及应力负荷增加，进而导致ASD 发生。

目前研究表明，Dynesys 可保留固定节段ROM并能有效维持椎间稳定性，避免椎体发生异常活动。Más 等［4］使用三维有限元模型的对照研究发现，58 例采用Dynesys 内固定术的LDD 患者，不同平面在运动状态下，Dynesys 较PLIF 能明显保留固定节段ROM 和最大侧曲ROM。Choi 等［9］在Dynesys与PLIF 的生物力学对比研究中发现，L4/L5节段病变应用Dynesys 能保持椎体最佳稳定性，PLIF 对邻近关节ROM 改变较Dynesys 明显，更易导致ASD 发生。此外，Dynesys 在前屈和后伸状态下，颅侧节段ROM 改变较尾侧明显，提示术后ASD 易发生于固定节段颅侧。Kulduk 等［10］运用有限元模型研究发现，L4/L5节段在前屈、后伸及水平旋转状态下若被施加400 N 压力，Dynesys 可有效降低固定节段椎间盘压力负荷，但在前屈和后伸状态下可造成邻近节段关节面应力增加，提示Dynesys 可将固定节段应力转移至邻近节段，增加相邻节段的压力负荷。Kiapour 等［11］运用有限元模型研究了L3～ S1椎间盘切除术中使用Dynesys 对腰椎生物力学的影响，发现在侧曲及后伸状态下Dynesys 螺钉应力负荷较刚性固定系统高28%，全椎间盘切除术中螺钉松解力矩是局部椎间盘切除术的6 倍，在全椎间盘切除术中应用Dynesys 可增加40%的前屈及200%的轴向旋转运动，造成螺钉应力负荷增加，术后易发生螺钉松动、断裂等不良事件。Jahng 等［12］的研究也表明，Dynesys 固定节段在前屈状态下随着力矩增大，可造成邻近关节突关节应力明显增加。上述研究证明了Dynesys 通过保持固定节段良好的稳定性，能有效降低病变节段异常应力，但Dynesys 在前屈状态下可将应力转移至邻近节段，导致邻近节段关节面及关节突关节压力负荷增大，提示在前屈状态下更易发生ASD。

2 Dynesys的临床应用

2.1 Dynesys 的临床疗效

Zhou 等［13］分析了老年腰椎椎管狭窄症患者临床资料，20 例采用TLIF 治疗，15 例采用Dynesys内固定术治疗，术后5 d 腰背疼痛视觉模拟量表（VAS）评分Dynesys 组低于TLIF 组，末次随访时Dynesys 组固定节段ROM 降低，TLIF 组ROM 消失，Dynesys 组相邻节段ROM 无明显变化，TLIF 组相邻节段ROM 高于术前，提示Dynesys 可有效避免术后假关节形成，治疗老年腰椎椎管狭窄症具有优势。余洋等［14］应用Dynesys 内固定术治疗7 例Ⅰ度腰椎滑脱伴椎管狭窄患者，结果显示，术后VAS 评分、Oswestry 功能障碍指数（ODI）较术前明显降低，腰椎滑脱节段Meyerding 分级无进一步发展，证明Dynesys 可保持固定节段良好的稳定性，防止腰椎滑脱进展。Hoppe 等［15］对39 例L4，5退行性椎体滑脱患者实施了双侧减压Dynesys 内固定术，术后平均随访7.2 年，结果证实Dynesys 治疗退行性腰椎滑脱具有良好的长期疗效。

虽然部分研究对Dynesys 在临床中的疗效较为肯定，但亦有学者认为Dynesys 临床疗效并不优于传统融合术。Kuo 等［16］对照研究了L4，5Ⅰ度滑脱患者22 例行MIS-TLIF 和64 例行Dynesys 内固定术治疗，平均随访32.7 个月，结果发现，2 组末次随访VAS 评分、日本骨科学会（JOA）评分、ODI 和影像学结果并无明显差异，而Dynesys 较MIS-TLIF 远期存在更高螺钉磨损及松动风险，认为Dynesys 治疗LDD 较传统融合术并无明显优势。关于Dynesys 内固定术后并发症与传统融合术的对比，Pham 等［17］纳入1 166 例患者，平均随访33.7 个月，Dynesys内固定术后感染率为4.3%，椎弓根螺钉松动率为11.7%，椎弓根螺钉断裂率为1.6%，11.3%的患者进行翻修手术，ASD 发生率为7.0%，其中40.6%的患者进行二次手术治疗，表明Dynesys 内固定术并发症发生率与传统融合术相比并无明显优势。此外，Neukamp 等［18］通过扫描电子显微镜和红外光谱仪评估Dynesys 术后磨损情况，发现所有弹性套管及装置平均2.86 年后出现磨损表现，其中60%的弹性套管周围组织发现高分子颗粒及异物相关性巨噬细胞反应，提示Dynesys 磨损后产生的微颗粒物可导致组织慢性炎性反应。

综上，Dynesys 的术后感染、脑脊液漏及螺钉松动、断裂、错位和术后翻修等并发症发生率与传统融合术相似。Dynesys 保留了腰椎部分ROM，在维持腰椎生理曲度及避免假关节形成方面较融合术有一定优势，但同时也注意到Dynesys 中的聚酯绳索和弹性套管会发生高分子颗粒降解，进而导致异物相关性巨噬细胞反应。因此，关于Dynesys 的安全性及长期疗效需进一步证实。

2.2 Dynesys 对邻近节段的影响

Dynesys 通过保留固定节段ROM，减少邻近节段异常应力，避免ASD 发生，目前大部分临床随访研究支持Dynesys 能有效延缓ASD 病程。Lee 等［19］对照研究了L4/L5节段LDD 患者行TLIF 和Dynesys内固定术后邻近节段影像学改变，平均随访61 个月，末次随访发现TLIF 组L2～ S1双侧关节突关节及固定节段单侧关节突关节退行性变较Dynesys组明显，认为Dynesys 可有效预防ASD。Hou 等［20］对LDD 患者行Dynesys 内固定术和PLIF 术后影像学（MRI）资料进行比较分析，发现Dynesys 组术后Woodend 分级较PLIF 组低，表观弥散系数较PLIF组高，证明Dynesys 可有效预防和延缓椎间盘退行性变。Bredin 等［21］采用Dynesys 内固定术和PLIF治疗复发性腰椎椎间盘突出伴腰椎椎管狭窄症，平均随访5.5 年，末次随访时Dynesys 组固定节段ROM为4.1°，PLIF 组为0.7°，影像学资料提示Dynesys 组ASD发生率为12.1%，PLIF组为36.0%，表明Dynesys较PLIF 能有效预防ASD 进展。Lee 等［22］经过平均44.8 个月的随访发现，Dynesys 内固定术后邻近节段椎间盘、关节突关节未发现进一步退行性改变，证实Dynesys 能有效延缓ASD。张阳等［23］随访研究了96 例LDD 患者，其中46 例行Dynesys 内固定术，50 例行PLIF，术后平均随访2 年均获得良好的临床疗效。与PLIF相比，Dynesys 能保留手术节段ROM，邻近节段ROM 的增幅及ASD 发生率均较低。

然而，亦有学者对Dynesys 预防ASD 的发生持不同看法。Yang 等［24］回顾性分析行Dynesys 内固定术和PLIF 治疗的LDD 患者的临床资料，发现Dynesys 组虽能保留固定节段ROM，但固定节段椎间盘退行性变、相邻节段ROM 和ASD 与PLIF 组无明显差异，认为Dynesys 较PLIF 在预防ASD 发生方面并无明显优势。St-Pierre 等［25］对52 例Dynesys 内固定术后患者进行了平均92 个月的长期随访，通过随机森林法进行多变量分析，结果显示，29%的患者平均45 个月后发生ASD，17%的患者平均65个月后发生椎体融合，提出ASD 的发生与患者既往ASD 病史、固定节段神经损伤、LDD 复发和多节段腰椎退行性变相关，最终认为ASD 是由多个病因联合造成的人体自然退行性改变，与Dynesys 保持固定节段低融合率特性无明显关联。Payer 等［26］应用Dynesys 内固定术治疗30 例单节段腰椎退行性滑脱患者，通过2 年随访发现10%的患者出现明显ASD临床症状，认为Dynesys 并不能有效预防ASD 发生。

目前的大部分研究提示，腰椎术后发生ASD 的危险因素是多元的，主要包括年龄、体质量、ASD、内固定方式、融合节段范围、周围组织破坏、脊柱-骨盆矢状面参数失衡等［27-30］。笔者认为，Dynesys 内固定术通过保留部分腰椎ROM，部分避免脊柱-骨盆矢状面参数失衡造成的腰椎不稳，对于预防ASD进展有一定作用。然而，ASD 的致病因素较为复杂，除手术因素之外，患者个体因素也是术后发生ASD的重要原因。因此，由于内固定方式的不同而造成术后ASD 只是其众多危险因素的其中之一，关于Dynesys 内固定术预防ASD 的作用还需长期、多中心的随机对照随访研究来阐明。

2.3 Dynesys 适应证与禁忌证

目前尚无明确标准定义Dynesys 的适应证与禁忌证。Chang 等［31］研究了采用Dynesys 内固定术治疗的30 例青年LDD 患者的临床疗效，10 年随访发现，Dynesys 能延缓LDD 病程并能有效防止术后腰椎特发性不稳，认为Dynesys 适用于腰椎无/轻度不稳的青年患者。Hoppe 等［15］的研究表明，Dynesys治疗L4/L5退行性腰椎滑脱伴椎管狭窄具有良好的远期疗效。Lee 等［22］提出Dynesys 适用于治疗融合术后发生ASD的患者，并可有效延缓ASD进程。余洋等［14］的研究表明，Dynesys 的良好稳定性能有效防止轻度腰椎滑脱进展。Lee 等［32］的荟萃分析纳入了506 位患者临床资料，认为融合术仍是治疗晚期LDD 和严重腰椎不稳的首选方法，Dynesys 则更适用需要快速康复的Ⅰ度及以下的腰椎滑脱患者。Kuo 等［33］对206 例单/双节段LDD 患者进行平均51.1 个月的随访，发现20.4%的患者出现螺钉松动，其中大部分涉及S1节段，认为高龄、肥胖、S1节段受累及术后未能恢复腰椎生理前凸的患者因存在更高的螺钉松动风险而不适用Dynesys。Fay 等［34］认为年龄＞ 60 岁的患者接受Dynesys 内固定术后容易发生邻近关节突关节融合，导致固定节段ROM 降低，加速ASD 的发生而不适用Dynesys。

综上，Dynesys 内固定术对于青年、腰椎无/轻度不稳、腰椎轻度滑脱的患者有较好的临床疗效，而对高龄、肥胖、晚期LDD、严重腰椎不稳、S1节段受累以及术后未能恢复腰椎生理前凸的患者因存在较多的术后并发症而不建议使用。

3 Dynesys联合多裂肌与最长肌间隙（Wiltse）入路减压术

Dynesys 因其具有良好稳定性及保留固定节段ROM 等优势，在治疗LDD 方面获得了良好的临床疗效，然而却不能有效解决神经根压迫问题。研究表明，Dynesys 联合后侧旁入路减压术可有效缓解神经根症状。Liu 等［35］采用Dynesys 联合Wiltse 入路减压术治疗37 例神经根压迫的LDD 患者，平均随访20个月，末次随访时所有患者术后椎间隙高度增加，椎间盘ROM 部分保留，对相邻节段未产生明显影响，未发生腰椎不稳、螺钉松动、断裂或扭曲等不良事件。Lee 等［36］的研究纳入了行Dynesys 联合Wiltse 入路减压术治疗的28 例老年腰椎椎管狭窄症伴退行性脊柱侧凸患者，平均随访30.7 个月，术前平均腰椎侧凸角为13.7°，术后3、12、24 个月及末次随访时腰椎侧凸角分别为5.1°、3.8°、4.2°和3.9°，下肢及腰背部VAS 评分及ODI 明显降低，未发生神经功能缺损、加重及脊柱侧凸加重等不良事件；表明Dynesys 联合Wiltse 入路减压术能有效保留腰椎ROM 及前凸状态，是治疗老年腰椎椎管狭窄症伴轻中度脊柱侧凸安全有效的手术方式。Landi 等［37］的研究则证明Dynesys 联合Wiltse 入路减压术可作为PLIF 术后失败患者的一种挽救术式，并在后期随访中显示了良好的临床疗效。

4 结语与展望

Dynesys 作为目前广泛应用的一种动态内固定装置，其相较PLIF 及TLIF 能有效保留固定节段的生理ROM，减少邻近节段的异常应力，其手术时间、术中出血量、住院时间、术后VAS 评分、术后JOA评分、术后ODI 及术后影像学结果均较传统融合术有明显优势。目前的临床研究对于Dynesys 能否预防ASD 尚存在争议，故还需进行长期、多中心的随机对照随访研究来阐明Dynesys 的临床疗效、适应证及禁忌证。随着快速康复外科理念的提出，腰椎后侧旁入路微创动态内固定术具有良好的临床应用前景。改进Dynesys 部件使其可适应完全经皮置入的微创手术，进而实现微创和非融合相结合的理念，这可能是LDD 治疗的一种新方向。