胶原酶化学溶解术微创介入治疗的历史回顾与发展

史小花，吕卓敏，胡龙泉，李 波，张洪新，袁 鹏2，

(1西安医学院研究生工作部，陕西 西安 710021；空军军医大学唐都医院：2核医学科，3介入疼痛科，4烧伤整形科，陕西 西安 710038；5解放军第94259部队卫生队，山东 烟台 265600)

约70%的人都会在人生的某个阶段经历腰腿痛，而50%的腰腿痛是由腰椎间盘突出引起的。长期的疼痛严重影响了患者的生活质量和心理健康，不仅造成了患者的经济负担，还易使患者产生焦虑、抑郁等心理症状，因此腰椎间盘突出症(lumbar disc herniation，LDH)的有效治疗至关重要[1-2]。目前，治疗LDH的方式多种多样，包括卧床休息、口服非甾体抗炎药等保守治疗，推拿、生物电疗等中医疗法，化学髓核溶解术、皮质激素注射、椎间孔镜等微创治疗，以及外科手术等，其中胶原酶化学溶解术(collagenase chemonucleolysis，CCNL)由于创伤小、对脊柱稳定性损伤小、术后效果良好、费用低等优点，被广泛应用于临床治疗中。本文将从LDH的流行病学和发病机制、CCNL治疗LDH的机制及手术操作简介、CCNL的历史研究进程和未来发展等方面进行综述，以期为LDH的临床治疗提供参考。

1 LDH

1.1 LDH的定义

LDH是指由椎间盘退变或外伤等原因引起椎间盘髓核组织向外膨出、突出或脱垂，导致相邻脊神经、马尾神经根受刺激或压迫而产生一系列临床症状。LDH发病率为2%～3%，好发于20～50岁的成年人，男性多于女性，多见于腰4-5、腰5-骶1椎间盘，病因复杂，如退行性变、劳损、先天结构异常、遗传因素、吸烟肥胖等其他因素[3-4]。

1.2 LDH的发病机制

椎间盘主要由髓核、纤维环组成(图1)。髓核是位于椎间盘中心的凝胶状部分，主要含水(66%～86%)和Ⅱ型胶原蛋白，纤维环位于髓核外围，主要由纤维组织构成。椎间盘具有承载、传递压力的作用，可以制约脊柱过度活动。由于脊柱中腰椎的活动度较大，因此腰椎间盘最易发生突出[5-6]。

LDH的发病机制主要有以下四种学说：①机械力学学说：经常弯腰、负重、久坐等同时伴不良姿势会使脊柱处于高负荷，椎间盘内的剪切力、应力等增加，导致髓核变性、纤维环受压变薄，最终纤维环破裂，变性的髓核突出，压迫相应腰脊神经根、马尾神经等；②免疫炎症学说：白细胞介素、前列腺素、肿瘤坏死因子等炎症因子相互作用，引起炎症刺激反应，这可能会导致椎间盘性质发生变化而易于突出；③基质金属蛋白酶学说：基质金属蛋白酶和金属蛋白酶组织抑制剂共同存在于椎间盘内，正常情况下二者保持动态平衡，当二者失衡则会导致椎间盘发生退变；④基因控制学说：有研究发现聚集蛋白聚糖基因、凋亡相关基因(如Fas基因、Caspase-9基因)、整合素与LDH存在相关性[7-9]。LDH致病机制示意图见图2。

图2 腰椎间盘突出致病机制示意图

2 CCNL

2.1 胶原酶生物化学性质及溶解椎间盘原理

胶原酶是一种只作用于胶原或者其变性产物明胶和胶原蛋白的酶，主要来源于动物、微生物的组织细胞，微生物来源的胶原酶研究早于动物来源的胶原酶，而研究最早、临床应用最广泛的微生物胶原酶是来源于溶组织梭状芽孢杆菌的胶原酶，即溶组织胶原酶，根据其自身结构的特点和对不同底物具有不同活性的特性，溶组织胶原酶被分为Ⅰ型和Ⅱ型胶原酶。胶原酶不是SH酶(一种新型的活性酶，SH基作为活性中心，和辅酶或金属离子结合)，但也需要与一些金属离子结合才能充分发挥活性，如与Ca2+结合后可以稳定其活性。胶原酶活性受pH值和温度影响，当温度较高或者pH值较低时胶原酶活性丧失。纯化的胶原酶特异性高，仅降解胶原及其降解后的产物而不影响其他蛋白质，如纤维蛋白、弹性蛋白、角蛋白等[10-12]。在生理条件下，韦氏梭状芽孢杆菌和溶组织梭状芽孢杆菌胶原酶是唯一能够攻击天然胶原蛋白的微生物酶，可破坏胶原分子上的肽键而发挥分解胶原作用。由于水分丢失、脂褐素沉积、硫酸软骨素比率增加、非胶原不溶性蛋白质增加等病理改变，髓核、纤维环中的胶原不断增加。胶原酶可以有效地溶解髓核和纤维环中的胶原蛋白，并且不会破坏周围的结构[10]。近年来，有研究发现，注射用胶原酶在体外对炎性物质磷脂酶A2有明显的抑制作用，抑制程度与剂量呈正相关，这可能有利于减轻腰椎间盘突出引发的炎症刺激性疼痛[4，13]。

2.2 CCNL的手术方法

由于纯化的胶原酶可以特异性地溶解胶原及其降解产物，结合椎间盘突出的病理特征，国内外学者将其应用于LDH治疗。空军军医大学唐都医院介入疼痛科CCNL开展较早，同时每年患者手术数量居全国前列[14]。综合国内外不同的操作方法，我们进行了归纳总结。

2.2.1 选择穿刺路径 根据椎间盘突出物的节段分型及大小等，可选择经椎间孔入路、经小关节内缘入路、经骶管裂孔置管入路，进行椎间盘内、盘外注射[15-16]。盘内注射是将胶原酶注射到椎间盘内，适用于突出物较小、纤维环完整者。此方法易造成椎间隙变窄、椎间孔相对性狭窄及终板损伤，引起术后反应性疼痛及较高的复发率，临床多主张采用多靶点、小剂量注射的方法。盘外注射是将胶原酶注射到硬膜外腔，适用于绝大多数LDH，同时对突出物较大、脱出、纤维环破裂等病例也适用。国内临床基本使用的是该方法，但是此方法可因穿刺不当造成不良事件甚至死亡，需由经验丰富的医师操作[17]。

2.2.2 盘外注射手术流程 根据患者的临床表现及影像学检查结果，明确病变部位、穿刺路径和穿刺点，在C臂机或CT引导下进行定位、穿刺，进针时需缓慢，避免损伤血管和神经根，经正、侧位透视及注入适量造影剂证实穿刺针到达目标位置后，注射20 mL/L利多卡因4 mL，观察15～20 min，确认无蛛网膜下腔麻醉表现，开始注射胶原酶，盘外剂量600～1 200 U，多认为不超过1 200 U为宜[17]。

2.3 CCNL的发展进程

2.3.1 CCNL在国外的起源与发展 CCNL的研究始于体外实验及动物实验，研究者发现胶原酶可以特异性地溶解髓核、纤维环，而对软骨、韧带等周围组织几乎无破坏，但是胶原酶剂量较大时会产生充血、轻微的硬膜外出血等并发症，但是这些并发症会在短期内恢复[18]。1979年2月，美国食品药品监督管理局批准CCNL的临床实验。1981—1983年的两项临床研究结果显示，CCNL治疗LDH数月后，多数患者症状逐渐缓解且无过敏反应、感染或者其他并发症及不良事件[19-20]。为了进一步评估胶原酶的疗效，研究者们采用双盲法进行了研究，该研究发现胶原酶组疗效优于安慰剂组，其有效率为80%，而注射安慰剂症状未缓解者接受胶原酶注射治疗后多数症状可缓解，该研究优化了实验方案，更加客观地证明了CCNL治疗LDH的有效性[21]。然而，也有部分研究者对胶原酶的治疗存疑，他们发现部分接受CCNL的患者出现了骨质破坏和终板消失等并发症，认为该手术在一定程度上会影响椎间盘周围的结构[22]。虽然胶原酶治疗会引起的一些并发症，但是已有研究证明这些并发症并无长期损害[23]。国外对CCNL的临床研究与应用，在19世纪中后期达到高峰，但由于新技术的产生、商业竞争、生厂商等诸多因素，目前该方法在国外应用逐渐减少[24]，而与此相反，国内CCNL的发展则逐步扩大并对该方法不断改良(表1)。

表1 国外CCNL相关文献

2.3.2 国内CCNL的引入与探索 1975年上海市率先开展化学髓核溶解术治疗LDH的研究，朱克闻等[25]进行了一项临床研究，对252例LDH患者进行化学髓核溶解术治疗，通过后期随访，发现该疗法确有其效，使得94%的患者受益。王义清等[14]研究也证明了CCNL在临床应用的良好效果，使得胶原酶的临床应用越来越广泛。随着不断地研究探索，学者们通过自身经验，不仅总结出提高治愈率的方法，而且提出了CCNL治疗较大的腰椎间盘突出或者脱出的可行性[26]，部分临床实践也证明了其有效性[27]。

空军军医大学唐都医院张洪新团队提出“三增加”改良胶原酶溶解术治疗腰椎间盘巨大突出或脱出，突破了以往胶原酶治疗LDH的适用范围，提出规范CCNL对巨大LDH的治疗。“三增加”改良胶原酶溶解术即：①增加胶原酶剂量，手术中胶原酶使用量由600 U增加至1 200 U，使溶解更充分；②增加胶原酶注射途径，除经病变节段椎间盘相应水平的硬膜外前间隙内注射胶原酶外，还在病变节段的下一椎间盘相应水平的硬膜外前间隙向上注射胶原酶，以增加胶原酶与突出物的接触面积；③增加治疗次数，由传统住院期间只使用一次胶原酶治疗，改为多次治疗。在“三增加”改良胶原酶溶解术治疗巨大LDH的近中期的临床疗效评估中发现其有效率均>85%，证明了其良好的临床效果[27]。近年来，CCNL与其他治疗方法联合治疗LDH逐渐兴起，如低温等离子靶点射频消融以及热射频消融联合胶原酶治疗等均取得了较满意的结果[28-30](表2)。

表2 国内CCNL相关文献

2.4 CCNL的局限性

CCNL具有创伤小、术中疼痛轻、神经肌肉损伤小等优点，是治疗LDH的重要方法之一，但是在临床应用中也存在局限性。首先，手术操作常常需要在影像设备的透视下进行，手术视野相对不直观，穿刺中可能会损伤血管、神经根，因此对操作者的技术要求较高；其次，为了精准定位以及减少血管及周围组织的损伤，手术操作常常需要在影像设备的透视下进行，操作者需要穿戴厚重的防护服，对患者也会有一定的辐射伤害；最后，就胶原酶自身属性而言，胶原酶属于蛋白质，故生物活性易受到温度、pH值、金属离子等理化因素的影响，而术后的一些并发症也给患者带来不适。此外，CCNL对伴有椎管骨性狭窄、黄韧带肥厚、中重度腰椎椎体滑脱、髓核钙化等患者效果欠佳。

3 结束语

LDH的微创治疗因其创口小、脊柱稳定性好、恢复快等优势，在军人、飞行员等特殊职业领域的应用被广泛关注[31]，CCNL作为微创介入的方法之一，也具有该优势，这也是未来该方法应用的重要方向之一。该技术目前在国内相对成熟，但是随着其他内镜技术的兴起与发展，给CCNL治疗LDH带来巨大的挑战。经皮经椎间孔内镜椎间盘切除术和显微内镜椎间盘切除术等微创内镜技术在LDH的治疗中疗效确切，损伤相对较小，成为近年来的热点疗法，而CCNL在国内的应用逐步减少。但是，目前已有研究表明两种方法治疗椎间孔外型LDH疗效无明显统计学差异，且CCNL术中疼痛轻、住院费用少、操作简单，更适合临床推广应用[32]。在现有CCNL治疗LDH研究基础上，评估突出分级、治疗费用、疗效、复发等不同观察指标，进行CCNL及其他微创手术的对比研究，建立个体化的诊疗方案及预后预测模型，可为LDH的患者带来更好的选择和治疗效果。