椎间盘源性腰痛的临床与机理探讨

【摘要】： 前言 祖国传统医学对腰痛症的诊断、治疗有悠久的历史。然腰痛的病因病机较复杂，虽然治疗方法很多，但难以取得理想效果，有“病人腰痛，大夫头痛”之说。对腰痛症的病因病机研究是辨证施治取得满意疗效的基础。腰痛属“痹症”范畴，多以肾虚为本，风、寒、湿、热为标，关键在气滞血淤，非调理气血不愈。全国痹证学组对痹证分型时，首分“瘀血痹”，提出“即虚且瘀”，“痛则多瘀”的病因病机。从解剖学、生理学、生物力学、生物化学等不同角度研究分析，说明腰腿痛的多因性，多源性。 传统上对腰椎间盘突出导致的腰痛认识较为深入，现代医学证明椎间盘纤维环内破裂、退变本身也能导致顽固性腰痛，这种疼痛有别于椎间盘突出导致的腰腿痛。因此理解中医腰痛症的时候不应仅局限于椎间盘突出症，其范畴应当包括椎间盘突出症、椎间盘源性腰痛等多种疾病。椎间盘源性腰痛的典型表现为顽固性慢性腰痛，性质为钝痛、酸痛，可伴有或不伴有不典型的下肢牵涉痛，其疼痛位置不按神经根支配范围分布，多位于腹股沟、臀部、大腿等处。患者平卧位多能缓解症状，而站立、坐位、劳累后疼痛加重。中医对腰痛症临床表现辨证分析：(1)气滞血瘀型：腰腿痛如刺，痛有定处，日轻夜重，腰部板硬，俯仰转侧受限，痛处拒按，舌质暗红或有淤斑，脉弦紧或涩；(2)湿热痹痛型：腰部疼痛，腿软乏力，痛处伴有热感，遇热或阴雨痛增，恶热，口渴，小便短赤，苔黄腻，脉濡数或弦数；(3)风寒湿困型：腰腿冷痛重着，转侧不利，静卧痛不减，受寒及阴雨加重，肢体发凉，舌质淡，苔白或腻，脉弦紧或濡缓；(4)肝肾亏损型：腰酸痛，腿膝无力，劳累更甚，卧床减轻，偏阳虚者面色恍白，手足不温，少气懒言，腰腿发凉或阳萎，妇女带下清稀，舌质淡，脉象细；偏阴虚者，咽干口渴，面色潮红，倦怠乏力，心烦失眠，多梦等。(5)气虚型：腰痛不能举，中气不接，自觉腰部上下两截，上部不能举动下部，臀骶部有下坠感，久坐后站起时腰不能马上直立，适量活动后痛可减轻，劳累后加重。初时疼痛较轻，有沉困酸胀感，一种姿势过久腰部有不适感，并逐日加重。查体腰部压痛，无放射痛，痛甚时活动受限，舌质淡、苔白，舌体大，脉沉细或沉弦。综合分析以上症状看出椎间盘源性腰痛的症状和气虚型、风寒湿困型、肝肾亏损型有相似之处。 中医认为腰痛的发生与外伤、劳损、骨错、肾虚、风寒湿邪趁虚侵袭有关。1寒湿痹阻《素问·痹痛论》说：“风寒湿三气杂至合而成痹也，其风气胜者为行痹，寒气胜者为痛痹，湿气胜者为着痹。”肾气本虚，复因冒雨涉水、湿衣裹身，或汗水当风受寒，或久居寒冷湿地，均可导致风寒湿邪趁虚侵入而发为痹痛。2肝肾虚损《诸病源候论·腰腿疼痛候》记：“肾主腰腿，肾气不足，受风邪之所为也，劳伤则肾虚，虚则受于风冷，风冷与真气交争，故腰腿痛。”或因年高肾气已衰，精血亏耗，或因先天禀赋不足，肾气本虚，或因劳欲过度，或因多种慢性疾病迁延日久，导致肾精亏损，肝血不足，筋骨失养，在轻微外力下即可发生筋伤骨错而发为痹痛。3气滞血淤《金匮翼》记载：“淤血腰痛者，闪挫及强力举重得之。益腰者，一身之要，屈伸俯仰。无不由之。若一有损伤，则血脉凝涩，经络壅滞，令人卒痛不能转侧。”因腰部突然受剧烈扭闪、牵拉、或强力举重，或弯腰搬抬重物用力过度，损伤腰脊，经络阻塞，气血凝滞而发为痹痛。4骨错筋伤《伤科补要》记载：“若骨缝叠出，俯仰不能，疼痛难忍，腰筋僵硬。”强力扭捩，拉闪等外力致腰脊损伤，筋不束骨，骨缝错移。 腰痛是脊柱外科临床常见疾患，据统计80％的成年人一生中至少发生过一次腰痛。椎间盘内部退变，破裂可能产生有别于椎间盘突出的疼痛症状，这种慢性腰痛来源于病变的椎间盘本身。椎间盘源性腰痛客观体征少，又缺乏特异性物理检查和辅助检查，所以明确诊断非常困难。椎间盘造影是将造影剂在一定压力下注入病变椎间盘内部，目的是诱发与患者平时程度、性质一致的腰痛，从而确定腰痛的来源。目前认为椎间盘造影术是诊断椎间盘源性疼痛的“金标准”。北美脊柱协会执行委员会(Executive Committee of the North American Spine Society)对于椎间盘造影所持的观点是：诱发性椎间盘造影适用于椎间盘性腰痛的试验，除此之外，没有其他方法可以确诊是否为椎间盘源性腰痛。然而椎间盘造影是一个诱发性试验，必然包括了其固有的双重特点：首先诱发症状取决于给予刺激的强度；其次诱发症状还取决于患者的主观反应，而这种主观反应则可能受到除了给予的刺激之外的其他因素干扰。因此有关椎间盘造影的争议仍然很多。其中大多数争论集中在椎间盘造影的“假阳性率”及其对临床治疗的指导意义上。压力控制性椎间盘造影是对传统椎间盘造影术的最大改进措施，造影时过大的压力会超过正常椎间盘组织的承受限度，通过压力性痛觉感受器也会产生疼痛。这种疼痛的产生机制显然和椎间盘源性腰痛的发病机制相左。现有的临床报道及动物试验均证实造影压力过大会导致纤维环破裂，椎间盘突出、脱出。因此有必要对椎间盘造影这一诱发试验的刺激强度和疼痛程度做必要的限制，避免过度的刺激对患者可能造成的损伤，降低假阳性率。 椎间盘并非无神经支配器官，在纤维环后1／3和相邻的后纵韧带有大量来自窦椎神经的分布。有研究证实，退变椎间盘组织在纤维环内层甚至髓核内也有窦椎神经分布。以往多认为单纯机械刺激可诱发椎间盘源性疼痛。近年来许多研究表明椎间盘退变或损伤过程中可产生大量炎症介质，这些化学物质对敏感神经纤维的刺激可能起着更为重要的作用。当这些致痛物质与相应的神经末梢接触后可以引起神经支配范围的疼痛，也可以使神经组织处于超敏状态，在外来轻微机械压力下即引起疼痛。P物质(SP)是公认的痛觉纤维标志物，Coppes等[4]的免疫细胞化学研究发现正常人椎间盘SP免疫反应性神经纤维存在于纤维环的表层，而在退变椎间盘的纤维环深层和髓核组织中也出现了伤害感受性神经纤维—SP阳性神经纤维。对神经肽在椎间盘源性疼痛炎症反应及免疫反应中的作用，仍需要进一步研究来证实。椎间盘的纤维环和髓核细胞均能够合成TNF—α，而且其表达水平和退变程度正相关，纤维环处表达强于髓核。有研究表明，在众多致痛炎性因子中，TNF—α能够特异性的模拟突出髓核对神经根的损害，已经使其成为最近研究的热点。TNF—α在退变性腰痛方面的研究最近才见报道，经检索目前尚未见到经椎间盘造影确诊的致痛椎间盘中TNF—α表达的研究。 前路腰椎融合术(ALIF)是治疗椎间盘源性腰痛的方法之一，所谓“Stand alone”ALIF手术是指单独从腰椎前方置入Cage，不辅助其他内固定。其获得生物力学稳定的机理是“撑开压缩”原理。Stand alone ALIF技术能否提供椎间融合所需的稳定性是各国学者关注的热点。有研究表明辅以前路或后路内固定能够显著提高ALIF的即刻稳定性，但是达到临床融合究竟需要多少即刻稳定性，绝对的即刻稳定是否必要目前还没有定论。另外达到临床融合之前cage在椎间承受反复应力考验，其早期疲劳稳定性对融合率也产生重要影响。此前大多数关于ALIF的试验研究均以金属螺纹cage为研究对象，由于金属螺纹cage的弹性模量远远高于人体骨骼，而且螺纹cage破坏椎体终板的完整性，术后cage下沉、移位、假关节形成等并发症时有发生。聚醚醚酮(Poly-ether-ether-ketone PEEK)是最近开发出来用于椎间融合的材料，其弹性模量介于人体松质骨和皮质骨之间，生物相容性好，抗磨损性强，磨损碎屑不产生炎性吸收反应，目前认为是最佳椎间融合材料。关于PEEK材料Cage的研究很少见报道，其临床、基础研究均有待进一步深入。 本课题旨在系统的、深入的探索椎间盘源性腰痛的诊断方法、病理机制、从生物力学和临床满意率两个角度分别评价前路腰椎椎间融合术的效果。课题组成部分包括： 慢性腰腿痛患者椎间盘造影形态学及相关因素分析。 椎间盘源性腰痛的病理基础研究。 前路腰椎椎间融合术即刻、疲劳稳定性的试验研究。 压力控制性椎间盘造影与前路腰椎椎间融合术疗效的关系。 一、慢性腰腿痛患者椎间盘造影形态学及相关因素分析 目的评价椎间盘造影对椎间盘源性腰痛的诊断价值。 方法临床诊断慢性腰腿痛患者96例，其中男42例，女54例。年龄24～67岁(平均46.4岁)。保守治疗6个月以上未见明显缓解。均接受CT椎间盘造影，造影椎间盘共218个，造影节段分别为：6例L2／3、52例L3／4、76例L4／5、84例L5／S1；2节段造影72例，3节段造影22例，4节段造影2例。其中6例造影前曾有腰椎手术史。造影术后处理：卧床24h；静脉滴注或口服抗菌素48小时，预防椎间隙感染。根据达拉斯CT椎间盘造影评价系统(Dallas Discogram Description DDD)对造影阳性椎间盘的形态分型。 结果经椎间盘造影确诊为阳性者56例(58.3％)，年龄大于50岁组中造影阳性率为33.3％；而年龄小于50岁组中造影阳性率为66.6％。造影形态异常的椎间盘共122个，其中62个(50.8％)造影阳性，造影阳性椎间盘DDD纤维环退变1、2、3级比例分别为45.2％、35.5％、19.4％；造影阴性椎间盘DDD纤维环退变1、2、3级比例分别为30.0％、33.3％、36.7％，(P＞0.25)。造影阳性椎间盘DDD纤维环破裂1、2、3级比例分别为32.3％、67.7％、0％。造影阴性椎间盘DDD纤维环破裂1、2、3级比例分别为23.3％、20.0％、56.7％，(P＜0.005)。年龄小于50岁组中DDD纤维环退变1、2、3级比例分别为51.3％、33.3％、15.4％；DDD纤维环破裂1、2、3级比例分别为25.6％、56.4％、17.9％，(P＜0.005)。50岁及以上组中DDD纤维环退变1、2、3级比例分别为13.6％、36.4％、50.0％；DDD纤维环破裂1、2、3级比例分别为13.6％、40.9％、45.5％，(P＜0.005)。56例(62个)造影阳性椎间盘MR表现均为不同程度的退行性改变(黑间盘)，而MR表现正常的96个椎间盘中没有一例造影阳性。全部病例中出现后纤维环MR高信号区(HIZ)16例，其中14例椎间盘造影为阳性；占全部阳性椎间盘的22.6％。影像学表现正常的椎间盘平均注入造影剂1.2±0.3ml。影像学表现异常的椎间盘中：诱发痛阳性者平均注入3.2±1.4ml；诱发痛阴性者平均注入3.4±1.8ml。二者间无统计学差异。全部病例中未发现造影相关并发症。 结论(1)年轻的慢性腰痛患者中椎间盘造影阳性率较高，老年患者虽然椎间盘退变更明显，但椎间盘造影阳性率不高。(2)椎间盘造影形态异常(纤维环内破裂)是诱发疼痛阳性的发生基础。(3)椎间盘MR信号(T2)降低对诊断椎间盘源性腰痛缺乏特异性，需要椎间盘造影来确定责任椎间盘。(4)造影剂注入量受到诸多因素影响，其诊断价值较低。 二、椎间盘源性腰痛的病理基础研究 目的：根据椎间盘造影不同结果比较椎间盘内痛觉神经纤维和TNF-α分布，探索中医腰痛症的发病机理。 方法：15个椎间盘(L_(4／5)6例，L_5／S_1 9例)取自经椎间盘造影证实为椎间盘源性疼痛行人工椎间盘置换或前路腰椎椎间融合术的患者，年龄33-69岁，平均55岁。男性8例，女性7例。对照组为取自慢性腰腿痛患者的12个椎间盘(L_(3／4)3例，L_(4／5)4例，L_5／S_1 5例)，手术节段经椎间盘造影证实为阴性，行椎间盘髓核切除或后路腰椎椎间融合术，年龄29-58岁，平均47岁，其中男4例，女8例。所有标本用10％中性甲醛固定，逐级酒精脱水，石蜡包埋。间隔1mm做5μm厚的切片，封固于玻片上，做HE染色。分别以免疫组化方法检测P物质(SP)免疫阳性神经纤维和TNF-α免疫阳性的细胞数量。采用量化形态学分析方法计数(每个切片随机选择20个视野，平均计数。) 结果：所有标本均可见退变表现，两组内大部分椎间盘内层纤维环和髓核内可见伴随有新生血管的SP阳性神经纤维长入，同时可见散在分布的TNF-α阳性巨噬细胞。椎间盘造影阳性组SP阳性神经纤维数量均明显多于椎间盘造影阴性组。TNF-α阳性巨噬细胞数量两组未见显著差异。 结论：在慢性腰腿痛患者中，造影阳性椎间盘内层纤维环和髓核内存在大量伴随血管的痛觉神经纤维，而造影阴性椎间盘内以上成分偶有发现。说明痛觉神经异常长入椎间盘内部可能是椎间盘源性腰痛的发病基础。这一发现部分解释了中医腰痛症的发病机理。 三、前路腰椎椎间融合术即刻、疲劳稳定性的试验研究 目的：评价应用PEEK cage的前路腰椎椎间融合的即刻、疲劳生物力学稳定性。 方法：采用6具人类尸体腰椎标本，均来源于男性，X线平片检查排除腰椎疾患和明显退行性改变，双能X线骨密度检查证实所有标本骨密度均处于正常范围。截取L4-S2节段腰椎，用自凝型聚甲基丙烯酸甲酯将标本两端固定在夹具内。沿腰椎轴线加载500N的预负荷后，分别在生物力学试验机上检测以下3种状态的各向活动稳定性(前屈、后伸、侧弯、扭转)：完整腰椎标本，L5／S1椎间盘切除、PEEK cage植入，L5／S1cage辅以后路椎弓根螺钉系统固定。分别进行即刻稳定性和1万次疲劳后稳定性检测。 结果：L5／S1椎间单纯cage植入后前屈、后伸、左侧屈方向活动范围较完整腰椎标本分别减少76.9％、66.6％、81.1％；辅以后路椎弓根螺钉系统固定后，前屈、后伸、左侧屈方向活动范围较单纯cage植入状态分别减少93.9％、90％、86.6％。经过1万次前屈—后伸疲劳负荷后，未见cage或椎弓根螺钉系统松动、移位。 结论：单纯应用PEEKcage的前路腰椎椎间融合术即刻、疲劳稳定性均优于完整腰椎标本。辅以后路椎弓根螺钉系统固定后融合节段稳定性得到显著增强。 四、压力控制性椎间盘造影与前路腰椎椎间融合术疗效的关系 目的探讨椎间盘造影的压力和腰椎间盘源性疼痛手术疗效的关系。 方法2004年4月至2006年6月，65例慢性腰痛患者经压力控制性椎间盘造影确诊为椎间盘源性腰痛。其中22例经保守治疗无效者接受前路腰椎椎间融合术。椎间盘源性腰痛的诊断标准为：(1)腰部及下肢疼痛的部位与神经根定位不相符；(2)症状反复发作，病程在半年以上；(3)MRI病变椎间盘T2加权像低信号；(4)造影压力≤500KPa，椎间盘造影阳性，VAS≥50，相邻节段为阴性对照；(5)小关节封闭除外小关节退变引起的疼痛。患者年龄25～67，平均43.6岁。L_(4，5) 8例，L_5S_1 12例，L_(4-5)和L_5-S_1双间隙2例。记录椎间盘造影诱发疼痛时的压力，椎间盘造影压力≤300KPa(低压组)10例，300-500KPa(高压组)12例。椎间Cage融合术22例24个椎间盘。术后3～7天下地活动，腰围固定3个月。根据术前、术后VAS评分和ODI评分、椎间隙高度、手术时间、出血量等指标比较高压组和低压组手术疗效。 结果所有患者随访6～26个月，平均18个月。术后腰及下肢痛症状明显缓解，均恢复正常生活或工作。椎间隙高度从术前平均9.5mm增加至13.5mm。手术用时70-120min，出血量100～400ml。低压组与高压组术前VAS评分和ODI评分、椎间隙高度、手术时间、出血量等指标无显著差异，术后6个月低压组VAS、ODI改善率分别为82.4％、90.1％；高压组VAS、ODI改善率分别为71.7％、80.6％，差异具有统计学意义(P＜0.05)。随访时未发现肠梗阻、逆行射精和假体位置移动。 结论前路腰椎椎间融合术是治疗椎间盘源性腰痛的有效选择。压力控制性椎间盘造影能够提高椎间盘源性腰痛的诊断准确性，低压力椎间盘造影阳性者手术疗效更高。 创新点： 1、前瞻性研究椎间盘造影压力和椎间盘源性腰痛手术疗效之间的关系。研究结果表明：低压力椎间盘造影诊断椎间盘源性腰痛准确性更高，相应手术疗效更好。 2、观察致痛椎间盘内部TNF—α免疫阳性细胞的分布。结果表明：不同造影结果椎间盘内部TNF—α免疫阳性细胞分布未见显著差异，说明TNF—α可能是椎间盘退变的表现，而非椎间盘源性腰痛的特异性指标。 3、PEEK材料cage前路腰椎椎间融合术即刻稳定性明显优于相邻椎间隙，疲劳测试后稳定性保持好，未见cage明显移位。