椎间盘源性腰痛的研究进展

    发布时间:2015-03-27   来源:中华康网   

      腰痛是困惑人类的常见疾病之一。诊断腰痛的致病原因是极其困难的,腰部任何有感觉神经分布的部位都可能是腰痛的致病部位。直到今天,许多腰痛病人仍不能找到具体致痛原因。椎间盘是腰痛的一个重要来源部位。这种由椎间盘本身引起的腰痛,称为椎间盘源性腰痛,把椎间盘作为独立的致疼部位的观点提出,具有重要临床意义。常熟市第二人民医院脊柱外科吴健

  1 椎间盘源性腰痛的发病机制

  1.1 椎间盘退变疾病(Disc degeneration disease, DDD)与腰痛

      近年来,有关DDD与腰痛的关系研究很多。退变椎间盘内部结构的改变被认为对椎间盘源性腰痛的症状产生起重要作用。退变早期,椎间盘内出现裂隙是其主要的病理特征。已知纤维环有三种破裂类型:环状破裂、放射状破裂和纤维环边缘损伤。放射状破裂是由髓核延伸到纤维环外部的放射状裂隙,由于在纤维环外部分布有感受痛觉的神经末梢,放射状破裂与椎间盘源性腰痛联系紧密。[1,2]

      应当指出的是,椎间盘退变是个生理现象,人的椎间盘退变在20岁就已经发生,是多变的环境因素和老化的结果。并不是所有退变椎间盘均引起腰痛症状,30%~50%的无腰痛症状成年人可出现椎间盘膨出/突出。退变椎间盘可释放大量的炎性介质,当这些炎症介质痛通过破裂的椎间盘裂隙漏出,刺激纤维环外部的神经末梢,可引起腰痛。纤维环破裂后引起硬膜的炎症也可能参与腰痛的发生。髓核也是人体最大的一个无血供组织,由于其的抗原特性,免疫炎性反应在椎间盘源性腰痛发病中起重要作用。

      从生化角度,椎间盘退变联系髓核蛋白多糖的丢失。在退变过程中,蛋白多糖合成和Ⅱ型胶原合成均减少,同时Ⅱ型胶原变性和Ⅰ型胶原合成则增加。椎间盘的生化改变最终影响椎间盘的正常力学性能,髓核及内纤维环的退变,直接导致有神经分布的外层纤维环板层承受较大的负荷,也是腰痛产生的病理基础。

      Ashton等[3]研究发现,在大多数临床上无痛性椎间盘中,神经组织分布的深度远没有疼痛椎间盘远。另一项研究发现,一些退变椎间盘原本无神经分布的内纤维环和髓核出现了神经分布,这为椎间盘源性腰痛提供了一个形态学基础。46%慢性腰痛患者,血管和神经末稍长入内层纤维环,22%长入髓核。[4]椎间盘源性腰痛患者疼痛椎间盘内部、髓核表达GAP~43阳性蛋白和SP,而对照组椎间盘中没有神经结构,支持了神经内生长在慢性腰痛致痛机制中的作用。

  神经生长因子(nerve growth factor,NGF)在椎间盘源性腰痛中的作用最近被研究。[5,6]在无痛的椎间盘中没有发现NGF的表达。然而,在疼痛椎间盘,神经纤维表达NGF受体TrkA。分布在椎间盘的感觉神经纤维来自于背根节(dorsal root ganglion, DRG)神经元,椎间盘炎症引起在DRG中NGF相关神经元增多,说明NGF相关神经元与椎间盘源性腰痛有关。

  1.2 椎间盘内破裂症(Internal disc disruption, IDD)致腰痛机制

      据报道约40%的慢性腰痛由IDD引起。Crock(1970)首先提出IDD,1986年再次描述了这一疾病:即髓核与纤维环正常分界的丢失,结构紊乱和纤维环破裂,纤维环外界保持完整轮廓和形态,没有神经根压迫现象。腰痛由椎间盘正常结构破坏和椎间盘内生化改变引起。

  正常椎间盘生理负重下不会刺激外部纤维环上的伤害感受神经末梢。一个完整椎间盘承受的负荷被纤维环板层均匀的分散和承担,如果发生IDD,相同的负荷则由很少的几层没有破裂的纤维环承担,因此这些纤维环承受非常大的压力,最终达到伤害感受的机械阈值引起疼痛,这时,很少的生理性负重就能机械刺激伤害感受器。[7]如果神经末梢被化学致敏,更易达到机械阈值,引发腰痛。

  髓核内出现的大量炎性介质经纤维环裂隙漏出,接触纤维环外部神经末稍,可引起炎症反应,化学因素成为腰痛产生的病理机制。[8,9]疼痛椎间盘内的炎症介质和因子可能使椎间盘内的神经末梢处于致敏状态,在身体活动等轻微机械压力下引起平时的腰痛。椎间盘造影也证实在纤维环未全层破裂时,造影剂使椎间盘内压力骤然升高,可以诱发出与椎间盘源性腰痛相似的疼痛。

  2 椎间盘源性腰痛的诊断

  椎间盘源性腰痛的病史、症状和体征均不典型。椎间盘造影术是目前诊断椎间盘源性腰痛的最可靠的工具。特别是椎间盘造影CT能更好地显示椎间盘的内部结构。近年来MRI上的高信号区(high-intensity zone,HIZ)和终板的Modic改变已被用来作为椎间盘源性腰痛的有用的影像信号。

  2.1 椎间盘造影术

       椎间盘造影术是目前诊断椎间盘源性腰痛的最重要的方法。[10]椎间盘造影过程中准确地复制疼痛是目前仅有的证实椎间盘是疼痛来源的方法,为进一步治疗提供证据。关于椎间盘造影复制疼痛的机制存在两种解释:一种认为造影剂注入后椎间盘内压力升高,刺激纤维环和终板内分布的神经末梢引起疼痛;另一种理论认为是造影剂的化学刺激引起疼痛。也有人认为椎间盘内注入造影剂后终板的压力提高,或压力通过终板传导到椎体引起疼痛。造影剂注入后椎间盘后,终板发生变形和椎间高度增高证实了这个假说。也有文献研究了椎间盘不同部位对疼痛产生的反应。纤维环外层破裂是仅有的能复制相似和准确疼痛的部位。因此,外层纤维环可能是在椎间盘造影中复制疼痛的部位。最近,Peng等[11]在对经椎间盘造影证实的椎间盘源性腰痛病人的手术切除椎间盘标本进行研究发现,椎间盘源性腰痛病人的疼痛椎间盘在组织学上的显著特征表现为形成一条从髓核至纤维环外层的血管化肉芽组织条带区,其间伴有1个或多个裂隙,并且肉芽组织条带区与椎间盘造影术后CT上显示的纤维环裂隙一致。免疫组化染色显示P物质、神经丝蛋白和血管活性肠肽三种神经肽阳性神经纤维分布数量和比例较正常对照椎间盘和生理老化椎间盘明显增多。因此推断,在椎间盘造影期间,造影剂由髓核向后方流出到纤维环外层,造影剂所产生的压力作用于肉芽组织和分布于其中的神经纤维,是产生腰痛复制的基础。

      椎间盘造影的临床价值已经争论很多年。最近,大多数研究支持把椎间盘造影作为术前的临床诊断和确定手术节段的手段。对于椎间盘源性腰痛,椎间盘造影可能有两个主要作用:第一:帮助临床医生知道疼痛来源。第二:帮助临床医生选择最恰当的治疗方式。在过去的世纪出现了几个微创治疗IDD的方法。椎间盘造影CT上显示阳性纤维环撕裂和复制出一致性疼痛通常作为IDD微创治疗的指征。Ohnmeiss等比较了腰椎间盘突出患者行激光椎间盘减压术后的治疗效果。使用椎间盘造影CT证实疼痛来源的患者,手术后一年的成功率是70.7%, 然而,没有使用间盘造影CT证实疼痛来源的患者,手术的成功率只有44%。这个研究说明了椎间盘造影复制疼痛的重要性和对手术的指导作用。椎间盘造影对脊柱融合的价值也被研究。椎间盘造影术可用来预测不同治疗方法的结果,因此有利于术前计划。

  2.2 MRI的T2像上的HIZ

       1992年Aprill等首先报告在MRI上显示的腰椎间盘纤维环后方的HIZ和下腰痛病人行腰椎间盘造影术阳性有相关性。HIZ的解剖意义和病理学特征还不清楚。Aprill等[12]认为HIZ代表纤维环撕裂后的炎症反应。Schellhas等[13]认为HIZ代表纤维环3-5级的撕裂,之所以呈现高信号区,是因为髓核液充填于裂隙中。Ricketson等 [14]认为HIZ代表椎间盘边缘的新血管形成或肉芽组织,它由炎症诱导。很多学者认为HIZ是椎间盘纤维环撕裂和椎间盘源性下腰痛的影像学标志 ;另一些学者则认为它在椎间盘源性下腰痛的诊断中作用不大。Carragee等[15]的一项研究发现,有腰痛症状的患者MRI的T2像上出现HIZ率是59%,而无腰痛症状患者出现率是24%。有腰痛症状和出现HIZ患者椎间盘造影阳性率是72.2%,有腰痛症状而没有出现HIZ患者阳性率是38.2%。在无腰痛症状组,69.2%的出现HIZ的椎间盘行椎间盘造影出现阳性结果,没有HIZ的椎间盘是10%。因此,该作者认为椎间盘造影诊断盘源性腰痛的可靠性值得怀疑。Peng等[11]一项研究发现所有HIZ存在于3级以上的退变椎间盘中,所有存在HIZ的椎间盘诱发造影时出现一致性疼痛反应,特异性为100%。提示一个症状性的下腰痛病人,如果在MRI上存在HIZ,则表明该椎间盘是临床上疼痛的腰椎间盘。HIZ是更特异和更可靠的椎间盘源性下腰痛的诊断标志性影像,如果症状性下腰痛病有HIZ,它可代替手术前的常规腰椎间盘造影术。

       并不是每个IDD患者的MRI影像表现不正常。在手术和椎间盘造影证实IDD的患者中发现正常的MRI影像。最近一项研究发现HIZ的敏感性是26.7%。[16]MRI诊断纤维环撕裂没有椎间盘造影术敏感。对MRI正常但有持续症状的患者,椎间盘造影对诊断椎间盘源性腰痛可能更准确和有用。Buirski和 Silberstein[17]认为MRI能准确地显示髓核解剖结构。在出现更有效的诊断技术前,椎间盘造影术将是评价椎间盘源性腰痛的唯一方法。

  2.3 Modic改变

        Modic改变是骨髓和终板损伤在MRI上的表现。19世纪80年代首先被提出。研究发现,22-50%退行性椎间盘疾病患者出现Modic改变。[18,19]I型Modic改变:T1像低信号,T2像高信号,提示进行性退变过程;II型Modic改变:T1和T2像均高信号,提示一个稳定的骨髓脂肪慢性变性过程;III型Modic改变:T1和T2像均低信号,提示终板软骨下骨硬化;[20]混合型改变,如I/II和II/III型。Braithwaite等[21]认为Modic改变可以从一种类型向另一种类型转化,代表处在相同的病理过程的不同时期。有关Modic改变的自然史研究甚少。Kuisma等[22]对一组60例非手术坐骨神经痛患者的腰椎MRI影像进行了3年的随访,Modic改变的出现率是23%,14%的Modic改变类型发生改变,6%出现新的改变。因此认为II型Modic改变并不如以前认为的那样稳定。有关Modic改变与临床症状的关系一直有争议。Kuisma等[23]研究了腰痛和坐骨神经痛出现频率和严重程度与Modic改变的联系,发现Ⅰ型改变较其他类型的改变与疼痛症状更相关

  3 椎间盘源性腰痛的手术治疗

  3.1自然史

  IDD的自然史还不是十分明确。这方面的文献报道很少。Smith等[24]回顾性研究了24例有手术适应症而最终没有作手术的单节段椎间盘源性腰痛患者。在最少3年的随访期间,68%患者症状获得改善,8%没有变化,24%加重。66.7%的患者出现了心理问题,疼痛症状逐渐加重。症状获得改善的患者相比没有获得改善的患者腰痛病史较短(3.5比11.0年),开始发病年龄较大(45岁比33岁)。椎间盘病变水平、性别、吸烟和结果之间没有联系。研究还发现非手术治疗患者与文献报道的同样条件下手术治疗患者的相比,结果相似或更好。

  3.2脊柱融合

        保守治疗措施适应症有限,治疗时间长,效果差,容易复发。目前,手术脊柱融合术仍是最常用的治疗手段。[25]椎间盘源性腰痛患者通过手术融合病变节段,目的是切除病变椎间盘,去掉疼痛源,稳定腰椎,缓解症状。尽管有许多研究报道支持融合手术,融合方式也经过了不少改进。[26]但腰椎融合后,出现临近节段加速退变的现象。Gillet等对75例行腰椎融合患者进行了5年以上的随访,发现41%患者出现临近节段的继发病变。20%患者临近节段需进行融合。最近文献报道,相比非手术治疗,脊柱融合并不能有意义地改善下腰痛。[27]虽然现代固定技术的不断改善,使脊柱的融合率提高到大约95%,但仍有超过70%的病人并没有获得相应地临床改善。这些问题的出现,促使一些学者去思考探索新的“稳定”脊柱的方法。

  3.3动力内固定

       对于一些保守治疗无效的严重椎间盘源性下腰痛患者,手术融合病变腰椎节段是常用的治疗方法。每年有超过20万的病人经受脊柱融合,然而脊柱融合的结果一直存在着争议。最近的研究发现保留运动功能的内固定物比限制运动的内固定物更能改善下腰痛,这为下腰痛的治疗提供了新的思路。一个新的概念 “动力内固定”或“软固定”被提出。[25,27,28]其定义为:一个保留有益的运动和节段间负荷传送的固定系统,不作椎体节段融合。这种固定系统能阻止产生疼痛的运动方向和运动平面的腰椎运动,但全部保留其他正常的腰椎活动度。目前,在欧美动力内固定系统已广泛应用于临床,[29-31]主要包括四类::1,棘突间撑开装置;2,经椎弓根固定的动力稳定装置;3,经椎弓根固定的半坚固装置;4,人工椎间盘装置。前三类均为后路系统。一个理想的后路稳定系统应满足:1,微创;2,保留和再建脊柱正常运动;3,防止固定系统疲劳失败;4,保持脊柱正常的生理屈度;5,防止不正常负重;6,失败后易于翻修。

        腰椎的动力稳定存在着几个疑问:1,运动被控制多少最合适?2,动力系统应该分享多少施加到退变椎间盘上的负荷?3,由于动力系统将持久运动,如何防止内固定疲劳失败?目前存在多种动力稳定装置,均处在不同的发展阶段和临床调查研究中。如何完成详尽的临床研究和进行长期随访,确立每个动力稳定装置最适合的适应症,准确鉴别每个具有特异性脊柱状态的腰痛患者的致痛原因,选择最适合的动力稳定装置进行个体化治疗,是取得满意结果的关键,也是今后腰痛治疗非融合技术的研究重点。

  3.4微创治疗

       近年来出现几种微创治疗方法,这些方法的出现是作为对传统手术方法(脊柱融合)争议的思考而产生。

  椎间盘内电热疗法(IDET)是近年来出现的一种微创治疗椎间盘退变的新技术。设计者是美国康复医师SALL兄弟。[32]IDET的作用机制还不是很清楚。有两个假说被提出:1,认为纤维环的电热治疗可以灭活病变部位痛觉神经感受器。2,加热过程可能改变纤维环胶原纤维结构,增加纤维环的稳定性。[33,34]对这两个假说,仍缺乏组织学研究支持。研究显示IDET能使胶原变性和凝结。胶原变性和凝结的临床意义仍不清楚。也没有证据显示那些改变能稳定纤维环环椎间盘。去神经分布理论也没有被证实。Freeman等[35]调查IDET对实验产生的纤维环裂隙的影像。IDET后18个月,在IDET治疗的后部纤维环撕裂部神经纤维与没有治疗组一样。椎间盘源性腰痛涉及炎症过程。热治疗引起坏死。坏死本身可能引起椎间盘内更多的炎症,因此,可能引起更大的疼痛。研究IDET对椎间盘内外的影响,可帮助理解IDET的机制。

        椎间盘射频消融术,1999年12月美国FDA批准临床应用。椎间盘内RF热凝也被使用治疗椎间盘源性腰痛。Ercelen等[36]进行了另一个使用RF治疗椎间盘源性腰痛的随机对照研究。发现椎间盘RF热凝时间的延长,并不能有效改善治疗结果。最近,出现一种新的椎间盘内RF装置――椎间盘TRODE。这个装置可沿着髓核后部与纤维环界面放置热凝纤维环病变部位。Finch等[37]报道46例单节段经椎间盘造影证实的纤维环破裂患者,31例通过椎间盘TRODE热凝纤维环撕裂。剩下15例行保守治疗作为对照。在RF治疗后,VAS得分明显下降,在随访的12个月中,持续下降。而对照组,超过12个月未见VAS得分改变。使用椎间盘TRODE进行RF热凝撕裂的纤维环是治疗由于纤维环撕裂引起的椎间盘源性腰痛的一个有效的治疗方法。

  另外,经皮RF去神经交通支缓解来自椎体和椎间盘的疼痛,也是目前治疗治疗椎间盘源性腰痛的一个选择。[38,39]但是,仍需明确处理那个交通支对患者椎间盘源性腰痛更有效;交通支阻滞能缓解疼痛的程度;交通支RF损伤的效果能持续多久。因为这种治疗方法经济、副作用相对更小,因此临床应用前景可观。

       椎间盘内注射药物治疗椎间盘源性腰痛的有效性仍有争议。椎间盘内注射药物的目的是控制炎症或灭活痛觉神经感受器。研究发现注射氢化可的松治疗椎间盘内的炎症改变,可帮助椎间盘自我愈合和减少腰痛和坐骨神经痛症状。Khot等[40]认为椎间盘内注射激素相对与对照组注射生理盐水,椎间盘源性腰痛的临床结果并没有改善。Peng等[41]报道向椎间盘内注射亚甲兰治疗椎间盘源性腰痛,取得理想的治疗结果。

  4 小节和展望

       虽然近几年来国内外学者对椎间盘源性腰痛研究取得了许多令人鼓舞的成果,以下几个方面的问题仍需要去明确,去解决。这些问题包括:1、椎间盘源性腰痛准确的致病机制;2、椎间盘源性腰痛的自然史;3、椎间盘源性腰痛的有效诊断;4、椎间盘源性腰痛的无创治疗;5、椎间盘源性腰痛患者的评估和个体化治疗的选择。

         近年来,国内外许多学者探索椎间盘疾病的生物治疗方法。[42-45]IDD主要是椎间盘退变的结果。退变椎间盘内细胞数量及功能下降。通过细胞移植恢复椎间盘细胞的数量和功能为治疗IDD提供一个新的方向。用于移植的细胞包括干细胞、成熟的自体椎间盘细胞和来自其椎间盘外其他组织的软骨细胞。研究显示细胞移植可增加蛋白多糖的产生,诱使椎间盘再生,降低椎间盘退变过程。细胞被移植到椎间盘内,将面对椎间盘内恶劣的环境影响。如低氧、低营养、低pH和流体静压高等。这些因素对移植细胞如何影响还未知。在细胞移植作为治疗椎间盘疾病的一个成熟治疗方法前,仍有很多研究工作要完成。已经在实验室和小动物的研究上取得令人瞩目的结果。有理由相信,生物治疗将成为椎间盘源性腰痛的重要治疗方法。

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