重度腰椎滑脫手術(shù)的L5神經(jīng)根牽張損傷機(jī)制△

楊 進(jìn)，孔清泉，吳 浩，李韋龍，伍 椰，王 玉

（1.四川大學(xué)華西醫(yī)院骨科，四川成都 610041；2.西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院脊柱外科，四川瀘州 646000）

重度腰椎滑脫（high-grade spondylolisthesis,HS）的治療一直是脊柱外科的難點(diǎn)，其發(fā)病率相對(duì)較低，缺乏高質(zhì)量的研究來(lái)評(píng)價(jià)其理想的治療方法［1-3］。目前，大多數(shù)學(xué)者傾向于采用手術(shù)治療HS，主流的治療方式為滑脫復(fù)位、糾正后凸、椎間及后外側(cè)植骨融合內(nèi)固定［4-10］。

HS往往伴隨解剖的變異（包括骨性結(jié)構(gòu)發(fā)育不良和可能的神經(jīng)結(jié)構(gòu)的變異）、局部和整體的脊柱骨盆排列的畸形（包括腰骶后凸、骨盆反轉(zhuǎn)、腰椎前凸加大、軀干前傾）、手術(shù)操作區(qū)域深在、神經(jīng)變異以及高神經(jīng)損傷率（可能由于神經(jīng)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于慢性牽拉、壓迫和炎癥反應(yīng)的過(guò)程中而出現(xiàn)神經(jīng)高敏感性）。因此，HS的手術(shù)治療的并發(fā)癥較多，主要包括：神經(jīng)并發(fā)癥（一過(guò)性或永久性的馬尾神經(jīng)損傷、神經(jīng)根損傷、硬膜撕裂腦脊液漏）、假關(guān)節(jié)形成、內(nèi)置物相關(guān)并發(fā)癥、血管損傷、感染、相鄰節(jié)段退變等［11-17］。

L5神經(jīng)根損傷（L5nerve root injury,L5-NRI，或稱為L(zhǎng)5神經(jīng)根麻痹，L5nerve root palsy,L5-NRP）是HS手術(shù)治療中最多見的神經(jīng)并發(fā)癥［18］，其中部分發(fā)展為完全的L5神經(jīng)根（L5nerve root,L5-NR）功能喪失，給患者及社會(huì)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)針對(duì)此問題的綜述文獻(xiàn)，本研究基于目前此方面的文獻(xiàn)，將HS與L5-NRI發(fā)生的流行病學(xué)特點(diǎn)、病理解剖基礎(chǔ)、可能的機(jī)制、預(yù)防干預(yù)措施及展望做一綜述。

1 神經(jīng)根損傷與滑脫復(fù)位

在HS的手術(shù)治療中，如何避免術(shù)后新發(fā)的神經(jīng)根損傷是治療的焦點(diǎn)之一。根據(jù)一些較新的研究報(bào)道，神經(jīng)根損傷發(fā)生率為 5%～29%［12，13，19］。在早期的一些小樣本（研究等級(jí)較低）的研究中，其發(fā)生率約4%～45%，并且認(rèn)為手術(shù)方式和入路的不同是造成神經(jīng)并發(fā)癥發(fā)生率差異較大的主要原因［20］。

盡管如此，多數(shù)研究者仍指出復(fù)位可能與新發(fā)的神經(jīng)損傷有關(guān)［12，15，21，22］。但另一些研究卻顯示，在復(fù)位與非復(fù)位的HS手術(shù)中并沒有發(fā)現(xiàn)神經(jīng)并發(fā)癥的差異［23，24］。有學(xué)者認(rèn)為，神經(jīng)并發(fā)癥發(fā)生率的差異可能與復(fù)位技術(shù)與復(fù)位程度的不同有關(guān)，神經(jīng)損傷主要與復(fù)位過(guò)程中的神經(jīng)牽拉機(jī)制（現(xiàn)象）相關(guān)，因此推測(cè)術(shù)中復(fù)位的距離和神經(jīng)損傷的發(fā)生率之間存在相關(guān)［25］，Lehmer等［26］同時(shí)指出，L5-NR 最容易出現(xiàn)損傷。

2 病理解剖及損傷機(jī)制

明確腰神經(jīng)根走行區(qū)域的解剖，以及與鄰近骨骼和結(jié)締組織的復(fù)雜的解剖毗鄰關(guān)系是理解牽張性神經(jīng)根損傷發(fā)生的基礎(chǔ)。腰神經(jīng)根被封閉在一個(gè)中空的半圓柱狀隱窩內(nèi)，稱為腰椎側(cè)隱窩，側(cè)隱窩內(nèi)含可活動(dòng)的神經(jīng)結(jié)構(gòu)：腰神經(jīng)根，神經(jīng)根緊貼著部分限制的活動(dòng)結(jié)構(gòu)，如椎間盤和小關(guān)節(jié)。因此，側(cè)隱窩和穿過(guò)其內(nèi)的神經(jīng)根與腰椎的運(yùn)動(dòng)功能單元關(guān)系密切，神經(jīng)根在這個(gè)可活動(dòng)的骨韌帶結(jié)構(gòu)的空間內(nèi)處于一種動(dòng)態(tài)的牽張或壓力性力學(xué)環(huán)境中，這些作用在神經(jīng)根上的應(yīng)力可能使神經(jīng)根產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變。

側(cè)隱窩的分區(qū)目前仍無(wú)定論，使用較為廣泛的是“三區(qū)法”［27］。側(cè)隱窩的入口區(qū)為關(guān)節(jié)突的內(nèi)側(cè)和下方，椎間盤后份構(gòu)成此區(qū)的前壁，關(guān)節(jié)突構(gòu)成后壁；中間區(qū)為神經(jīng)根在椎弓峽部的深面穿行的區(qū)域；出口區(qū)為椎間孔區(qū)域。椎間孔的后份為關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的下外部分，椎間孔的前份為椎體和椎間盤的后份［27，28］。近來(lái)，王玉等［29，30］對(duì)腰椎側(cè)方椎管進(jìn)行了分區(qū)的細(xì)化（5區(qū)法），旨在更為精確的定位診斷，從而更利于理解、交流，更適用于微創(chuàng)技術(shù)的開展。

脊柱做屈伸運(yùn)動(dòng)時(shí)，椎管的長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化，前屈的時(shí)候椎管變長(zhǎng)，后伸變短。在成人，這種椎管長(zhǎng)度變化可達(dá)7 cm左右。生理狀態(tài)下，神經(jīng)根可以隨著脊柱的運(yùn)動(dòng)發(fā)生一定范圍的位移，從而適應(yīng)椎管長(zhǎng)度的變化。但腰神經(jīng)根在側(cè)隱窩內(nèi)的活動(dòng)常常在兩個(gè)部位被周圍的結(jié)構(gòu)所限制（栓系效應(yīng)）。第一個(gè)是神經(jīng)根出硬膜囊處，即所謂的神經(jīng)根袖的頸部，纖維結(jié)締組織附著在神經(jīng)根的腹側(cè)和背側(cè)，纖維索帶與下位的椎弓根相連；第二個(gè)則位于椎間孔的外側(cè)，神經(jīng)根被上下椎弓根之間的韌帶結(jié)構(gòu)所限制［31-34］。這些韌帶具有維持空間結(jié)構(gòu)和保護(hù)神經(jīng)根的功能，并在下肢和脊柱活動(dòng)時(shí)分散神經(jīng)根承受的應(yīng)力［31，33，35，36］。神經(jīng)根與椎弓根的內(nèi)下壁有比較緊密的空間關(guān)系，這種關(guān)系被相對(duì)固定的椎間孔韌帶所維系。因此，在研究腰椎運(yùn)動(dòng)單元與神經(jīng)根的相對(duì)關(guān)系時(shí)，椎弓根可以作為神經(jīng)根活動(dòng)的一個(gè)很好的參照［28，35］。此外，椎弓根還在神經(jīng)根受壓的病理過(guò)程中還扮演著一個(gè)重要的角色［28］。在病理情況下，這種在側(cè)隱窩內(nèi)固定且持續(xù)的神經(jīng)固定結(jié)構(gòu)可以形成對(duì)神經(jīng)根的卡壓，從而構(gòu)成靜態(tài)側(cè)隱窩綜合征的解剖學(xué)基礎(chǔ)。另一方面，在一些非正?；蛘哌^(guò)度的活動(dòng)中，這些解剖結(jié)構(gòu)會(huì)加重對(duì)于神經(jīng)結(jié)構(gòu)的牽拉或卡壓，如：在活動(dòng)性的腰椎滑脫中，可以產(chǎn)生活動(dòng)后的癥狀（休息時(shí)消失），稱為動(dòng)態(tài)的側(cè)隱窩綜合征。

在椎間孔內(nèi)（出口區(qū)），神經(jīng)根占據(jù)30%～50%的椎間孔的橫截面積，因此，對(duì)于出行根來(lái)講，正常椎間孔內(nèi)的空間完全足夠。相對(duì)于椎間孔，脊神經(jīng)根的背根神經(jīng)節(jié)的空間位置變異較大。背根神經(jīng)節(jié)位于神經(jīng)根形成的初段，80%的S1節(jié)位于椎管內(nèi)，其余節(jié)段的背根節(jié)常常位于椎間孔內(nèi)［37］。在神經(jīng)根常見的兩個(gè)固定點(diǎn)的栓系效應(yīng)出現(xiàn)時(shí)，可能更易出現(xiàn)背根神經(jīng)節(jié)的牽拉，這種牽拉可能導(dǎo)致背根神經(jīng)節(jié)的形變。由于背根神經(jīng)節(jié)主要由感覺神經(jīng)元構(gòu)成，且是主要的中轉(zhuǎn)及投射神經(jīng)結(jié)構(gòu)，可同時(shí)向中樞和外周靶結(jié)構(gòu)傳遞負(fù)性信號(hào)，從而導(dǎo)致各種臨床癥狀，這些癥狀以感覺變化為主，如疼痛、痛覺過(guò)敏、淺感覺異常等。由于神經(jīng)系統(tǒng)和脊柱發(fā)育的不均等，在下腰椎，神經(jīng)根的椎管內(nèi)的行程較長(zhǎng)。因此，L4、L5、S1根會(huì)經(jīng)過(guò)兩個(gè)或更多的脊柱運(yùn)動(dòng)節(jié)段。從理論上來(lái)講，這種發(fā)育的特點(diǎn)使得這些神經(jīng)根面臨更多的受到牽拉的可能而導(dǎo)致?lián)p傷的風(fēng)險(xiǎn)，也可以解釋為什么在臨床上常見到這些神經(jīng)根的損傷［27，28，33，38］。

神經(jīng)根作為一個(gè)粘彈性的物質(zhì)，作用在神經(jīng)根上的牽拉力將表現(xiàn)出應(yīng)變效應(yīng)，即改變神經(jīng)根本身的初長(zhǎng)度。脊椎的前滑脫將會(huì)導(dǎo)致側(cè)隱窩的前移，這種前移將會(huì)帶動(dòng)神經(jīng)結(jié)構(gòu)的前移，合并椎間孔內(nèi)的韌帶產(chǎn)生的固定效應(yīng)，將對(duì)神經(jīng)根產(chǎn)生一種牽拉的效應(yīng)。在下腰椎，尤其是L4、5和L5S1，三葉草形態(tài)的側(cè)隱窩往往伴有更小的側(cè)隱窩前后徑，這時(shí)，作用在L5-NR的牽張力將會(huì)由于這種狹窄的側(cè)隱窩而增加［34］。神經(jīng)根受到的牽拉及其應(yīng)變可以是準(zhǔn)靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)的。在腰椎彎曲時(shí)，L5椎體的后上角可能會(huì)對(duì)神經(jīng)根增加平面外載荷和剪切載荷從而導(dǎo)致神經(jīng)根的應(yīng)變；椎體后緣的骨刺或椎間盤突出可能會(huì)減小側(cè)隱窩的體積從而加重神經(jīng)根在其內(nèi)的栓系作用，從而增加L5-NR的牽拉效應(yīng)［34］。此外，椎間盤高度降低時(shí)，出行神經(jīng)根可能會(huì)被增生的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)或者骨贅、纖維結(jié)締組織頂壓，這種病理改變?cè)谠趰{部斷裂的HS中極為常見。

HS手術(shù)易發(fā)生L5-NRI可能還與一個(gè)椎管外的神經(jīng)固定點(diǎn)（卡壓點(diǎn)）有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，在腰神經(jīng)根背側(cè)的髂腰韌帶復(fù)合體存在較大的變異度，并且在近一半的標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)，在骶骨和L5椎體之間有一個(gè)結(jié)締組織形成的纖維條帶，其恒定地經(jīng)過(guò)L5-NR的前方，因此，在L5-NR的前后方都有纖維結(jié)締組織形成一個(gè)纖維鞘［39］。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，模擬腰椎椎間隙的撐開或前后位移的復(fù)位，神經(jīng)根受到的壓強(qiáng)超過(guò)30 mmHg，并且，隨著復(fù)位的增加，神經(jīng)結(jié)構(gòu)周圍的壓強(qiáng)隨之增加［39］。還有學(xué)者指出，脊柱運(yùn)動(dòng)時(shí)椎管內(nèi)神經(jīng)組織是通過(guò)被動(dòng)變形（神經(jīng)受到牽拉后的應(yīng)變）而不是滑動(dòng)來(lái)適應(yīng)脊柱的運(yùn)動(dòng)［40］。

3 神經(jīng)根組織學(xué)及損傷的生物力學(xué)

機(jī)械牽拉是引起神經(jīng)組織功能和形態(tài)損傷的一個(gè)重要原因。目前，對(duì)于中樞系統(tǒng)或神經(jīng)根的牽拉研究較少。明確機(jī)械力對(duì)軸突結(jié)構(gòu)的影響以及其功能反應(yīng)之間的關(guān)系對(duì)于良好的理解在拉伸條件下的軸突病理改變非常重要［41-45］。文獻(xiàn)報(bào)道，脊神經(jīng)根的力學(xué)特性的變異范圍大。應(yīng)變率是衡量其材料特性的良好指標(biāo)之一，它是一種時(shí)間依賴的粘彈性特性，其隨著神經(jīng)根的直徑以及組織結(jié)構(gòu)的不同而變化［44，46-48］。神經(jīng)根的材料特性主要受其所含膠原纖維的數(shù)量所影響，盡管脊神經(jīng)根所含膠原纖維為脊髓的6倍多，但卻只占周圍神經(jīng)的20%左右［43，49］。蛋白質(zhì)的含量在背側(cè)和腹側(cè)的神經(jīng)根里只占到其干重的8.1%左右。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)根的機(jī)械性能弱，其最大機(jī)械強(qiáng)度僅為周圍神經(jīng)的10%，其剛度為周圍神經(jīng)的20%［43，49］。神經(jīng)和神經(jīng)根強(qiáng)度的差異表明，通過(guò)神經(jīng)外膜或硬膜組織的牽張力的耗散可能存在差異。由此可見，相對(duì)于周圍神經(jīng)，神經(jīng)根的相對(duì)機(jī)械脆性是由于組織學(xué)和膠原成分的不同所致的。

目前，人類的神經(jīng)根的牽拉所致的生物力學(xué)變化以及生理反應(yīng)仍知之甚少［50-54］。動(dòng)物模型為理解牽拉所致神經(jīng)根或周圍神經(jīng)損傷提供了一些間接的證據(jù)，但對(duì)這些研究的解釋應(yīng)該謹(jǐn)慎，因?yàn)榇蠖鄶?shù)動(dòng)物模型不能精確地再現(xiàn)人類軸突損傷的程度、生物學(xué)變化和病程長(zhǎng)短及轉(zhuǎn)歸［43，48，53，55-58］。在鼠神經(jīng)根的拉伸變形的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)中［46］，其應(yīng)力應(yīng)變曲線中存在一個(gè)明顯的起始中性區(qū)。這個(gè)中性區(qū)說(shuō)明神經(jīng)根在受到較小的牽拉載荷時(shí)可能并未出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的病理改變或損傷。在中性區(qū)后緊接著就是一個(gè)線性區(qū)（可能出現(xiàn)神經(jīng)損傷），在線性區(qū)的后方，神經(jīng)達(dá)到拉伸極限（超過(guò)神經(jīng)的彈性極限），神經(jīng)出現(xiàn)斷裂［34］。研究表明，神經(jīng)根承擔(dān)的最大載荷與其直徑呈正相關(guān)［46，47，57］。拉伸速率的差異對(duì)神經(jīng)的應(yīng)變、可承受的載荷或者可能出現(xiàn)的損傷也有差異。Kwan等［59］報(bào)道人類的神經(jīng)根的拉伸強(qiáng)度在（0.17±0.59）MPa，在應(yīng)變率為0.17 mm/s時(shí)的極限應(yīng)變?yōu)椋?5.0±3.5）%。Sunderland和Bradley［60］報(bào)道，在拉伸率為1.27 mm/s時(shí)，人的第三骶神經(jīng)的拉伸力和拉伸載荷的范圍分別為3.9～29.4 MPa和0.2～3.3 kg。

4 預(yù)防措施及展望

文獻(xiàn)報(bào)道大部分HS術(shù)后患者的神經(jīng)損傷都是暫時(shí)的，其中約10%的患者可能出現(xiàn)永久性的神經(jīng)功能障礙［12］。隨著術(shù)中電生理監(jiān)測(cè)技術(shù)的完善與發(fā)展，術(shù)中神經(jīng)電生理監(jiān)測(cè)（multimodal intra-operative monitoring,MIOM）在HS的手術(shù)中的應(yīng)用日漸普遍，尤其是在術(shù)中計(jì)劃實(shí)施復(fù)位的情況下，然而其應(yīng)用效果仍缺乏高等級(jí)的證據(jù)支持且待進(jìn)一步驗(yàn)證［19］。在2017年的一個(gè)研究中，17例重度滑脫患者在MIOM輔助下進(jìn)行HS復(fù)位手術(shù)，術(shù)后復(fù)位從術(shù)前平均（72±21）%下降到（19±13）%，術(shù)后L5-NRI為5例（29%），其中有4例患者L5-NR功能完全恢復(fù)，但與未使用MIOM的研究相比，其L5-NRI的比例并沒有明顯的改善［13］。在HS的外科治療決策中，完全復(fù)位與部分復(fù)位、復(fù)位與糾正腰骶后凸優(yōu)先級(jí)、復(fù)位與L5-NRI這些爭(zhēng)議點(diǎn)仍然困擾著臨床醫(yī)生。針對(duì)每個(gè)病人的個(gè)性化的治療考慮固然非常重要，但仍缺乏對(duì)上述爭(zhēng)議點(diǎn)的一些共識(shí)。

1996年，Petraco等［61］采用尸體腰骶椎體和非彈性繩制作體外滑脫的復(fù)位模型，測(cè)量在不同程度的復(fù)位、重建椎間高度以及調(diào)整不同的后凸角度后繩子的長(zhǎng)度變化，使用繩子在各種操作過(guò)程中的長(zhǎng)度變化除以繩子的初長(zhǎng)度的數(shù)學(xué)模型來(lái)間接推算L5-NR受到的牽張力。研究表明，71%的神經(jīng)根牽拉力會(huì)出現(xiàn)在復(fù)位過(guò)程的后半段，29%的牽拉力出現(xiàn)在復(fù)位過(guò)程的前半段，牽拉力的增加呈非線性趨勢(shì)，在復(fù)位的后半程神經(jīng)根所受到的牽張力明顯增加，會(huì)明顯增加神經(jīng)根損傷的風(fēng)險(xiǎn)［61］。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在復(fù)位的后半段，腰骶角的改善將會(huì)增加L5-NR的牽張力；而椎間高度的增加會(huì)增加繩子的長(zhǎng)度，但不會(huì)增加L5-NR的牽張力。這個(gè)研究給臨床工作帶來(lái)一些重要的啟示，但也存在一些局限：（1）沒有考慮到HS的骨性結(jié)構(gòu)異常的因素（研究采用正常的骨骼標(biāo)本）；（2）沒有考慮到神經(jīng)結(jié)構(gòu)的生理范圍內(nèi)的彈性作用對(duì)應(yīng)變的影響（采用非彈性繩）；（3）對(duì)不同椎間高度對(duì)L5-NR的初長(zhǎng)度的計(jì)算方式可能存在問題，導(dǎo)致椎間高度的增加不會(huì)增加L5-NR的牽張力的結(jié)論。因此，仍需要采用更可靠的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)量化神經(jīng)根在HS復(fù)位過(guò)程中所承受的牽張力，并且關(guān)聯(lián)這些牽張力與神經(jīng)損傷的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)臨床進(jìn)行指導(dǎo)以降低L5-NRI發(fā)生率。

神經(jīng)在損傷前到底能夠承受多大的牽張力或者拉應(yīng)力，目前的研究還沒有結(jié)論。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，除開神經(jīng)本身的材料學(xué)方面的形變和損傷外，在神經(jīng)牽拉中出現(xiàn)的神經(jīng)滋養(yǎng)血管的血流中斷或降低以及傳導(dǎo)功能的改變可能也是其損傷的重要因素［54，62，63］。目前，即使在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，神經(jīng)的牽拉傷模型仍然存在較多不足，主要有：（1）單純神經(jīng)牽拉傷模型難以制作，多為卡壓或鉗夾和牽拉的復(fù)合損傷；（2）損傷難以恒量，造模基線不等，導(dǎo)致后期的觀測(cè)和干預(yù)難以評(píng)價(jià)；（3）采用材料學(xué)方面的神經(jīng)力學(xué)測(cè)試（多為破壞性試驗(yàn)）不能夠滿足神經(jīng)損傷后的功能觀察的要求。因此，對(duì)于牽拉傷的研究，建立可定量的神經(jīng)根或神經(jīng)單純牽拉傷模型是深入研究的基礎(chǔ)。

隨著對(duì)于腰椎、骨盆以及全脊柱矢狀面平衡的基本理念和力學(xué)環(huán)境的進(jìn)一步理解，目前的觀點(diǎn)認(rèn)為，相比完全復(fù)位而言，局部的后凸畸形矯正、脊柱骨盆的平衡重建對(duì)于HS的治療可能更為重要。所謂的完全復(fù)位可能不會(huì)帶給患者更多的收益，與之相連的高并發(fā)癥包括潛在的L5-NRI卻可能使醫(yī)生和患者處于較高的風(fēng)險(xiǎn)之下。所以，部分的復(fù)位、降低L55-NRI的機(jī)會(huì)、改善脊柱平衡以及取得可靠地融合可能是更安全、更合理的手術(shù)方案，但這種觀點(diǎn)仍需要進(jìn)一步的相關(guān)研究進(jìn)行佐證。