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非融合技术治疗儿童脊柱侧弯的研究进展

标签:脊柱侧弯 论文精选 | 作者:刘家明 | 发表时间:2012-08-04 18:47:27

对青少年骨骼尚未发育成熟时期出现的脊柱侧凸的治疗非常具有挑战性。尤其是早发性脊柱侧凸(early onset scoliosis,EOS)[1-4],由于侧凸出现早、进展快、畸形重,给治疗带来极大的困难。采用脊柱矫形内固定融合手术治疗儿童脊柱侧凸,虽可改善畸形,但由于限制了脊柱的生长,影响儿童胸腔脏器的发育,甚至会出现“曲轴现象”[5],严重者可导致胸廓发育不全综合征(thoracic insufficiency syndrome, TIS)[6]。如何在手术矫形治疗过程中最大程度地保留脊柱的生长能力,一直是困扰脊柱外科医生的难题,而非融合技术是目前解决这一难题的有效方法。

目前治疗儿童脊柱侧凸常用的非融合技术包括:生长棒技术、VEPTR(Vertical Expandable Prosthetic Titanium Rib)技术、椎体U形钉侧凸矫形技术、椎弓根螺钉栓系技术及椎体楔形截骨术。现就非融合技术治疗儿童脊柱侧凸的研究进展综述如下。

一、生长棒技术

生长棒技术是指将上下两根金属棒置于脊柱一侧,两棒通过多米诺连接器相连,上下两端固定于椎体,在矫正脊柱侧凸畸形的同时可周期性的进行延长。与传统的脊柱内固定融合手术不同,生长棒技术在对脊柱侧凸畸形进行矫正的同时,可以保证脊柱在纵向的生长发育[7-8]。生长棒技术不受脊柱侧凸类型的限制,特发性、先天性以及神经肌肉型等各种类型的脊柱侧凸的低龄患者都可应用。尽管目前尚无统一的适应证,但绝大多数学者认为施行生长棒手术必须具备以下条件[9-11]:(1)骨骼发育尚未成熟,脊柱存在明显的纵向生长能力;(2)侧凸畸形进行性加重,Cobb角>50°;(3)侧凸脊柱具有一定的柔韧性或在行前路一期松解后具有一定的柔韧性。在手术技巧上,生长棒技术要求尽量减少椎板的暴露,预防术后可能出现的脊柱融合。操作中除在棒的上下端需要短节段暴露椎板外,其余节段均要求远离脊柱操作,生长棒放置于皮下或筋膜下,术后每隔6~12个月撑开一次。后续撑开的指征是侧凸Cobb角增加超过15°或坐高增加超过2 cm[12]。

Moe[13]在1984年首先报道了应用改良的Harrington棒皮下置钉技术对儿童脊柱侧凸进行治疗。虽保留了脊柱的纵向能力,但反复的手术延长,带来了诸如内固定移位、脱钩、断棒和钢丝断裂、脊柱自发性融合等一系列问题。Luque[14]于上世纪70年代提出了Luque手术,手术时不行植骨融合,依靠钢丝与矫形棒的自动滑移获得生长保留,其使用平滑的L形矫形棒取代了Harrington棒,形成了有名的Luque Trolley技术,减少了最终融合前的反复多次延长手术,35%的病例无需进行再次手术和最终的融合手术。

在单棒和双棒的效果方面,一直存在不少争议。Thompson等[15]比较了单棒和双棒治疗脊柱侧凸的疗效,认为二者在控制侧凸进展和保留脊柱生长能力方面均有一定的效果,但双棒可以提供更好的初始矫形效果,并能更好的维持矫形。

Andrew等[16]对生长棒两端采用螺钉-螺钉、螺钉-椎弓根勾、椎弓根勾-椎弓根勾等不同的固定方式的固定效果进行生物力学研究,发现相邻两椎体间植入4枚椎弓根螺钉具有最大的抗拔出能力,而两棒间使用横联并不增加固定强度。Sponseller等[17]在对神经肌肉型脊柱侧凸患者行生长棒手术时,发现将生长棒下端固定于骨盆不但可以纠正骨盆倾斜,并且能够获得足够的固定强度,而并发症发生率并不高于非固定于骨盆组。

Akbarnia等[18]对一组接受生长棒手术治疗的儿童脊柱侧凸患者进行了3~11年的随访,发现后续行生长棒延长频率快的患者(每≤6个月延长一次),其身高增长速度及矫形效果均好于频率慢的患者。Sponseller等[19]将生长棒技术应用了马凡氏综合征的侧凸儿童,认为生长棒技术可以有效地减小脊柱失平衡状态。Sankar等[20]对一组252例脊柱侧凸患者接受总共782次生长棒手术的大宗病例进行回顾性研究,其中569次手术术中应用了脊髓监护,发现生长棒手术中的神经损伤发生率极低,仅有0.1%的患者出现了短暂性的神经损害。在361次生长棒延长术中,从未出现神经损伤事件。故作者认为初次手术无神经并发症的儿童在后续生长棒延长手术中应用脊髓监护的必要性值得商榷。

McCarthy等[21]最近介绍了一种起源于韩国的、无需反复手术延长的“Shilla”生长棒,其设计原理是在侧凸顶椎和上下端分别植入椎弓根螺钉,将生长棒与顶椎椎弓根螺钉固定锁紧,而上下端仅通过椎弓根螺钉孔槽而不锁紧,允许生长棒在孔槽内自由滑动,同时椎体间不行融合,使得生长棒可随脊柱生长而自行延长。他们将“Shilla”生长棒植入未成年山羊体内进行试验,术后6个月后拍摄脊柱X线片,发现所有的内固定材料均未发生移位,并且山羊胸腰段脊柱在维持矫形效果的前提下获得了平均48mm的延长。

总之,生长棒技术可有效的控制及矫正脊柱畸形,保证脊柱及肺脏的生长发育,但较高的并发症发生率和过多的手术次数是其缺点;同时内固定区域存在椎体自发性融合现象;术后长时间佩戴支具给患者带来了极大的不便。邱勇等[22]在对21例脊柱生长棒术后儿童的随访中发现,随着延长次数的增加,其延长效果下降,而并发症发生率增高,有近3/4的患儿最终未能完成预期的延长疗程。Li等[23]对11例接受生长棒手术的侧凸儿童进行回顾性研究,发现45.5%的患者术后出现了并发症,包括金属棒移位、椎弓根螺钉松动、断棒等,因而作者认为对接受生长棒手术治疗的患者需要进行严格、规律的随访。国外一项关于生长棒治疗早发性脊柱侧凸的多中心研究显示,在反复的手术延长过程中,其并发症发生率高达48%[24]。

二、VEPTR技术

VEPTR技术最早是作为一种治疗胸廓发育不全综合征(thoracic insufficiencv syndrome, TIS)的方法而被提出来的。TIS首先由Campbell等[25]提出,是指胸廓不能够支持正常呼吸和肺的发育的一种综合征。先天性或者获得性胸廓、脊柱或者肋骨畸形均能够引起胸廓容积减小或者胸壁僵硬而最终导致呼吸功能不全。VEPTR技术通过在脊柱凹侧放置钛合金肋骨撑开器,使肋骨和胸廓得以扩张,以促进肋骨的生长发育并间接达到非融合矫正胸椎侧凸畸形的目的。因儿童脊柱侧凸患者常合并有TIS,因而VEPTR技术常用于矫正儿童脊柱侧凸合并胸廓畸形,并能保留脊柱和肺的生长能力[26-28]。

目前,对于VEPTR的手术适应症尚无统一观点。Campbell等[29]认为VEPTR技术治疗儿童脊柱畸形的适应证为:(1)脊柱发育尚未成熟;(2)进展性TIS;(3)侧弯凹侧胸廓高度较凸侧压缩超过10%;(4)侧凸顶椎处有超过3个椎体异常和超过3根肋骨融合。 后来,Emans等[30]提出了新的VEPTR手术适应证:(1)儿童与肋骨融合/缺损有关的胸廓和脊柱畸形所导致的单侧或者双侧限制性胸廓畸形或TIS;(2)直接治疗限制性胸廓畸形,增加胸腔容积的同时间接矫正脊柱畸形并保持和允许胸段脊柱的继续生长;(3)治疗生长期儿童肋骨融合/缺损以及与TIS有关的胸廓和脊柱联合畸形。

Campbell等[31]应用VEPTR技术治疗儿童先天性胸椎侧弯合并颈性倾斜及TIS,术后患儿的胸椎侧凸畸形、肺功能、躯干失代偿均得到了改善,同时颈性倾斜得到稳定。Caubet等[32]通过观察发现VEPTR术后患者血红蛋白水平升高,由此作者认为VEPTR手术可显著改善患者肺功能,并建议用血红蛋白水平来评估早发性脊柱侧凸患儿的肺功能及其手术治疗效果。Motoyama等[33]回顾性研究了一组合并中重度限制性通气功能障碍的TIS患者接受系列VEPTR手术治疗的效果,平均随访3.2年,术后患者的用力肺活量(forced vital capacity,FVC)平均每年增加11.1%。

Skaggs等[34]对VEPTR手术过程中的神经损伤风险和术中应用脊髓监护的效果进行评估,认为VEPTR手术中应用脊髓监护是有效的,但在既往VEPTR手术中无神经损伤的患者中,其后续延长术中没有必要进行脊髓监护。

Hasler等[35]对比生长棒与VEPTR的矫形效果,发现VEPTR术后并发症发生率较低,控制矢状面和骨盆倾斜的效果较好,但冠状面上的矫形效果不及生长棒。Samdani等[36]将VEPTR技术应用于大龄(>10岁)复杂脊柱侧凸合并胸廓畸形的儿童,获得了良好的矫形效果,并认为较之风险较高的椎体切除术,VEPTR技术是治疗该类患者的一个较好的选择。

对于TIS患者而言,VEPTR手术可以扩大患者胸腔容积,增加患儿的肺活量,对于肺功能的改善和侧凸的矫正有一定的效果,但也无可避免的存在一些并发症,包括装置的肋环移位、装置断裂、深部感染以及臂丛神经瘫等,且存在较高的肺部并发症发生率。但相对生长棒而言,其并发症发生率较低[35]。

三、椎体U形钉侧凸矫形技术和椎弓根螺钉栓系技术

U形钉(staple)治疗脊柱侧凸利用的是对凸侧脊柱的生长阻滞的原理。骨骼纵向生长受到多种因素的调控.其中最主要的就是压力[37]。Hueter-volkmann定律[38]认为骨骼生长终板承受的压力越大,其生长速度越慢。20世纪50年代人们首次将这个定律应用于脊柱侧凸矫形,但对于应用U形钉治疗脊柱侧凸的适应症,一直未形成统一的观点。2003年,Betz等[39]通过病例回顾分析,提出椎体U形钉侧凸矫形技术的应用指征是:(1)年龄>9岁的进展性侧凸;(2)Risser征Ⅱ度以下;(3)Cobb角为20°~45°之间。而后凸畸形>40°、肺功能不全、对植入金属过敏等则为手术禁忌。

张永刚等[40]将记忆合金加压U形钉植入山羊胸椎,观察其对山羊脊柱生长的影响。结果发现,记忆合金加压U形钉能够有效抑制半侧脊椎骨骺的生长,调节脊柱的生长方向,同时加压力的大小与脊柱生长抑制成正相关。Song等[41]也发现U形钉可以显著改变侧凸椎体两侧生长板的生长速度。Betz等[42]通过病例回顾分析发现,U形钉治疗腰弯的有效率为87%,而79%的胸弯术后小于35°,未见U形钉移位或神经血管损伤等并发症发生。

Stücker[43]通过对椎体U形钉术后的侧凸患者进行随访,发现Cobb角大于35°的患者术后畸形仍持续进展,而Cobb角小于35°的患者术后无进展。因而作者建议在使用椎体U形钉矫正脊柱侧凸畸形时,应选择Cobb角小于35°的病例。

椎体U形钉侧凸矫形技术对于侧弯度数较小的患者可以取得满意的矫形效果,但由于跨越活动的椎间盘进行固定,承受的应力较大,易发生松动、脱出、断裂。目前,对于该应用该技术得长期随访资料还比较少,临床指征尚未明确,也未被广泛接受,且研究主要集中在动物实验上[44-46],仍需要大量的临床病例及长期随访资料以明确U形钉侧凸矫形技术在治疗儿童脊柱侧凸的作用。

椎弓根螺钉栓系技术治疗儿童脊柱侧凸的原理同U形钉相同,也是通过对椎体的生长阻滞来达到矫正畸形的目的。术中在凸侧椎体放置椎弓根螺钉,通过不同材料制成的栓绳将各个螺钉连接在一起并适当加压,使凸侧椎体生长受到抑制,而凹侧椎体生长不受影响,从而矫正侧凸畸形,同时保留了脊柱的生长能力。

Newton等分别在牛和猪动物模型上进行椎弓根螺钉栓系技术的实验研究,发现栓系侧脊柱很快出现侧后凸畸形,当去除栓系后侧弯部分可恢复到原来水平[47]。同时,栓系侧椎体和间盘出现楔形变,但未发现椎间盘退变的证据[48]。故作者认为椎体栓系技术可做为一种新的非融合方法应用于生长期侧凸患者的矫形。

Braun等[49]报道了在山羊模型上应用骨钉-韧带栓系技术治疗山羊脊柱侧凸的实验研究,发现骨钉-韧带栓系技术较U形钉具有更好的矫形效果和更强的抗拔出能力。后来,Braun等[50]又比较了骨钉-韧带栓系和椎体U形钉对侧凸畸形的三维矫形效果,发现栓系技术可以矫正冠状面上的脊柱畸形,但对于矢状面和水平面却无矫形能力。同时,栓系组矫形效果好于U形钉组。

目前,在椎弓根螺钉栓系技术方面的研究还比较少,大多数仍停留在动物实验上,临床报道不多,对其安全性、适应证、栓系材料等方面仍有待进一步研究。但它却给儿童脊柱侧凸的治疗提供了一种新的思路,通过选择不同的材料制成螺钉和栓绳,将来可能出现可吸收非融合技术,从而避免目前的非融合技术需要反复多次手术延长及最终融合的弊端。

四、多椎体楔形截骨术

多椎体楔形截骨术是通过前路手术对脊柱侧弯弧内多个椎体进行楔形截骨,配合内固定或外固定维持截骨后的力线及矫形效果,待截骨处愈合后再将固定物拆除的一种非融合技术。由于只对椎体凸侧进行截骨,而未行植骨融合,待内固定取出后,脊柱仍保留纵向生长及活动能力,从而在矫正脊柱侧凸畸形的同时不影响脊柱的活动功能。

Maruyama等[51]对20例特发性脊柱侧凸儿童应用多椎体楔形截骨术进行治疗。术后采用一种特殊设计的植入系统来辅助矫形和维持力线。术后12周将植入物移除,平均随访8.9年,未出现神经系统并发症,Cobb角由术前的平均64.0°矫正至术后的平均48.2°,而肺功能术前术后差异无统计学意义。因此作者认为非融合性、多椎体楔形截骨术能够安全有效的矫正儿童特发性脊柱侧凸的侧凸畸形。

Guille等[52]对应用多椎体楔形截骨术治疗的儿童麻痹性脊柱侧凸的可行性、安全性和有效性进行研究,认为该非融合技术治疗麻痹性脊柱侧凸是可行和安全的,并且能保留脊柱的活动功能,但对于其有效性还需要长期的随访才能明确。McCarthy等[53]对一组因脊髓损伤或脊髓发育不良引起的麻痹性脊柱侧凸儿童行多椎体楔形截骨手术治疗。其选择病例的适应症为:①胸腰弯或腰弯进展的麻痹性脊柱侧凸;②存在脊髓损伤或脊髓发育不良;③侧凸Cobb角>35°。术后配合胸腰骶支具固定,待骨骼发育成熟后将支具移除。脊柱功能评分在术后2年的随访中得到明显改善。故作者认为多椎体楔形截骨术是治疗儿童麻痹性脊柱侧凸的一种有效方法。

尽管多椎体楔形截骨术可以有效的改善脊柱侧凸畸形,但其并发症发生率较高,包括神经损伤、伤口感染和假关节形成等[52],同时后凸畸形矫正效果差,术后需要长时间佩戴支具固定,给患者带来极大的不便。

五、小结

无论是保守治疗还是手术治疗,儿童脊柱侧凸的治疗一直是一个难题。通过佩戴支具的保守治疗方法虽有一定的疗效,但不能控制侧凸的进展。对侧凸脊柱进行融合的治疗方法,虽可有效的矫正畸形,但却限制了患儿脊柱的纵向生长。非融合手术治疗为儿童脊柱侧凸提供了一个可以选择并且行之有效的治疗途径,是儿童矫正脊柱畸形的主要方法,它可以保留年幼患者的脊柱生长能力,延迟终末性融合手术的时间。但是,目前存在的各种非融合技术均有其相应的优缺点及适应症,仍有待进一步的改进,以获得更好的治疗效果,同时减少并发症发生率,减少多次手术给患者带来的痛苦。


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刘家明

副主任医师 讲师

南昌大学第一附属医院

骨科

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