椎間牽引促進(jìn)退變椎間盤修復(fù)的核磁共振研究

阮建偉 宮小康 孔勁松

（浙江省臺州市立醫(yī)院，浙江 臺州 318000）

椎間盤是雙相物質(zhì)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，同時包含固相及液相組織。在日常生活中，外在壓力使椎間盤壓縮，椎間盤通過“失水化”引起基質(zhì)內(nèi)靜水壓的升高，隨著力學(xué)負(fù)荷的持續(xù)，水分逐漸從基質(zhì)中受到驅(qū)逐，而在負(fù)荷解除后，會引起相反的變化，水分重新滲入椎間盤，即“再水化”，在這個過程中完成椎間盤細(xì)胞的新陳代謝。當(dāng)椎間盤處于長期或超負(fù)荷的應(yīng)力環(huán)境中，“再水化”和“失水化”不平衡，椎間盤細(xì)胞外基質(zhì)水合能力下降，使椎間盤水含量降低、粘彈性減退，進(jìn)而導(dǎo)致組織架構(gòu)的重塑、椎間盤退變，最終導(dǎo)致不穩(wěn)定、疼痛和神經(jīng)癥狀。

診斷方法在很大程度上決定了椎間盤退變能否早期診斷、監(jiān)測[1]，雖然人類已經(jīng)建立了一套完整的診斷評估標(biāo)準(zhǔn)，其主要的臨床表現(xiàn)是下腰痛，但很多標(biāo)準(zhǔn)的靈敏度較差，在相當(dāng)高比例的無癥狀人群中也存在椎間盤退變的形態(tài)特征[2]。1990年Thompson等推薦核磁共振成像作為評估椎間盤退變程度的標(biāo)準(zhǔn)[3]。核磁共振可以追蹤水分子，并且通過信號強(qiáng)度的變化反映出水分含量和組織形態(tài)的改變。因此我們選擇核磁共振成像作為診斷、評估方法。

本實(shí)驗(yàn)的目的是通過建立椎間盤退變模型，以核磁共振成像信號強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，評估椎間牽引在促進(jìn)退變椎間盤自我修復(fù)過程中的作用，希望能夠?yàn)槔_人類的椎間盤退行性疾病尋

找到一種新的治療方向，甚至能夠起到“返老還童”的作用。

1 對象與方法

27只成年雌性新西蘭白兔，體質(zhì)量范圍3.5～4.4kg，隨機(jī)分為3組，18只通過連續(xù)28d的200牛頓的過載負(fù)荷制作椎間盤中度退變模型，其中9只緊接著進(jìn)行持續(xù)28d的120牛頓的椎間牽引（組1）、另外9只作為對照組既不過載也不牽引（組2），9只新西蘭兔只進(jìn)行持續(xù)56d的200牛頓的持續(xù)過載負(fù)載（組3）。靜脈麻醉后，通過背側(cè)入路將特制的鈦合金加壓牽引裝置經(jīng)皮置入新西蘭兔的腰4、腰5椎體（圖1），通過外部連接的校準(zhǔn)彈簧精確測量所施加的軸向壓力及牽引力，同時觀察手術(shù)及動態(tài)牽引裝置本身對動物的不良影響，手術(shù)后所有動物不被限制活動和負(fù)重，每日動態(tài)監(jiān)測。在手術(shù)結(jié)束后及每一次調(diào)整牽引前30min內(nèi)均行核磁共振檢查。檢查儀器為德國通用公司的場強(qiáng)1.0特斯拉核磁共振儀，T1相脈沖序列重復(fù)時間（TR）為300ms、回波時間（TE）為145ms，T2相脈沖序列重復(fù)時間（TR）為375ms、回波時間（TE）為15ms。掃描層厚2毫米，間隔0.2ms，由同一技師掃描。

首先采用改良Thompson分級系統(tǒng)對椎間盤退變程度進(jìn)行分級：①椎間盤信號正常；②椎間盤信號強(qiáng)度輕度降低、高信號區(qū)范圍明顯縮?。虎圩甸g盤信號強(qiáng)度中度降低；④椎間盤信號強(qiáng)度重度降低。然后對終板和軟骨結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析評估。采用Efilm影像圖文報告系統(tǒng)及Centricity DICOM Viewer 3.0系統(tǒng)進(jìn)行后期圖像、數(shù)據(jù)處理。為了減小測量誤差、增加可重復(fù)性，同一椎間盤反復(fù)測量10次信號強(qiáng)度值，取平均值，標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比為0.028。

以T2加權(quán)相中磁共振像素值代表椎間盤信號強(qiáng)度，為了盡可能提高數(shù)據(jù)的精確度，不僅測量實(shí)驗(yàn)椎間盤的信號強(qiáng)度（像素值），同時也測量相鄰的兩個椎間盤的信號強(qiáng)度（像素值），取相鄰兩個椎間盤信號強(qiáng)度的平均值與實(shí)驗(yàn)椎間盤信號強(qiáng)度之差（SI）作為參考指標(biāo)，所得數(shù)據(jù)用SPSS12.0 統(tǒng)計軟件處理。

SI = [（SI 1 - SI 2）/2]– SI實(shí)驗(yàn)。SI1和SI2為兩個相鄰椎間盤的信號強(qiáng)度，SI實(shí)驗(yàn)為實(shí)驗(yàn)椎間盤的信號強(qiáng)度。

2 結(jié) 果

2.1 實(shí)驗(yàn)動物

所有動物均完成實(shí)驗(yàn)，均能耐受外置的加壓牽引裝置，無傷口感染和其他并發(fā)癥發(fā)生。實(shí)驗(yàn)動物的體質(zhì)量無明顯變化，加壓牽引裝置的重量為25g，不影響動物的正?；顒?。

2.2 核磁共振測量

術(shù)后即時的信號強(qiáng)度差（SI）為12.18，Thompson分級1級，信號強(qiáng)度的輕度衰減可能歸因于鈦合金外固定支架的影響。28d的過載負(fù)荷后，椎間盤信號明顯下降（圖1A，圖2A），SI=111.91，Thompson分級4級，P＜0.001，再經(jīng)過28d的椎間牽引（組1），椎間盤信號強(qiáng)度明顯增加（圖2B），SI=15.08，P=1.000。組2、組3實(shí)驗(yàn)結(jié)束時信號強(qiáng)度有明顯衰減，組2（圖1B）為Thompson分級3-4級，SI=88.53，P=0.011，組3為Thompson分級4級，SI=114.67。過載負(fù)荷28d及56d后，實(shí)驗(yàn)椎間盤的終板信號也存在降低，然后經(jīng)過椎間牽引，其信號強(qiáng)度又逐漸升高。

圖1

圖2

3 討 論

椎間盤退變與其組織內(nèi)尤其是髓核部分失水化有關(guān)[4]，在椎間盤由液體相轉(zhuǎn)化為固體相的過程中，其含水量減少約90%、質(zhì)量減少約70%，髓核與纖維環(huán)之間的界限也變得模糊。

本實(shí)驗(yàn)中，所有的核磁共振圖像掃描均在調(diào)整過載、牽引裝置后30min進(jìn)行，以減少誤差。經(jīng)過28d的過載負(fù)荷后，椎間盤的信號強(qiáng)度明顯降低，與對照組（組2、組3），椎間牽引（組1）組表現(xiàn)出明顯的“再水化”征象。

椎間牽引不僅影響再水化過程，而且影響椎間盤的營養(yǎng)代謝。在日常生活中，外在壓力使椎間盤壓縮，椎間盤通過“失水化”引起基質(zhì)內(nèi)靜水壓的升高，隨著力學(xué)負(fù)荷的持續(xù)，水分逐漸從基質(zhì)中受到驅(qū)逐，而在負(fù)荷解除后，會引起相反的變化，水分重新滲入椎間盤，即“再水化”，在這個過程中完成椎間盤細(xì)胞的新陳代謝[5]。椎間盤代謝的主要途徑是經(jīng)過軟骨終板進(jìn)入椎體內(nèi)的毛細(xì)血管，椎間盤損傷、軟骨終板硬化以及機(jī)械應(yīng)力環(huán)境均可以影響營養(yǎng)的供應(yīng)。在過載負(fù)荷的椎間盤中終板信號發(fā)生異常，而經(jīng)過椎間盤牽引后的椎間盤信號恢復(fù)正常。

本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果進(jìn)一步支持了目前新興的應(yīng)用于人類的脊柱彈性牽引內(nèi)固定系統(tǒng)，諸如Wallis、DIAM等等，彈性牽引內(nèi)固定系統(tǒng)可以吸收非生理性的負(fù)荷，降低椎間盤及關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的負(fù)荷，尤其在極量負(fù)荷時起穩(wěn)定作用，從而恢復(fù)正常的椎間盤高度、重建正常的生理性穩(wěn)定，不僅可以取得與椎間融合相同的療效，而且可以避免強(qiáng)直融合的不利影響。前瞻性研究表明，彈性內(nèi)固定系統(tǒng)在腰椎不穩(wěn)、腰椎間盤突出等疾病中是安全、有效的，在中度椎間盤退變（Modic I型）中可以逆轉(zhuǎn)退變、恢復(fù)穩(wěn)定性，這充分顯示吸收除非生理性負(fù)荷、維持穩(wěn)定的重要性。

然而本實(shí)驗(yàn)的動物模型不能完全與人體等同，不僅因?yàn)槿祟惖膫€體化存在很大差異，而且人類在日?；顒又谐惺艿牟皇菃渭兊妮S向負(fù)荷與牽引，而是包括壓縮、拉伸、剪切、扭轉(zhuǎn)、屈伸等在內(nèi)的復(fù)雜作用過程。同時在本實(shí)驗(yàn)中，所有動物本身都是健康的，椎間盤外部營養(yǎng)的供應(yīng)不受影響，因此與人類椎間盤相比，本實(shí)驗(yàn)中的退變椎間盤和終板信號的恢復(fù)相對容易，這進(jìn)一步限制了本實(shí)驗(yàn)的參考價值。

4 結(jié) 論

椎間盤的修復(fù)潛力取決于椎間盤退變的分期，一旦營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)受到破壞，那么椎間盤的退變將難以逆轉(zhuǎn)，細(xì)胞移植以及基因治療等都需要營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)作為前提。椎間牽引可以使退變的椎間盤再水化、有利于營養(yǎng)物質(zhì)通過終板進(jìn)入椎間盤。需要進(jìn)一步臨床研究以探明椎間牽引在人類椎間盤能否產(chǎn)生同樣的作用，從而為椎間盤源性疾病的治療開拓新的思路。

[1]Battie MC,Videman T,Parent E.Lumbar disc degeneration:Epidemiology and genetic influences[J].Spine,2004,29(23):2679-90.

[2]Jensen MC,Brant-Zawadzki MN,Obuchowski N,et al.Magnetic resonance imaging of the lumbar spine in people without back pain[J].N Engl J Med,1994,331(2):69-73.

[3]Thompson JP,Pearce RH,Schechter MT,et al.Preliminary evaluation of a scheme for grading the gross morphology of the human intervertebral disc[J].Spine,1990,15(5):411-415.

[4]Urban JP,Roberts S.Degeneration of the intervertebral disc[J].Arthritis Res Ther,2003,5(3):120-130.

[5]Urban JP,Smith S,Fairbank JC.Nutrition of the intervertebral disc[J].Spine,2004,29(23):2700-2709.