人工颈椎间盘置换术临床应用探讨
近年来，生产生活方式的改变导致颈椎退行性疾病呈高发态势，且有年轻化趋势。对颈椎退行性变的治疗主要有手术和非手术两种方式，非手术治疗如理疗、牵引等仅能缓解患者当前症状，不能达到根治目的，相当比例患者需要手术治疗。从20世纪60年代开始，颈椎前路减压融合术（ACDF）作为治疗颈椎退行性变的标准术式，取得了良好的远近期临床治疗效果。国内外大量的文献报道亦证实：ACDF可有效减轻颈椎脊髓的压迫症状，但同时也因病变节段被融合而致颈椎活动度丧失，相邻节段应力增加，加速相邻节段退变等。因此，能够保留颈椎活动度的人工颈椎间盘置换术（CDR）自问世以来就备受青睐。与传统的颈椎前路减压融合术相比，人工颈椎间盘置换是一种新兴的颈椎非融合手术方法，能够实现患者术后尽早下床活动，保留置换节段活动度，减缓了相邻节段退变，具有明显的优势。本文将对人工颈椎间盘置换术的临床应用及存在问题综述如下。
产生背景、历史及临床应用类型
产生背景 颈椎椎间盘和两侧小关节组成三关节复合体，在保证颈椎活动灵活的同时又限制了颈椎过度的旋转和屈伸。针对颈椎解剖特点，20世纪50年代由Smith和Robinson等率先提出颈椎前路减压融合术，经过近半个世纪的临床应用和研究，已发展成为一种非常成熟的颈椎前路手术方式，成为治疗颈椎退行性病变的“金标准”。但也存在问题，如：融合造成颈椎总的活动度减少，相邻节段退变加速，异位骨化发生率较高，部分患者需要二次手术治疗。受人工膝、髋关节研制启发，能够保留颈椎活动度的人工颈椎间盘应运而生。其设计理念为用人造颈椎间盘代替纤维环破裂的颈椎间盘，并使用活动结构保留颈椎的正常活动度，达到去除脊髓及神经根的骨性及软性压迫、恢复颈椎正常活动的目的。与膝、髋等大关节置换术后依靠关节周围韧带及关节囊提供稳定性支撑不同的是，人工颈椎间盘则主要靠自身提供稳定性支撑，因此，人工颈椎间盘基本要求在脊柱稳定的前提下，拥有仿生的旋转活动中心，保留颈椎适当范围内的活动度，保持颈椎间隙类生理高度，尽量避免传统融合术所存在的相邻节段退变加速等问题，以达到更好的远期疗效。
人工颈椎间盘发展历史 人工颈椎间盘最早于1966年由Fernstrom使用并报道。作为最早的椎间盘替代物，Fernstrom将由钢珠和球窝关节组成的不锈钢球置入切除椎间盘的颈椎间隙，但由于替代物的不稳定和接触面的应力作用而导致高失败率。与此同时，ACDF效果却令人鼓舞并逐渐在临床流行，人工颈椎间盘的研发在之后20年中陷入停滞状态。至20世纪80年代，受到人工关节置换巨大成功的鼓舞，人工颈椎间盘的研发再次受到重视。Cummins等通过研发，使用不锈钢材料制成简单的具有球窝关节的Bristol型金属-金属型颈椎间盘假体，使置入此假体的患者可以保留部分颈椎活动度，但术后也因技术存在缺陷而出现了假体脱位、吞咽困难等诸多并发症。但此型椎间盘假体经不断研发改进，最终改进为Frenchay型，并在临床试验中取得较好效果。该产品成为美国食品药品监督管理局（FDA）批准临床应用的第一种人工颈椎间盘。进入21世纪以来，生产技术和材料的进步以及大量临床病例的积累，人工颈椎间盘置换术日渐成熟，颈椎人工椎间盘逐渐走向临床。
临床应用 作为人体置入物，人工颈椎间盘假体与椎体界面必须具有良好的生物相容性和抗腐蚀性、活动的关节界面应具有耐磨性，同时考虑到颈椎结构小巧，椎管内即为脊髓，一旦假体移位或脱出，会压迫脊髓神经产生严重后果，故假体设计须保证安全，做到固定可靠、不易移位、远期再次手术时易于翻修。随着研究的发展，目前已有9种人工颈椎间盘假体通过FDA新医疗器械临床试验（或称器械临床试验豁免，即IDE）核准。临床常用的主要有以下5种：Bryan假体、Prestige-LP假体、PCM假体、Prodisc-C假体、Cervicore假体（图1）。Bryan假体已于2009年获得FDA临床认证，在临床应用中取得良好的临床效果，其他假体也相继通过FDA认证或多中心IDE临床试验研究。
目前临床应用的人工椎间盘假体主要由金属合金和高分子材料组合而成。按照假体终板界面与髓核材质的不同，可分为：（1）金属-金属假体。此类型假体具有比较强的耐磨性，磨损产生的颗粒数目较少，但小颗粒比较多，吸收震荡能力也较差；（2）金属-聚合物假体。此类型假体吸收震荡能力较强，但抗磨损性能较差。
适应证及禁忌证
人工颈椎间盘适应证尚无明确统一的标准 文献报道一致认为：人工颈椎间盘主要适合椎间隙高度及椎体活动度良好、年龄＜55岁的中青年患者、且不存在明显椎间隙狭窄、节段性不稳等。总结其适应证为：（1）由退行性疾病引起的颈痛及上肢疼痛，经保守治疗6周无效或进行性加重，考虑手术治疗；（2）颈椎生理弯曲存在。人工颈椎间盘在设计上模拟颈椎生物动力学，在颈椎生理曲度存在的情况下才能更好的发挥其拟生作用，减少并发症发生；（3）病变节段位于C3~T1，病变节段的相邻节段无严重退变。一般来讲，C2、3、C7~T1节段发生退变的可能性相对较低，手术难度相对较大，人工颈椎间盘置入有一定的困难。但并非认为C2、3、C7~T1为绝对禁忌证；（4）颈椎手术后，邻近节段退变出现临床症状需要二次手术者。亦有学者认为应用于已经手术融合或自然融合节段的相邻节段退变造成的颈脊髓压迫，可以取得同前路减压相同的效果。
人工颈椎间盘置换禁忌证 （1）颈部轴性症状（AS）为唯一症状。颈部轴性症状是指颈、肩背部的酸痛、肿胀、乏力及活动受限等症状，可有明显压痛点。AS的症状在手术后无明显改善，会对置换术疗效产生干扰，应列为禁忌证；（2）颈椎反曲或后凸畸形。颈椎反曲或后凸畸形会改变颈椎受力点，相邻椎体应力改变导致相邻椎体节段退变加速，应列为禁忌证；（3）严重的骨质疏松、骨质软化及骨质缺损。骨质疏松时骨密度降低，假体与椎体连接面融合欠佳，两侧的金属终板有陷入相邻椎体的可能，易导致假体下沉；（4）椎体小关节肥大、小关节退变导致的椎管狭窄、椎间隙变窄及关节退化明显者；（5）需要置换的病变节段≧3个。理论上人工颈椎间盘置换可以应用于每一节段椎间盘，但随着置换椎间盘数目的增加，对患者颈椎及置换节段的椎间盘空间位置要求会相应增加，手术难度相对增大。或许随着医疗技术的发展、定位技术的革新，多节段置换会在未来愈发成熟，但就目前技术条件来说，行多节段置换仍需格外谨慎，可暂时列为手术禁忌；（6）椎体节段严重失稳及进展期颈椎强制性疾病；（7）对人工椎间盘材料过敏、颈椎结核及转移性肿瘤者。
临床疗效
临床疗效分为短期疗效和远期疗效。疗效评价指标主要包括临床症状改善程度（包括疼痛的VAS评分、颈椎功能残障指数NDI量表、JOA评分和Odom标准评估）、颈椎活动度及相邻节段退变发生情况。
从临床症状改善程度来看，CDR患者术后恢复较快，术后第3d，患者即可在颈托的保护下下地活动，临床症状改善明显。随访结果显示，CDR术后患者症状改善满意，临床治疗效果明显。国内孙宇等对Bryan人工颈椎间盘置换术随访结果显示:JOA评分术后较术前平均改善率为75.0%；颈肩痛及上肢痛VAS评分、NDI评分较前明显改善；术后临床症状改善明显。Sasso等报道的对照研究显示，48个月随访时ACDF组总体优良率为72.5%，CDR组为85.1%；CDR组颈部和上肢VAS、SF-36躯体部分得分改善更为明显。可见CDR在改善临床症状方面具有明显疗效。
从颈椎活动度的保护情况来看，理论上CDR能够保留颈椎的相对正常活动度，相对ACDF不会增加相邻节段的应力，延缓了相邻节段的退变。研究结果表明CDR保留颈椎运动功能方面更优于ACDF。Park等通过前瞻性随机试验对比了CDR和ACDF术后患者颈椎动力学改变情况，结果显示CDR术后12个月颈椎运动角度减少1.8o，相邻节段运动角度无变化，水平旋转中心则移位0.1mm；而ACDF组相邻节段的运动角度有明显变化，代偿性增加1.5o，结果显示ACDF术后需要相邻节段运动代偿性增加来弥补融合节段运动度丧失。表明在保留颈椎活动度方面，CDR明显优于ACDF，同时能延缓相邻节段的退变等并发症的发生。
相邻节段退变是指置换节段上方或下方出现椎间盘以及椎间小关节的退变，临床症状与相邻节段退变程度之间并不对应，患者可以有明显影像学改变而无临床症状，相反临床症状亦可非常典型而影像学改变却不明显。相比ACDF，CDR能明显减缓术后相邻节段退变的发生。蒋涛等通过对117例实行CDR患者与137例实行ACDF患者术后随访，椎间盘退变的X线评估结果显示ACDF组相邻节段退变的发生率和严重程度明显高于CDR组，表明CDR可较好发挥其对相邻节段的保护作用，延缓相邻节段退变的发生。孙宇等对25例实施Byran人工颈椎间盘置换术后5年且获得MRI随访患者研究发现，末次随访时有14％的椎间盘退变分级加重1级，但无相关临床症状出现，认为CDR术后相邻节段退变发生率较低，无相邻节段疾病发生。
单个节段的人工颈椎间盘置换有优良的手术效果，在预防相邻节段退变方面有着巨大优势。但在临床实际中，常有多节段的颈椎病患者，在治疗方法的选择上让临床医生产生迷茫。目前尚未见将多节段人工颈椎间盘置换单独列组对照研究报道。CardosoMJ以及PimentaL曾报道了多节段人工椎间盘置换术成功率及疗效超过预期，但长期效果目前缺乏研究证实。因此，多节段人工颈椎间盘置换疗效将成为今后观察研究的重点。
CDR长远期疗效观察CDR在短期效果上已经显示了较ACDF明显的优越性；但在远期效果方面，仍缺乏长期大样本随访数据（＞10年）支持。目前存在一些影响CDR长期疗效的问题：（1）远期假体的磨损、骨质溶解以及置入物周围的免疫反应，是导致手术失败及相关症状出现的重要原因。虽然目前体外实验结果尚令人满意，但却很难精确的模拟体内环境对假体的影响，随着置入物存留人体时间的延长，许多未知的结果会逐渐出现，因此长期、大样本量的随访十分必要，以明确其远期疗效；（2）假体的沉降也是CDR远期疗效需要关注的问题，随着患者年龄的增长，骨质疏松症状渐加重，骨密度降低，假体沉降发生率会逐渐上升，此沉降率亦需要远期疗效观察；（3）随着早期置入人工颈椎间盘患者年龄的增长，人工颈椎间盘假体的使用寿命也逐渐被提上讨论日程，当邻近使用寿命时是否需要以及何时二次手术也逐渐被关注；（4）人工颈椎间盘作为进口产品，价格昂贵且疗效存在争议，其成本-效益曲线究竟如何，需要进一步研究。
由以上疗效判断指标综合来看，CDR在治疗颈椎退行性疾病时，能够发挥其非融合技术优势，在治疗效果及减缓相邻节段退变方面均优于传统的融合术，但在长远疗效方面，仍需要大样本数据的观察研究对比。
相关并发症
主要并发症有两类：一类与手术操作有关，如术后血肿、吞咽困难、声音嘶哑、食管瘘等；一类为与假体相关的并发症，假体移位、下沉、终板后凸等；以及术后异位骨化等。
与手术操作有关的并发症 （1）吞咽困难和声音嘶哑。前者与术后切口血肿、组织肿胀有关；后者包括一过性和永久性损伤两种，一过性损伤可于术后1个月左右自行恢复，An⁃derson等对CDR与ACDF术后发生吞咽困难情况进行了对比，242例接受Bryan假体置换的患者，26例出现吞咽困难；而221例ACDF组仅有16例，但此结果受术者操作水平及假体情况影响较大，应有所区别看待；（2）食管瘘。其发生与食管长时间受牵拉或压迫有关。
与假体相关的并发症 （1）假体松动、下沉和脱出；（2）置入的假体尺寸不匹配。如人工椎间盘过小，则颈椎稳定性欠佳，且影响颈椎的活动；人工椎间盘过大，则易致假体后缘压迫脊髓，造成严重的后果。此类并发症的产生虽与假体有一定相关性，但与术者操作水平及患者术后的活动也有关系。
异位骨化（HO） HO指在非骨性结构内出现的异常成骨，是人工关节置换术后常见的并发症之一。其发生的机制目前尚不明确，一般认为置换节段术前小关节退变程度与术后HO的发生有一定相关性。研究显示，人工颈椎间盘置换术后异位骨化虽症状轻微，不会对临床疗效产生明显的负面影响，但会显著影响置换节段活动度。几项对东亚人群的调查研究显示，CDR术后HO的发生率处于较高水平，分别达到66.0%、69.6%。国内曹鹏等对人工颈椎间盘置换术后HO发生率以及与小关节退变的相关性进行了研究，在其试验中，133例实行人工颈椎间盘置换患者，平均随访时间2.9年，采用McAffe等分级标准判断异位骨化情况，结果显示单节段置换HO发生率17.4%，双节段置换HO发生率25.4%，此结果与上述东亚人群的HO发生率差异较大，主要考虑随访时间较短等因素影响，同时此研究亦表明术前小关节退变与术后HO发生有相关性。
问题与展望
非融合技术是脊柱外科未来的发展趋势，随着生物力学与材料科学研究的不断发展，人工颈椎间盘已展现了广阔的临床应用前景。大量的前瞻性随机对照研究提示CDR具有更好的疗效，可成为ACDF的有力补充。然而，仍有一些问题需要解决。
面向国人种群设计 目前临床应用的人工颈椎间盘全部为进口产品，系列比较完善，但其尺寸主要针对欧美人种设计，与国人在生物力学、假体尺寸方面存在较大差异。且两种人群解剖差异尚不明确。因此针对国人的颈椎解剖学数据建立相关数据库，改进现有产品在终板尺寸、假体高度等方面的缺陷，设计与国人椎体解剖学特征相符的人工颈椎间盘假体，满足不同种群的需要，具有重大意义。2014年6月华西医院刘浩教授报道首枚国产人工颈椎间盘Pretic-1投入临床使用，该产品针对国人颈椎解剖特点，历经多年研制而成，有很好的生物相容性，并降低了人工颈椎间盘单品价格。但该假体目前仍处于临床试验阶段，远期疗效仍需进一步观察研究。因此，面对国人种群设计优质廉价的人工颈椎间盘是今后研究的重点。
假体材料的改进 当前临床使用的假体材料存在明显缺陷，不能完全满足临床需要。如钛合金承重后耐磨性较差，钴铬合金置入后成像欠佳，假体涂层性能亦不够理想等。开发新的假体材料，并对现有材料改进，将能显著提高假体产品性能。虽然新型假体材料已经展现了广阔的前景，但还需要多学科的通力协作，才能取得更大进步。
CDR的适应证与禁忌证 目前CDR尚无明确的统一标准，当前适应证范围较窄，造成这种情况的原因是：大部分颈椎退行性变患者不同程度地伴有骨质疏松、严重节段不稳定、伴退变严重的椎间隙狭窄、后纵韧带钙化等，因此在实行人工颈椎间盘置换时，必须考虑这些伴发疾病的影响，导致CDR适应范围缩小且不明确。有必要通过研究明确适应证范畴，选择合适的患者，明确患者的选择与术后并发症的发生相关性，减少术后并发症。而在禁忌证方面，作为适应证的对立面，亦需要研究明确。也有学者建议将ACDF与CDR联合研究，进一步探索明确CDR手术的适应证。
人工颈椎间盘置换是新型的非融合技术，有着广阔的临床应用前景，代表着颈椎手术的未来发展趋势。在临床工作中，应客观看待其优缺点，结合实际灵活运用。CDR的发展并不代表融合术时代的终结，应将其视为颈椎手术的新思路、新方向、新方法。总结临床经验、注重假体研发、加大研究力度，人工颈椎间盘置换术必将取得更大的成功。
