隨著脊柱手術方法的日趨成熟和脊柱內固定器械的不斷改善，脊柱融合術的成功率有了明顯提高。然而隨著應用時間的延長以及臨床病例的增多，內固定術后帶來的相關問題不斷出現，由于脊柱融合術改變了脊柱正常的生物力學環(huán)境，各節(jié)段所承受應力進行重新分配而造成相鄰節(jié)段受力增加引起鄰近節(jié)段退行性變(adjacent segment degeneration，ASD)。
1 脊柱融合術后ASD的發(fā)病機制
1.1 鄰近節(jié)段關節(jié)突負荷增加和活動度增大
目前對ASD退變的確切機制還不十分清楚，但在生物力學方面，應力變化在相鄰節(jié)段退變的發(fā)展中有著重要的角色。Lee等[1]在對尸體標本的腰椎多節(jié)段脊柱融合研究中發(fā)現，當屈曲壓力作用使其屈曲20°后伸直至中立位時，每一融合均明確改變相鄰節(jié)段的局部旋轉中心，從而增加鄰近運動節(jié)段關節(jié)突和椎間盤的應力。Ha等[2] 在對狗L～S多節(jié)段脊柱標本的單節(jié)段融合研究中發(fā)現，后路融合術前后人為將其屈曲、伸直及側屈30°時，鄰近節(jié)段接觸點和關節(jié)面負荷變化顯著。Ha等[2]還證實，腰椎融合術后鄰近節(jié)段活動度增大并持續(xù)于整個融合骨化過程，后伸時幅度增加62% ，前屈時增加85%，側彎時增加26%～30%。動物實驗研究也證實這一現象?？梢娂怪诤闲g后脊柱的運動學變化是非常顯著的，鄰近節(jié)段活動度增大的累積效應將不可避免地促使ASD的發(fā)生及加重。
1.2 鄰近間盤內壓增高
三維有限元分析表明，在L4～5 椎間盤剛度提高的情況下，鄰近節(jié)段的椎間盤內壓增高。Weinhofter[3]在尸體標本上，以椎弓根釘棒系統(tǒng)分別固定L5～S1、 L4～S1，觀察前屈運動時L3～4、L4～5椎間盤內壓的變化。結果表明，椎間盤內壓增高與前屈度呈線性關系，前屈度越大，椎間盤內壓越高。而且，融合節(jié)段越多，鄰近節(jié)段的椎間盤內壓增高就越明顯。通過對體外實驗融合前后的三維有限元分析，證實了融合節(jié)段鄰近節(jié)段的椎間盤內壓力增高[4] 。Cunningham等[5]依靠相同運動觀察尸體腰椎，結果發(fā)現后路內固定融合術后鄰近椎間盤內壓可增高達45%以上。三維有限元的基礎研究也顯示椎間盤內壓的增高能夠引發(fā)椎間盤的退變[6]。在對大鼠尾部施以靜態(tài)壓力負荷的體外研究同樣證實了椎間盤內壓增高可致ASD的不利影響[7]，很可能是因為融合節(jié)段后鄰近節(jié)段活動的轉移。
2 影響ASD的因素
2.1 內固定的應用
內固定融合術后臨近節(jié)段退變的發(fā)生間隔期明顯縮短。Kim[8]發(fā)現椎弓根螺釘內固定術后，影像學診斷為鄰近節(jié)段不穩(wěn)的平均時間為25個月，Okuda[9]也發(fā)現ASD無癥狀期的平均時間為26.8個月。相反，在這2個研究中，非內固定融合致ASD的間期分別是8.5年和13.1年。其他研究也證實了應用內固定器械導致早期ASD的趨勢。內固定器械致術后迅速強直為加速退變的鄰近節(jié)段帶來更大的應力。僵直的進一步增高同樣可以解釋后路椎體間融合與內固定并后外側脊柱融合的高危險性。
2.2 融合節(jié)段的位置及數量
Azmi[10] 研究認為ASD在后路腰椎融合上鄰近節(jié)段、胸腰椎側凸融合的下鄰近節(jié)段和前路頸椎融合的上下鄰近節(jié)段更為常見。在胸腰關節(jié)和腰骶關節(jié)融合術中發(fā)病危險因素最大。在頸椎、鄰近節(jié)段已經存在退行性改變的單節(jié)段融合其發(fā)病率危險因素最高。Schlenzka等[11]對101例行后外側腰椎融合患者進行研究，隨訪最少6年，發(fā)現保留融合節(jié)段和鄰近節(jié)段后路復合結構完整性患者上鄰近節(jié)段ASD發(fā)生率為6.5%，而不保留融合節(jié)段和鄰近節(jié)段后路復合結構完整性患者ASD發(fā)生率為24.3%，兩者比較差異有統(tǒng)計學意義，并認為破壞棘上韌帶或鄰近未融合節(jié)段韌帶附著處棘突，腰椎在屈曲運動時張力帶效應喪失，加速了鄰近節(jié)段不穩(wěn)的發(fā)展。對于融合數量對相鄰節(jié)段的影響為融合節(jié)段越多，越容易引起ASD。長節(jié)段的固定不僅增加了鄰近節(jié)段即刻的運動和負荷，而且增加了所有遠端節(jié)段的載荷和運動。Nabhan[12]通過對腰椎融合的生物力學研究發(fā)現，隨著融合節(jié)段的增加，鄰近節(jié)段的活動和椎間盤壓力隨之增加，減少融合節(jié)段的數目可以減少ASD。但也有學者認為，在腰椎單節(jié)段融合固定比多節(jié)段融合固定更易引起ASD，鄰近節(jié)段上壓力轉移是引起ASD的重要因素之一。
2.3 矢狀面上曲度
矢狀面上曲度的異常同樣得到關注。Umehara等[13]用尸體研究了椎弓根螺釘并后外側脊柱融合術后矢狀面腰椎曲度異常的影響，觀察到不斷增加的負荷改變了椎體后柱和后方的切應力。Kumar等[14]進一步研究83例行腰椎融合術后的患者，發(fā)現腰椎矢狀面和骶曲度改變者，ASD發(fā)生率較高。相反，矢狀面上腰椎形態(tài)正常的患者，ASD發(fā)生率較低。
2.4 鄰近節(jié)段椎間盤退變
術前鄰近椎間盤退變是導致術后ASD的另一因素。Guigui等[15]研究了102例行后外側融合的患者，結果發(fā)現因腰椎狹窄而整合的患者中ASD的發(fā)生率較高，這是因為腰椎狹窄脊柱退變以后相鄰椎間盤難以承擔融合術后不斷增加的壓力刺激所致。
2.5 患者自身的因素
患者自身同樣可以影響ASD的發(fā)生，尤其年齡被認為是高危因素，這是因為年老退變的脊柱融合后適應生物力學的改變能力降低。Aota等[16]觀察年齡>55歲的患者發(fā)生率明顯增高，其他臨床研究更進一步證明老齡可增加ASD的發(fā)生率。骨質疏松也被認為與ASD有關，并且可能是絕經后女性容易發(fā)生ASD的重要因素。