人工腰椎间盘髓核的发展历史
1956年Van Steenbrugghe首次提出椎间盘假体的概念，经过40余年的基础研究和动物实验，人工全椎间盘置换技术( Artificial Disc Replacement, ADR )和人工髓核置换技术（Artificial Nucleus Replacement, ANR）都已发展到临床应用阶段。到目前为止，ANR的研发主要集中在腰椎间盘，其次是颈椎间盘。
腰腿痛是骨科常见病和多发病，其发病率呈上升趋势，资料显示60～80％的人在一生中曾有过腰腿痛的经历，大约10～20％的人口长期存在慢性腰腿痛现象。退行性椎间盘病变（Degenerative Disc Disease，DDD）是引起腰腿痛的主要原因，据报道约1/3的腰腿痛患者存在退行性椎间盘病变尤其以腰椎间盘突出为多。多数腰椎间盘突出症可经非手术治疗达到治愈，但仍有10～20％的患者因保守治疗无效，需接受外科手术治疗。据统计，以下几个国家因腰椎间盘突出症每年美百万人口中接受手术的人数为：美国800人，加拿大540人，英国80人，国内约120人。自1934年Mixter和Barr首次报道手术治疗腰椎间盘突出症以来，众多学者分别从病理解剖学、生物化学、生物力学及影像学方面进行了详尽的研究，积累了有关腰椎间盘突出丰富的基础知识和临床经验。并以此为基础形成了多种有效的治疗方法和技术。从经典的椎板切除或开窗术开始，逐渐出现了有限的腰椎间盘切除术、显微外科腰椎间盘切除、化学溶核术、经皮椎间盘切除术、经皮激光椎间盘减压术、以及后来应用的内窥镜，这些技术在缓解疼痛及维持脊柱节段稳定性方面疗效肯定，其远期疗效却不尽如人意。
随着对椎间盘结构和生物力学性能认识的不断深入，由于椎间盘髄核摘除导致的脊柱生物力学和结构紊乱已经引起骨科医师的广泛关注。椎间盘髄核摘除必然导致椎间高度降低，椎间隙变窄，使相应平面前柱应力下降，中后柱应力增加。承载后脊柱出现异常活动，继发腰椎不稳定、腰椎管狭窄和退行性小关节炎, 患者术后出现持续性腰痛或症状复发。因此，椎间盘摘除术或椎板切除术后若出现腰椎不稳定，则需要行脊柱融合术。脊柱融合术已有90余年的历史，是目前治疗退变性椎间盘病的主要手术方法。融合术虽然恢复了脊柱前中柱的稳定性，并通过减少运动缓解了下腰痛，但它牺牲了椎间关节的运动，改变了邻近节段的应力分布，是不符合生理性的。这种应力分布的改变是否会导致症状性退变，目前仍存在争议，但一致认为椎间融合术不是纠正和预防退变性椎间盘病导致的前中柱不稳定的最佳选择，而且对纠正DDD引发的前柱失稳疗效不佳，术后优良率仅为70%～85%徘徊，约3%～14%患者需接受再次手术。因此，椎间盘结构和功能的重建愈加受到重视。通过人工髄核假体置换术以重建椎间盘的结构和生物力学功能，避免传统椎间盘髄核摘除术和脊柱融合术的缺点，已成为专科医师和工程技术人员努力的方向。
1962年，Nachemson等在人尸体上进行的实验：在退变椎间盘内注入硅橡胶，待硅橡胶凝固后，进行纵向加压测试。此后证实硅橡胶在应用时力学性能太低。1964年，Fernstrom等采用不锈钢球作为人工髄核假体并应用于临床，由于不锈钢球硬度大和高接触应力致使假体移位和下沉率高，目前已被淘汰。此后许多学者尝试采用各种弹性材料制作人工髄核假体，包括术中可塑形和已成形假体。可塑形材料，由于存在力学强度有限，生物相容性差，凝固时间长，可能出现材料不聚合，聚合体可能从切口流出等问题，研究进展缓慢，目前仍没有相关临床应用报道。1990年Bao等应用水凝胶材料制造髄核假体的研究，它在生理载荷下80％有水组成，并且能够满足力学要求，在周期载荷下能够模拟人体髄核组织吸收和释放水分的能力，生物力学测试证明水凝胶材料的髄核假体能够有效恢复椎间盘的解剖和生理功能，动物实验也证明其生物相容性良好。 Yuan以狒狒作为动物模型，将水凝胶髄核假体植入其体内，通过生物力学实验和动物实验，结果显示它可以有效恢复椎间盘高度和生物力学功能。Nishimura等在大鼠尾上建立椎间盘突出的动物模型，行经皮髄核摘除，再将髄核重新植入椎间盘。结果发现椎间盘退变较对照组明显缓解。证明髄核切除术后早期植入填充物可减缓纤维环、终板等椎间盘组织的退变。
近年来，随着对脊柱生物力学机制认识的不断加深和材料学的发展，同时受人工全髋、全膝关节置换术代替原来的关节融合术治疗髋、膝关节疼痛取得良好疗效的启发，人们尝试着采用保留或重建脊椎关节功能的脊椎关节成形术（Spine Arthroplasty）用以最大限度地保存、恢复椎间盘功能。设计出人工髓核假体，认为人工髓核假体是符合椎间盘生理结构、重建椎间盘功能、代替脊柱融合术治疗椎间盘退变性疾病所致腰痛的有效方法之一。用合适材料制成、设计合理的人工髓核假体在去除引起下腰痛的椎间盘的同时，保留了手术节段生理范围内的运动和载荷功能，保持脊柱的稳定性和活动性，避免了邻近节段应力过度增加所致的椎间盘加速退变。
华中科技大学同济医学院附属协和医院骨科 杨述华 |
