劉正,侯樹勛,任東風(fēng)

(解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院骨科,北京 100037)

椎間盤源性腰痛是指椎間盤內(nèi)各種病變(如退變、終板損傷)刺激椎間盤內(nèi)疼痛感受器所引起的腰痛,不伴有神經(jīng)根癥狀,無神經(jīng)受壓或節(jié)段活動過度的放射學(xué)證據(jù),可引起受累腰椎節(jié)段功能的喪失[1,2]。

近年來,對椎間盤源性腰痛認(rèn)識的逐步提高,產(chǎn)生了各種各樣的治療方式,分為保守治療和手術(shù)治療兩種。前者包括心理治療、臥床、牽引、按摩、藥物治療(非甾體類抗炎藥、肌松藥)、腰圍固定、理療、L2神經(jīng)根封閉等[3]。后者包括微創(chuàng)手術(shù),如經(jīng)皮激光椎間盤減壓術(shù)、椎間盤內(nèi)電熱療法、椎間盤射頻消融術(shù)等;以及開放手術(shù),如椎間盤切除椎間Cage及椎板融合術(shù)、假體置換術(shù)(人工椎間盤和髓核置換)等[4]。但微創(chuàng)手術(shù)畢竟仍存在創(chuàng)傷,可能出現(xiàn)神經(jīng)損傷、穿刺針道感染、椎間盤炎及等離子刀頭斷裂、IDET工作頭斷裂的可能[5,6]。

高強度聚焦超聲 (high intensity focus ultrasound, HIFU)是一種利用高強度超聲波束在體內(nèi)聚焦,在焦點區(qū)域形成 60℃以上的高溫,通過熱效應(yīng)、機械效應(yīng)和空化效應(yīng)等,從而對目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的病變組織作選擇性損壞,而對焦點周圍組織沒有明顯影響的超聲治療技術(shù)[7]。它是一種真正意義上的無創(chuàng)治療技術(shù)。本文旨在探討 HIFU對椎間盤組織的生物學(xué)效應(yīng),為進(jìn)一步臨床應(yīng)用 HIFU治療椎間盤源性腰痛提供基礎(chǔ)理論支持。

1 資料與方法

1.1 兔離體脊柱標(biāo)本制作 6只純種新西蘭大白兔由重慶醫(yī)科大學(xué)實驗動物中心提供,雌雄不分,體重 2～2.5 kg。將實驗兔處死后,剝離胸腰骶段脊柱標(biāo)本(L1S1),剔除脊柱前方、側(cè)方肌肉,暴露 L1～S1椎間盤前緣。

1.2 實驗方法 實驗操作采用重慶海扶技術(shù)有限公司生產(chǎn)的CZF超聲儀,均在23℃左右的室溫下完成。HIFU超聲設(shè)為頻率為9.6 M Hz、脈沖1 000 Hz、劑量5W、焦距4 mm。15 min內(nèi)對6例脊柱(暴露于空氣中)給予HIFU干預(yù),將超聲發(fā)射頭(直徑 4 mm)緊貼 L1～S1椎間盤前方,開啟超聲,每組分別持續(xù)3、6、9、12、15、18 min。此過程中,將微型熱電偶針從側(cè)方正中央插入椎間盤,分別測量纖維環(huán)與前方髓核交界處、HIFU焦點處、纖維環(huán)與后方髓核交界處和脊髓前表面處的溫度,此四個位置距椎間盤前表面在 L1～2、L2～3、L3～4分別約為1.5、4、6、8mm,在 L4～5、L5S1則約為 2、4、7、9mm。

1.3 實驗觀察指標(biāo) a)高強度聚焦超聲輻照的時間。b)四個監(jiān)測點與超聲頭表面的距離。c)四個監(jiān)測點的溫度。

2 結(jié) 果

高強度聚焦超聲照射椎間盤的過程中,隨著照射時間的延長,測量部位的溫度逐漸升高,并且升高的速度逐漸下降。照射 12min后,前方纖維環(huán)與髓核交界處、后方纖維環(huán)與髓核交界處溫度大于 50℃,能維持6 min以上;HIFU焦點即髓核中心處焦點大于80℃,能維持6 min以上;同水平脊髓溫度不超過 30℃(見表1～4)。

表1 前方纖維環(huán)與髓核交界處溫度(℃)

3 討 論

表2 HIFU焦點處溫度(℃)

表3 纖維環(huán)與后方髓核交界處溫度(℃)

表4 脊髓前緣處溫度(℃)

3.1 椎間盤源性腰痛的發(fā)病機制 傳統(tǒng)觀點認(rèn)為,椎間盤源性腰痛的病因為突出的椎間盤對硬脊膜囊和神經(jīng)根的機械壓迫,但這并不能滿意地解釋椎間盤源性疼痛的臨床和病理表現(xiàn)。隨后研究發(fā)現(xiàn),髓核、軟骨板以及纖維環(huán)的深層沒有神經(jīng)纖維支配,神經(jīng)末梢僅分布于椎間盤前后的縱韌帶及外層1/3纖維環(huán)。Coppes等[8]證實,正常人椎間盤SP免疫反應(yīng)性神經(jīng)纖維存在于纖維環(huán)的表層,而退變椎間盤的纖維環(huán)深層和髓核組織中也出現(xiàn) SP陽性神經(jīng)纖維。分布在椎間盤的神經(jīng)末梢大部分是無髓纖維,在椎間盤內(nèi)間質(zhì)變化時傳遞疼痛信號。其次,椎間盤退變或損傷過程中可產(chǎn)生大量炎癥介質(zhì)或退變產(chǎn)物,這些化學(xué)物質(zhì)對敏感神經(jīng)纖維的刺激可引起疼痛。Burke等[9]發(fā)現(xiàn),椎間盤源性下腰痛患者病變椎間盤內(nèi)炎癥介質(zhì)含量非常高,炎癥介質(zhì)作用于竇椎神經(jīng)末端的傷害感受器可直接導(dǎo)致電生理變化引起疼痛,或使其超敏。再次,腰椎間盤內(nèi)層纖維環(huán)破裂后,沿著肉芽組織長入纖維環(huán)內(nèi)層的竇椎神經(jīng),易受到來自于髓核的機械和化學(xué)因素刺激,出現(xiàn)椎間盤源性腰痛[10]。最后,椎間盤內(nèi)機械壓力的變化也是椎間盤源性腰痛的病因之一。目前認(rèn)為,退變的椎間盤內(nèi)炎性介質(zhì)的含量增高,使竇椎神經(jīng)末端的傷害感受器處于超敏狀態(tài),對機械壓力的痛閾下降,在輕微的機械壓力刺激下,就可產(chǎn)生神經(jīng)沖動[11]。

3.2 HIFU治療機制 HIFU對組織最重要的效應(yīng)是瞬間熱效應(yīng),即當(dāng)高強度超聲波束在人體組織內(nèi)傳播時,有序的聲波震動能量逐步轉(zhuǎn)化為無序的分子熱運動能量,這種能量在超聲波聚焦點處溫度瞬間升高(在0.5～1.0 s內(nèi)驟升至 65～100℃)[7]。因此,HIFU治療腰椎間盤源性疼痛的機制與椎間盤內(nèi)熱療(Intradiscal electrothermal therapy,IDET)類似,其作用機理有兩個假說[12]：a)對纖維環(huán)的熱療可以破壞椎間盤內(nèi)的神經(jīng)傷害感受器,達(dá)到止痛目的;b)使纖維環(huán)內(nèi)膠原纖維變性收縮,封閉纖維環(huán)裂隙,從而加固椎間盤結(jié)構(gòu)。此外,HIFU可以使髓核變性萎縮,在減少介質(zhì)釋放的同時,消除椎間盤不穩(wěn)定因素及緩解了椎間盤對神經(jīng)組織的機械刺激和壓迫。

分布于椎間盤的神經(jīng)纖維末梢,多數(shù)為無髓神經(jīng)纖維或微小髓鞘神經(jīng)纖維,對于熱損傷比膠原纖維更敏感[13]。有文獻(xiàn)證明,在 42～45℃時神經(jīng)組織會發(fā)生不可逆的損害,而在椎間盤內(nèi)熱療過程中,于纖維環(huán)外 1/3給予 45～50℃,持續(xù)20s即可滅活纖維環(huán)上的神經(jīng)感受器,而持續(xù)4～5 min基本接近完全滅活[14,15]。椎間盤內(nèi)溫度超過50℃時,纖維環(huán)膠原蛋白的三股螺旋結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)斷裂,膠原組織發(fā)生固縮,凝固纖維環(huán)的病變部位使向內(nèi)生長的肉芽組織發(fā)生變性、固縮,滅活受累的微神經(jīng)來達(dá)到消除癥狀的目的[16]。

本實驗中,使用 HIFU從前方定點照射兔離體腰椎間盤,在椎間盤前方、后方纖維環(huán)處溫度可達(dá)50℃甚至更高,維持6min,完全能夠滅活椎間盤纖維環(huán)外1/3的神經(jīng)傷害感受器,同時使纖維環(huán)內(nèi)膠原纖維變性收縮,封閉纖維環(huán)裂隙,增加椎間盤的穩(wěn)定性;HIFU焦點處溫度可達(dá)80℃,維持6 min,可使髓核組織溶解、變性、固縮,緩解椎間盤內(nèi)壓力,減少椎間盤內(nèi)炎性介質(zhì)的釋放,緩解或消除椎間盤源性疼痛。

此外,由于 HIFU在空氣中的熱傳導(dǎo)性差,實驗中脊髓前表面處溫度明顯低于后方纖維環(huán)處溫度,也低于正常生理溫度,初步證明 HIFU對脊髓的安全性。但離體脊柱與在體脊柱狀態(tài)不同,前者脊髓與后縱韌帶之間是空氣,后者則是腦脊液。因此,HIFU對脊髓的熱效應(yīng)還需進(jìn)一步實驗研究。

3 結(jié) 論

本實驗初步說明,高強度聚焦超聲定點照射椎間盤時,在椎間盤內(nèi)可以提供足夠高的溫度來滅活傷害感受器以及促使髓核組織溶解、變性、固縮,可以將其作為椎間盤源性腰痛的潛在治療方法進(jìn)一步研究。

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