既往应用椎体融合术治疗脊柱相关疾病已有100多年的历史，近来美国脊柱融合手术量明显增多，原因可能是大于65岁的老年人口占总人口的比例由2000年的12.4%增加到2030年的19.6%，再加上近几十年来脊柱手术技术的进步。
鉴于目前的医疗环境，骨科医生不得不考虑颈椎、腰椎、腰骶部融合术后一种常见并发症—临近节段发生的退行性病变（adjacent segment disease ，ASD)），这些病变涉及的范围很广，包括：椎体滑脱、脊柱不稳、椎间盘突出、椎管狭窄、关节突肥大性关节炎，脊柱侧弯，椎体压缩性骨折等，目前已广泛的应用动物或尸体研究对此类的退行性变的病因、是否引起临床症状或是否仅仅引起影像学改变进行了探讨。
随着脊柱翻修手术的增加及手术技术的进步，ASD的治疗方法也越来越复杂，但对于ASD确切的治疗方案需进一步研究，确定治疗方法时需首先考虑患者的年龄及症状与ASD的相关程度。研究者们同时也探讨了患者脊柱融合术后易发生临近节段病变的危险因素，这些资料对确定脊柱融合术的适应症非常有价值。
1.颈椎椎体融合后邻近节段退变
1.1生物力学的改变
目前很多研究已经涉及颈椎融合术后邻近节段生物力学的改变模式，借以探讨导致邻近椎体退变的应力的变化情况。C3-C7是最常见的颈椎融合节段，邻近活动度较大的上颈椎区域，这可能导致该区域在融合术后生物力学发生改变。
Eck等人发现融合术后邻近节段的负荷增加，在研究中他们取6具尸体的脊柱标本（标本为C1-T1），固定T1，于C4-C5 和 C6-C7间施加外力（试验图像见图1）后发现邻近节段的应力增加了。Lopez-Espina等人应用有限元模型研究发现椎体融合后邻近节段的纤维环、髓核、终板所受应力可增加至96%。Cole等人在犬模型发现椎间融合后髓核和纤维环分泌蛋白多糖也随之发生变化，类似于未成熟组织。
图1：固定T1后监测邻近节段椎体生物力学改变的试验图片
(Eck JC, Humphreys SC, Lim TH, et al. Biomechani-cal study on the effect of cervical spine fusion on adjacent level intradiscal pressure and seg-mental motion. Spine [Phila Pa 1976].2002; 27[22]:2431-2434.)
1.2临床与影像学诊断
目前临床及影像学的研究尚不十分明确，病理性退变与生理性退变难以区分，颈椎融合术后相邻节段退变仍没有有效的临床分类方法，对临近节段退行性变的诊断仍具有一定困难。Baba等人的一项研究中包括了100例患者，随访时间平均为8.5年，结果发现融合节段的上位和下位椎体的倾斜角度均有所增大，约25%的患者出现新发的椎管狭窄。
Herkowitz对28例行颈椎融合手术的患者进行了平均为期4.5年随访发现约41%的患者的影像学检查发现邻近节段有退变。Matsumoto等人将64例行颈椎前路减压+融合术的患者的MRI检查结果与201例志愿者的检查结果进行了对比，行手术治疗的患者的融合节段的邻近椎间盘退变更为严重，但患者的症状却不十分明显。术后邻近节段退变的影像学检查如图2。
术后X线显示颈椎融合术后邻近节段退变性疾病—C5-C7水平的椎间盘退变(A)。 C4-C6融合术后5年X线显示C6-C7椎间隙变窄(B)。术后5年椎管造影显示C6-C7椎间盘突出，相应节段的硬膜受压明显(C)。再次手术融合C6-C7后的X线检查 (D)。 (Ishihara H, Kanamori M, Kawaguchi Y, et al. Adjacent segment disease after cervical interbody fusion. Spine J.2004; 4[6]:624-628.)
尽管影像学检查中发现融合后邻近节段退变发生率较高，但因退变导致的临床症状则较少见。Baba等人通过对146例行颈椎融合手术的患者进行了回顾性研究发现13.5%的患者中邻近节段的退变较融合节段明显。Lunsford报道颈椎各节段前路减压融合术后3年内约10%的患者需要行翻修手术。
Hilibrand对374例患者进行了为期最长为21年的随访，在术后10年约2.9%的患者出现了融合邻近节段退变，其中约25.6%在术后10年内既已出现退变情况。Yue等人对71例行前路颈椎间盘切除+融合术的患者进行了不少于5年的随访，约16.9%的患者因融合邻近节段的退变症状需行翻修手术，其中约73.2%的患者出现融合邻近节段新发的退变或原有退变加重。
1.3融合术后邻近节段退变的危险因素
融合后邻近节段退变性疾病并非所有行融合手术的患者都会发生， Hilibrand等人研究发现神经根受压、C5-C6和或C6-C7节段的融合、超过一个节段的前路颈椎融合术的患者不太可能出现融合后邻近节段退行性变。Williams等人对90例行颈椎间盘摘除+椎间融合手术的患者进行了为期2-9年的随访并对融合后邻近节段退变的相关因素进行了探讨，令人意外的是术前X线显示有骨赘形成和或椎间隙狭窄的患者的预后反而优于术前X片无明显异常的患者。
Katsuura等人研究了颈椎融合术后力线异常对融合邻近节段的影响，在平均为期9.8年的研究中他们发现邻近节段存在退变的患者中约43%存在颈椎力线异常，行颈椎前路钢板内固定的患者中钢板与邻近椎体的距离可能影响到邻近节段的骨化，Park等人发现钢板—椎间盘之间的距离于邻近节段的骨化呈正相关。
最近两项荟萃分析专门研究了融合后邻近节段退变的危险因素，其中Lawrence系统回顾了5篇高质量文献并总结到C5-C6和或C6-C7节段的融合可能会增加邻近节段发生退变的风险，但作者同时强调及时荟萃的文献超过170篇也很难区分病理性退变和生理性退变。
与此相反的是台湾研究人员发现即使邻近节段退变导致的临床症状非常明显，再次行手术的可能性仍很低，约0.8%，与此同时作者指出因颈椎退行性变而行融合手术的患者术后邻近节段发生退变的可能性增大。
2.腰椎融合术后临近节段的退行性变
2.1生物力学因素
自上个世纪80年代开始基础研究已经涉及腰椎融合术后临近节段的生物力学及运动模式的变化。1984年Lee与Langrana对16具尸体标本的腰椎施加垂直压缩及弯曲的负荷，结果发现临近未融合节段的应力及相关关节突关节的负荷均有所增加，Ha等人在一项犬脊柱的体外研究中也证实融合术后相应关节突关节的负荷会增加。
同时发现临近节段的活动度及关节面间的接触模式均发生改变，这些均是临近节段退变的假定病因。应用有限元模型Chen等人发现融合术后临近椎间盘的应力增加，且发现上位椎间盘的增加量较下位的多。
Axelsson等人通过X线观察了6例患者行L4-L5融合术前后临近节段的活动范围，结果发现2例患者的活动度有所增加。Hayes等人发现L3-L4融合术后临近节段的侧方活动范围增加，这与腰痛关系密切。Esses通过尸体研究不同的融合技术对临近节段活动度的影响，结果显示后外侧入路的影响较小，而前路的影响较大，尸体及有限元模型分析发现无论哪种入路融合，临近节段的椎间盘负荷均有所增加。
Weinhoffer通过尸体研究发现融合术后人体前屈时临近椎间盘所受的负荷会增加，且与融合节段的数量呈正相关，Cunningham的研究结果与其类似并且发现负荷的增加量为45%。
应用大鼠体内模型，Lotz等人发现融合术后临近节段的生物力学及所受应力均会发生改变，有限元分析的结果成功预测了临近纤维环中部所受的静水压增加了10倍，镜下观察相关结构的组织和细胞水平均发生了多种损伤，包括纤维环的排列混乱、细胞凋亡导致细胞数目减少以及基因表达的变化，Phillips等人甚至在动物模型中发现软骨细胞和髓核内脊索细胞数目的减少。
2.2临床及影像学诊断
区分腰椎融合术后临近节段进展性的骨关节炎与临近节退行性变非常困难。与颈椎融合术后一样，腰椎融合术后临近节段的退变的临床表现、MRI及X线之间存在差异，甚至无法解释，比如很多无症状的患者的MRI显示退变却非常严重，目前已经基本证实X线平片对融合术后临近节段的退变的诊疗意义不大，Frymoyer等人对96例行腰椎融合术的患者行X线平片检查发现患者的检查与临床症状并不相符。
Kumar等人在一项研究中应用36项简明量表、Oswestry残疾指数、功能评分及影像学检查对腰椎融合术后的患者进行评估，并与年龄、性别相近的患者进行比较，结果发现行融合手术的患者术后融合节段的上位椎体退变明显，但临床症状的差异无统计学意义。
但Wai通过MRI对腰椎融合术后的患者进行了长达20年的随访却发现手术患者的退变并不明显。Hambly等人发现无论融合与否，影像学可见的退变多见于腰椎的移行区域。图3显示了融合术后临近节段的进行性退变；图4显示了严重的退变可导致椎管狭窄。
图3：X片显示L4-L5腰椎融合术后(A)、 2 年(B)、 5 年(C) 、 9 年 (D) 邻近节段的进行性的退变，术后13年时已有明确的退变征象(E)，但这些影像学改变是否具有临床意义尚不明确。（Cheh G, Bridwell KH, Lenke LG, et al. Adjacent segment disease following lumbar/thora-columbar fusion with pedicle screw instrumentation. Spine [Phila Pa 1976]. 2007; 32[20]:2253-2257.）
图4：一例后路L3-L5椎间融合的患者的术后X线片，该患者术后数月内出现严重的腰痛和下肢放射痛(A). CT椎管造影显示L2-L3节段椎管狭窄并双侧关节突关节肥厚性增生(B). 最终该患者行翻修手术—拆除了L3-L5椎间融合器并行L2-L3融合术。
近来对腰椎融合术后与临近节段相关的临床症状的研究越来越深入，Ghiselli等人对47215例行腰椎融合术的患者进行了长期（平均6.7年）回顾性研究，5年 内约16.5%的患者因临近节段退变而行手术治疗，随访到10年时这一比例变为36.1%，Gillet等人的研究显示81例腰椎融合患者术后随访2到15年时这一比例为20%，其中32%的患者通过影像学变化可确诊为临近节段的退变。
Sears等人在另一项大样本的回顾性研究中（1000例患者，平均随访时间63个月）发现10年内因融合后临近节段退变而行翻修手术的比例为22.2%，平均每年2.2%。
腰椎融合术后临近节段退变的发生率不同的研究结果不一，Park等人对22篇文献进行了分析发现根据临床症状或者影像学改变该发生率从5.2%-100%不等，造成这一差异的原因可能是不同的样本、临近节段退变的影像学或临床诊断标准不一以及回顾性研究固有的缺陷。
2.3腰椎融合术后临近节段退变的危险因素
Aota报道相关的危险因素最明显的是年龄，在他们的研究中发现30例大于55岁的患者中有11例患者出现了融合后临近节段的退变而25例小于55岁的患者中只有3例，Rahm 和Hall等人的研究结果与此相似。Etebar 和Cahill则认为性别是相关的危险因素，其中女性的风险更大，但月经与进行性骨关节炎的关系还不明确，其中研究热点是雌激素对该病变的影响。
腰椎融合节段的数目也会影响到术后临近节段退变程度，Penta对52例行融合手术的患者进行研究，通过MRI和X线发现术前融合的临近节段无退变，而术后融合的长度对临近节段的退变产生何种影响尚不清楚，Wimmer等人对120例行前后路单节段（46例）或多节段（74例）腰椎融合术后出现疼痛、腰椎滑脱的患者进行了随访，结果发现多节段融合后临近节段退变的发生的可能性大。
Ghiselli通过对32例患者进行平均7.3年的随访研究发现L4-L5融合后可能会导致L5-S1椎间盘的渐进性退变，但作者同时强调没有必要在L4-L5融合时对没有症状的L5-S1进行融合。此外脊柱的解剖学的不稳定性也是该退变的重要的危险因素，术前L1到S1的轴距离大于35mm者发生临近节段退变的可能性变大，与此相反术前C7铅垂线、骶骨倾斜角正常的患者的发生率则较低。
Oda通过山羊的模型来研究脊柱后凸的临近节段的生物力学的改变，结果显示这些动物模型融合节段的上位节段均不同程度的出现退变，后凸畸形后外侧融合后可显著增加上位节段后纵韧带复合体的僵硬，前屈后伸时增加了椎板所受的应力。
Lehmann等人通过回顾性研究发现了融合后前上位节段的稳定性与术后椎管狭窄之间存在相反的关系，即发生退变的节段的临近节段发生退变的可能性也增加了，等人发现即使解除融合后临近节段仍会继续退变。
Akamaru等人通过对尸体标本进行研究发现L4-L5间不同部位的融合对临近节段产生负荷的影响并不相同，360°融合时如能够维持约20°的前凸角可有效预防术后临近节段退变。一项大样本回顾性研究发现椎间融合或椎板切除相比于动力性融合可显著增加临近节段的退变速度。
Abdu对380名患者进行了研究根据融合方式的不同分为三组：后路原位融合、后外侧融合并椎弓根钉棒固定、360°全融合，3-4年的随访发现三者临近节段退变之间无显著差异（评价标准包括36项简明评分、身体功能量表、Oswestry残疾修订指数）。在一项随机对照研究中Videbaek等人发现前路腰椎间融合结合后外侧融合或者单纯后无外侧融合均不会增加临近节段退变的可能性。
Edwards对成年长节段融合（胸腰段至L5）并最终出现S1退行性变的34例患者进行了长达5.6年的随访，其中61%的患者最终出现了椎间盘退变，相关的危险因素包括矢状位失平衡、年纪小、L5-S1退变的影像学资料以及术中应用融合耗材等。
Shono等人应用牛的腰骶节段作为模型探讨了融合器如加压钩、椎弓根钉棒、椎间融合器等是否会影响到临近节段的退变，结果发现随着融合器械的增加，临近的活动性完好的节段发生脱位的几率增加，但对于椎弓根钉棒的研究争议较多，Wiltse的研究结果就显示使用钉棒不会增进临近节段的退变。
Ahn等人回顾性分析了3188例行胸腰段融合的患者借以探讨临近节段退变的几率及相关危险因素，结果发现10年内约6%的患者会出现相关退变，危险因素包括：多节段融合、年龄大、术前存在退变性疾病、女性患者等。
Lee等人研究了1069例行腰椎融合术的患者，其中因临近节段退变而行翻修手术的患者约有2.62%，翻修术后大多会导致关节突关节的退变，与融合节段距离越近则退变的可能性越大，令人意外的是术前无退变征象的患者术后翻修的风险较高。
此外因术中应用Cage或椎体间相互嵌插导致的椎间隙高度降低也是融合后临近节段退变的危险因素，Kaito对84例因腰椎滑脱而行后路椎间融合的患者进行了随访发现椎间隙高度减少的越多则退变发生率越大。
Nassr发现不正确的椎间盘摘除或内固定置入方式也是相关危险因素，在他的研究中15例内固定置入不准确的患者临近节段退变的发生率是对照组的三倍，原因可能是内固定的额外损伤或者不必要的手术创伤等。最后进来几项meta分析总结了融合后临近节段退变的相关危险因素：年龄大于60岁、先前存在关节突关节或者椎间盘退变、多节段融合、临近节段的椎板切除或者止于L5的椎管重建以及椎间隙高度的下降。
3.治疗
目前对于融合后临近节段退变的治疗并没有金标准，临床上仍以对症治疗为主，很多文献均证实椎管减压可以缓解退变导致的疼痛等症状，并且严重的并发症则很少，此外椎间盘置换术也可能是一种不错的治疗方案，但目前仍需要进一步研究来证实其临床疗效，近来一项队列研究发现椎间盘置换可显著改善临近节段退变的症状仍不能证实统计学上存在意义，该研究的作者对该术式仍是保守态度。图5为一人工椎间盘假体。
图5：为椎间盘置换而设计的人工椎间盘—Activ L (B. Braun, Melsungen, Germany)，包括上下终板及两者之间高分子聚乙烯内衬(Grupp TM, Yue JJ, Garcia R Jr, et al. Biotribological evaluation of artificial disc arthroplasty devices: influence of loading and kinematic patterns during in vitro wear simulation. Eur Spine J. 2009; 18[1]:98-108.)
4.结论
椎体融合术后临近节段退变是常见的并发症，由于此类患者椎体退变本来就很常见，因此很难与融合手术导致的退变相鉴别。生物力学的研究表明颈椎或腰椎融合术后临近节段的应力增加了，尽管临床表现可能与影像学表现可能不一样，但根据临床表现或影像学资料可确定长期疼痛的患者行何种治疗。治疗方案包括退变节段的融合和或减压，此外椎间盘置换术也越来越受到热捧，但相关研究及预防的相关护理措施仍需进一步研究。
