頚椎椎間板置換術は.椎間板性頚椎症に対する外科的治療法であり.頚椎セグメントの配列と動きを維持し.隣接するセグメントの変性を抑制することができます。 前方椎間板切除術および固定術（ACDF）は.急性椎間板ヘルニアによる頚椎症や神経根・脊髄症に対する治療法として古典的な主要術式である。 頚椎前方プレートの使用により.単関節および2関節の頚椎非インプラント固定術の成功率が向上し.プレートと自家または同種骨移植の併用により.頚椎セグメントの湾曲と椎間板高さが保たれるようになりました。
臨床研究では.頚椎手術後の隣接セグメントにおける椎間板変性に焦点が当てられ.死体標本研究では.正常な頚椎における癒合セグメント近傍の可動性と椎間板内圧が増加することが示されています。 しかし.CDRを臨床的に使用する前に.頚椎椎間板置換術とACDFが同様の結果を得ることができ.隣接セグメントの頚椎変性を防ぐことができるかどうかを明らかにする必要がある。 本論文では.CDRの開発.適用.予後を最新の研究成果に照らして分析し.ACDFと比較する。
CDRの適応症と禁忌症
現在.整形外科医に認められているCDRの適応は.椎間板ヘルニアによる頚髄神経圧迫の術後再建.C3-T1椎間孔の骨化による神経圧迫の外科的治療.絶対禁忌は頚椎変形.片側頚部痛.運動セグメントの不動.不安定.滑膜変性.感染等です。 Auerbachらは.選択的頚椎手術を受けた167人の患者をレトロスペクティブに分析し.約43％の患者がCDRの適応を満たしており.隣接する脊椎の変性を考慮すると47％に上昇することを明らかにした。
CDRの歴史
第一世代の人工椎間板が登場して以来.その設計と技術には大きな進歩がありました。 金と金の2部品からなるボールアンドソケットプロテーゼの初期モデルは.椎体にネジで固定する必要があり.術後の嚥下障害やネジのゆるみを引き起こす傾向があったため.断念されました。 長い年月を経て.より古典的な頚椎椎間板ヘルニアは.現在.第5世代（図1.Medtronic社製）となり.チタンとセラミックの複合材に.骨の成長を促進するための穴あきチタンプラズマ膜が被覆された人工頚椎となりました。 人工椎間板はそれぞれ特殊なデザインをしているため.挿入方法もそれぞれ異なり.様々な人工椎間板に関する研究が行われていますが.通常はACDFと比較されることが多いようです。 その他.BryanCDR（Medtronic社.図2）.ProDisc-Cプロテーゼ（syntheses社.図3）.PCMプロテーゼ（Nuvasive社.図4）.CerviCoreプロテーゼ（stryker社.図5）などの種類があります。 人工関節の設計の種類にかかわらず.セグメント間の運動.椎間板の高さの維持.脊椎の生理的湾曲.さらに長期安定性.起こりうる炎症反応や骨溶解を抑えるためのゆっくりとした摩耗.隣接セグメント脊椎運動力学の変化がない.ACDFと比較して価格や合併症が少ないなどの特徴が必要である。
図1 Medtronic社製.プレステージLPプロテーゼ.非制限型ボールアンドソケットチタンセラミック表面構造プロテーゼ。
図2：メドトロニック社製.ブライアンプロテーゼ.無制限チタン製プロテーゼの表面をポリエチレン製の有孔フィルムで覆ったもの。
図3：プロディスクC型人工関節.金属とUHMWPEの接合で.キールにより椎体内板にリベットで固定することが可能です。
図4：Nuvasive.PCMプロテーゼ。平板状の金属製プロテーゼと.ポリエチレン製の多孔質膜で覆われた現在の波状の表面からなる2つのプロテーゼから構成されている。
図5：Stryker社製.CerviCore人工関節.半拘束型人工関節.鞍型デザイン.金属と金属の界面.人工関節を椎体にリベットで固定するキール付き。
CDRのバイオメカニクスとキネマティック機能
臨床におけるCDRの使用は.頚椎固定術後に脊椎の運動学的特性が変化し.それによって隣接セグメントの症状のある椎間板の変性が促進され.再手術が必要になるという仮定に基づいている。 Diangeloらは.頚椎固定術後に隣接セグメントの代償運動の増加を示したが.CDR患者ではそのような力学的変化は見られなかった。 近位セグメント変性症で.1名が外科的治療を必要とした。
椎体癒合術を受けた患者では.近位セグメントの椎間板圧が通常よりも高くなることがより広く実証されているが.CDR患者では椎間板圧の増加は見られない。 さらに.Changらの研究では.CDR患者において.術後の脊椎伸展時に滑膜関節にかかる圧力が増加することが判明しました。 in vitroおよびin vivoの研究により.CDRは置換されたセグメントの矢状面の位置.および頸椎の回旋と側屈の可動域を保持するのに有効であることが実証されています。 CDRとACDFでは.CDRでは近位部の椎間運動が減少するのに対し.ACDFではCDR後1ヶ月と3ヶ月で近位部の椎間運動が減少し.術後2年で近位部の椎間運動が術前レベルに戻ることが確認された。 術後2年では.ACDFよりもCDRの方が頚椎カーブ曲率が良好に維持されていた。
臨床的および画像的予後
最近の臨床研究のデータから.ACDF患者が自家または同種骨移植を受けると.喫煙者であっても椎間固定率が向上し.機能予後臨床成績が改善することが示されている。 融合率は.ACDFのセグメント数が増えるにつれて.徐々に低下する。 無作為化比較試験において.ACDFとCDRの両患者は.術前よりも頚椎の神経機能が有意に改善され.CDRは全機能がより有意に改善され.再置換を必要とする確率がより低いことが明らかになった。
Kimらは.CDR患者51名とACDF患者54名の19ヶ月に渡る術後追跡調査の比較において.ACDF患者はCDR患者よりも3.5倍.画像上隣接するセグメントの変性（骨形成.椎間板スペースの狭窄.前縦靭帯の石灰化など）を示し.術後の椎間スペースの運動はACDF患者の両セグメントにおいてCDR患者より融合の頭側と尾側で著しく大きかったと発表している。 の振幅はCDRの患者よりも有意に大きかった。 CDR患者223名とACDF患者198名の比較研究では.術後2年間のフォローアップでACDF患者とCDR患者の上肢・頸部症状緩和率に有意差はなかったが.CDR群の方がACDF群より総合神経学的改善度と復職までの時間において良好な転帰を示している。 また.文献上では他にも.全体的な機能改善の観点からCDRがACDFよりも優れているとする研究がありますが.ここでは記載していません。
米国FDAが承認した無作為化比較試験において.CDR群103名.ACDF群106名を最長2年間追跡調査した結果.術後6ヶ月の神経学的回復はCDR群が良好で.術後3ヶ月の頚椎機能指数はCDR群が良好であることが示されました。 しかし.術後2年間の神経学的回復.頸部機能指数.VAS疼痛スコア.職場復帰.患者満足度に有意差はなかった。 プロテーゼ設置の成功率（再置換なし.変位なし.再手術や追加固定なしなど）は.ACDF群よりCDR群で良好であった。 臨床的に重要な期間を分析した結果.CDR群の方が融合群よりも良好な治療成績を示した。 術後2年の時点で両群の機能に統計的な有意差はなかったが.術後においてCDR群は融合群よりも早く神経機能を回復させた。
マルチセグメント病変はマルチセグメントCDRで治療可能である。 Goffinらは.シングルセグメントCDRの患者89人とマルチセグメントCDRの患者9人を4年と6年治療した対照研究で.術後4年から6年までSF-36.頸部機能指数.頸部・上肢痛の改善を良好に継続したと報告している。 再手術率は約6.1％.近位部手術は4.1％と報告されました。
再手術患者におけるCDRとハイブリッド内固定法
CDRは.頚椎固定術や後方除圧術に失敗し.症状のある近位部分節変性を有する患者さんに有効です。 Philipsらは.固定術後の隣接分節変性に対してCDRを行った25名の患者を対象に2年間の追跡調査を行い.初めてCDRを行った126名の患者と比較した結果を報告し.両群で頸椎機能指数とVASスコアに有意な改善が見られたことを明らかにした。 術後の有害事象発生率は1.6％.再手術率は7.7％であった。
Barbagalloらは.CDRとACDFを併用した治療を受けた24名の多分節性頚椎症患者の研究において.術後23ヶ月のフォローアップで.21名の患者にSF-36.頚部機能.頚椎症候学が見られたと報告している。 指標を示し.追跡調査終了時にプロテーゼ関連の合併症は認められず.非症候性異所性骨化症の発生率は8.3％であった。
Shinらは.C3-C7多発性頚椎症患者40名を対象に.2分割ACDFを施行した群と1分割ACDFに1分割CDRを併用した群の対照研究を行った。 併用群は.術後1年および2年の頚部機能指標の回復.術後1ヶ月および12ヶ月のVASスコアの回復に優れていたが.上肢痛の改善については両群で同程度の結果だった。 頸部運動機能の回復はC2-C7セグメントの併用群で早く.両群とも異所性骨化.人工関節の破損などの術後合併症はなかった。
合併症
Fountasらは.シングル.ダブル.トリプルセグメントのACDFとプレート固定を行った1015例をレトロスペクティブに解析し.食道穿孔による手術死亡率が0.1%.嚥下障害が9.5%.反回喉頭神経麻痺が3.1%.血腫除去が2.4%.硬膜破れが0.5%.食道穿孔が0.3%.内固定が0.1%.ホーナー症候群が1%であると報告しています。 0.1％.切開感染症0.1％である。
FDA IDEによるCDRの前向き無作為化比較試験から.合併症の多くは消化器系や泌尿器系などの一般的な術後合併症であり.CDR内固定装置との間に大きな相関はなかったが.CDR群の患者は有害事象発生率が高く（10%の患者に嚥下障害.2.8%の患者に切開部感染）.周術期神経系イベント発生率は低いことが明らかにされた。 CDR群とACDF群の発症率はほぼ同じであったが.CDR群の方が再手術率が低かった。 一方.RileyらはACDF施行2年後の嚥下障害発生率をCDR群21％に対し28％と報告し.McAfeeらはACDF群に対しCDR群では嚥下障害発生率が低いと報告している。 の食道圧がC3-C4セグメントACDFやC5-C6セグメントCDRに比べて高かったことから.ACDF＋プレート固定時に手術の反対側のプレートにネジを入れる際に食道を引っ張ってネジ穴を露出する必要があったことが.高い食道圧に影響している可能性が指摘された。
Goffinらは.102例のCDR患者の合併症を評価した。術後合併症には.補綴物変位1例.血腫除去を要する前脊椎血腫1例.神経障害10例.声帯麻痺1例.骨膨隆と脊髄圧迫の再発により術後6年で補綴物を除去した1例が含まれている。 残りのセグメントでは神経症状が見られる。 CDR患者229名の追跡調査では.合計4例の硬膜裂傷と5例の再手術を要する症例が発見された。
異所性骨化予防のためのNSIADを行わなかったCDR患者54名（人工関節65個）を対象とした調査では.術後4年目の非症状性grade IIIまたはIV異所性骨化の発生率は63％であったが.ほとんどの患者が手術結果に満足していることが明らかになった。 72名の患者を対象とした2年間の追跡調査では.異所性骨化の発生率は9.4％.隣接セグメントの画像で確認できる変性の発生率は12.5％であることが判明しました。 異所性骨化による椎間関節の運動量減少は.CDR患者の11-44%に認められた。 異所性骨化が隣接セグメント変性の主要な病理学的メカニズムであることを示唆する研究者もいるが.臨床的機能予後への影響は限定的である。
Sekhonらは.CDR置換術を受けた15名の再手術患者について報告し.約6.7％に持続的な嚥下障害.再手術.亜脱臼.神経症状の新規発現などの術後合併症があったとしている。 ハイブリッド固定装置を使用することで.装置関連の合併症が少なく.非症候性異所性骨化症の発生を抑制することができる。
現在.学術的に注目されているのは.脊髄や神経の露出からCDRプロテーゼの摩耗に移行していることである。 動物実験では.ウサギの硬膜をコバルトやチタンなどの金属粒子に暴露すると.鳥の胸水中のマクロファージが増加し.硬膜の組織学的検査で硬膜線維化.炎症性変化.マクロファージ顆粒などの変化が確認されています。 ステンレス鋼.チタン.UHMWPEへの局所曝露は.脊髄および硬膜組織におけるIL-6発現レベルのアップレギュレーションにつながる可能性があります。 CDR挿入後の遅発性異物アレルギー反応が文献に報告されている。
有効性解析
市場分析によると.2010年頃.CDR手術は脊椎固定術の約47.9%を占め.年間医療費は約21億8千万ドルで.米国における脊椎疾患の治療に大きな影響を与えたと報告されています。 米国ではCDRプロテーゼは約4,000ドル.ACDFは2,500ドルであるが.ACDF後の再手術や隣接セグメント変性の割合が高いため.ACDFの潜在的コストがある程度上乗せされると思われる。
要約すると
CDR法では.確実な症状の緩和.頚椎の可動域の維持.隣接する椎体セグメントの椎間板圧の減少が得られ.置換プロテーゼは術後2～4年間は良好な作動性を維持します。 プロテーゼ関連の合併症の発生率は低く.ACDFと同程度である。 プロテーゼの費用は融合型より若干高くなりますが.手術の後半に得られるメリットにより.初期費用をある程度相殺することができます。 利用可能な臨床研究はすべて.2年および4年という高い追跡期間を報告しており.より長い追跡期間を持つ大規模なサンプルが必要とされています。