Significance of anterior interbody fusion from view of patho-mechanism of discogenic low back pain

Low back pain is common disease, and is one of the most crucial problems in the world. Fifty thousands million dollars per year were paid for the low back problem in the United States. Many authors have reported etiology, pathology, diagnosis, and treatment of pain originated from lumbar intervertebral disc, however the mechanism and treatment for discogenic pain remains to be unclear. In our department, we performed anterior lumbar interbody fusion for discogenic low back pain. We clarified patho-mechanism of discogenic pain from this procedure. In this manuscript, we stated mechanism, estimation, treatment, and surgical results of the discogenic low back pain. Seiji OHTORI et al : Significance of anterior interbody fusion from view of patho-mechanism of discogenic low back pain 千葉大学大学院医学研究院整形外科学〔〒 260-8677 千葉市中央区亥鼻 1-8-1〕 日本腰痛会誌・15巻1号・2009年10月 （ 59 ） Ⅰ．腰痛の発生源としての椎間板， 椎体終板 変性椎間板，MRIで捉えられる椎体終板 軟骨は必ずしも腰痛の原因とはならない．し かし一部の症例ではその変性が腰痛の原因と なりうることは確かなようである．1970年 教室の篠原は椎間板性腰痛の患者から採取し た椎間板内神経終末に関する研究を発表し た16）．ヒト病的椎間板では，腫瘍壊死因子 （tumor necrosis factor alpha）やインターロ イキンなどの炎症性サイトカインが発現し， それらのサイトカインが椎間板周囲にしか存 在しない自由神経終末を内層に侵入させてい るという．これが慢性椎間板性腰痛の一因と 考えられている2,5,16）．残念ながら本論文は日 本語であったために，1997年にFreemontら にLancetに記載された椎間板性腰痛とnerve in growthの原著が世界で初めての椎間板性 腰痛の機序として記載されているが，本邦で はその27年前に解明されていた（図2）5,16）． さらに椎間板周囲の椎体終板軟骨はMRI のT1強 調 画 像 で 高 輝 度 を 呈 す るModic Type 2，低輝度を呈する Modic Type 1に分 類され，Modic Type 1は椎体間不安定性と 腰痛と相関することが報告されている19）．こ のヒト異常椎体終板軟骨にもtumor necrosis factor alphaに誘導された神経が入り込んで， 疼痛を惹起していることが報告された10）． 最近われわれは椎間板性腰痛の機序を培養 細胞を用いて検討を行った．ヒト慢性腰痛患 者から摘出した椎間板とラットの神経細胞 図 1　開講当時の模様．中央が鈴木次郎・初代教授，向かって右隣が井上駿一・二代教授 （ 60 ） 日本腰痛会誌・15巻1号・2009年10月 の共培養を行った．これらの結果より椎間 板細胞内の神経成長因子（nerve growth factor）とtumor necrosis factor alphaが神経の nerve in growthを誘導していることが解明 された20）．さらに神経細胞はさまざまな受容 体を持つがそのうち，nerve growth factor 受容体でtyrosine kinase A（TrkA）とp75受 容体が疼痛関連のペプチド誘導に重要な役割 を持っていた．今後椎間板性腰痛の治療の ターゲットにこれらの因子が焦点になってく ると思われる． 椎間板性腰痛に対するこれらの因子の阻害 薬の成績が報告されている．リウマチ薬であ る抗tumor necrosis factor alpha阻害薬エン ブレルに関して，傍脊柱筋に注射した臨床報 告では腰痛に有意に有効であったと報告され た18）．一方で36名の慢性腰痛患者の椎間板 内にエンブレル最大1.5 mgの1回投与を行っ た（通常の1/10量）．副作用はなかったが， 残念ながら効果にも乏しかった3）．2008年の 国際疼痛学会にて，ファイザー社/リナット 社による重度変形性膝関節症患者に対して抗 nerve growth factor抗 体（Tanezumab）の 静 注後期二相試験の結果が報告された．驚くべ きことにその効果は非麻薬性鎮痛薬（トラマ ドール），弱オピオイド（コデイン）を凌駕す るものであった．今後のさらなる臨床研究が またれる分野である． Ⅱ．椎間板性腰痛の診断 1．椎間板へのブロック 椎間板性腰痛の治療に椎間板ブロックが使 用される．効果に関してはさまざまな報告が あり定説はない．治療よりも診断としての位 置づけが高い．通常は1椎間，最大でも，2 椎間のブロックまでが適応である．椎間板造 影検査試行時に行うことが多い．椎間板造影 後に，0.25％塩酸ブピバカインを0.75 ml注 入する椎間板ブロックを行っている．これは 椎間板線維輪に存在する神経終末に対するブ 日 本整形外科学会雑 誌 第 44 巻　第 8 号 （昭和 45 年 8 月 25 日） 腰 部 椎 間 板 障 害 の 研 究 特に椎間板内神経終末の組織学的検討 （受付 昭和 44 年 5 月 13 日） （千葉大学医学部整形外科教室　指導 ： 井上 駿一教授） 要　旨　腰痛の一つの病因として， 椎間板それ自体が重要な役割を果たすという臨床的根拠に基 づき， 椎間板の神経終末についての検討を行なった． 　正常椎間板としては， 新鮮屍体剖検例 （5 例各3椎間）15 椎間板， 病的椎間板としては， 腰椎 椎間板障害13 症例の鈴木法手術（経腹膜的椎間板切除及び椎体前方固定術）の際得られた18椎 間板， これらについて， リチャードソン液固定後， 連続大標本を作製， 瀬戸法髄索染色法を施し 検討した． 　正常椎間板では， 靭帯， 靭帯・線維輪間鬆粗組織， 線維輪表層まで豊富な神経終末を認めた． 　病的椎間板では， さらに豊富な神経終末を見， 特に椎間板変性後の修復機転と思われる結合織 の椎間板侵入の際， ともに終末も髄核へ向かって伸びて行く． 　終末は， 知覚終末， 植物性終網等であった． 　　　　第 1 章　緒言および文献的考察 　いわゆる　low back pain に関しては， すでに 数多くの臨床的， 病理解剖学的研究がなされてい るが， その病因の局在については， さまざまな立 場で区々な見解が述べられている． 1957 年来， 故鈴木次郎教授35） の提唱せる “椎 間板性疼痛 （discogenic pain）” なる概念には， 教室斎藤幹39） の行なった discography 施行時造 影剤及び薬剤注入によって起こる 患者の疼痛発現 様相の検討， および立岩， 小松崎36）37） 等の行なっ た discography 施行時筋電上， 当該下肢筋に放 電の出現することの検討， さらに井上， 村山36）37） 等の病的椎間板組織の自己感応性 proprioceptive に関する生科学的検討（なんらかの疼痛発現物質 の存在） 等， 臨床的， 基礎的研究の裏付けがある． 　これら研究の一環として， 著者はこの刺激源に 対する receptor を探求すべく ， 腰椎椎間板の神 経終末分布に関する組織学的検索を行なった． 　歴史的には， 椎間板自体が low back pain の 直接の producer であるかどうかを， 刺激源の立 場から検討し始めたのは比較的新しい， 　Lindblom ＆ Perey（1948）， Hirsch（1948） 等 は， 生理的食塩水や造影剤を椎間板内に注入した 際， 椎間坂内圧の上昇に伴い， 臨床的に患者の疼 痛の再現を来たすことが出来， さらに局所麻酔剤 を注入することによってこれを消失 せしむること が出来ることと報 告した． 　教室斎藤幹も， この追試を行ない同様の結果を 得ており， さらに立岩， 小松崎等は犬の椎間板内 に特殊針電極を挿入し， これに電気的刺激を与え 筋電図上， 当該下肢筋に放電を認め， 椎間板それ 自体になんらかの刺激受容器の存在を示唆した． ─（ 1 ）─ 篠 原 寛 休 日整会誌， 44， 563～570，1370． 図 2　慢性椎間板腰痛と椎間板内部への神経侵入の論文 （篠原寛休，1970 年，日本整形外科学会誌） （文献 16 より引用） 日本腰痛会誌・15巻1号・2009年10月 （ 61 ） ロックである． 42名の単椎間の椎間板性腰痛患者に対し て椎間板造影による疼痛再現と椎間板ブロッ クによる除痛のどちらを診断の根拠にしたほ うが，手術成績が向上するかを検討した．12 名は両方に無反応であったので除外した．お のおので診断された15名ずつに前方固定術 を行い，2年後の腰痛の改善度は局所麻酔剤 を用いた椎間板ブロックを用いて診断した群 で有意に優れていた13）．椎間板造影時に局所 麻酔剤を用いた椎間板ブロックを用いること は慢性腰痛への前方固定術の成績を向上でき 図 3　椎間板が第 2 神経根支配であることを解明した初期の論文 高橋弦らによりあらかじめ静注しておいた色素が椎間板刺激で鼡径部の皮膚（L2 領域）に漏出すること を報告した（a: 文献 17 より引用）．また中村伸一郎らは椎間板の豊富な神経線維叢（b）が前方に存在す る傍脊椎交感神経幹を切離するとほぼ消失することより（c），椎間板の支配神経は L2 神経根から傍脊椎 交感神経幹を経由することが証明された（文献 9 より引用）． （ 62 ） 日本腰痛会誌・15巻1号・2009年10月 ることが示唆された． 2．伝導路のL2神経根ブロック 椎間板由来の疼痛がL2領域の鼡径部に感 覚されることを日常診療で経験する．腰椎椎 間板に分布する神経終末は，洞脊椎神経経由 にて当該高位の後根神経節より支配されてい ると考えられてきたが，ラットL5/6椎間板 を支配する神経終末が傍脊椎交感神経幹を 経由してL2後根神経節に入ることが示され た（図3）11,12）．中村らによってヒト腰椎椎間 板性腰痛に対し，L2神経根ブロックが有効 であることが報告されたが，これらは，MRI での椎間板変性と前屈位での疼痛増強で椎間 板性腰痛の診断基準としたものであった8）． そこで厳密に椎間板性腰痛と診断し前方固定 術を試行後成績良好群に対する，ヒト腰椎椎 間板性腰痛に対するL2神経根ブロックの有 効性を検討した．Retrospectiveな研究であ るがL2神経根ブロックの有効性は86％と高 く中村らの研究を支持した14）．しかしながら 手術成績不良群でもL2神経根ブロックの有 効性な症例もあり，今後さらなる検討が必要 であろう． Ⅲ．手術方法としての前方法 まず，下肢症状のない慢性腰痛は手術対 象になるのかが疑問のあるところであろう． これらを検証した3つのrandomized control trial（RCT）が存在する．Fritzellらは19施設 294名のレントゲン，CT，もしくはMRIで 診断した慢性腰痛の患者に対し保存療法と手 術療法を比較し，手術療法の有用性を報告し た6）．Broxらはレントゲンで診断した64名 の慢性腰痛の患者に対し保存療法と手術療法 を比較し，保存療法と手術療法は同等の改善 度であったとした1）．さらにFairbankらは 画像診断を設けない349の慢性腰痛患者に対 する運動療法と手術療法を比較した結果，手 術療法の有用性は示されなかったと報告し た4）． 慢性腰痛に対する手術療法での手術方法別 のRCTは1つである．Fritzellらはレントゲ ンを診断基準としたL4/5，L5/S1の椎間板 変性に対し，後側方固定術（PLF），PLF＋ペ ディクルスクリュー（PS），PLF＋PS＋anterior interbody fusion, PLF＋PS＋posterior interbody fusionの4群を比較した結果， いずれの手術方法も腰痛を軽減させ，有意差 がないことを報告した7）． われわれは，1，2椎間の病変に限られた 場合で，レントゲン，MRI，椎間板造影，椎 間板ブロックにて厳密に診断された場合に運 動療法，前方法，後方法（PLF）の比較を行っ た．厳密に診断された場合には保存療法群 の成績は悪く，手術療法が有用であった15）． PLFも成績が良好であるが，前方固定術が わずかながらに有意に優れていた．諸外国の RCTの問題点として診断の厳密性が疑問で あることは周知の事実であり，本邦特有の診 断の厳密性を高めたRCT研究がまたれると ころである． 以上前方固定術から導き出された基礎的椎 間板性腰痛の機序，診断，手術に関して記載 した．慢性腰痛は今後さらなる研究が必要な 分野であり，エビデンスの高い研究が必要と なってくると思われた． 文　　献 1）Brox JI, Sørensen R, Friis A et al. 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