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正常腰椎间盘是由纤维环、髓核及软骨板构成。人体椎间盘髓核是一个高度含水的组织，水分占80%～90%；干性成分中，蛋白多糖占65%，胶原约占25%，胶原纤维无定向排列成一疏松的立体网络。纤维环中水分占60%～70%；干性成分中，蛋白多糖占20%，胶原占60%。椎间盘内主要含有Ⅰ型和Ⅱ型胶原分子，从纤维环的外层到内层，胶原构成由Ⅰ型逐渐变为Ⅱ型。Ⅰ型胶原提供纤维环的张力强度，Ⅱ型胶原提供承受压力强度。当腰椎间盘突出时，髓核中的水分含量下降，胶原含量可达60%或更高。Bromley等〔5〕用狗进行的实验认为：胶原酶注入盘内剂量达400u～500u时，有纤维环内缘的轻微溶解，超过这个剂量溶解作用将增加，但也只是纤维环内缘的溶解，注入胶原酶2w之后溶解程度不再增加。孙磊等〔6〕将胶原酶注入兔椎间盘内后观察到：胶原酶注入盘内24h，可见髓核结构破坏；1w后髓核浓缩，纤维组织增生；2w时椎间盘髓核结构界线不清；4w时椎间隙狭窄，髓核结构消失。被纤维软骨替代，但纤维环的外层胶原纤维结构无变化。Sussman(1968)〔4〕首先提出并证明胶原酶可以溶解术中切取的人体椎间盘组织，证明胶原酶能迅速地、选择性地溶解髓核和纤维环中的胶原纤维。Sussman(1975)〔7〕进行的毒性试验表明：胶原酶行盘内、静脉内、腹腔内、脊柱旁及硬膜外注射有相当大的安全范围，胶原酶对透明软骨、骨及成熟的纤维组织如前、后纵韧带作用极小，对硬脊膜、马尾神经等接触也不会造成损害，腰神经根等神经实质对胶原酶不敏感，但认为胶原酶鞘内注射可引起严重的并发症。3 胶原酶用于腰椎间盘突出症治疗中的若干问题1 胶原酶治疗机理 胶原蛋白水解酶(collagenase，简称胶原酶)，其化学本质是蛋白质，是一种有催化作用的高度特异性生物催化剂，是唯一能作用于胶原组织螺旋结构的酶，能在生理pH值及温度条件下水解天然胶原纤维。人体内源性胶原酶与胶原分子在细胞内共同合成，以酶原的方式处于潜伏状态〔8〕。当椎间盘内环境改变或受到机械作用时，椎间盘纤维细胞崩解，酶激活物进入基质激活处于酶原状态的胶原酶，使其具有生物活性，胶原纤维出现降解。降解的结果引起椎间盘本身出现自溶，使纤维环强度下降，出现裂隙或破裂，并引起相应的临床症状。当外源性胶原酶以酶原的形式大量注入病变的椎间盘，便被其中的酶激活物激活。胶原酶被激活后作用于胶原分子的全部3条α-链，距氨基酸端的3/4处，将胶原分子水解为3/4和1/4两个片段，使之溶解度增加，易解链变性被其他 蛋白酶水解〔9〕，最终降解为相关的氨基酸，被血浆中和吸收。由于椎间盘的总体积明显缩小，从而使突出物减小或消失，对神经组织的压迫得以缓解或消除，临床症状得以改善或消失。2 胶原酶治疗对象选择 对胶原酶治疗对象的选择至今仍缺乏统一认识，国内外至今尚无统一标准，如何选择病例，提高治疗效果，是有待进一步探索和研究的课题。有作者〔10〕提出对椎间盘向侧后方突出大于10mm，椎间盘突出伴钙化、伴侧隐窝狭窄等均可列为适应症。目前国内多数学者比较一致认定的是：单侧腰腿痛有明显神经根压迫症状；经系统保守治疗无效者。凡伴有过敏体质、马尾综合征、代谢性疾病、椎间盘炎或椎间盘感染、心理变态、腰椎管狭窄或脊椎滑脱、非椎间盘源性腿腰痛、孕妇及14岁以下儿童、突出物游离于腰椎管内及突出物已钙化或骨化者均不宜列为治疗选择。适应症的选择恰当与否，直接关系治疗效果，故此笔者认为对治疗对象应慎重选择，不宜过宽。3 胶原酶治疗方法 目前临床上主要有以下5种方法：(1)经皮斜刺或侧方直刺椎间盘(盘内)注射法。此法是经典注射法，适用于各种类型的椎间盘突出，尤其适用于椎间盘膨出、中央型突出或偏斜不重者。其穿刺途径安全，定位客观，精确可靠，效果确实，但操作要求准确。笔者主要采用此法，我们认为此法具有针对性强，直接溶解胶原纤维的作用。(2)经皮椎间孔硬膜外侧隐窝突出物局部(盘外)注射法。此法适于突出物偏向一侧，而且突向神经根管，临床有神经根刺激症状者。此法针对突出物，准确性要求高，术中需造影确定，效果可靠。(3)经椎板外切迹或小关节内缘行硬膜外侧隐窝穿刺法。此法系盘外注射的改进法，由宋文阁等〔11〕提出并应用于临床。此法进路骨性标志清楚，定点明确，进针角度和方向固定，可变范围小，但其应用时间较短，目前临床报道较少。(4)经皮棘突旁硬膜外注射法。它是经椎板间隙利用硬膜外套管注射法。适用于多间隙突出或老年体弱有明显骨质增生并有骨桥形成者。在操作时需在最高位间隙穿刺插管，并将硬膜外导管送到最低突出间隙，边退管边向突出区域注药。此法简单、安全，但效果不如其他方法 。(5)经皮切吸与胶原酶注射联合法。此法是先将椎间盘髓核组织吸出，使椎间盘内压力降低并有一定空隙，再注入胶原酶，使药液均匀地渗透到纤维环部，髓核及纤维环得到充分溶解。但其操作复杂，外套管针较粗，创伤相对较大。目前国外均采用盘内法注射，国内盘内、盘外均有使用。4 胶原酶临床疗效及与手术疗效对比 目前国内报道胶原酶治疗优良率在60%～84%，有效率在83%～96%。笔者治疗25例，优良率为74%，有效率为92%，基本上报道一致。经过比较，盘内法与盘外法治疗疗效并无明显差异。Weinstein(1986)〔12〕将胶原酶注射与手术组进行了详细比较，其结果为：化学溶核组治疗后近期疼痛缓解者为51%，手术组为41%；3个月后疼痛缓解者化学溶核组为75%，手术组为70%；1年后化学溶核组为86%，手术组为80%；2年以上无需其他治疗者分别为86%与88%。治疗后第一年度复发率化学溶核组12%，手术组18%；10年后化学溶核组为32%，手术组为39%，需再次手术。治疗后短期感觉良好，恢复工作者化学溶核组为90%，手术组87%。根据比较，化学溶核组的有效率高于手术组，而复发率却低于手术组。化学溶核术显得更为优越。5 胶原酶治疗的副反应与并发症1 副反应 ①疼痛反应。一般在治疗后3～10天疼痛可比治疗前加重，但笔者体会往往多在注药后1～2h后即开始出现疼痛加重。其原因是胶原酶的注入增加了盘内容积，同时胶原纤维在胶原酶作用下出现降解。导致椎间盘内容物增加，使盘内压升高及降解过程中的化学刺激反应，窦椎神经受到激惹后出现的〔13〕。 ②尿潴留和肠麻痹。是由于盘内压力增高后窦椎神经受到激惹引起植物神经功能紊乱所致〔13〕。 ③脊柱失稳性腰背痛。椎间盘溶解后椎间隙变窄，小关节将出现重叠，对窦返神经的刺激，出现反射性腰背部不适和疼痛。2 并发症 ①过敏反应。胶原酶作为一种生物制剂，存在过敏反应的可能。杨述华等〔14〕报道1例二次注射发生过敏反应；谢国华等〔15〕报道1例于注射后8h出现过敏性休克。 ②椎间隙感染。主要表现为腰肌痉挛，腰痛加剧，有深压痛，白细胞计数和分类可正常或升高，血沉增快。高翔等〔16〕报道1例椎间隙感染。 ③神经损伤。多为穿刺针刺伤脊神经根或穿刺过程中误伤脊膜或神经外膜，高浓度胶原酶使神经根发生脱水、变性，一旦误入蛛网膜下腔，轻者出现化学性脑膜炎，重者可发生截瘫。高翔等〔16〕报道2例神经损伤致腓骨长、短肌瘫疾，经治疗后一个月恢复。汤华丰等〔17〕报道全麻下2例产生腰神经根症状，半年后随访尚未完全恢复。鞠作金等〔18〕报道1例出现化学性脑膜炎及严重的神经根损伤，术后1年随访肌力仍未完全恢复。 ④继发性腰椎管狭窄。6 尚未解决的问题1 胶原酶用量问题 目前报道盘外注射胶原酶用量基本一致，都为1200u；但盘内注射用量尚未完全统一，各家报道有400u、600u、1200u三种规格。另外，椎间盘病变程度与所用胶原酶剂量问题尚未达成统一标准。2 有关造影剂使用问题 目前盘外注射一致使用造影剂进行定位，而盘内注射定位时是否非要使用造影剂问题并未达成一致，各家观点不一。临床上有单纯靠腰椎正、侧位定位的，也有在此基础上注射造影剂行椎间盘造影定位。另外，造影剂是否对胶原酶的溶解作用产生影响这一问题仍未见有系统研究报道。3 副作用和并发症问题 如何有效地预防和治疗胶原酶注射产生的副反应及并发症，目前尚未达成一致的方案。另外，对所有治疗的病例进行系统、完整的CT及X线复查结果方面，仍未见有完整、准确的临床报道。 综上所述，只要严格掌握适应症以及正确熟练的操作方法，胶原酶注射溶解术不失为一种有效的治疗方法。且疗效与手术治疗无明显差异。它住院时间短、操作较简单、并发症少、痛苦小、病人负担较轻且安全有效，即使失败也不影响再次手术，为腰椎间盘突出症增加了一种可供选择的治疗方法。相信随着胶原酶基础研究的不断深入及临床应用的进一步开展，胶原酶注射法必将成为继传统保守治疗之后首选的治疗方法，值得临床推广应用。参考文献1 Mixter WJ，Barr JSRupture of the intervertebral disc with involvement of the spinal New Eng J Med，1934，211:2102 Hirsh CStudies on the pathology of low back J Bone Joint Surg，1959，41B:2373 Smith LEnzyme dissolution of the nucleus pulposus in JAMA，1964，187(2):1374 Sussman BJIntervertebral clisolysis with J Natal Med Assoc 60(may)，1968:1845 Bromely JW，Varma AOSantoro AJ，et Double-blind evaluation of collagenase injection for herniated lumbar Spine，1984，22:1326 孙 磊，宁志杰，王培杰，等胶原酶椎间盘内注射后的形态观察中国矫形外科杂志，1997，4(5)：3947 Sussman BJJ NeuroSurg，1975，42:389～3958 张昌疑主编生物化学第2版人民卫生出版社，1984：85～1169 Smith ELConnectiro In:Principles of New York:Mc Graw-Hill，1983:22310 王执民，王义清，吴智群，等注射胶原酶治疗腰椎间盘突出症的临床应用研究实用放射学杂志，1997，13(8)：458～46011 宋文阁，傅志俭，马 玲，等硬膜外腔侧隐窝穿刺的研究中华麻科学杂志，1998，18(4)：25012 Weinstein JN，Lehman TR，Hejna 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对日益严峻的全球化环境污染问题，环境工程技术与生物技术的结合发展，为环境保护污染治理提供了新的技术手段。传统的污染治理方法存在着诸多的自身缺陷。主要表现在：处理效率低下、占地广、浪费土地资源和能源、处理成本高、效果不尽理想、容易产生新废弃副产物，甚至产生新的污染源。所以以环境生物技术为新技术体系解决环保污染的保护环境成为当今乃至未来发展的方向。酶与酶技术的开发 与应用是环境生物技术中重要的部分。 现代研究表明，酶与酶技术与环境保护的关系十分密切。表现在三个方面。第一，在产品加工过程中用酶来替代化学品（为生物过程代替化学过程反应温和）可以降低生产活动中的污染水平，有利于实现工艺过程生态化或无废生产，真正实现清洁 生产的目标；第二，酶作为生物催化剂，只对产品内容起作用，使产品在过程中产生的污染大大减少，利于环境的保护；第三，酶的反应条件温和，专一性强，催化效率高等自身的特点，决定了对污染物处理和环境监测具有高效、快速、可靠的优点。因此，酶工程技术在环境治理领域具有广阔的前景。 酶与酶技术以实际应用的要求为目的，利用酶的催化特性对对象进行有用物质的生产或有害废物的分解。几年来，环保用酶制剂与酶技术已经开始引起学术界的关注。与国外在这方面的研究相比，国内环保用酶的研究工作刚刚起步，在实现工业化、商品化应用方面基本处于空白。其原因主要还在于国内对环保用酶的研究系统方法落后，学科之间单兵作战，科研机构与生产厂商及应用单位相脱节，严重制约了环保用酶与酶技术的开发与应用，一直未能形成工业化和商品化的开发。 环保用酶与酶技术的开发与应用项目，通过应用系统方法，对高效酶类的选用与开发、酶固定化（载体）材料的选择，酶生物反应器的研究与制造，以成本低、速度快、效率高、安全简便的操作解决环境污染中的废水处理问题。开发出新一代的环保用酶制剂和酶生物反应器系列产品，并且使该技术得到产业化。本项目的开发，对解决生活污水、工业废水、垃圾渗滤液的无害化处理带来崭新的突破，对环保领域酶制剂开发应用具有积极的意义。 一、 国内技术发展的概况及需求 1、酶的发展现状 酶作为生物催化剂是生物技术产业化的重要一环，它广泛应用于轻工、化工、医药卫生、食品、环保等行业，酶制剂生产已成为21世纪的新兴产业之一。我国从20世纪60年代开始注意酶工程研究和酶制剂的开发，近年来，国际酶制剂行业发展迅速，这与广泛采用基因工程、蛋白质工程及其他新技术有关。国内酶制剂工业的现状是投入少、缺乏核心技术，产品结构不合理、品种单一，重复建设现象严重，酶制剂应用领域仅局限于淀粉加工、洗涤剂工业等，影响了酶制剂行业的发展及应用领域的开拓。全行业整体工艺技术与装备水平落后，绝大多数工厂沿用硫酸铵（硫酸钠）盐析工艺或发酵液直接喷雾干燥工艺，不仅产品质量差，也影响了下游产业产品质量的提高。环保用酶受此影响，，处理成本高使用推广慢。因此，加快产品结构调整，努力提高产品质量，已成为酶制剂行业发展的当务之急。 2、环保用酶应用及现状 酶与酶技术用于环保领域，国内目前已经引起研究部门的重视，陆续有了这方面的相关报道，但在实践应用方面的开发仍属鲜见，几乎还处于空白。 3、环保用酶的市场需求 在社会生活不断现代代、工业化高速发展的今天，环境污染问题已日益严峻，传统的解决环境污染技术和工艺已经满足不了现实的要求，环保领域酶和酶技术的应用发挥越来越重要的作用，同时由于其广阔的市场前景，必将产生具大的经济效益和社会效益。 二、 主要研究、开发内容及目标 环保用酶与酶技术是国内研究之前沿领域，是一项系统的研究工程。本项目技术开发、主要运用目前国内成熟的酶发酵工艺和提炼工艺生物下游技术。生产低成本、高活性环保用酶和酶固定化载体材料的选取以及酶反应器的生产开发。 本项目开发的重点在于酶与酶技术应用于废水处理的产品开发，将多种适用与废水处理的酶富集于反应器中处理污水。从几个方面着力研究： 1、 环保用酶制剂工业化生产技术开发； 2、 环保用酶固定化廉价载体的应用； 3、 废水处理酶反应器的技术开发； 4、 以新型酶反应器为核心构件污水处理系统技术开发。 酶与酶技术在环保产业中的开发应用项目，主要建立在目前科研单位研究成果的应用及我方科技人员原有的固体发酵生产纤维素酶其他酶的研究成果基础上，采用国内最新，成熟的技术装备，膜分离—超滤装备，“分子切割”技术装备，沸腾一次造粒技术制备高活性酶，以及应用吸附法，交联法等技术开发生产固定化酶，实现酶与酶技术在环保产业中的推广应用，开发出新型高效废水处理的环保用酶和酶生物反应器。
又称酵素。电话细胞产生的具有催化功能的蛋白质。目前已发现2000多种。分子量在数万至数十万之间。生物体内的含量一般极少，能参与生物体的各种生理生化活动，起催化剂的作用。酶不同于一般的催化剂，它有特殊的催化能力，在常温和常压下其催化效率比一般催化剂高10的7次方~10的13次方倍，如一个过氧化氢酶分子在一分钟内能使500万个过氧化氢分子分解为水和氢，比铁离子的催化效率高10的9次方倍。酶还有严格的专一性，一种酶一般只能专一地催化某一种或某一类化学反应。其缺点是不稳定，易受外界条件（如酸、碱和热等因素）的影响而变性失活。 工业上主要利用微生物发酵法生产各种酶制剂，其中应用最多的是淀粉酶制剂和蛋白酶制剂。淀粉酶主要用于纺织业进行棉布退浆，食品工业上使淀粉水解生成葡萄糖。蛋白酶大量用于皮革脱毛、蚕丝脱胶等。酶可作药物用于治病，如多酶片和胃蛋白酶是常用的助消化药。尿激酶可溶解血栓，是心肌梗死的急救药物。胰蛋白酶、糜蛋白酶等用于外科清创、化脓、腹腔浆膜粘连等的治疗。天门冬酰胺酶可使某种类型的白血病缓解。在分析和化验中使用酶，发展了许多快速、灵敏、专一的新方法，如在电极外包一层含葡萄糖氧化酶的薄膜，制成酶电极，用于测定血糖浓度，1分钟就可测1个样品，使化验速度显著加快。在饲料中添加一定量纤维素酶可使饲料中的纤维素水解生成葡萄糖，提高饲料的营养价值。
