正常國(guó)人脊柱骨盆矢狀位排列與腰椎間盤(pán)退變的關(guān)系研究

郭安娜 陳少卿 嚴(yán)志漢 何家維 黃熒熒 葉佩佩

椎間盤(pán)退變與年齡、營(yíng)養(yǎng)、炎癥、損傷和脊柱生物力學(xué)等多種因素有關(guān)[1，2]。生物力學(xué)因素是引起椎間盤(pán)退變的重要原因，而脊柱-骨盆相互調(diào)節(jié)維持矢狀位平衡時(shí)，會(huì)引起不同的生物力學(xué)改變[1～3]。國(guó)內(nèi)外一些研究發(fā)現(xiàn)脊柱骨盆矢狀位排列與椎間盤(pán)退變的發(fā)生相關(guān)，但研究對(duì)象主要針對(duì)腰間盤(pán)突出癥及下腰痛患者,目前對(duì)于正常國(guó)人的相關(guān)研究較少[1，4]。正常國(guó)人的脊柱骨盆矢狀位排列特點(diǎn)以及參數(shù)及分型與腰椎間盤(pán)退變之間的關(guān)系等國(guó)內(nèi)尚缺乏相關(guān)報(bào)道。因此本研究旨在描述正常國(guó)人脊柱骨盆矢狀位參數(shù)特點(diǎn)及排列類(lèi)型，并分析脊柱骨盆矢狀位排列與腰椎間盤(pán)退變的關(guān)系。

資料與方法

1.研究對(duì)象：本研究已通過(guò)溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理學(xué)委員會(huì)的審批，在檢查前均獲得受試者的知情同意并簽署知情同意書(shū)，共納入2016年7月～2019年7月招募的148例正常志愿者，其中男性55例，女性93例，年齡22～52歲，平均年齡35.5±9.7歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：中青年中國(guó)成人；無(wú)急、慢性腰痛；無(wú)脊柱畸形、外傷及手術(shù)史；所拍攝X線及磁共振圖像清晰，均符合測(cè)量要求。

2.成像設(shè)備與方法：采用Siemens YSIO 數(shù)字化X線攝影系統(tǒng)(德國(guó)西門(mén)子公司)及3.0T GE Discovery 750 磁共振掃描儀(美國(guó)GE公司)，獲得全脊柱站立正側(cè)位片及腰椎矢狀位FSE-T2WI序列(TR 2500ms，TE 120ms)圖像并傳輸至PACS工作站，由一名放射診斷主治醫(yī)師進(jìn)行各參數(shù)測(cè)量及影像學(xué)評(píng)價(jià)。

3.脊柱骨盆矢狀位測(cè)量參數(shù)：胸椎后凸角(thoracic kyphosis,TK)為T(mén)1椎體上終板和T12下終板切線的夾角；腰椎前凸角(lumbar lordosis,LL)為L(zhǎng)1椎體上終板和S1上終板切線的夾角；骨盆入射角(pelvic incidence,PI)S1上終板中點(diǎn)至股骨頭中心點(diǎn)連線與S1上終板中垂線的夾角；骶骨傾斜角(sacral slope, SS)為 S1上終板與水平線的夾角；骨盆傾斜角(pelvic tilt, PT) 為S1上終板中點(diǎn)至股骨頭中心點(diǎn)連線與鉛垂線的夾角；脊柱矢狀軸(sagittal vetebare axis, SVA)為 C7鉛垂線至S1上終板后上角的垂直距離；脊柱骶骨角(spino-sacral angle, SSA)為S1上終板和C7椎體中心點(diǎn)與S1上終板中心點(diǎn)連線之間的夾角。

4.脊柱矢狀位分型：根據(jù)Roussouly等[5]的脊柱骨盆矢狀位分型標(biāo)準(zhǔn)，Ⅰ型：SS<35°，腰椎前凸頂點(diǎn)位于 L5椎體中部，下腰彎較短并且角度較??；Ⅱ型： SS<35°，前凸頂點(diǎn)位于 L4椎體基底部，下腰彎角度小，整個(gè)脊柱接近于平背狀態(tài)；Ⅲ型：SS介于35°～45°，前凸頂點(diǎn)位于 L4椎體中部，下腰彎較長(zhǎng)，脊柱處于良好的平衡狀態(tài)；Ⅳ型：SS>45°，前凸頂點(diǎn)位于 L3底部甚至更高，下腰彎組成椎體明顯增加、角度增大，詳見(jiàn)圖1。

5.腰椎間盤(pán)退變?cè)u(píng)價(jià)：根據(jù)Pfirrmann分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)148例志愿者的740個(gè)腰椎間盤(pán)的退變程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，Pfirrmann分級(jí)Ⅰ～Ⅱ級(jí)為正?；蛏硇酝俗冏甸g盤(pán)，Pfirrmann分級(jí)Ⅲ～Ⅴ級(jí)的椎間盤(pán)為退變椎間盤(pán)[6]。

結(jié) 果

1.脊柱骨盆矢狀位測(cè)量參數(shù)：本研究納入志愿者男性55例，女性93例，各脊柱骨盆參數(shù)的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差詳見(jiàn)表1。正常國(guó)人PI的平均值47.2°±9.2°。LL、PI、PT與年齡呈正相關(guān)(分別為：r=0.166，P=0.043；r=0.233，P=0.004；r=0.170，P=0.038)。

表1 脊柱骨盆矢狀位各參數(shù)測(cè)量結(jié)果

2.脊柱骨盆參數(shù)間的相關(guān)性分析：脊柱骨盆各參數(shù)間存在相關(guān)性，LL與TK、PI、SS、SVA、SSA顯著相關(guān)(分別為：r=0.311，P<0.01；r=0.476，P<0.01；r=0.839，P<0.01；r=-0.190，P=0.021；r=0.793，P<0.01)，PI與LL、PT、SS、SVA、SSA顯著相關(guān)(分別為：r=0.476，P<0.01；r=0.545，P<0.01；r=0.605，P<0.01；r=0.203，P=0.013；r=0.517，P<0.01)。

3.脊柱骨盆矢狀位參數(shù)與椎間盤(pán)退變的相關(guān)性：TK、LL與L4/5椎間盤(pán)的退變呈正相關(guān)(r=0.188，P=0.022；r=0.165，P=0.045)。PT與L5/S1椎間盤(pán)的退變呈正相關(guān)(r=0.187，P=0.023)，詳見(jiàn)表2。

表2 脊柱骨盆矢狀位參數(shù)與腰椎間盤(pán)退變的相關(guān)性

4.脊柱骨盆矢狀位排列類(lèi)型與椎間盤(pán)退變的關(guān)系：本研究148例志愿者中61例(41.2%)為Roussouly Ⅱ型，54例(36.5%)為Ⅲ型，Ⅰ型及Ⅳ型分別為8例(5.4%)和25例(16.9%)。740個(gè)腰椎間盤(pán)中退變椎間盤(pán)為116個(gè)，退變發(fā)生率為15.7%(116/740)，其中Roussouly Ⅱ型的腰椎間盤(pán)退變率為20.3%(62/305)，Ⅲ型退變率為12.6%(34/270)， Ⅳ型退變率為13.6%(17/125)，Ⅰ型退變率為7.5%(3/40)，詳見(jiàn)表3。

表3 不同脊柱矢狀位排列類(lèi)型的腰椎間盤(pán)退變分布(個(gè))

L1/2、L2/3、L3/4、L4/5節(jié)段不同Roussouly分型間的腰椎間盤(pán)退變比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=2.603，P=0.697；χ2=1.215，P=0.788；χ2=3.169，P=0.324；χ2=2.169，P=0.533)。L5/S1節(jié)段不同Roussouly分型間的腰椎間盤(pán)退變比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=9.036，P=0.024)，Ⅱ型的椎間盤(pán)退變率要高于Ⅲ型及Ⅳ型，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=6.208，P=0.018；χ2=4.468，P=0.049)。

結(jié) 果

本研究中正常國(guó)人的PI平均值47.2°±9.2°，明顯小于文獻(xiàn)報(bào)道的西方高加索人(平均值52.6°±10.4°)[7]，與李危石等[8]的報(bào)道基本一致(平均值45.1°±9.6°),說(shuō)明不同種族的骨盆形態(tài)存在差異，對(duì)國(guó)人的矢狀位骨盆形態(tài)進(jìn)行分析及手術(shù)方案制定時(shí)應(yīng)采用國(guó)人的正常PI值作為參考，本研究的PI值結(jié)果可作為今后研究的參考依據(jù)。已有研究者對(duì)于年齡與脊柱骨盆參數(shù)的相關(guān)性進(jìn)行探討[7，9，10]。本研究發(fā)現(xiàn)，LL、PI、PT與年齡呈正相關(guān)(分別為：r=0.166，P=0.043；r=0.233，P=0.004；r=0.170，P=0.038)。PT是反映脊柱矢狀位代償能力的重要指標(biāo)，可通過(guò)骨盆后傾(PT增大)代償伴隨年齡增長(zhǎng)發(fā)生的脊柱正向移動(dòng)，從而保持脊柱矢狀位平衡狀態(tài)，筆者研究結(jié)果也與Zhu等[9]的研究相符。既往認(rèn)為骨骼發(fā)育成熟的成年人PI值不再變化，但近年有研究者發(fā)現(xiàn)PI值也存在隨著年齡增長(zhǎng)而增大的過(guò)程[10]。本研究也發(fā)現(xiàn)PI值隨年齡增長(zhǎng)線性增大，這可能與年齡增長(zhǎng)、LL變化、骶骨形態(tài)及髖臼位置改變引起的代償機(jī)制有關(guān)。

本研究發(fā)現(xiàn)，正常國(guó)人Roussouly Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型比例分別為5.4%、41.2%、36.5%和16.9%， Cho[11]的一項(xiàng)關(guān)于正常韓國(guó)人脊柱矢狀位排列類(lèi)型的研究發(fā)現(xiàn)49.6%屬于Ⅲ型，Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅳ型的受試者分別為23%、13.1%和14.3%。Roussouly等[5]研究中37.5%的高加索人為Roussouly Ⅲ型。這些研究結(jié)果提示不同地域、不同種族的脊柱矢狀位形態(tài)是不同的，相關(guān)脊柱疾病的研究和評(píng)估需要考慮種族因素。

本研究發(fā)現(xiàn)，脊柱骨盆矢狀位各參數(shù)間存在相關(guān)性，LL與TK、PI、SS、SVA和SSA均顯著相關(guān)，PI與LL、PT、SS、SVA和SSA顯著相關(guān)，這提示LL和PI是維持脊柱骨盆矢狀位平衡的關(guān)鍵參數(shù)。既往研究也發(fā)現(xiàn)LL、PI與其他脊柱骨盆矢狀位參數(shù)具有顯著相關(guān)性，腰椎起到了骨盆與胸椎之間的銜接作用，是脊柱骨盆矢狀位排列及平衡調(diào)節(jié)的核心[8，12]。Kim等[13]提出的PI和LL的理想值范圍，即重建脊柱矢狀位平衡時(shí)需滿(mǎn)足LL=PI±9°的條件，已被臨床廣泛應(yīng)用，脊柱手術(shù)重建合適的 LL可提高患者的生活質(zhì)量，并降低相鄰脊柱節(jié)段退變的發(fā)生率，以上均說(shuō)明了LL與PI在維持脊柱骨盆矢狀位平衡中的重要作用。

本研究還發(fā)現(xiàn)，TK、LL與L4/5的椎間盤(pán)退變存在相關(guān)性(r=0.188，P=0.022；r=0.165，P=0.045)，PT與L5/S1椎間盤(pán)的退變呈正相關(guān)(r=0.187，P=0.023)。Hee等[14]的一項(xiàng)關(guān)于椎間盤(pán)退變生物力學(xué)機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，腰椎間盤(pán)的退變與所受重力負(fù)荷及縱向剪切力有關(guān)，而脊柱形態(tài)學(xué)的改變會(huì)引起剪切力的變化。筆者認(rèn)為隨著年齡增長(zhǎng)骨盆后傾，PT增大，TK、LL變化所引起的脊柱骨盆矢狀位形態(tài)改變，加大了下腰椎所受的縱向剪切力，從而加速了腰椎間盤(pán)的退變。筆者研究結(jié)果也與Chen等[15]的研究基本一致。TK、LL、PT與下位腰椎間盤(pán)(L4/5、L5/S1)退變之間的相關(guān)系數(shù)較低，可能與本研究對(duì)象為正常中青年志愿者有關(guān)，該年齡段人群的脊柱骨盆矢狀位形態(tài)的改變不夠明顯，椎間盤(pán)退變發(fā)生率相對(duì)較低，日后應(yīng)當(dāng)增大樣本量并擴(kuò)大研究對(duì)象的年齡跨度范圍，進(jìn)行進(jìn)一步的研究以明確這些脊柱骨盆矢狀位參數(shù)與腰椎間盤(pán)退變的關(guān)系。本研究加深了對(duì)脊柱骨盆矢狀位形態(tài)參數(shù)與腰椎間盤(pán)退變之間關(guān)系的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)的研究奠定了基礎(chǔ)。

本研究中Roussouly Ⅱ型志愿者的腰椎間盤(pán)退變發(fā)生率最高(20.3%)，Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅳ型退變率分別為7.5%、12.6%和13.6%。盡管在L1/2、L2/3、L3/4和L4/5節(jié)段不同Roussouly分型間的腰椎間盤(pán)退變比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)意義(χ2=2.603，P=0.697；χ2=1.215，P=0.788；χ2=3.169，P=0.324；χ2=2.169，P=0.533)，但在L5/S1節(jié)段，筆者發(fā)現(xiàn)Ⅱ型的椎間盤(pán)退變率要顯著高于Ⅲ型及Ⅳ型，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=6.208，P=0.018；χ2=4.468，P=0.049)。這項(xiàng)結(jié)果支持了脊柱骨盆矢狀位排列類(lèi)型是腰間盤(pán)退變危險(xiǎn)因素的假設(shè)，Roussouly Ⅱ型的下腰彎角度小,脊柱矢狀位形態(tài)趨于直線排列，因而腰椎間盤(pán)的角度趨向于水平化，會(huì)導(dǎo)致椎間盤(pán)的縱向應(yīng)力增加，增加了椎間盤(pán)退變的風(fēng)險(xiǎn)，而L5/S1節(jié)段位于腰骶椎交界處，活動(dòng)度及所受重力負(fù)荷大，相比其他節(jié)段受到的剪切力更大。既往針對(duì)腰椎退行性疾病患者的研究中發(fā)現(xiàn)，Roussouly Ⅱ型的人群中下腰痛的發(fā)生率較高[1，16]。而筆者的研究對(duì)象是正常中青年志愿者，研究結(jié)果提示脊柱矢狀位排列引起的相應(yīng)生物力學(xué)變化可能是觸發(fā)椎間盤(pán)退變的原因，這也與Menezes-Reis等[4]和Chen等[15]的觀點(diǎn)一致。脊柱矢狀位排列類(lèi)型或可作為腰椎間盤(pán)退變等疾病的預(yù)測(cè)指標(biāo)，所以有必要進(jìn)行多中心的更大樣本量的研究，特別是包括關(guān)于年齡變化的縱向研究。

本研究仍存在一定的不足，樣本量相對(duì)較少，性別比例不夠平均，這可能會(huì)一定程度上影響筆者的研究結(jié)果。綜上所述，腰椎間盤(pán)退變會(huì)受到脊柱骨盆矢狀位形態(tài)的影響，TK、LL、PT與下位腰椎間盤(pán)(L4/5和L5/S1)的退變相關(guān)。正常國(guó)人中Roussouly Ⅱ型所占比例為41.2%，Roussouly Ⅱ型的中國(guó)成人腰椎間盤(pán)退變的發(fā)生率較高，并且更易發(fā)生L5/S1椎間盤(pán)的退變，這提示脊柱骨盆矢狀位排列類(lèi)型對(duì)腰椎間盤(pán)退變具有一定預(yù)測(cè)作用，可進(jìn)行針對(duì)性地健康指導(dǎo)，以預(yù)防、減少腰椎間盤(pán)疾病的發(fā)生。