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腰椎退变性滑脱在体运动学研究进展
1931年Junghanns首次描述了椎弓峡部完整的椎体前移,1950年Macnab将其命名为“假性滑脱”并描述了相关临床症状,1955年Newman将其命名为“腰椎退变性滑脱”。滑脱节段椎管和椎间孔因上位椎体向前移位而产生明显形态学改变和脊柱矢状面失衡;典型临床症状包括机械性腰痛、下肢放射性疼痛和神经源性跛行,这些症状在腰椎处于前屈和平卧位时缓解,后伸和直立位时加重,严重影响了患者的生活质量。为了更好地了解退变性腰椎滑脱的病理机制和选择合适治疗方式,许多学者对其在体运动学进行了大量研究,现将该方面研究进展综述如下。滑脱节段稳定性研究发现,滑脱节段存在失稳或过度活动。Huang等选择在平卧位下进行轴向加压(50%体重)后行MRI检查,研究滑脱节段椎体运动学和椎管形态学改变;结果发现在轴向加压前后L4、5节段间角度分别为7.14°和5.90°,多重线性回归分析显示节段间角度与患者Oswestry功能障碍指数和生理功能明显相关,因此他们认为相邻节段间角度运动失稳是滑脱失稳致病因素,并可能导致相关临床症状的发生。McGregor等采用计算机三轴电位分析系统研究腰椎活动范围,测得前屈、后伸时正常组椎体在矢状面位移分别为(56.7±11.2)mm和(23.8±8.4)mm,滑脱组分别为(62.4±17.7)mm和(19.6±7.1)mm,滑脱节段椎体运动范围较正常椎体明显增大。另外一些学者研究发现滑脱节段并不存在失稳。Pearcy等利用双平面X线技术分析了滑脱患者在中立位、前屈和后伸位时椎体的运动,结果发现,前屈、后伸时滑脱节段的位移均未超过2mm,有症状的滑脱患者腰椎所有节段运动范围均减少,所有滑脱节段均未发生失稳。近年来为了真实反映滑脱患者生理载荷下的运动特点,有学者运用新的直立或坐位试验设备进行了研究。McGregor等利用开放式MRI,测得前屈、后伸时滑脱节段在矢状面的位移分别为(3.4±3.1)mm和(1.5±1.9)mm,与正常组(1.4±3.0)mm和(—1.0±3.0)mm相比差异无统计学意义,椎体间角度、前凸角和骶骨倾斜角与正常组相比也无显著差异,提示滑脱不一定会出现明显失稳。Miao等运用双平面X线透视结合CT扫描技术研究老年滑脱患者椎体节段的运动特征,发现滑脱节段在屈伸活动时运动范围与正常组相比也无明显差别,说明滑脱不一定导致失稳。但目前对于滑脱节段是否存在失稳仍有争议,Kirkaldy-Willis等将腰椎退变分为3个阶段:暂时功能障碍期、不稳定期和再稳定期,从一个阶段过渡至另一阶段并无明显清晰的临床症状或体征来鉴别,每个阶段持续时间差异很大。退变性滑脱可在不稳定期发生,但随着退变进展,滑脱节段可重新获得稳定,因此退变性滑脱可伴或不伴失稳。McGregor等认为滑脱腰椎活动度受滑脱程度和滑脱类型的影响,不同研究患者纳入与排除标准不同,致使结果各异。可见腰椎退行性滑脱是否存在失稳不能一概而论,应根据其滑脱所处的阶段或滑脱程度以及滑脱类型具体分析。滑脱节段椎体运动模式腰椎退变性滑脱时椎体向前移位,运动中心前移。在腰椎屈伸旋转运动过程中,滑脱椎体及其附件结构的运动模式必然会发生改变,通过与正常人腰椎运动模式的比较,许多学者对滑脱节段的运动模式进行了研究,大体可分为椎体间运动、椎间小关节运动和棘突间运动三方面。椎体间运动特点Takayanagi等利用X线动态摄影技术发现,屈伸运动下正常人L2~S1椎体节段间角度运动和矢状面位移运动是同时对称性发生,展现出一种和谐的运动模式。Miao等发现正常人屈伸运动时头侧椎体相对于尾侧椎体在横断面出现和谐地左右摆动,即前屈时椎体前缘中点摆向右侧、棘突摆向左侧,后伸时椎体前缘中点摆向左侧、棘突摆向右侧;从平卧到站立位,椎体前部与棘突在垂直方向的上下位移均衡和谐。一些研究发现退变性滑脱椎体呈现一种紊乱的运动模式。Takayanagi等发现滑脱程度≤15%时,受累椎体展现一种角度运动范围增大的紊乱模式,其原因是滑脱节段失稳所致;相反,滑脱程度>15%时,展现一种矢状面位移减小的紊乱运动模式,其原因是滑脱节段失稳后重新获得稳定所致。Okawa等利用X线动态摄影技术研究了滑脱患者站立时中立位到前屈位再到中立位整个腰椎的运动模式,87.5%滑脱患者出现紊乱分散的运动模式。同时,从前屈位返回中立位时,滑脱者运动起始顺序异于正常人,滑脱者运动起始于上位椎体,而正常人起始于下位椎体。Miao等研究发现,滑脱患者屈伸活动时上位椎体相对于下位椎体在水平面的左右摆动模式消失,从平卧到站立时椎体前部与棘突在垂直方向上下位移不均衡,呈现一种后部棘突“张开”的运动趋势。椎间小关节运动特点Kozanek等发现正常人腰椎小关节运动模式与节段和姿势有关,上位腰椎(L2、3及L3、4)小关节运动特点相似,即旋转角度和位移在屈伸运动时变大,侧弯和旋转时变小;而下位腰椎(L4、5)小关节则相反,即旋转角度和位移在屈伸运动时变小,侧弯和旋转运动时变大,这与小关节方向在上位腰椎趋于矢状位,下位腰椎趋于冠状位有关,这有助于腰椎力学运动的稳定。由于椎间盘的退变和小关节方向改变,滑脱椎体(特别是L4、5)位移与旋转可能异于正常人。Miao等发现L4前滑脱患者屈伸运动时小关节在冠状轴、矢状轴和垂直轴的位移分别为(2.1±1.3)、(1.3±0.6)和(2.4±1.7)mm,较正常人的(1.4±0.6)、(1.0±0.7)和(2.0±1.6)mm有增大趋势,但差异无统计学意义(P>0.05);他们认为滑脱者小关节较正常人松弛,可能是椎间盘高度降低所致。但随着退变进展,其活动度会逐渐降低,Yao等临床试验结果显示,老年滑脱患者小关节旋转范围较正常人下降,提示小关节重新获得稳定。上述研究为老年椎体退变性滑脱的保守治疗提供了理论依据。棘突间运动特点Xia等利用X线双平面透视结合CT扫描技术研究了正常腰椎棘突的在体运动特点,发现正常人棘突间距离的改变与姿势和椎体节段有关,平卧位和前屈位时棘突间距离从L2~L5逐渐减小,后伸时上位椎体(L2、3及L3、4)棘突间距离较下位椎体(L4、5)明显下降,提示正常人L4、5棘突间活动范围相对较小。Yao等运用相同技术研究了退变性滑脱患者棘突运动特征,发现滑脱患者棘突间运动范围较正常组明显减小,且从平卧到站立到后伸时,最短棘突间距离逐渐减小,其严重程度与椎间盘退变相关。这些结果将有助于棘突间装置的应用与设计。综合以上研究结果,与正常人和谐的运动模式相比,腰椎退变性滑脱患者整个腰椎运动模式相对分散和紊乱,起始运动也明显不同;滑脱的棘突与小关节突的运动范围也较正常人明显减小。这些运动模式的不同可能导致整个腰椎力学结构的改变和脊柱矢状面失衡,加快整个腰椎退变。滑脱节段椎管形态改变椎体滑脱后,椎管形态不仅在静态时发生明显改变,随着运动状态的不同,椎管在径线、面积和容积也会发生相应改变,这种改变往往与临床症状相关,同时也影响了术式的选择。许多学者对椎管运动形态学改变进行了深入研究。滑脱节段椎管径线改变特点Kim等利用轴向MRI研究椎管狭窄患者,发现L4、5硬膜囊前后径和左右径在轴向加压后较平卧位明显减小。Miao等通过对L4、5滑脱椎管狭窄相关因素分析,发现滑脱节段椎管前后径和左右径平均为14.3mm和23.5mm,较正常人的16.4mm和25.5mm明显减小,回归分析发现L4左右径、前后径与滑脱所致椎管狭窄高度相关。滑脱节段椎管面积改变特点许多学者利用轴向加压(50%体重)MRI对滑脱椎管面积进行了研究。Huang等发现滑脱节段加压后硬膜囊横截面积平均为89.0mm2,较加压前108.3mm2明显减小。Ozawa等对比了加压后退变滑脱和腰椎管狭窄症椎管面积改变,发现滑脱者面积减小的程度更大、频次更高。Wang等发现轴向加压(模仿站立姿势)会增加椎管狭窄程度,影响最严重的节段在L4、5和L5、S1。虽然Kanno等通过分析椎间盘内压力发现50%的轴向载荷基本可模拟站立位姿势下腰椎的受力情况,Schnake等也认为轴向MRI有助于诊断常规MRI难以发现的动态滑脱,但许多学者对平卧位轴向加压设备能否真实模拟站立姿势下椎管的形态学改变存在质疑。为了更准确了解滑脱患者椎管形态学改变,一些学者运用了开放式MRI进行研究。Tarantino等发现70%急性腰痛患者在直立式MRI下,椎间盘突出和滑脱程度增加。其研究结果与上述轴向加压CT或MRI结果相似,但优点是反映了真实腰椎站立体位下的节段间运动特点。滑脱节段椎管容积改变特点滑脱节段椎管容积的研究相对较少。Miao等比较了正常人与退变性滑脱患者椎管容积,结果显示两组受试者椎管容积改变存在共同特点,即前屈位和平卧位的椎管容积均大于直立位和后伸位,这与滑脱患者在此姿势下的临床症状能缓解相吻合;滑脱组病变节段在4个姿势下椎管容积为(802.9±1072.0)mm3,较正常组的(2699.4±2952.9)mm3明显减小(P<0.05)。< p="">通过相关性分析发现,L4前滑脱患者椎管容积与L4、5椎间盘后缘高度和L4椎管面积高度相关,与L4椎管左右径、前后径、滑脱程度、L5椎管面积和L5椎管前后径中度相关,与L4、5椎间盘前缘高度和椎间盘角度轻度相关,而与L5左右径和体位因素成负相关。Miao等认为复位滑脱的节段、减少椎间盘角度、减压是增加滑脱患者椎管容积的有效办法。总之,退变性滑脱患者滑脱节段椎管的各种径线、面积和容积较正常人明显减小,这为分析此类患者临床症状产生的原因,以及手术治疗提供了理论支持。滑脱节段术中运动学评估的研究影像学检查广泛用于腰椎失稳的诊断,但腰椎大范围的正常活动度和病理因素潜在重叠,使一些学者对其有效性产生质疑。术中生物力学测定是利用应力测定装置在术中测定手术节段运动特征的方法,能直接了解滑脱节段运动学特性。Hasegewa等根据“载荷-位移”曲线将滑脱节段运动学数据分为3个参数:刚度、中立区和吸收能。与正常组相比,滑脱组病变节段屈曲刚度更小,而中立区更大,中立区<2mm>2mm/N的滑脱节段则认为失稳;通过多元回归分析发现腰椎小关节方向、滑脱、Modic改变和小关节软骨下硬化是腰椎失稳的危险因素,他们认为术中生物力学测定能准确判断滑脱节段是否存在失稳,并有效指导手术方式的选择。Kasai等则利用此项技术提出了具体指导方案,根据后伸时椎间相对位移将失稳分为:<3mm为“稳定”,3~6mm为“轻度失稳”,>6mm为“失稳”;稳定者不需融合或固定,轻度失稳者需融合但不固定,失稳者需融合加固定。该研究对于临床滑脱患者手术方案的选择有一定指导意义,但因有创性和伦理性,其研究对象均局限于手术患者,对于非手术患者的评估则难以实施,且术中测定在一定程度上增加了手术时间和术后感染风险,限制了其推广应用。小结与展望为了更准确反映日常活动姿势下滑脱节段间的运动状态,生理载荷下的相关研究逐渐得到重视,其研究结果显示滑脱节段(包括椎体间、棘突及小关节突)大多趋于稳定,退变可能已处于再稳阶段;而滑脱患者腰椎各径线、面积和容积较正常人均明显下降。故各种原因所致的椎管狭窄可能才是临床症状产生的主要原因,这为滑脱患者减压术的实施提供了一定理论依据。与正常人和谐的运动模式相比,滑脱患者整个腰椎运动模式相对分散和紊乱,且起始运动也明显不同,因此复位滑脱节段、减少椎间盘角度、减压能有效增加滑脱患者椎管容积,缓解临床症状。但因试验设备及技术条件所限,相关研究结果不能完全反映滑脱节段运动特点,且大多数研究仅局限于矢状面上的屈伸活动,缺乏旋转和侧弯等日常活动姿势下滑脱节段的运动观察。生理载荷下退变滑脱椎体间在三维空间内的6个自由度(6DOF)运动能准确反映滑脱患者运动学特点,一些学者运用双平面X线透视结合CT(或MRI)技术已进行了初步探讨。重现生理载荷下不同体位(站立、前屈-后伸、左旋-右旋、左侧弯-右侧弯)时腰椎椎体间三维瞬时运动状态。但目前仅对L4、5退变滑脱在屈伸活动时椎体间、小关节突、棘突及椎管容积进行了研究,缺乏侧弯和旋转姿势下运动观察,以及其他滑脱节段的研究。有待进一步获取滑脱患者生理载荷下更全面的6DOF数据,以期对腰椎退变性滑脱治疗方式的选择及内固定器械的设计提供帮助。