青年男性官兵下腰椎小關節方向與椎間盤退變及椎間盤突出的關系研究

宋基偉，胡學昱，梁卓文，張國輝，馬海鑫，曹 濤，韓 林，王 哲

關節突關節是腰椎運功能單元的重要組成部分，特別是關節突關節與椎間盤組成的三關節復合體，在腰椎屈伸及旋轉等功能運動中，起到結構性穩定性作用。研究表明，正常腰椎小關節自L1～S1由矢狀化逐漸向冠狀化改變[1]，小關節方向的異常改變及小關節不對稱常常和小關節的退變、椎間盤退變同時存在，被認為可能是導致腰椎退行性疾病的原因之一[2-6]，但小關節方向與椎間盤退變、椎間盤突出的關系尚無明確結論，在青年官兵中的報道鮮見。本研究納入青年男性官兵，在腰椎CT及MRI上測量、評價小關節角度及腰椎間盤退變程度，觀察下腰椎L3～S1小關節方向的特征，分析其與腰椎間盤退變、腰椎間盤突出的可能關系。

1 對象與方法

1.1 對象 收集2017年1月—2019年7月解放軍63600部隊醫院門診及住院的78例下腰痛青年男性官兵腰椎CT和腰椎MRI影像學資料，共計234對小關節。患者平均年齡26.53歲。納入標準：男性，年齡18～40歲，同時進行腰椎CT和腰椎MRI檢查，且2項檢查間隔時間不超過6個月，具有完整的L3～S1平行于腰椎間隙的CT和MRI掃描圖像；排除標準：急性腰椎外傷；腰椎骨折及內固定手術史；腰椎結核；強直性脊柱炎。

1.2 測量方法及分組 在華海醫師工作站中讀取納入患者的腰椎CT及MRI圖像，包括完整的L3～S1腰椎間隙CT的骨窗橫斷面成像、MRI的T2加權像正中矢狀位斷層、L3～S1椎間隙的MRI橫斷面成像。在每個椎間隙靠近下位椎體的上終板CT橫斷層面，分別測量左右兩側小關節的矢狀位角度[3]，具體方法為：以椎間盤中點和棘突中點的連線作為矢狀面連線，連接一側小關節的上關節突內外兩端點，該連線與矢狀面連線的夾角即為小關節角（facet joint angle，FJA），應用系統內的角度測量工具進行小關節角度（°）測量，同樣方法測量對側小關節，測量方法如圖1所示。取左（FJA-L）、右（FJA-R）兩側小關節角度的平均值作為該節段小關節角。ΔFJA為左、右兩側小關節角度差的絕對值。小關節不對稱（facet tropism，FT）的標準[7]為兩側小關節的角度差絕對值大于10°，以此標準將每個腰椎節段分為小關節不對稱組（36對）和小關節對稱組（198對）。在腰椎MRI正中矢狀位斷層T2WI加權像上，依據椎間盤退變分級Pfirrmann分級量表[8]對L3～S1椎間盤的退變程度進行評價，根據椎間盤退變分級進行分組（Ⅰ～Ⅳ級退變組，本組青年官兵無Ⅴ級退變椎間盤）。同時依據MRI影像學診斷有無椎間盤突出，將78例患者L3～S1椎間隙共計234個椎間盤，分為椎間盤突出組和非突出組，L3～S1椎間盤突出組67個，非突出組167個。

圖1 小關節角度測量示意圖

1.3 觀察指標 以小關節角度值、不同節段ΔFJA、小關節不對稱組和小關節對稱組的小關節對數、椎間盤不同退變程度分級各組的小關節角度，椎間盤突出組和非突出組的小關節角度以及2組的小關節不對稱、小關節對稱對數為觀察指標。用于對比分析小關節角度、小關節不對稱與椎間盤退變程度以及椎間盤突出的可能關系。

1.4 統計學處理 應用SPSS 23.0軟件對數據進行統計分析，測量數值經檢驗符合正態分布，以±s表示；不符合正態分布，以中位數（四分位數間距）表示。2組之間比較，應用兩獨立樣本t檢驗；多組比較，采用單因素方差分析，組間比較采用Post Hoc檢驗。不符合正態分布的多組計量資料比較，采用Kruskal-Wallis檢驗。2組等級資料比較采用Mann-Whitney秩和檢驗。計數資料組間比較，采用Fisher精確檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 小關節方向的特點 小關節角度自L3～S1逐漸增大。左、右兩側小關節角度L3～S1不同節段之間比較，差異有統計學意義（P＜0.0001）。兩側小關節角度差的絕對值，不同節段比較差異無統計學意義。相同節段的左、右側小關節角度比較差異無統計學意義（表1）。

表1 腰椎L3～S1不同節段的小關節角度比較（°）

2.2 小關節角度、小關節不對稱和腰椎間盤退變的關系 L3-4、L4-5、L5S1節段Ⅰ～Ⅳ級退變組的小關節角度差異無統計學意義。234對中共36對小關節不對稱（15.38%），其中L3-4、L4-5、L5S1分別為7對（8.97%）、12對（15.38%）、17對（21.79%），L5S1節段小關節不對稱發生率較高。小關節不對稱組和對稱組比較，椎間盤退變的分級差異無統計學意義（P=0.332），分節段比較，差異也無統計學意義（表2）。

表2 椎間盤退變分級各組的小關節角度及小關節對稱、不對稱組椎間盤退變分級的比較

2.3 小關節角度、小關節不對稱與腰椎間盤突出的關系 椎間盤突出組和非突出組比較，L5S1節段的小關節角度差異有統計學意義（表3）。L3～S1合并統計腰椎間盤突出組和非突出組比較，小關節不對稱的構成比不同（P=0.0043），突出組小關節不對稱占比更高。分節段進行比較，L5S1節段比較差異有統計學意義（P=0.012）（表4）。

表3 腰椎間盤突出組和非突出組的小關節角度比較（°）

表4 腰椎間盤突出組和非突出組的小關節不對稱情況［對（%）］

3 討論

本研究表明該組青年男性官兵由L3～S1，小關節角度分別為37.71°±7.96°、46.31°±8.21°、52.27°±10.49°，FJA逐漸增大，由矢狀化逐漸向冠狀化改變，小關節角度均值、變化趨勢和任東成等[9]對青少年腰椎間盤突出患者小關節方向的研究結果類似。小關節方向的特征改變和下腰椎生物力學結構有關，由于腰骶角及腰椎矢狀曲線的特點，下腰椎特別是L5S1節段承受的平行于椎間隙方向的剪切分力較上位椎間隙大，使得小關節承受更大的剪切應力，需要小關節方向更加趨于冠狀面。Wang等[10]研究發現小關節方向總體趨勢的不規則改變可能和青少年腰椎間盤突出有關，該研究推測下腰椎小關節總體方向的異常可能導致腰椎矢狀運動曲線的改變，產生不協調運動，引起相應節段應力異常增加，從而導致腰椎間盤退變及突出的發生。本組小關節不對稱發生率為15.38%（36/234），和其他研究結果類似[11]。小關節不對稱時，一側小關節方向較對側更偏向矢狀化，角度更大的一側更趨于冠狀化。雖然小關節不對稱常見，但本研究發現同一節段左、右小關節角度均值相比較，差異無統計學意義，說明在本組青年男性官兵人群中，左、右兩側小關節矢狀化的發生幾率可能無明顯差異。不同節段兩側小關節角度差的絕對值比較差異無統計學意義，提示不同節段的小關節不對稱性程度近似。

小關節和椎間盤組成的三關節復合體在腰椎節段運動中產生重要穩定性作用。小關節傳導約16%的脊柱壓力負荷[12]，同時對抗旋轉及剪切應力，保護椎間盤對抗減少應力損傷。研究認為小關節方向改變，可能會導致腰椎生物力學特征發生變化，從而導致腰椎退變性疾病的發生。Adams和Hutton[13]研究認為小關節不對稱存在時，脊柱功能單元在進行矢狀面屈伸運動時，由于更加冠狀化的一側小關節較對側能夠抵抗更多來自前后方向上的位移，使得上下位椎體發生自發的旋轉運動，這種屈伸合并自發旋轉的組合運動形式被認為可以使旋轉方向對側纖維環產生過度的剪切應力，從而導致纖維環的損傷及可能進一步導致椎間盤突出發生。Schleich等[5]應用黏多糖化學交換飽和轉移成像（gagCEST）半定量分析了小關節方向、小關節不對稱與椎間盤退變的關系，研究發現小關節不對稱及小關節方向大于45°（該研究以小關節端點連線與冠狀面的夾角作為小關節角）與椎間盤內糖胺聚糖GAG含量顯著性減少有關，提示小關節不對稱及小關節的矢狀化可能是椎間盤退變的危險因素。Kim等[14]在腰椎生物力學有限元分析研究中發現，小關節方向改變不增加椎間盤內壓力，同時對小關節內的應力也無明顯影響，但小關節矢狀化增加椎間隙前方剪切應力，使椎體更容易向前滑脫。因此從生物力學角度分析，小關節方向可能對椎間盤的退變無顯著影響，但矢狀化更容易導致腰椎滑脫發生，和Kim等[14]研究結論一致，本研究發現，L3～S1各節段腰椎間盤不同退變分級組間的FJA比較差異無統計學意義，提示小關節角度和腰椎間盤退變無顯著關系。Kim等[14]研究同時發現，小關節不對稱可顯著增加椎間盤內壓力，同時增加小關節內應力和椎間隙前方的剪切力，因此認為小關節不對稱可能是導致腰椎退變的危險因素。但也有研究發現小關節不對稱和腰椎間盤退變無顯著關系，Boden等[15]研究發現小關節不對稱程度增加和腰椎間盤退變程度無相關性，段文等[16]以7°作為小關節不對稱標準，對312例下腰痛患者的小關節影像學研究發現，小關節不對稱和腰椎間盤退變的Pfirrmann分級程度無關。本研究中小關節不對稱和小關節對稱組的腰椎間盤退變分級差異無統計學意義，提示小關節不對稱可能和青年男性官兵腰椎間盤的退變無明顯相關系。本研究推測可能原因是本組青年男性官兵的椎間盤退變程度總體不高，無Ⅴ級退變椎間盤，Ⅳ級退變椎間盤占比僅為12.82%（30/234），且本研究采用了10°作為小關節不對稱標準，使得小關節不對稱檢出率相對較低，因此需要納入年齡范圍及樣本量更大的人群，進一步研究兩者之間的關系。

椎間盤突出被認為是椎間盤退變的主要發展結局，椎間盤突出時椎間盤均有不同程度的高級別退變。本研究發現椎間盤突出和非突出組比較，小關節不對稱的發生率明顯增加，分椎間隙統計發現，2組L5S1椎間隙小關節不對稱差異有統計學意義。最早定義小關節不對稱為一側關節突關節較對側更為矢狀化，但很多研究小關節不對稱具體界定的標準不同，本研究以10°作為小關節不對稱標準，和近期較多研究采用標準一致，任東成等[9]也認為以5°以下作為標準可能導致測量誤差，而大于10°時，小關節不對稱可能急劇減少，也不能很好反應小關節不對稱的真實情況。以10°為小關節不對稱標準，馮曉峰等[17]研究也發現腰椎間盤突出時小關節不對稱的發生率更高，任東成等[9]對青少年腰椎間盤突出患者的下腰椎小關節不對稱情況分析也得出相同結論。同樣以10°為標準，Chadha等[18]針對L4-5、L5S1單節段椎間盤突出和小關節不對稱的影像學研究發現，椎間盤突出組小關節不對稱發生率顯著增加，且僅L5S1椎間盤突出組小關節不對稱有顯著性差異，鄒兆華等[19]研究也得出相同結果，Liu等[4]的研究同樣發現L5S1椎間盤突出時小關節不對稱發生率顯著升高，本研究結論和上述研究相吻合。以5°作為小關節不對稱的標準，Zhou等[20]對青年腰椎間盤突出患者進行的研究發現小關節不對稱和腰椎間盤突出無明顯相關性，但該研究同時發現上腰椎更加冠狀化的小關節方向和LDH有關。本研究發現LDH組FJA的均值相對較大，其中L5S1節段差異有統計學意義，即該節段突出時小關節方向更趨于冠狀化改變。本研究推測導致出現上述結果的可能原因是L5S1節段承受了較大的剪切及軸向應力，椎間盤突出增加了該節段的力學不穩定因素，小關節方向重塑后更趨于冠狀化改變，從而扼制不穩定因素的進一步發展。根據Adams和Hutton[13]研究關于小關節不對稱的椎間盤損傷觀點，L5S1小關節不對稱更容易使椎間盤退變加速，可能是該節段存在LDH時FH發生率更高的原因，但何者是使動因素，尚需要進一步研究明確。

綜上所述，本研究發現本組青年男性官兵的腰椎小關節自L3～S1逐漸增大，逐漸趨向冠狀化。小關節方向、小關節不對稱和腰椎間盤退變分級之間無顯著性關系。L5S1椎間盤突出時，小關節方向更趨于冠狀化，同時小關節不對稱的發生率增加。小關節不對稱與椎間盤退變、椎間盤突出的相關性研究結論存在爭議，可能原因是每個研究對小關節不對稱的定義標準不同，從雙側小關節角度差值1°到15°均有，也有研究直接應用兩側小關節角度差作為評價標準，或者對小關節不對稱進行嚴重程度分級。此外研究所采用的對照也不相同，一部分研究使用鄰近正常節段作為對照，一些研究采用小關節對稱的腰痛人群，部分采用無下腰疼的正常人群，上述原因都可能造成研究結論的差異。由于關節突的端點在MRI無法良好確定，因此在MRI進行小關節角度的測量可能準確性不高。本研究和大多數研究一致，在CT成像上進行小關節角度的測量，同時在MRI上進行腰椎間盤退變的評價，所以納入患者均同時進行了腰椎CT和MRI檢查，但由于本研究為回顧性研究，加上部隊青年官兵男性多的人群特點，最終僅男性患者納入了本研究。在設計上雖然規避了性別間的可能差異，但本研究僅能反映男性青年官兵的腰椎小關節方向特點，以及小關節角度與椎間盤退變的關系。因此需要開展更大樣本數量，以及性別和年齡等基線資料一致的前瞻性研究。