正常國人脊柱骨盆矢狀位排列與腰椎間盤退變的關系研究

郭安娜 陳少卿 嚴志漢 何家維 黃熒熒 葉佩佩

椎間盤退變與年齡、營養、炎癥、損傷和脊柱生物力學等多種因素有關[1，2]。生物力學因素是引起椎間盤退變的重要原因，而脊柱-骨盆相互調節維持矢狀位平衡時，會引起不同的生物力學改變[1～3]。國內外一些研究發現脊柱骨盆矢狀位排列與椎間盤退變的發生相關，但研究對象主要針對腰間盤突出癥及下腰痛患者,目前對于正常國人的相關研究較少[1，4]。正常國人的脊柱骨盆矢狀位排列特點以及參數及分型與腰椎間盤退變之間的關系等國內尚缺乏相關報道。因此本研究旨在描述正常國人脊柱骨盆矢狀位參數特點及排列類型，并分析脊柱骨盆矢狀位排列與腰椎間盤退變的關系。

資料與方法

1.研究對象：本研究已通過溫州醫科大學附屬第二醫院醫學倫理學委員會的審批，在檢查前均獲得受試者的知情同意并簽署知情同意書，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。納入標準：中青年中國成人；無急、慢性腰痛；無脊柱畸形、外傷及手術史；所拍攝X線及磁共振圖像清晰，均符合測量要求。

2.成像設備與方法：采用Siemens YSIO 數字化X線攝影系統(德國西門子公司)及3.0T GE Discovery 750 磁共振掃描儀(美國GE公司)，獲得全脊柱站立正側位片及腰椎矢狀位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師進行各參數測量及影像學評價。

3.脊柱骨盆矢狀位測量參數：胸椎后凸角(thoracic kyphosis,TK)為T1椎體上終板和T12下終板切線的夾角；腰椎前凸角(lumbar lordosis,LL)為L1椎體上終板和S1上終板切線的夾角；骨盆入射角(pelvic incidence,PI)S1上終板中點至股骨頭中心點連線與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上終板中點至股骨頭中心點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椎體中心點與S1上終板中心點連線之間的夾角。

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

5.腰椎間盤退變評價：根據Pfirrmann分級標準對148例志愿者的740個腰椎間盤的退變程度進行評價，Pfirrmann分級Ⅰ～Ⅱ級為正常或生理性退變椎間盤，Pfirrmann分級Ⅲ～Ⅴ級的椎間盤為退變椎間盤[6]。

結 果

1.脊柱骨盆矢狀位測量參數：本研究納入志愿者男性55例，女性93例，各脊柱骨盆參數的平均值及標準差詳見表1。正常國人PI的平均值47.2°±9.2°。LL、PI、PT與年齡呈正相關(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測量結果

2.脊柱骨盆參數間的相關性分析：脊柱骨盆各參數間存在相關性，LL與TK、PI、SS、SVA、SSA顯著相關(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(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與椎間盤退變的相關性：TK、LL與L4/5椎間盤的退變呈正相關(r=0.188，P=0.022；r=0.165，P=0.045)。PT與L5/S1椎間盤的退變呈正相關(r=0.187，P=0.023)，詳見表2。

表2 脊柱骨盆矢狀位參數與腰椎間盤退變的相關性

4.脊柱骨盆矢狀位排列類型與椎間盤退變的關系：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個腰椎間盤中退變椎間盤為116個，退變發生率為15.7%(116/740)，其中Roussouly Ⅱ型的腰椎間盤退變率為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)，詳見表3。

表3 不同脊柱矢狀位排列類型的腰椎間盤退變分布(個)

L1/2、L2/3、L3/4、L4/5節段不同Roussouly分型間的腰椎間盤退變比較差異無統計學意義(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節段不同Roussouly分型間的腰椎間盤退變比較，差異有統計學意義(χ2=9.036，P=0.024)，Ⅱ型的椎間盤退變率要高于Ⅲ型及Ⅳ型，差異有統計學意義(χ2=6.208，P=0.018；χ2=4.468，P=0.049)。

結 果

本研究中正常國人的PI平均值47.2°±9.2°，明顯小于文獻報道的西方高加索人(平均值52.6°±10.4°)[7]，與李危石等[8]的報道基本一致(平均值45.1°±9.6°),說明不同種族的骨盆形態存在差異，對國人的矢狀位骨盆形態進行分析及手術方案制定時應采用國人的正常PI值作為參考，本研究的PI值結果可作為今后研究的參考依據。已有研究者對于年齡與脊柱骨盆參數的相關性進行探討[7，9，10]。本研究發現，LL、PI、PT與年齡呈正相關(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，可通過骨盆后傾(PT增大)代償伴隨年齡增長發生的脊柱正向移動，從而保持脊柱矢狀位平衡狀態，筆者研究結果也與Zhu等[9]的研究相符。既往認為骨骼發育成熟的成年人PI值不再變化，但近年有研究者發現PI值也存在隨著年齡增長而增大的過程[10]。本研究也發現PI值隨年齡增長線性增大，這可能與年齡增長、LL變化、骶骨形態及髖臼位置改變引起的代償機制有關。

本研究發現，正常國人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]的一項關于正常韓國人脊柱矢狀位排列類型的研究發現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。這些研究結果提示不同地域、不同種族的脊柱矢狀位形態是不同的，相關脊柱疾病的研究和評估需要考慮種族因素。

本研究發現，脊柱骨盆矢狀位各參數間存在相關性，LL與TK、PI、SS、SVA和SSA均顯著相關，PI與LL、PT、SS、SVA和SSA顯著相關，這提示LL和PI是維持脊柱骨盆矢狀位平衡的關鍵參數。既往研究也發現LL、PI與其他脊柱骨盆矢狀位參數具有顯著相關性，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節的核心[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需滿足LL=PI±9°的條件，已被臨床廣泛應用，脊柱手術重建合適的 LL可提高患者的生活質量，并降低相鄰脊柱節段退變的發生率，以上均說明了LL與PI在維持脊柱骨盆矢狀位平衡中的重要作用。

本研究還發現，TK、LL與L4/5的椎間盤退變存在相關性(r=0.188，P=0.022；r=0.165，P=0.045)，PT與L5/S1椎間盤的退變呈正相關(r=0.187，P=0.023)。Hee等[14]的一項關于椎間盤退變生物力學機制的研究發現，腰椎間盤的退變與所受重力負荷及縱向剪切力有關，而脊柱形態學的改變會引起剪切力的變化。筆者認為隨著年齡增長骨盆后傾，PT增大，TK、LL變化所引起的脊柱骨盆矢狀位形態改變，加大了下腰椎所受的縱向剪切力，從而加速了腰椎間盤的退變。筆者研究結果也與Chen等[15]的研究基本一致。TK、LL、PT與下位腰椎間盤(L4/5、L5/S1)退變之間的相關系數較低，可能與本研究對象為正常中青年志愿者有關，該年齡段人群的脊柱骨盆矢狀位形態的改變不夠明顯，椎間盤退變發生率相對較低，日后應當增大樣本量并擴大研究對象的年齡跨度范圍，進行進一步的研究以明確這些脊柱骨盆矢狀位參數與腰椎間盤退變的關系。本研究加深了對脊柱骨盆矢狀位形態參數與腰椎間盤退變之間關系的認識，為后續的研究奠定了基礎。

本研究中Roussouly Ⅱ型志愿者的腰椎間盤退變發生率最高(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節段不同Roussouly分型間的腰椎間盤退變比較，差異均無統計意義(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節段，筆者發現Ⅱ型的椎間盤退變率要顯著高于Ⅲ型及Ⅳ型，差異有統計學意義(χ2=6.208，P=0.018；χ2=4.468，P=0.049)。這項結果支持了脊柱骨盆矢狀位排列類型是腰間盤退變危險因素的假設，Roussouly Ⅱ型的下腰彎角度小,脊柱矢狀位形態趨于直線排列，因而腰椎間盤的角度趨向于水平化，會導致椎間盤的縱向應力增加，增加了椎間盤退變的風險，而L5/S1節段位于腰骶椎交界處，活動度及所受重力負荷大，相比其他節段受到的剪切力更大。既往針對腰椎退行性疾病患者的研究中發現，Roussouly Ⅱ型的人群中下腰痛的發生率較高[1，16]。而筆者的研究對象是正常中青年志愿者，研究結果提示脊柱矢狀位排列引起的相應生物力學變化可能是觸發椎間盤退變的原因，這也與Menezes-Reis等[4]和Chen等[15]的觀點一致。脊柱矢狀位排列類型或可作為腰椎間盤退變等疾病的預測指標，所以有必要進行多中心的更大樣本量的研究，特別是包括關于年齡變化的縱向研究。

本研究仍存在一定的不足，樣本量相對較少，性別比例不夠平均，這可能會一定程度上影響筆者的研究結果。綜上所述，腰椎間盤退變會受到脊柱骨盆矢狀位形態的影響，TK、LL、PT與下位腰椎間盤(L4/5和L5/S1)的退變相關。正常國人中Roussouly Ⅱ型所占比例為41.2%，Roussouly Ⅱ型的中國成人腰椎間盤退變的發生率較高，并且更易發生L5/S1椎間盤的退變，這提示脊柱骨盆矢狀位排列類型對腰椎間盤退變具有一定預測作用，可進行針對性地健康指導，以預防、減少腰椎間盤疾病的發生。