我國高齡腰椎間盤突出癥人群脊柱 - 骨盆矢狀面影像學特點

宋繼彭 魯世保 朱衛國 潘福敏 孔超

作者單位：100032 北京，首都醫科大學宣武醫院骨科

腰椎間盤突出癥 ( lumbar intervertebral disc herniation，LDH ) 是脊柱常見病之一[1]，其發病可能與異常的脊柱 - 骨盆矢狀面形態有關[2]。骨盆作為整個脊柱的“基石”，不同的形態就決定了不同的生物力學，進而導致不同的脊柱形態。除此之外，當人體處于平衡狀態時，不同的身體形態的形成不同的脊柱矢狀面參數，產生不同特點的生物力學，進而影響脊柱的退變[3]。因此深入研究不同骨盆 - 脊柱矢狀面參數可能有助于骨盆 - 脊柱疾病的預防、手術方案的制訂、理解發病機制以及為未來研究做參考。既往研究通過對比成人腰椎間盤退變患者與正常對照組的影像學資料，發現病例組具有較小的骨盆入射角 ( pelvic incidence，PI )、骨盆傾斜角 ( pelvic tilt，PT )、腰椎前凸角 ( 1umber lordosis，LL )，較大的骶骨傾斜角 ( sacral slope，SS )、胸椎后凸角 ( thoracic kyphosis，TK ) 以及更加前移的 C7鉛垂線[4]。因此，探究 LDH 患者的矢狀面形態特征對于更好地理解 LDH 的發生機制并輔助手術策略的制訂具有重要意義。目前已有較多研究報道中青年及老年 LDH 人群脊柱 - 骨盆矢狀面形態特點[4-5]，然而鮮有研究著重分析高齡 ( ≥ 75 歲 ) LDH 患者的脊柱 -骨盆矢狀面形態特點。隨著我國人口老齡化進程的加速，我國已進入老齡化社會[6]。高齡人口越來越多，嚴重影響人們生活質量的增齡性疾病日益受到關注。麻醉水平的提高、手術技術的改進和圍術期管理的進步，保證了高齡 LDH 患者手術安全并使得越來越多的高齡脊柱病變患者愿意接受脊柱手術。回顧性分析 2018 年 1 月至 2020 年 10 月，于我院就診的 100 例高齡 LDH 患者的影像學和臨床資料，探討高齡 LDH 患者脊柱 - 骨盆矢狀面形態，以更好地理解高齡 LDH 發病機制并為高齡融合手術提供參考具有重要幫助。

資料與方法

一、納入標準與排除標準

1. 納入標準：( 1 ) 年齡 ≥ 60 歲；( 2 ) 通過詢問病史、體格檢查和腰椎 MRI，確診為 LDH[7]；( 3 ) 入院拍攝站立位脊柱全長正側位 X 線片并且資料完整。

2. 排除標準：( 1 ) 同時伴有脊柱側后凸畸形、腰椎滑脫、椎體骨折、椎體感染、椎體腫瘤等病史；( 2 ) 有脊柱骨盆手術史。

二、臨床資料

本組共納入 100 例，其中男 55 例，女 45 例；平均年齡 ( 78.9±2.9 ) 歲。同時以相同的納入標準及排除標準，選取 100 例 60～75 歲的老年 LDH 患者作為對照分析，其中男 48 例，女 52 例，平均年齡( 66.2±4.1 ) 歲。選擇文獻中我國正常老年人相關參數作為比較[8]。此研究納入患者資料收集符合首都醫科大學宣武醫院倫理要求，患者資料使用經患者知情同意。

三、影像學指標

患者自然站立，平視前方，雙手握拳置于鎖骨上，拍攝脊柱全長片。通過 PACS 軟件進行影像學參數測量。站立位脊柱全長正側位 X 線片上脊柱矢狀面參數：( 1 ) LL：L1上終板與 S1上終板間夾角；( 2 ) TK：T4椎上終板與 T12下終板間夾角；( 3 ) 胸腰段后凸角 ( thoracolumbar kyphosis，TLK )：T10上終板與 L2下終板夾角；( 4 ) 矢狀面平衡 ( sagittal vertical axis，SVA )：C7鉛垂線到 S1終板后上角之間的水平距離，在骶骨后角之前為正，之后為負。骨盆矢狀面參數：( 1 ) PI：S1上終板中點垂線與 S1上終板中點及股骨頭中心點連線的夾角；( 2 ) PT：S1上終板中點到股骨頭中心點連線和垂線之間的夾角；( 3 ) SS：S1上終板與水平線的夾角；( 4 ) T1骨盆角( T1pelvic angle，TPA )：T1椎體中心和股骨頭中心連線，與股骨頭中心和骶骨上終板中點連線形成的夾角。所有測量由同一名研究者在雙盲前提下對兩組患者進行兩次矢狀面參數測量，結果取平均值并記錄 ( 圖1 )。

圖1 脊柱、骨盆矢狀面參數測量方法示意圖圖2 a：患者，男，65 歲，下肢放射痛 6 年余，矢狀位 X 線片示退變減小的腰椎前凸和代償性減小的胸椎后凸以及骨盆后旋；b：患者，男，81 歲，間歇性跛行 3 年余，其矢狀位 X 線片示代償性骨盆后旋，整體矢狀面的前移以及失代償性增大的胸椎后凸Fig.1 The schematic diagram of sagittal plane parameter measurement of spine and pelvisFig.2 a: Sagittal morphology of a 65-year-old man with radiation lower limb pain for more than 6 years. Lumbar lordosis with reduced degeneration and reduced compensated thoracic kyphosis, and pelvic posterolateral rotation; b: In an 81-year old male with intermittent limping for more than 3 years, the sagittal morphologic characteristics indicated compensatory pelvic back rotation, overall sagittal plane forward rotation, and decompensated enlarged thoracic kyphosis

四、統計學處理

統計本研究老年 LDH 患者各脊柱骨盆參數，選擇與馬清偉等[8]對 106 例正常中國中老年人相關骨盆 - 脊柱矢狀面影像學參數數據作比較。將本研究測量的老年 LDH 患者與高齡 LDH 患者脊柱 - 骨盆參數進行比較并進行組內參數間相關性分析。采用SPSS 19.0 軟件進行統計學分析，對所有數據均進行描述性分析和正態檢驗，如果符合正態分布則用獨立樣本t檢驗，反之用方差分析。計量資料以±s表示，分類變量用率表示。本研究納入計量資料均符合正態分布。與既往研究文獻中老年 LDH 人群參數比較采用編程兩樣本Z檢驗，本研究測量不同年齡參數之間采用獨立樣本t檢驗及 Pearson 相關性分析，P＜ 0.05 為差異有統計學意義。

結 果

一、老年組脊柱 - 骨盆矢狀面參數的比較

對本研究老年組與正常老年[8]各脊柱 - 骨盆矢狀面參數中，PI 差異無統計學意義，而 TK、LL、PT、SS、SVA 之間差異有統計學意義 (P＜ 0.05 )。LDH 患者 TK、LL、SS 小于正常中老年人群，而PT、SVA 大于正常中老年人群 ( 表1 )。

表1 兩組矢狀面參數平均值及其方差 Z 檢驗結果 ( x-±s )Tab.1 Mean values of sagittal plane parameters and Z test results of variance in the two groups ( ± s )

表1 兩組矢狀面參數平均值及其方差 Z 檢驗結果 ( x-±s )Tab.1 Mean values of sagittal plane parameters and Z test results of variance in the two groups ( ± s )

參數 正常中老年( n = 106 )老年組( n = 93 ) Z 值 P 值年齡 ( 歲 ) 62.4± 5.2 66.2±4.1 - -TK ( ° ) 34.0±10.7 27.7±7.3 4.900 0.000 LL ( ° ) 49.2± 9.1 32.9±7.1 8.693 0.000 PT ( ° ) 13.2± 6.6 16.2±7.4 -3.000 0.003 SS ( ° ) 33.3± 5.5 30.9±7.7 2.498 0.012 PI ( ° ) 46.5± 7.6 46.9±9.0 -0.336 0.737 SVA ( mm ) -5.0±30.0 5.6±3.4 -3.611 0.000

二、高齡組與老年組脊柱 - 骨盆矢狀面參數的比較

本研究高齡組和老年組患者性別分布和 BMI 差異無統計學意義；兩組 PI、PI-LL、LL 之間差異無統計學意義，高齡組 SS 小于老年組，TK、TLK、PT、SVA、TPA、PI-LL 大于老年 LDH 組，差異有統計學意義 ( 表2 )。

表2 高齡組與老年組脊柱 - 骨盆矢狀面參數的比較 ( n = 100，± s )Tab.2 Comparison of spin-pelvis sagittal plane parameters between t he LDHpatients-aged≥ 75 years and the LDH patients aged 60 - 75 years( n= 100,x±s )

表2 高齡組與老年組脊柱 - 骨盆矢狀面參數的比較 ( n = 100，± s )Tab.2 Comparison of spin-pelvis sagittal plane parameters between t he LDHpatients-aged≥ 75 years and the LDH patients aged 60 - 75 years( n= 100,x±s )

參數 老年組 高齡組 Z 值 P 值年齡 ( 歲 ) 66.20± 4.10 78.90± 2.90 - -TK ( ° ) 27.70± 7.30 32.27±12.35 -2.995 0.003 TLK ( ° ) 6.81± 5.24 11.15± 8.14 -4.162 0.000 LL ( ° ) 32.90± 7.10 32.34.± 6.39 0.574 0.562 PT ( ° ) 16.20± 7.40 20.19± 9.15 -3.064 0.003 SS ( ° ) 30.90± 7.70 27.51± 6.93 2.997 0.003 PI ( ° ) 46.90± 9.00 47.38± 9.86 -0.327 0.747 SVA ( mm ) 5.60± 3.40 8.88± 4.03 -5.943 0.000 TPA ( ° ) 14.22± 6.73 22.48± 8.95 -5.054 0.000 PI-LL ( ° ) 16.60±10.76 15.04±10.85 -0.693 0.497

三、老年與高齡患者脊柱 - 骨盆矢狀面參數間的相關性

老年組的各脊柱 - 骨盆矢狀面參數間相關性分析發現 TK 與 LL 顯著相關 (P＜ 0.01 )，LL 與 PI、SS、PT、TPA 顯著相關 (P＜ 0.01 )，PT 與 SS 顯著負相關 (P＜ 0.01 )，與 SVA、TPA、PI-LL 顯著相關(P＜ 0.01 )，SVA、TPA 與 PI-LL 顯著相關 (P＜ 0.01 )( 表3 )。

表3 老年組影像學參數相關性分析Tab.3 Correlation analysis of imaging parameters in the the LDH patients aged 60 - 75 years

高齡組的各脊柱 - 骨盆矢狀面參數間相關性分析發現 LL 與 SS 顯著相關，與 SVA、TPA 顯著負相關 (P＜ 0.01 )；PI 與 SS、PT、TPA 顯著相關 (P＜0.01 )；PT 與 SS 顯著負相關 (P＜ 0.01 )，與 TPA、PI-LL 顯著相關 (P＜ 0.01 )；SVA、TPA 與 PI-LL 顯著相關 (P＜ 0.01 ) ( 表4 )。

表4 高齡組影像學參數相關性分析Tab.4 Correlation analysis of imaging parameters in the LDH patients aged ≥ 75 years

討 論

自骨盆參數 PI 提出以來，脊柱 - 骨盆矢狀面形態逐漸引起脊柱外科醫師的重視，并成為臨床研究熱點[9-10]。良好的脊柱 - 骨盆矢狀面形態可以保持頭部重心在骨盆上方，從而實現以最小的能量付出維持身體平衡即 “經濟錐理論”[11]。而國內外許多研究發現異常的脊柱 - 骨盆矢狀面形態不僅會加重脊柱退變，還可能與脊柱畸形、椎體滑脫和椎管狹窄等脊柱疾病相關[12-13]。Glassman 等[14]的研究也通過測量結果表明矢狀面脊柱排列比冠狀面更重要，矢狀面序列與患者的疼痛及生活質量密切相關。

在單病種研究中，既往有許多關于不同年齡段的 LDH 患者的脊柱 - 骨盆矢狀面形態的對比研究。江龍等[5]的研究認為青少年 LDH 人群具有較平直的脊柱形態及水平化的骶骨的形態特點是緩解疼痛的保護體位所致。Jackson 等研究提供了中老年 LDH人群的矢狀面數值，并為脊柱畸形融合提供相對正常的矢狀面的平衡參考值。Zárate-Kalfópulos 等[15]研究發現在老年 LDH 患者中，隨著年齡的增加，LL和 SS 減小，SVA 增大，并認為 LL 減小源于椎間盤的楔形變[16]。筆者的研究結果發現相對于國內正常中老年人[8,17]，老年 LDH 人群 TK、LL、SS 較小，而 PT、SVA 增大，且存在顯著差異性，PI 之間不具有差異性。Ailon 等[18]研究發現在正常老年人群中TK 隨著年齡的增加而增大。本研究發現老年組 TK與正常中老年人相比顯著減小，說明了 LDH 患者TK 代償性減小的事實，這與之前關于 LDH 的研究結果相同。SS 調節 LL 的大小，隨著 SS 的減小，LL的下端曲度變小，進而導致 LL 曲度的進一步減小。本研究同樣發現 SS 和 LL 密切相關，且老年 LDH 人群 LL 為 ( 32.9±7.1 ) ° 較正常中老年人數值明顯減小。以上發現說明對于老年 LDH 人群，腰椎間盤突出癥對脊柱 - 骨盆矢狀面形態序列變化的影響明顯大于年齡退化等因素。對此筆者認為 LDH 的發病與生物力學密切相關。相對平直的腰椎曲度可能會使椎間盤承受更大的壓力負荷，進一步導致腰椎間盤突出的發生。以往研究表明，機械負荷可能改變某些特定基因的表達，從而使椎間盤逐步變為硬化纖維組織，從而失去其靜水壓特征，導致腰椎間盤突出等相關疾病的發生[19]。另外，較直的腰椎曲度增加終板承載壓力，可能更易發生終板疲勞骨折而啟動椎間盤退變機制[20-21]。

以往一些研究認為骨盆的矢狀面形態參數 PI 反映了骶骨終板與股骨頭的相對位置。在成人肌肉骨骼發育成熟后，PI 依然保持不變[22]。理論上小的 PI值會匹配較小的 SS 進而導致 LL 較小，這代表骨盆后旋代償矢狀面失衡的能力降低，PI 偏低人群矢狀面的平衡較 PI 正常者更易被打破，同時也增加了腰椎間盤的椎間壓力，易發生腰椎退行性變。有研究就發現，LDH 患者 PI 較正常人群減小[10]。但本研究未發現老年 LDH 患者與正常老年人 PI 差異性，筆者分析原因可能是本研究納入人群不同，之前關于退變性疾病的研究，本身納入的樣本可能降低了 PI值。另外，本研究納入對象的年齡大于之前研究，這可能存在年齡、環境、生物力學等致病因素，從而減少了生物力學在其發病機制中的地位。PI 較小在人群中本身只占小部分，隨著年齡的增加，其它致病因素的參與，導致老年 LDH 患者 PI 與正常老年人無差異性。同理可得高齡人群與之相似。

隨著我國步入老齡化社會，就診的高齡 LDH 患者越來越多，但其矢狀面參數缺乏相關研究。本研究發現對于高齡組 LDH 患者脊柱 - 骨盆矢狀面形態除了以上的特點外，其 TK 相對于老年 LDH 患者明顯增大，TLK、SVA、TPA 增大且超出正常我國中老年人群[8]，而 LL 未發現顯著性減小。LL 與 SS 顯著正相關，與 SVA、TPA 顯著負相關。隨著年齡增加導致的脊柱退變，LL 逐漸減小，但 Korovessis 等[23]報道無癥狀人群的 LL 與年齡無明顯相關。馬清偉等[8]也未發現國內正常青年和中老年人 LL 存在差異性，其分析可能是因為正常中老年人胸椎后凸增大，胸椎后凸和腰椎前凸存在代償關系，從而抵消蛻變消失的部分腰椎前凸，最終使 LL 無明顯變化。因此對于正常高齡人群與老年人群，筆者認為 LL 也不存在差異性。本研究發現高齡人群 LL 減小但和老年人相比未發現差異性。首先，這可能與腰椎自身活動度較小有關；其次，隨著年齡的增加 ( 尤其是高齡人群 )，腰椎退變角度可能接近極限。高齡人群中脊柱 - 骨盆整體代償會引起整體矢狀面的前傾，導致 SVA 增大 ( 6.4 cm )，TPA 均值也 ( 19.0° ) 大于此前國內外的研究值 ( 9.0° 和 11.9° )[24-25]。以上結果與筆者日常工作發現高齡 LDH 就診患者嚴重駝背嚴重、屈膝前行、步態緩慢的表現相符合。

既往對于這些 LDH 患者形態學變化的解釋，有學者認為可能是為緩解神經放射性刺激疼痛而采取的一種保護性體位。然而疼痛并不是脊柱矢狀面形態受損變化的惟一原因，其它還包括老齡化 ( 衰老 )伴隨的韌帶松弛、椎間盤退化、肌肉脂肪浸潤以及椎旁肌肉動力不穩等。有研究發現，椎間盤高度在50 歲以后可被觀察到明顯下降，各矢狀面參數也在60 歲以后下降趨勢明顯[26]。Fortin 等[27]研究發現，隨著年齡的增加，豎脊肌和多裂肌的橫截面積逐漸減小，脂肪浸潤增加，年齡與椎旁肌肉的改變程度有明顯的相關性。腰背部肌肉 ( 椎旁肌群是其重要組成部分 ) 作為脊柱穩定器的一部分，在腰椎疾病的預防及治療中起關鍵作用，且脊椎旁肌肉質量與腰背活動以及疼痛關系密切。因此對于高齡人群TK、SVA、TPA 增大，筆者認為與高齡化導致的肌肉質量變化有關。若其力量不足有效對抗正常功能活動及外在負荷，則會出現身體前傾等不穩現象。之前有研究發現隨著年齡增長，水和鉀在細胞內逐漸減小，蛋白質的生物合成減少，這導致肌肉力量的降低并且細胞分化為脂肪的潛能增加，肌間脂肪隨年齡增長而聚集，而脂肪浸潤程度與肌肉力量密切相關[28-29]。除此之外，之前研究發現隨著年齡增加，在胸腰段這一應力過渡交界區域椎間盤及椎體傾斜增大[30]。高齡人群普遍存在骨質疏松，椎體多出現楔形變。因此不難理解，高齡 LDH 患者中椎體和椎間盤的楔形變對變大的胸椎及胸腰段后凸角的組成影響很大。

本研究還發現高齡人群中 LL 與 SS 顯著正相關，與 SVA、TPA 顯著負相關，說明高齡 LDH 患者除了自身腰椎 ( 椎體和椎間盤 ) 退變，還和增大的 SVA、TPA 有關。這可能是其特有的發病機制。之前的研究發現相對于直立姿勢，身體向前傾斜時，腰椎間盤的壓力是其 1 倍，而向前屈曲是其5 倍[31]。最近研究也發現椎間盤內壓力在脊柱屈曲時最高，在脊柱側彎時最低[32]。因此筆者認為在高齡人群中 LL 發生退變 ( LL 減小 ) 的基礎上，SVA、TPA 的增大使身體上半部分重心前移，從而導致腰椎椎體前緣受力增大、椎間壓力增加，進一步增加了 LDH 的發生概率。

因此對于高齡 LDH 患者的治療，加強肌肉鍛煉，改善肌肉質量、延緩肌肉退變和脂肪浸潤、抗骨質疏松從而改善整體矢狀面的平衡可能是需要關注的研究方向，而不只是嚴格要求 LL 角度的矯正。椎間盤局部的治療，雖然在短時期內能改善癥狀，但這些方法可能都不能解決 TK、SVA、TPA 增大的問題從而導致 LDH 的再復發。除此之外，盡量選擇對脊椎旁肌損傷較小的治療方案，結合患者的術式及術后恢復情況可制訂適合的腰背肌肉康復治療方案，進一步保證術后效果，提高患者術后生活質量。在手術指征允許、術后效果預計得到保證的前提下，微創手術的運用將會極大減小椎旁肌肉的損傷，提高高齡 LDH 患者的手術體驗。

本研究局限性首先在于本研究是一項單中心的橫斷面回顧性研究，病例數較少，除了年齡等所屬因素外，此研究尚不能排除環境因素、遺傳因素、工作種類等發病因素對生物力學的影響，可通過多中心、多因素、大數據等前瞻性方法來指導進一步研究。另外，本研究暫時缺少頸椎參數以及相關肌肉參數的測量。未來研究還需納入健康高齡人群的數據，但高齡人群本身就存在或潛在或多或少的病理性退變，所以對于正常高齡人群的界定存在一定難度。但本組研究對象是國內鮮有的關于高齡 ( ≥75 歲 ) LDH 人群的矢狀面參數研究，同時本研究排除了有脊柱側后凸畸形、腰椎滑脫、椎體骨折、椎體感染、椎體腫瘤等病史或有脊柱骨盆手術史的患者，本研究的數值可為高齡脊柱融合手術提供參考，對于臨床具有一定的參考價值。

綜上所述，與之性別、BMI 匹配的老年 LDH 人群相比，高齡 LDH 患者胸椎后凸弧度更大，脊柱整體矢狀面失衡更明顯。在腰椎發生退變的基礎上，軀干前傾增加了腰椎間盤應力可能是高齡人群 LDH的發病機制。