峽部裂性腰椎滑脫的矢狀位平衡與髖臼活動度的相關性研究

彭大霖 鄭 欣 閆梓文 金王亦 郭開今

峽部裂性腰椎滑脫(isthmic spondylolisthesis,IS)是因腰椎長期慢性勞損,引起峽部斷裂,進而出現腰椎滑脫,又稱“真性滑脫”,是引起成人慢性腰腿痛的常見原因之一。大多數峽部裂性腰椎滑脫都發生于L5～S1,L4～L5次之[1]。

近年來,隨著人們對峽部裂性腰椎滑脫發生和發展的認識不斷提高,脊柱-骨盆矢狀位參數與腰椎滑脫之間的關系也逐步得到了重視。多項研究表明,骨盆入射角是影響峽部裂性和退行性腰椎滑脫發展的一個重要因素[2～5]。既往研究主要關注不同類型的腰椎滑脫癥患者之間與正常人的對比或不同滑脫程度的患者間脊柱骨盆參數差異,對于不同節段滑脫患者的脊柱骨盆參數及髖臼活動研究甚少[3,4]。與其他腰椎不同的是,髂腰韌帶將第5腰椎與骶骨相連接,通過其抗扭轉和抗屈曲的作用增加腰骶連接部分的穩定[1,6]。本研究根據第五腰椎體的解剖特點以及L4、L5滑脫最為常見,為排除滑脫程度對研究結果產生影響,選取這兩個節段峽部裂性Ⅱ度滑脫患者進行對比研究。

資料與方法

1.研究對象:選取2017年10月～2022年10月于徐州醫科大學附屬醫院診斷為Meyerding分型Ⅱ度的L4、L5峽部裂性腰椎滑脫患者患者91例,其中L4滑脫組43例,男性24例,女性19例,年齡27～70歲;L5滑脫組48例,男性28例,女性20例,患者年齡25～73歲。納入標準:①臨床上診斷為峽部裂性腰椎滑脫;②僅為單節段Ⅱ度腰椎滑脫者;③臨床資料完整,有完整標準的腰椎過伸過屈位以及正側位X線片,且可觀察到完整髖臼。排除標準:①同時患有脊柱側凸者;②強直性脊柱炎病史者;③退行性滑脫患者;④有脊柱手術病史者;⑤有髖關節手術病史者;⑥有其他腰椎疾病者。本研究經筆者醫院醫學倫理學委員會審批通過(倫理學審批號:XYFY2022-KL469-01),所有患者均簽署知情同意書。

2.數據收集:使用美國GE公司影像存檔與傳輸系統系統 (picture archiving and communication systems, PACS) 傳輸下肢影像數據,通過Surgimap Spine軟件在腰椎過伸過屈位及正側位 X 線片上測量以下參數。為更清晰呈現骨性標志,X線片均經過調色處理。由兩名經專業影像科測量培訓的骨科醫生測量,間隔1周后將影像資料順序打亂進行第2次測量。最終結果取兩人測量的平均值。

3.觀察指標:①矢狀位髖臼前傾角(acetabular sagittal inclination,ASI,髖臼上緣與髖臼下緣之間的連線和水平線之間的夾角);②腰椎前凸角(lumbar lordosis,LL,L1上終板的切線與S1上終板切線形成的夾角);③骨盆入射角(pelvic incidence,PI,股骨頭中心連線中點和骶骨終板中點的連線與骶骨終板垂線之間的夾角);④骶骨傾斜角(sacral slope,SS, 骶骨上終板切線與水平線之間的夾角);⑤骨盆傾斜角(pelvic tilt,PT,骶骨終板中點與雙側股骨頭中心所連直線與水平垂線形成的夾角)。測量示意圖詳見圖1。

圖1 脊柱-骨盆矢狀位參數示意圖

4.參數矯正:測量X線片與屏幕垂直軸偏離的旋轉角度。將連接L1上終板的后部與S1上端板的后部連線與X線片垂直軸的線形成的角度測量并記錄,測量示意圖詳見圖2。這個角度用來矯正每個患者攝片時體位差異所帶來的誤差,將隨后的測量標準化。接下來將矯正的髖臼屈曲角度減去矯正的髖臼伸展角度,計算得出伸屈時的髖臼的活動度,即ASI翻轉度。用同樣的方法測量并矯正過伸過屈下的腰椎前凸角,兩者相減得到腰椎活動范圍即LL翻轉度。

圖2 X線片與屏幕垂直軸偏離的旋轉角度

結 果

1.基線資料比較:在此次研究對象總計91例患者。L4滑脫組43例,其中男性24例,女性19例,患者年齡27～70 (57.1±8.5) 歲;L5滑脫組48例,其中男性28例,女性20例,患者年齡25～73 (57.0±7.9) 歲。兩組性別(P=0.808)以及年齡(P=0.829)比較,差異均無統計學意義 (P>0.05,表1)。

表1 兩組患者基線資料、脊柱-骨盆參數等指標比較

2.兩組測量參數比較:兩名測量者自身組內ICC值分別為0.987和0.972,測量者之間ICC值分別為0.975和0.989,提示可靠性極佳。當脊柱從過伸位至過屈位時,髖臼進入相對前傾,在本研究數據中,此為角度的正變化。在L4腰椎滑脫的患者中,隨著腰椎由伸到屈的位置改變,ASI翻轉了33.5°±5.4°,大于L5腰椎滑脫組的ASI變化值29.1°±5.2°,差異有統計學意義(P<0.01)。L4滑脫組的PI為58.6°±6.7°小于L5滑脫組62.2°±7.1°(P<0.05)。L4滑脫組的LL為54.3°±7.0°,與L5滑脫組(57.3°±6.9°)比較,脊柱平衡所需的LL代償更小(P<0.05)。L4滑脫組的PT和SS分別為19.5°±5.3°、40.5°±5.6°,比較于L5的PT(21.7°±5.3°)以及SS(39.1°±5.5°),差異無統計學意義(P>0.05)。兩組的一般資料及脊柱-骨盆矢狀面參數測量結果詳見表1。

3.兩組測量參數相關關系:在兩組中PI與PT、SS、LL、LL翻轉度均密切相關(P<0.05)。ASI翻轉度與PI、PT、SS、LL、LL翻轉度均密切相關(P<0.05),詳見表2。

表2 L4滑脫組與L5滑脫組脊柱-骨盆矢狀位參數以及髖臼前傾角翻轉度間的Pearson相關系數(r)

討 論

腰椎在人體軀干中主要發揮了承上啟下的作用,它需要將自胸椎傳導而來的壓力向下傳導至骶骨。

腰椎本身的骨性結構在矢狀位觀察是一個前凸的弓形,這種形態有利于擴大軀干重心基底的面積,加強直立姿勢的穩定性,對負重及維持腰部的穩定至關重要[7]。在峽部裂性腰椎滑脫患者中,他們的腰椎由于發育不良等原因發生了相對位移,破壞了原本存在的脊柱-骨盆平衡,進一步改變了椎體間的相互作用力,加劇了疾病的發展[7～9]。

脊柱-骨盆矢狀位參數由脊柱參數和骨盆參數兩部分組成。在骨盆參數中骨盆入射角最受到人們的關注。Duval-beaupère等[10]首先提出了PI這一概念,它屬于一種涉及骶椎骨、骶髂關節及髖臼的解剖參數,是每個個體的常數并由PT與SS組合構成,獨立于骨盆的空間方向,這是因為人體一旦發育完成,骶髂關節的活動能力被認為在出生后可以忽略不計[11]。Kim等[12]研究認為,腰椎前凸的形態可能是導致脊柱-骨盆矢狀位失衡的主要機械原因之一。這兩種參數間存在一定的聯系,高PI患者往往同時具有較大的腰椎前凸,這會增加腰椎向前向下方的剪切力,增加腰椎滑脫發生的可能性[13]。

在不同滑脫程度的峽部裂患者中,通常Ⅱ度及以上的患者大多需要接受手術治療,這將對脊柱-骨盆參數以及髖臼的活動產生重大影響。Natarajan等[14]通過建立峽部裂性腰椎滑脫的有限元生物力學分析發現,滑移率在50%時在橫向力矩和扭轉負荷的作用下椎體活動增大(相對整段椎體),L4/L5處增加約55%,L5/S1處則高達250%。同時L5～S1椎板環的應力可超過8.5MPa高于L4～L5處。本研究中L4滑脫患者的PI與LL值均略小于L5滑脫患者。峽部裂性滑脫患者因為先天發育等原因,解剖結構強度較低。盡管L5椎體除了通過前、后縱韌帶及椎間盤等組織與其他椎體相連,與骶骨之間還存在髂腰韌帶,其解剖穩定性要強于L4椎體。又因為軀體重力多由腰骶部承受,此時L5椎體發生滑移時只需更高的PI,從而形成更大向前向下的剪切力破壞L5椎體的平衡[2]。另一方面腰椎滑移造成的應力破壞增加導致更多的脊柱-骨盆矢狀面形態改變。為維持平衡骨盆代償性后旋,此時骨盆傾斜和骶骨前傾增加導至椎體的重力負荷增加以及膝關節、髖關節承重力線偏移[15]。同時在骨盆傾斜和骶骨前傾的作用下PI進一步變大,隨之LL代償性增加。在同等滑移率的情況下,L5滑移較L4滑移產生更多的應力破壞,因此造成的影響更大,這解釋了本研究結果[14]。

脊柱骨盆運動在髖關節的穩定性中也起到了至關重要的作用[16,17]。人在動態運動過程中,為了保持軸向骨骼和下肢之間的平衡以及直立姿勢,脊柱和骨盆位置需要進行補償性改變[16]。Buckland等[18]研究發現,髖部與脊柱的相互關系在脊柱畸形患者的評估和治療中是必要的。髖關節伸展及由此引起的骨盆傾斜改變對矢狀面的脊柱畸形帶來的不平衡進行補償。因此,骨盆傾斜是衡量骨盆矢狀方向的一種代償機制,對矢狀位脊柱錯位的患者保持直立姿勢加以固定,同時導致髖臼位置的改變。既往針對腰椎滑脫與髖關節聯系的研究多集中于評估腰椎滑脫矢狀位不平衡對全髖關節置換術后穩定性的影響,較少關注與骨盆活動度的關系[19,20]。另外這些研究多以腰椎或骨盆側位片作為參考,但是測量結果可能受到拍攝角度等多種因素的影響,與站立或坐等功能性姿勢下的真實髖臼前傾角無關[21～24]。

本研究根據Bernstein等[25]的方法通過測量X線片與屏幕垂直軸偏離的旋轉角度用來矯正每個患者攝片時體位差異所帶來的誤差,將所有的測量結果標準化。本研究在腰椎正側位以及過伸過屈位X線片上進行測量,發現峽部裂性腰椎滑脫患者在同等滑脫程度下,L5滑脫患者的髖臼活動度要略小于L4滑脫患者。在兩組相關性研究中發現兩組的ASI翻轉度與LL和LL翻轉度均呈負相關(P<0.05),這說明當腰椎前凸增加到一定程度時,機體為保持平衡,不論是靜態還是動態都限制了髖臼活動度。Vialle等[2]研究發現,不論是人本體的髖關節還是置換后的髖關節,代償性的脊柱和骨盆動力學對于維持最佳平衡和功能活動范圍是必不可少的。這表明髖臼會代償性的減少前傾以代償腰椎前凸增加的額外機械應力。因此在髖關節置換術中脊柱不平衡的患者應該考慮將脊柱重新對齊,或者改變髖臼假體的位置以補償位置的變化,從而限制假體的撞擊以及脫位的可能[18]。

綜上所述,峽部裂性腰椎滑脫患者由屈到伸時,脊柱-骨盆矢狀面參數的變化表明骨盆圍繞雙側股骨頭發生后旋,此時髖臼為減少腰椎前凸增加而帶來的機械應力,髖臼翻轉范圍會進一步縮小,此時患者脊柱-骨盆矢狀面排列多處于失平衡狀態。本研究發現,脊柱-骨盆參數對矢狀位髖臼翻轉范圍的影響可為腰椎滑脫患者行腰椎融合固定手術以及髖關節置換術中髖臼杯的設計提供指導意見。臨床上其他原因造成腰椎不穩或畸形患者的診療中也應充分關注這種變化并加以分析研究。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。