退行性腰椎不稳发病相关的结构因素及治疗研究进展

李翔宇 孙祥耀 孔超 孙思远 郭马超 丁浚哲 鲁世保

腰椎不稳定 ( lumbar instability ) 被认为是发生下腰部疼痛的常见原因[1]，现在对于腰椎不稳的定义及诊断尚未形成统一意见，目前主要以患者的症状及体格检查结合影像学资料作为诊断腰椎不稳的依据。常用腰椎动力位 X 线片作为诊断腰椎不稳的方法，虽然未形成统一的标准来诊断腰椎不稳，多数医生采用动力位 X 线片，以腰椎体滑移＞3 mm，或成角＞15° 为腰椎节段不稳作为诊断依据。朱勇等[2]对腰椎不稳的定义进行了总结，将腰椎不稳定义为生理负荷下腰椎失去控制异常活动的能力，腰椎处于失代偿下的非平衡状态，并会进一步导致神经刺激或神经损伤症状的疾病。

一、腰椎稳定的相关因素

腰椎的运动节段稳定性与其结构相关，通常以脊柱功能单位 ( function spinal unit，FSU ) 作为研究脊柱功能的基础结构，对于维持腰椎机械稳定性的系统可以看作一个复杂的肌肉-骨骼系统 ( muscle-skeletal system )，所以一般认为腰椎运动节段稳定性维持与脊柱本身的骨与关节结构和相关的肌肉韧带相关，对于维持腰椎稳定性的结构组件被分为被动组件 ( passive components ) ( 包括骨与软骨成分、韧带、肌腱、筋膜、小关节及关节囊等 ) 和主动组件( active component ) ( 肌肉 )[3]。伴随着腰椎退行性改变，上述组件会发生结构性退变及功能障碍，这与腰椎不稳的发病有直接关系。

二、退行性腰椎不稳相关结构因素

1. 椎骨：椎骨是实现脊柱功能的基础结构，椎骨小梁结构的完整性、骨密度、椎骨自身形态等均影响椎体的承载能力与稳定性[4]。从形态学上看，相较于颈椎，腰椎的椎体体积增大使得腰椎能够承担更大的负荷，所以良好的腰椎椎体形态为腰椎稳定性提供重要保证。从生物力学角度看，健康的骨密度可以保持较好椎骨弹性能力，对于出现骨质疏松的患者，骨质脆性增大进一步影响了腰椎的承载力，若出现的椎体内结构消失、终板塌陷等会导致后方小关节承载力增加，并进一步影响腰椎的稳定性，甚至重度骨质疏松出现椎体骨折会直接造成腰椎的不稳定[5]。

2. 韧带：腰椎间及周边的相关韧带包括后纵韧带、黄韧带、前纵韧带、棘间韧带和棘上韧带等，这些韧带将椎体连接起来并发挥限制作用，以此起到稳定腰椎的功能[6]。Kim 等[7]通过 Beighton 评分 ( 表 1 ) 调查 225 例男性患者，并总结良性关节过度活动综合征的患者腰椎活动度更大，Fritz 等[8]采用 Beighton 评分对影像学表现出腰椎不稳的患者及影像学正常的患者对比，以此评估两组全身关节韧带松弛程度，发现腰椎不稳的患者 Beighton 评分更高，并认为较高的韧带松弛度与腰椎不稳的发病相关。Luk 等[9]认为椎间盘变性造成椎间隙变小会进一步导致韧带的松弛，从而引发椎间隙不稳及腰椎不稳的出现。Yoshiiwa 等[10]通过测量黄韧带厚度发现，腰椎不稳患者会导致继发性黄韧带增厚，通过这个代偿机制实现腰椎再稳定，并且椎间盘重度变性较轻中度变性的黄韧带增厚更明显。

表 1 Beighton 评分Tab.1 Beighton scale

3. 椎间盘：椎间盘是两椎体间具有流体力学特征的结构，健康的椎间盘可以承担巨大的轴向力及剪切力，但成年后椎间盘会逐渐发生退行性改变，椎间盘退变被认为是椎间盘中蛋白聚糖及水分减少，而非胶原蛋白增加的病理性变化。许多研究对腰椎不稳及椎间盘退变的相关性进行了分析，然而并没有形成统一的意见。除了上述 Luk等[9]研究以及李浩鹏等[11]认为椎间盘变性与腰椎不稳有直接相关性外，另有部分学者认为只有轻、中度椎间盘变性是腰椎不稳的诱发因素，而重度椎间盘变性反而增加了腰椎稳定性[12-13]，重度椎间盘变性可能通过黄韧带增厚、关节继发融合等腰椎重塑使得腰椎稳定性再次增强。然而Fujiwara 等[14]研究发现椎间盘退变只与腰椎滑移不稳定相关，与腰椎旋转不稳定没有相关性。Axelsson 等[15]研究发现当椎间盘高度减小＞50% 时，椎体间会再度出现稳定状态。Volkheimer 等[16]通过离体实验发现不同程度的椎间盘退变对腰椎稳定性具有不同的影响。

4. 小关节：关节突关节及相邻椎间盘构成的三关节复合体是脊柱功能和生物力学的基本解剖单位，其中小关节承载了脊柱 33% 的静态负荷和 35% 的动态负荷，并且对限制腰椎的过度活动以及防止椎间盘破坏具有主要作用[17]。目前对于小关节结构改变与腰椎结构稳定性的关系没有形成统一意见。在正常腰椎结构中，同一节段两侧小关节间的距离 ( interfacet distances，IFD ) 自 L1到 S1逐渐增大，Chung 等[18]发现 IFD 自上而下的增大比例不足与腰椎峡部裂性滑脱相关；Bao 等[19]发现小关节角度不对称与脊柱旋转脱位相关；Kalichman 等[20]认为发生小关节角度矢状化的患者更容易造成小关节关节炎及退变性腰椎滑脱；Fujiwara 等[14]通过 MRI T1相对小关节退变进行分级，发现腰椎滑移不稳定与小关节退变的程度相关，而腰椎旋转不稳定与小关节退变没有相关性；同样 Goda 等[21]采用CT 扫描评估小关节退变情况，发现小关节退变与腰椎峡部裂存在相关性；有研究对腰椎不稳的患者进行腰椎 MRI扫描，发现小关节中充满大量关节液，并且关节内测量＞1.5 mm 的渗出是发生腰椎滑脱的危险因素[22]；Lattig 等[23]发现双侧小关节的渗出差异性越大，越容易发生腰椎旋转不稳定。Hasegawa 等[24]研究证明小关节的间隙增大以及关节体积增大可以作为腰椎不稳定的先兆迹象；同样有研究证明伴随着椎间盘退变而发生小关节囊松弛，会造成节段性不稳定[15]。笔者认为小关节退变初期发生关节渗出增多以及关节间隙增大是发生腰椎不稳的危险因素，随着小关节退变的进展以及关节骨赘形成和其它增生等形式进一步实现关节重塑，而达到腰椎再稳定的状态。

5. 骨骼肌：骨骼肌是维持腰椎稳定性的惟一动力结构，有证据表明脊柱仅依靠骨关节及韧带结构只能负载90 N 的力，而正常人在此基础上外加肌肉结构可以负载1500 N 的力，因此骨骼肌被认为是维持腰椎稳定的重要结构，并且对维持躯干正常形态及脊柱正常曲度有重要意义[25]。虽然骨骼肌有重要作用，但许多腰椎稳定性测试模型都对骨骼肌进行去除或破坏[24,26]，常常忽略骨骼肌的作用。有研究认为包括多裂肌、半棘肌在内的横突棘肌群通过自身感受器的刺激而发生反射性收缩，以此起到稳定腰椎的作用[6,27]，雷小平等[28]通过对照研究发现腰椎不稳的患者腰背肌厚度低于正常人，并且其多裂肌呈现出不饱满的形态，认为腰椎不稳与腰背肌退变具有相关性。郭旭朝等[29]通过研究椎旁肌 MRI 横截面，同样发现竖脊肌、多裂肌和腰大肌退变与腰椎不稳定存在相关性，而且竖脊肌退变在腰椎不稳患者中更为显著。除了椎旁肌群外，腹部肌群作为椎旁肌的拮抗肌同样在保持腰椎稳定性方面发挥巨大作用，刘邦忠等[30]通过肌电研究的方法发现，以腹横肌为主的腹部肌群在脊柱失平衡的瞬间可以通过收缩增加腹内压来达到稳定脊柱的目的。并且刘邦忠等[31]通过总结椎旁肌群及腹部肌群在腰椎稳定中的作用及机制，认为躯干肌退变是发生腰椎不稳的重要因素之一。Fraser等[32]发现女性多次妊娠与腹部手术史等因素造成腹部肌肉力量减退与退变性腰椎滑脱相关。此外许多研究提出了腰背、腹部及臀部骨骼肌锻炼作为一种保守治疗方法能够维持腰椎稳定性并缓解下腰痛症状[33-35]。这也间接证明了足够的骨骼肌强度是维持腰椎节段稳定的重要保证。

三、退变性腰椎不稳发展过程

退变性腰椎不稳的发展有三个阶段：功能障碍阶段、腰椎失稳阶段、再稳定阶段[36]。在退变性腰椎不稳的功能障碍阶段，笔者认为高龄导致的躯干肌退变及椎间盘退变是诱发因素，Sebro 等[37]研究发现随着年龄的增长，躯干肌中脂肪渗入会逐渐增多，并且臀大肌以及腹横肌中脂肪渗入增加与椎间盘退变具有相关性。Urrutia 等[38]发现椎旁肌及腰大肌脂肪浸润与椎间盘退变相关。Hangai 等[39]通过超声测量躯干肌肉及四肢肌肉的体积发现大腿前方肌肉体积减小与腰椎间盘退变相关。在腰椎失稳阶段，由于躯干肌及椎间盘退变，导致腰椎相关韧带及关节囊松弛，小关节应力增加并诱发关节炎症出现，使得腰椎节段稳定性减退并出现不稳定的情况。而在再稳定阶段，黄韧带等腰椎相关韧带出现代偿性增厚及纤维化，腰椎间盘重度退变并且椎间隙进一步减小，小关节增生甚至出现骨桥等结构，此状态下腰椎通过重塑再次恢复稳定状态。

四、退变性腰椎不稳的治疗

退行性腰椎不稳的主要症状是腰痛及坐骨神经痛，目前对于具有临床症状的退行性腰椎不稳的治疗方法主要包括保守治疗和手术治疗两类。对于临床症状的初期一般以保守治疗为主，主要包括制动卧床休息、口服或外用非甾体抗炎药、理疗、封闭等，对于保守治疗无效或出现下肢肌肉萎缩甚至马尾综合征的患者，应采用手术治疗。对于腰椎滑脱为主要表现的退行性腰椎滑脱腰椎失稳节段，椎板减压和融合术是解除神经卡压症状恢复腰椎稳定性的主要手术方法。

后路腰椎体间融合 ( posterior lumbar interbody fusion，PLIF ) 是目前常用的手术方法，此术式融合确切，融合骨块可分散置入螺钉的应力并防止螺钉断裂，同时联合cage 的应用可以获得更好的手术愈后，所以 PLIF 一直受到外科医生的青睐[40-43,36]。但是 PLIF 因广泛破坏椎旁肌、易造成组织缺血性坏死等原因，会诱发椎旁肌肉的萎缩甚至术后长期背部疼痛[44]，所以更多减少组织创伤的手术方式被提了出来。比如经椎间孔腰椎椎体间融合术( transforaminal lumbar interbody fusion，TLIF ) 通过单侧入路完成减压植骨融合，减少椎旁肌肉组织的破坏，同时能降低损伤神经的几率，并且相较于 PLIF 可以减少术中出血以及获得更高的 Oswestry 功能障碍指数 ( oswestry disability index，ODI )，同时可以获得较高的融合率，能保持较好的椎间高度以及融合节段前凸弧度[45-47]。微创小切口经椎间孔腰椎椎间融合术 ( MIS-TLIF ) 采用通道系统通过肌间隙入路进行减压，能够减少肌肉及韧带损伤，有效地防止术后椎旁肌萎缩，同时手术操作主要在椎间孔处，神经损伤的可能性更小，和 PLIF、TLIF 术式相比，可以减少术中出血及手术时间，并且术后发生感染等并发症的几率更小[48-50]。近些年来出现的斜侧方入路椎体间融合术 ( oblique lumbar interbody fusion，OLIF ) 作为前路手术的改良，以沿腹外斜肌走行做 5 cm 切口，从腹膜后腹主动脉与腰大肌前缘的间隙达到椎间盘并实现椎间盘的切除及椎间融合，完全避免了椎旁肌、关节突等结构破坏，所以 OLIF 被认为其手术创伤较 PLIF 更小，并能获得更好的治疗效果[51-52]。目前腰椎减压及融合手术方案多种多样，根据 Mobbs 等[53]总结，虽然不同手术方式对于患者的创伤、椎间盘高度恢复以及矫形程度有所不同，但术后临床疗效及融合率没有很大差异。

由于退变性腰椎不稳处于动态发展的变化中，最终会自身代偿而达到再稳定状态，笔者认为治疗方式的选择应考虑腰椎不稳的发展阶段，对于退变性腰椎不稳的末期，大部分患者可通过保守治疗达到较好的愈后。手术治疗对症状及影像学明确的患者有良好的效果，而腰椎不稳的早期，动态内固定系统 ( dynamic stabilization system ) 作为限制腰椎活动及负荷的非融合治疗手段，可保留椎间盘和关节突关节功能的完整性，在保持腰椎正常的运动功能前提下可以减轻间盘和关节应力，避免了融合手术造成的节段运动功能丧失，缓解邻近节段负荷，有研究证实动态内固定系统对于治疗腰椎不稳具有良好效果[54-55]。临床上动态内固定系统种类较多，比如 Dynesys 作为后路动态非融合内固定的手术方式，在控制出血量与减少手术时间方面较 PLIF 有更大优势，更重要的是在保证临床疗效的前提下，减少邻近节段退变的发生[56-57]，此外 Coflex 作为棘突间弹性固定手术，同样术中创伤较传统融合手术更小，并且对于治疗轻度腰椎不稳可取得较好的临床效果[58]。综上所述，减少术中创伤已成为手术发展的主要趋势，在保证减压的前提下，如何减少肌肉及韧带损伤，更好地保护脊柱稳定性，防止邻近节段退变逐渐成为目前需要解决的主要问题。