观察有临床症状的腰椎退变滑脱(DS)患者生理载荷下滑脱椎体相邻节段三维运动特性。
2013年3至10月天津医院脊柱外科需要住院手术治疗的L4退变滑脱患者15例为研究组。无腰痛症状和其他脊柱疾病的健康志愿者15名为正常健康对照组。采用双X线透视系统(DFIS)和CT扫描相结合技术，从受试者腰椎薄层CT获取腰椎三维重建模型，匹配到DFIS捕获的不同活动体位时腰椎双斜位X线透视图像上，重现生理载荷下不同体位腰椎椎体三维运动状态。通过在DS患者L3–S1各椎体中心建立三维坐标系测量相邻椎体间的活动度，并与正常组相比较。
DS组L3–4左右侧弯时沿矢状轴旋转度(4.4±2.8)°，大于正常组(2.1±1.7)°(P<0.05)；左右旋转时沿垂直轴旋转度(4.3±2.8)°，大于正常组(2.1±1.3)°(P<0.05)；前屈后伸时沿冠状轴旋转度(3.9±3.3)°，虽较正常组(3.2±2.5)°有增大趋势但差异无统计学意义。DS组滑脱节段L4–5及相邻尾侧节段L5–S1与正常组相比，沿X、Y、Z轴位移和旋转度差异均无统计学意义。
L4–5DS滑脱节段相对稳定，相邻头侧椎间盘L3–4节段活动度增加，相临尾侧椎间盘(L5–S1)相对稳定。
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腰椎退变滑脱(DS)以椎间退变导致上位椎体相对下位椎体向前滑移且椎弓峡部完整为特征[1]，常诱发机械性腰痛、下肢放射痛和神经源性跛行[2]。发病率为8.7%，主要发生在L4–5，且女性常见[1]。人体脊柱每个节段的形态、位置改变，将直接影响到相邻节段[3]。脊柱矢状位曲度与DS紧密相关[4]。许多技术已应用于评价临床上腰椎滑脱节段的运动特征[5,6,7,8]。大多数研究仅局限于观察腰椎矢状面上的屈伸活动，而腰椎失稳在冠状面和垂直方向也可能发生，因此了解DS滑脱节段及其相邻节段在生理载荷下的6个自由度(6 degree–of–freedom，6DOF)运动特征，对于指导DS手术治疗和推测及预防术后相邻节段退变的发生很重要。本研究采用双X线透视系统(DFIS)结合CT扫描技术研究DS滑脱节段及其相邻节段在体运动特征[9,10]。
2013年3至10月天津医院脊柱外科有临床症状需要住院手术治疗诊断明确的L4–5 DS患者15例，男7例，女8例；年龄(55±7)岁。均有间歇性跛行和不同程度的腰痛，伴或不伴下肢疼痛，Meyerding[11]滑脱程度分型均为Ⅰ型。纳入标准：通过病史、症状及影像学检查，L4–5 DS诊断明确。排除标准：既往有脊柱手术病史、L4–5节段以外的滑脱、外伤、脊柱侧凸、肿瘤、瘫痪、脊髓疾病、精神病史等。对照组为无腰痛症状和其他脊柱疾病的健康志愿者15名，男9例，女6例；年龄(54±6)岁[9]。每位受试者在试验开始前均签署知情同意书，符合医院伦理委员会要求。
受试者仰卧，CT(Sensation 16 Siemens，德国)薄层扫描获得L3–S1椎体横断面图像(层厚为0.75 mm，分辨率为512×512像素)。把所获得的CT图像导入Rhinoceros造模软件(版本4.0，Robert McNeel Associates，Seattle，美国)，建立L3–S1椎体的三维模型(图1)[9]。
利用两台同型号相互垂直的"C"型臂X线机(Toshiba SXT–1000A，日本)组成双荧光透视系统[9]。分别采集受试者前屈–后伸、左旋–右旋和左侧弯–右侧弯腰椎活动时的图像，每个位置停留约1 s以获得瞬时X线双斜位透视图像。
将透视图像矫正后导入造模软件，在计算机内模拟透视场景[9]。将每一节段腰椎三维模型导入模拟场景，调整受试者每一节段腰椎CT三维重建模型的空间位置，按照腰椎解剖结构特点使其投射影像分别与两个平面腰椎X线透视影像完全匹配，再现生理载荷下人体各种运动体位时腰椎的真实运动状态(图2)。
在L3–S1各椎体中心几何分别建立坐标系。定义X轴位于冠状面并指向左侧，Y轴位于矢状面并指向后侧，Z轴垂直于X–Y平面指向头侧；沿X轴，Y轴及Z轴旋转的角度分别为α，β和γ(图3)。
通过测量近侧椎体坐标相对远侧椎体坐标的运动，计算出DS患者滑脱节段及相邻节段间在前屈–后伸、左旋–右旋和左侧弯–右侧弯下的6DOF数据。这些数据用左–右方向、前–后方向和上–下方向的位移和旋转角度表示。并通过对比正常人的运动范围评估其稳定性。
连续变量以
±s表示，两组间的差异用单因素方差分析统计。所有分析均采用SPSS软件(SPSS for Windows，release 19.0; IBM, Armonk)，P<0.05为差异有统计学意义。
滑脱节段前屈后伸时沿三轴位移范围为0.8～2.4 mm，旋转范围为2.3～3.6°；左右侧弯时沿三轴位移范围为0.9～1.7 mm，旋转范围为2.4～3.5°；左右旋转时沿三轴位移范围为1.0～2.3 mm，旋转范围为2.3～3.0°。不同活动体位下滑脱节段的位移和旋转角度与正常组相比差异均无统计学意义(表1)。
两组受试者各节段间位移和旋转度比较(
±s)
两组受试者各节段间位移和旋转度比较(±s)
| 项目 | 位移(mm) | 旋转(°) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 前后位移(Y) | 左右位移(X) | 上下位移(Z) | 屈伸旋转(α) | 侧弯旋转(β) | 左右旋转(γ) | |||
| 前屈–后伸 | ||||||||
| L3–4 | DS组 | 1.7±1.2 | 2.4±1.7 | 1.0±1.0 | 3.9±3.3 | 1.5±1.1 | 3.3±2.6 | |
| 正常组 | 1.4±0.7 | 1.9±1.1 | 1.3±0.7 | 3.2±2.5 | 2.5±2.6 | 2.0±1.8 | ||
| L4–5 | DS组 | 0.8±0.6 | 2.4±1.4 | 0.9±0.8 | 3.2±2.3 | 2.3±1.4 | 3.6±2.2 | |
| 正常组 | 0.9±0.8 | 1.7±1.5 | 1.6±1.2 | 2.6±3.1 | 2.6±2.3 | 3.0±2.1 | ||
| L5–S1 | DS组 | 1.8±1.1 | 2.1±2.2 | 1.1±0.7 | 1.9±1.8 | 2.4±2.0 | 3.6±3.0 | |
| 正常组 | 2.0±1.6 | 2.5±1.8 | 1.4±1.1 | 2.8±2.3 | 2.9±2.1 | 3.8±3.1 | ||
| 左右侧弯 | ||||||||
| L3–4 | DS组 | 1.7±1.2 | 1.4±0.8 | 0.7±0.5 | 2.4±1.9 | 4.4±2.8a | 3.3±2.4 | |
| 正常组 | 1.2±1.1 | 2.2±1.2 | 0.8±0.4 | 2.6±1.7 | 2.1±1.7a | 4.6±3.3 | ||
| L4–5 | DS组 | 0.9±0.8 | 1.7±0.9 | 0.9±0.9 | 2.7±2.1 | 3.6±2.9 | 3.2±2.2 | |
| 正常组 | 0.5±0.5 | 2.2±1.3 | 1.6±1.2 | 2.4±1.9 | 3.5±2.9 | 3.4±3.2 | ||
| L5–S1 | DS组 | 1.4±1.0 | 3.0±2.5 | 1.0±0.8 | 3.2±1.2 | 2.2±1.4 | 3.8±3.0 | |
| 正常组 | 1.8±1.6 | 3.0±2.3 | 0.8±0.8 | 3.6±3.4 | 2.8±2.1 | 3.1±2.0 | ||
| 左右旋转 | ||||||||
| L3–4 | DS组 | 1.1±1.1 | 2.8±1.5 | 1.1±0.9 | 1.9±1.6 | 3.4±2.1 | 4.3±2.8a | |
| 正常组 | 1.4±0.8 | 2.9±1.1 | 0.7±0.7 | 2.7±2.0 | 3.9±3.0 | 2.1±1.3a | ||
| L4–5 | DS组 | 1.0±0.4 | 2.3±1.7 | 1.0±0.7 | 2.3±2.0 | 2.7±2.6 | 3.0±2.2 | |
| 正常组 | 0.6±0.5 | 3.1±0.9 | 1.3±1.2 | 2.3±2.2 | 2.6±2.7 | 3.3±1.9 | ||
| L5–S1 | DS组 | 2.3±1.6 | 1.8±1.5 | 1.1±0.7 | 2.4±1.8 | 1.8±1.2 | 2.1±1.8 | |
| 正常组 | 1.8±1.8 | 2.0±1.2 | 1.0±0.9 | 2.4±1.3 | 2.4±1.0 | 2.5±1.9 | ||
注：a表示滑脱组和正常对照组在各活动姿势下相邻节段间旋转角度差异有统计学意义，P<0.05。DS：腰椎退变滑脱。滑脱节段(L4–5)及滑脱下一节段(L5–S1)与正常组相比较，各三轴位移和旋转角度差异均无统计学意义
L3–4左右侧弯时沿矢状轴旋转度4.4～2.8°大于正常组2.1～1.7°(P<0.05)；左右旋转时沿垂直轴旋转度(4.3±2.8)°，大于正常组(2.1±1.3)°(P<0.05)；前屈后伸时沿冠状轴旋转度(3.9±3.3)°，虽较正常组(3.2±2.5)°有增大趋势，但差异无统计学意义。L5–S1与正常组相比，位移和旋转运动差异均无统计学意义(表1)。
人体腰椎在体运动特征6DOF数据很难准确测量。本研究显示DS头侧椎体(L3–4)活动度大于正常组，滑脱节段(L4–5)及其相临尾侧椎体节段(L5–S1)运动范围与正常组相比差异无统计学意义。
研究显示DS滑脱节段间存在失稳[11]。Huang等[12]利用平卧位轴向加压MRI研究DS患者病变节段椎间运动特征，发现DS滑脱节段存在角度运动失稳。但该研究是在非生理载荷下进行，并不能真实反映DS滑脱节段的在体运动特征[8,13]。McGregor等[8]利用开放式MRI，研究滑脱患者在平卧位、坐姿前屈位和坐姿后伸位时的运动模式，发现椎体间角度、腰前凸角和骶骨倾斜角与正常组相无明显差异。本研究结论与其一致。有研究将腰椎退变分为三阶段：暂时功能障碍期、失稳期和再稳期[14]。通过此分型不难理解，当DS已处于再稳阶段时并不导致明显椎间失稳。而本组DS患者未发现失稳原因可能也是腰椎退变已进入再稳阶段。
DS滑脱相邻节段生理载荷下的在体运动6DOF特点却少有报道。Okawa等[15]通过动态摄影术发现滑脱者从屈曲位返回中立位时，运动起始顺序不同于正常人，滑脱者运动起始于头侧椎体，而正常人起始于尾侧椎体。McGregor等[8]运用开放核磁和Takayanagi等[7]运用动态摄术发现L4–5 DS患者前屈后伸活动时，头侧椎体L3–4活动度明显大于正常人。本研究同时还发现滑脱节段相邻尾侧椎体L5–S1活动度与正常人无明显差异。
正常脊柱矢状面平衡即通过最小的肌肉作用来保持人体站立姿势的稳定[16]。Roussouly等[17]发现正常人通过改变骶骨前倾角和骨盆倾斜角以适应人体不同姿势下的矢状位平衡；Vaz等[18]发现脊柱–骨盆各矢状面参数维持内在平衡，以使人体重心始终保持在股骨头上方，从而稳定人体站立姿势。但是DS患者滑脱节段间位置和形态已经改变，为了维持各种姿势下身体平衡，相邻节段的运动可能异于常人。Barrey等[19]发现DS患者C7铅垂线和躯干重心前移，滑脱相邻上位椎体过度后伸，甚至后滑移以平衡脊柱。Lamartina等[16]发现矢状面失衡的患者(如DS)直立姿势下通过加强肌肉的力量恢复人体重心线位置，这种力量的加强必然导致滑脱相应节段应力增强。同时椎体向前滑脱，腰椎旋转中心可能上移[20]。这都可导致滑脱节段相邻头侧椎体活动度增加。本研究出现尾侧椎体L5–S1活动度与正常组无差异可能是与髂腰韧带限制其活动有关[21]。
各种融合和非融合手术已广泛用于DS的治疗。Ren等[22]通过荟萃分析发现非融合术(腰间盘置换，棘突间装置等)后相邻节段退变发病率显著低于融合术。本研究证实DS滑脱节段(L4–5)相对稳定，头侧椎体间(L3–4)活动度增大。滑脱节段椎间融合后其活动度丧失，必然增加相邻节段运动负荷，特别是相邻头侧椎间盘，故DS滑脱节段复位融合术前，需更加关注相邻头侧椎间盘的情况，并进行评估及术后观察随访。
本研究也存在如下不足：首先，只研究了术前DS患者相邻节段运动特征，今后将进一步对比研究融合术治疗DS术后是否存在运动学差异；其次，只研究了L4/5节段，且本试验病例采集匹配过程相对复杂耗时，今后将改进试验设备与技术，扩大样本量，以期获得更全面的不同节段腰椎滑脱在体运动特性的数据，为临床DS治疗方式的选择和术后相邻节段退变的预防提供理论基础。
