下腰椎三关节复合体退变与脊柱-骨盆矢状面平衡相关性研究进展

王兵站 康恒 白平勇 王利民

1)河南通许县人民医院脊柱外科 通许 475400 2)郑州大学第一附属医院骨2科 郑州 450052

下腰椎三关节复合体退变与脊柱-骨盆矢状面平衡相关性研究进展

王兵站1)康恒1)白平勇1)王利民2)

1)河南通许县人民医院脊柱外科 通许 475400 2)郑州大学第一附属医院骨2科 郑州 450052

目前国内外对于三关节复合体退变与脊柱-骨盆矢状面平衡的相关性尚无统一认识。多数学者对椎间盘和关节突关节与脊柱矢状面平衡的关系进行论述，认为前两者与脊柱矢状面平衡关系密切。本文总结了脊柱-骨盆矢状面平衡的维持及代偿机制、脊柱-骨盆矢状面参数研究现状、下腰椎三关节复合体退变影像学表现与脊柱-骨盆矢状面平衡的相关性，对于在脊柱疾病治疗过程中怎样预防矢状位失衡起到重要的指导作用。

脊柱-骨盆矢状面平衡；腰椎；椎间盘；关节突

人类从爬行动物到直立行走，具备特有的脊柱骨盆位置关系，才能使人体虽维持躯体的平衡且耗能最小。包括脊柱、髋膝关节，双足及肌肉等在内的所有动力系统共同协调，维持脊柱正常的生理弯曲。站立位时拍摄的脊柱全长正侧位X线片是目前研究脊柱-骨盆矢状面平衡的重要方法，人体矢状轴是投影在包括两足底在内的双足间的支撑面上，是脊柱、骨盆、四肢和地面相互作用的结果。重心线投射到站立位脊柱全长侧位X线片上，表现为经股骨头中心稍偏后和骶骨稍前之间的位置。脊柱骨盆矢状面力线平衡的研究是临床制订手术方案、评价手术效果、判断患者预后的重要指标。顽固性腰疼等临床症状就是由脊柱-骨盆矢状面失衡所导致。因此，众多学者都对这一问题进行深入探讨和研究。

1 脊柱-骨盆矢状面平衡的维持及代偿机制

在生物力学研究中将骶椎和尾椎看作一个整体，称其为骨盆椎[1]。脊柱在矢状面上形成的四个生理弯曲，适应了从爬行到直立行走的进化。在这四个生理弯曲中，骶曲最为特殊，骶骨和尾椎之间虽然存在微动，但是我们往往把它作为一个整体进行观察。腰椎前凸角度的改变，将引起骨盆围绕髋关节轴进行旋转[2]。骨盆椎作为脊柱的最低端其下方连接股骨头，能够承上启下，使它们之间能够相互协调，相互关联，共同维持脊柱-骨盆的矢状面平衡。矢状位平衡逐渐成为脊柱外科的研究重点。近期许多学者不断提出新的测量参数，尽管这些参数尚缺乏充分的证据支持，但已广泛运用于脊柱外科中。认识这些参数对于理解脊柱平衡和补偿机制，以及术前制订手术方案都是十分重要的。经济圆锥( conus of economy) 的概念是由Dubousset[3]最早提出, 用于描述矢状面平衡在躯体稳定性和维持姿势中的作用。将人体视为一个圆锥，足部为圆锥体的顶点, 躯干在较狭窄的姿势范围内且无外力支持的情况下保持直立和平衡状态。如果躯干的重心落在圆锥顶点的垂线上，则人体处于最省力的状态，最经济的能量消耗状态下保持直立，躯干越倾斜则重心偏离越大，维持直立所需的力量越大，而当躯干落在圆锥范围以外则无法保持直立的状态。颈椎、胸椎、 胸腰椎、腰椎及骨盆的排列相互影响，使人体在最小能耗的前提下保持相对稳定的姿势，且减少站立或运动时对脊柱和脊髓的冲击和震荡。矢状面平衡主要包括脊柱、骨盆和下肢的矢状面排列平衡及两者之间的排列关系，其对维持躯体矢状面平衡意义重大。由于下肢关节的活动度大，可随前两者的变化而变化 ，因此躯干矢状面的平衡主要由脊柱和骨盆的排列决定[4-5]。

2 脊柱-骨盆矢状面参数研究现状

脊柱-骨盆矢状位序列及拟合关系在许多学者研究中得到了证明。躯干的正、负失平衡需要躯体一定的姿势来代偿，包括前倾和后仰等，同时脊柱周围肌肉、韧带需承受更大的应力负荷来适应这一变化。进而导致机体出现活动受限、疼痛及疲劳等不适的临床表现，影响人们的生存质量。PI作为解剖学参数被Legaye等[6]提出来后，吸引更多学者关注脊柱-骨盆矢状面平衡在维持人体脊柱平衡中的作用。

脊柱全长侧位片均在同一台DR机上拍摄[7-8]。患者均统一采用目前公认的能代表脊柱-骨盆矢状面平衡状态姿势：摄片时全身放松自然站立，双眼平视前方，双足与双肩同宽，双肩及双肘屈曲，双手置于锁骨上窝，双上臂与胸壁前侧冠状面成45°角，双侧大腿与双膝关节自然伸直，双侧自然平行，身体左侧对着暗盒。摄片范围要求包括颈1至双股骨头下方10 cm，使枕颈关节及双髋关节包含在内。

脊柱矢状轴 (sagittal vetebare axis，SVA) 系S1终板后上角与C7铅垂线之间的垂直距离，即所谓C7铅垂线法。当SVA的绝对值>5 cm时，称为脊柱矢状位的正、负失平衡[9]。脊柱的退行性改变与SVA密切相关，SVA绝对值越大，脊柱的失平衡状态越严重，患者的生存质量越低[10]。脊柱矢状轴为脊柱-骨盆矢状面的整体平衡参数。很多的局部矢状面平衡参数在躯干的平衡中也发挥着非常重要的作用，较为常用的脊柱局部参数有胸椎后凸角 (thoracic kyphosis，TK) : T5椎体上终板与T12椎体下终板之间的角度。胸腰段后凸角 (thoracolumbar kyphosis，TLK) : T10椎体上终板与 L2椎体下终板之间的角度。腰椎前凸角 (lumbar lordosis，LL) : L1椎体上终板与 S1椎体上终板之间的角度。局部骨盆参数有骨盆入射角 (pelvic incidence，PI) : S1上缘中点至股骨头中心点连线与 S1上缘中垂线的夹角 ( 双侧股骨头不重合时，取两中心点连线的中点)。骶骨倾斜角 (sacral slope，SS) : S1上缘与水平线的夹角。骨盆倾斜角 (pelvic tilt，PT) : S1上缘中点至股骨头中心点连线与铅垂线的夹角。许多学者证明PI、PT、SS之间有恒定的几何关系，PI=PT+SS。这三个参数是近年学者们关注的重点，因为骨盆参数能够代表独立的位置和空间，脊柱的矢状面失平衡需要骨盆参数的代偿和调节。

骨盆的矢状面参数分两种，即解剖学参数和姿势参数。PI是骨盆的解剖学参数，用来描述骨盆的解剖学形态，其个体特异性强，受人体姿势的影响小。PT和SS为姿势参数，用来描述骨盆的空间位置，其是动态的参数，随着人体姿势的变化而改变。Mac-Thiong 等[11-12]通过对 341 例正常人的脊柱-骨盆参数研究发现，男性的脊柱骨盆参数较女性为大。Mac-Thiong，Hanson 等[13-14]报道，在骨骼生长发育期间，年龄越大，PI的测量值越大。Mac-Thiong[12]及Lafage 和Barrey[15-16]分别测量了 41 例、 154 例和 709 例正常人或患者的脊柱-骨盆参数，得出了各参数的范围，并通过比较正常人和患者之间参数范围的差异，提出了理想的手术矫正范围: SVA≤5～ 6 cm ，TK=40°～60°， LL =45°～60°， PI =40°～60°， PT=12°～25°， SS=30°～45°。国内外学者对各参数间的关系进行研究分析、测量和研究，对各个参数提出了标准值范围。Schwab 等[17]认为如果使脊柱手术恢复良好的矢状面平衡，脊柱畸形得到矫正，脊柱-骨盆参数应该达到正常的范围。SVA的绝对值应该在 5 cm以内，PT的测量值< 25°， LL 应该重建在 LL= PI±9°范围内。孙卓然等[18]研究提出为了使脊柱畸形矫正后获得良好的脊柱-骨盆矢状面平衡，LL的重建角度应为 LL =0.623、PI± 20.611。以正常国人的脊柱-骨盆参数的拟合关系为基础, 利用PI值研究脊柱的失平衡状态，确定LL的个体化重建范围,将在未来研究中进一步探讨。

3 下腰椎三关节复合体退变影像学表现与脊柱-骨盆矢状面平衡的相关性

慢性腰疼及退行性脊柱畸形中常有严重的矢状面失衡，腰椎退行性疾病与矢状面失衡相关。其影像学常表现为腰椎生理前凸减小、胸腰椎后凸增加、躯干前倾、骨盆后旋等脊柱-骨盆矢状位失衡的表现[19]。椎间盘退变患者的SS、LL、TK减小，PT增加[20]。椎间盘退变患者的SS、LL和PT较正常人群均有显著差异[21]。腰椎间盘退变会直接导致椎间盘形态的改变，在X线上表现为椎间隙高度和腰椎前凸角度的变化，这种单节段变化必定会引起局部脊柱或骨盆矢状位参数变化，进而影响整个脊柱矢状面的平衡。

脊柱为人体主要承重结构，其运动功能由不同运动节段组成。下腰椎包括L3～4、L4～5、L5～S1三个椎间隙，脊椎小关节与椎间盘所构成的三关节复合体组成脊柱的运动节段，使各椎体得以衔接，维持脊柱的稳定性和运动功能。椎间盘及下腰椎小关节退变与脊柱-骨盆矢状面平衡的相关性已有学者证明[22-23]，但三者之间的生物力学关系较为复杂，目前是众多学者研究的重点。

4 小结与展望

以前的研究认为PI作为骨盆的形态学参数，与躯干的姿势无关，是成年后恒定不变的参数。孤立地探讨其中任何一个参数与患者生活质量的关系均不够全面。而PI和三关节复合体的力学关系，尚无统一结论。但随着临床对下腰椎三关节复合体退变与脊柱-骨盆矢状面平衡相关性等方面的重视，今后对此方面的研究势必投入更多的关注和方法，毕竟其对于部分患者手术策略的制定以及预测术后矢状面平衡重建等起到至关重要的参考作用[24]。

[1] Johnson RD， Valore A， Villaminar A， et al. Sagittal balance and pel-vic parameters - a paradigm shift in spinal surgery[J]. Clin Neurosci，2013,20(2) : 191-196.

[2] Barrey C，Roussouly P，Perrin G，et al. Sagittal balance disorders insevere degenerative spine. Can we Identify the compensatory mechanisms[J]. Eur Spine J，2011，20(15) : 626-633.

[3] Dubousset J. Three-dimensional analysis of the scoliotic deformity. In: Weinstein SL, ed. Pediatric Spine: Principles andPractice[J]. New York, NY: Raven Press, 1994.

[4] Roussouly P, Nnadi C. Sagittal plane deformity: an overview of interpretation and management[J]. Eur Spine J, 2010, 19(1):1 824-1 836.

[5] Le H, Leijssen P, Duarte M, et al. Thoracolumbar imbalance analysis for osteotomy planification using a new method: FBI technique[J]. Eur Spine J, 2011, 20(Suppl 5): 669-680.

[6] Legaye J, Duval-Beaup re G, Hecquet J, et al. Pelvic incidence: a fundamental pelvic parameter for three-dimensional regulation of spinal sagittal curves[J]. Eur Spine J, 1998, 7 (2): 99-103.

[7] Kuntz C 4th，Levin LS，Ondra SL，et al.Neutral upright sagittal spinal alignment from the occiput to the pelvis in asymptomatic adults：a review and resynthesis of the literature[J].Neurosurg Spine，2007，6(2)：104-112.

[8] Faro FD，Marks MC，Pawelek J,et al.Evaluation of a functional position for lateral radiograph acquisition in adolescent idiopathic scoliosis[J].Spine，2004，15：2 284-2 289.

[9] 乔军，邱勇，朱峰,等. T1骨盆角与退变性脊柱侧凸患者脊柱骨盆矢状面平衡以及生活质量的相关性分析[J]. 中国脊柱脊髓杂志，2014，24( 8) : 686-690.

[10]Schwab FJ， Blondel B， Bess S， et al. Radiographical spinopelvic pa-rameters and disability in the setting of adult spinal deformity: a pro-spective multicenter analysis[J]. Spine ( Phila Pa 1976) ，2013，38 (13) : 803-812.

[11]Mac-Thiong J, Labelle H, Berthonnaud E, et al. Sagittal spinopelvic balance in normal children and adolescents[J]. Eur Spine J, 2007, 16(2): 227-234.

[12]Mac-Thiong J, Roussouly P, Berthonnaud E, et al. Sagittal parameters of global spinal balance: normative values from a prospective cohort of seven hundred nine Caucasian asymptomatic adults[J]. Spine, 2010, 35(22): 1 193-1 198.

[13]Mac-Thiong J, Berthonnaud E, Dimar J, et al. Sagittal alignment of the spine and pelvis during growth[J]. Spine, 2004, 29(15): 1 642-1 647.

[14]Hanson D, Bridwell K, Rhee J, et al. Correlation of pelvic incidence with low- and high-grade isthmic spondylolisthesis[J]. Spine, 2002, 27(18): 2 026-2 029.

[15]Lafage V, Schwab F, Patel A, et al. Pelvic tilt and truncal inclination: two key radiographic parameters in the setting of adults with spinal deformity[J]. Spine, 2009, 34(17): 599-606.

[16]Barrey C, Roussouly P, Perrin G, et al. Sagittal balance disorders in severe degenerative spine: can we identify the compensatory mechanisms[J]. Eur Spine J, 2011, 20(Suppl 5): 626-633.

[17]Schwab F, Patel A, Ungar B, et al. Adult spinal deformity postoperative standing imbalance: how much can you tolerate an overview of key parameters in assessing alignment and planning corrective surgery [J]. Spine, 2010, 35 (25): 2 224-2 231.

[18]孙卓然，李危石，陈仲强，等.正常国人脊柱-骨盆矢状位序列拟合关系研究[J].中国脊柱脊髓杂志，2015,25(1):1-5.

[19]Roussouly P，Nnadi C.Sagittal plane deformity：an overview of interpretation and management[J].Eur Spine J，2010，19：1 824-1 836.

[20]Barrey C，Jund J，Noseda O，et al.Sagittal balance of the pelvisspine complex and lumbar degenerative diseases.A comparative study about 85 eases[J].Eur Spine J,2007,16：1 459-1 467.

[21]Jackson RP。McManus AC.Radiographic analysis of sagittal plane alignment and balance in standing volunteers and patients with low back pain matched for age，sex，and size.A prospective controlled clinical study[J].Spine,1994,19：1 61l-1 618.

[22]刘辉, 希腊本大, 郑召民, 等. 腰椎间盘退变与脊柱-骨盆矢状面平衡的相关性[J]. 中华医学杂志, 2013, 93(15): 1 123-1 128.

[23]吕昕，张斌，刘远，等.下腰椎小关节退变与脊柱-骨盆矢状面平衡的相关性研究[J].中国修复重建外科杂志，2015,29(8):964-968.

[24]邱勇. 重视脊柱骨盆矢状面平衡在退变性脊柱畸形治疗中的作用[J]. 中华医学杂志, 2013, 93(15)：1 121-1 122.

(收稿 2017-02-04)

R681.5

A

1077-8991(2017)03-0095-03