关节突关节角度和不对称性在退变性腰椎疾病中的角色

郭马超 鲁世保 孔超 孙祥耀 孙思远

关节突关节 ( facet joint，FJ ) 是脊柱中惟一的滑膜关节[1]，由上位椎体的下关节突和下位椎体的上关节突以及关节囊和滑膜组成，其与椎间盘构成了脊柱的三关节复合体。FJ 在指导和限制脊柱运动上有重要作用，这与 FJ 解剖特点有关[2]。FJ 的解剖结构特点及改变必然会对脊柱的运动与生物力学产生影响，从而与某些脊柱病变产生联系。一直以来，关节突关节角 ( facet joint angle，FJA ) 及关节突关节不对称 ( facet tropism，FT ) 在退行性腰椎疾病中的作用被研究并逐渐引起重视，但相关结论仍存在诸多矛盾，笔者就 FJA 和 FT 在退行性腰椎疾病包括退变性腰椎滑脱 ( degenerative lumbar spondylolisthesis，DLS )、腰椎间盘突出 ( lumbar disc herniation，LDH )、关节突骨关节炎 ( facet joint osteoarthritis，FJ OA ) 及退变性脊柱侧凸( degenerative scoliosis，DS ) 中的作用作一综述。

一、概念

关节突关节方向 ( facet joint orientation，FJO ) 是关节突间隙的空间走向，其对腰椎的活动包括前屈、后伸、旋转以及侧弯等产生指导及限制作用。如矢状位走向的 FJ允许脊柱节段产生更多的前屈后伸，而限制脊柱的侧弯及旋转；冠状位走向的 FJ 允许更多的侧弯而限制前屈和后伸。FJA 是 FJO 的量化指标，是指 FJO 与矢状面或冠状面的夹角。FJA 大小可从 0°～90° 不等，通常情况下，L1～4偏矢状位，L4～S1偏冠状位。目前矢状的标准尚未统一，如以矢状面作为参考，Cinotti 等[3]认为 FJA＜30° 为显著矢状化，而 Grobler 等[4]认为 FJA＜45° 为偏向于矢状位。

FT 是指同一节段的 FJ 在左右两侧的方向存在差异，其量化指标是左右 FJA 差值的绝对值。FT 在胸椎被认为是正常的解剖特点[5]，在腰椎被认为与患者腰痛、腰椎间盘的退变、椎旁肌的不对称等有关联[6]。生物力学研究表明，FT 的存在使相应节段椎间盘在轴向旋转时受力不均，更容易产生额外活动以及受到前剪切力的影响[7]。

二、测量方法

FJA 的测量目前无统一方法，Kénési 等[8]在探究 FJO与 LDH 关系时，在 CT 上测量了 FJA，该研究以关节突两端点连线与矢状线 ( 经过椎管中心并与椎体两外侧面切线连线的垂线 ) 的夹角作为 FJO 的量化指标，并且在每个椎间隙的 5 个层面同时测量，以 5 次测量的平均值作为FJA。Grobler 等[4]通过在 CT 横断面上比较腰椎同一节段5 个层面的 FJA 指出，通过下位椎体上终板并平行于上位椎体下终板的层面，在测量 FJA 上最具有代表性，同时提出了 FJA 的测量方法，即 FJ 的前内侧点和后外侧点的连线和椎体后缘切线的夹角。此后，大多数学者在研究 FJA时也采用了此方法。Boden 等[9]在研究 FJA 和椎间盘退变性疾病时，首次在 MRI 上测量 FJA，并对 30 个 FJ 同时采用了 CT 和 MRI 测量，指出在 CT 和 MRI 上测量 FJA 无统计学差异。此后也有不少学者在 MRI 测量 FJA。至今，并没有专门的相关研究，就 FJA 在 CT 和 MRI 上测量是否差异，进行比较评估。

笔者认为，在少数 FJ 中，关节间隙在 MRI 显示不清，FJA 难以测量或测量值较 CT 上比较有很大差异，而在 CT 上很容易确定 FJ 的前内侧点和后外侧点。另外，增生性骨赘的鉴定对 FJA 的准确测定具有重要意义。由于骨结构与周围软组织之间的高度对比，CT 能更好地显示FJ 的退变。然而 MRI 具有无辐射的优点；黄韧带，神经根，脊髓，小关节积液，关节周围的囊肿，在 MRI 上能够较好的显示，并能更好地描述软骨缺损。

FJ 是一个三维立体的关节，在单层面上测量 FJA 也许并不能足以说明 FJ 的空间走向。Cinotti 等[3]认为，根据Grober 的描述，FJO 在头端偏向于矢状，在尾端偏向于冠状，因此建议在经过 FJ 中部的两个位置 ( 下位椎体上终板和椎弓根上缘 ) 上测量 FJA。Petit 等[10]提出了双平面摄影重建方法，并指出其可对 FJ 的形状和方向提供详细和准确的几何信息。Toyone 等[11]认为在经过上位椎体下终板和下位椎体上终板两个层面同时测量 FJA，以更好地描述 FJ 的空间走向。此后，新的 FJA 的测量方法被不断提出[12-14]，但尚都缺乏科学支持，仍需要进一步研究。

三、FJA 与 FT 在退行性腰椎疾病中的作用

1. DLS：DLS 的概念由 Newman 于 1995 年提出，是指在没有峡部缺损的情况下，上位椎体发生相对于下位椎体的滑移。DLS 更易发生于女性的 L4～5节段，各种因素可能与 DLS 的发生有关，如椎间盘的退变，韧带的肥厚或屈曲，肥胖，腰骶关节角度，骨赘增生，矢状化的 FJA、FT等，但确切的原因尚不清楚[15-17]。

至今，已有相当数量的研究证明了 DLS 患者的 FJO较正常人更趋于矢状位。近年来，关于 FJA 与 DLS 的关系的研究中，Samartzis 等[18]的 1 篇大样本多中心的研究，纳入了 267 个单节段 ( L4～5) DLS 患者，通过与对照组FJA 的比较，指出 DLS 患者具有更加矢状化的 FJ，并且经过 ROC 分析之后，58° 被认为是 DLS 发生的临界值。即当关节突关节方向相对于冠状面的角度＞58° 时，患者更易发生 DLS。Liu 等[19]通过文献回顾及 Meta 分析指出，DLS 患者相对于正常人来说，具有更加矢状化的 FJO 及显著的 FT。

然而，矢状化的 FJO 是 DLS 的病因还是结果的意见尚存在分歧，即矢状化的 FJO 是 DLS 发生预先存在的危险因素还是在 DLS 发生中应力下二次重塑的结果，尚不清楚。

( 1 ) 矢状化的 FJO 是 DLS 发生预先存在的危险因素：早期，Sato 等[20]根据椎板和关节突的形态，将椎板分成3 种类型：W1 型 ( 下关节突宽，FJ 间隙正位 X 线片上不可见 )，W2 型 ( 下关节突宽，FJ 间隙正位 X 线片上可见 )，N 型 ( 下关节突窄，FJ 间隙正位 X 线片上可见 )，发现具有矢状化 FJO 的 N 型椎板更常见于 DLS 患者中，提出具有矢状化 FJO 的患者，更易发生 DLS。Grobler 等[4]通过比较 L4～5椎管狭窄 ( 23 例 )，L4～5DLS ( 26 例 )，L5～S1峡性脊柱滑移 ( 23 例 ) 及正常人 ( 25 例 ) 发现，DLS 组患者的 FJO 较其余组明显偏向于矢状位，该研究首次运用新的 FJA 测量方法，并提出矢状化的 FJO 是 DLS 发生的危险因素。Boden 等[9]发现 DLS 患者不仅滑脱节段 ( L4～5)的 FJO 比正常人更矢状化，其相邻节段 ( L3～4和 L5～S1)的 FJO 也较正常人偏向于矢状位，因此，他们表示矢状化的 FJ 是 DLS 发生预先存在的危险因素，而不仅仅是简单的重塑结果。

Cinotti 等[3]则认为矢状化的 FJ 是预先存在及应力下二次重塑双重因素下的结果。他们发现在滑脱组的患者中，滑脱节段及上下相邻节段的 FJO 均较对照组偏矢状位，同时也发现滑脱组患者中，滑脱节段的 FJO 与上位相邻节段相似甚至更偏矢状位，这与正常人中从 L3到 S1，FJO 越来越偏冠状位不同。此现象被认为滑脱节段在应力下发生了二次重塑，因此 Cinotti 等认为，预先存在的矢状化 FJO 是 DLS 发生的危险因素，同时 FJ 在应力下发生二次重塑，使 FJO 更加矢状，加速了 DLS 的发生。

Kim 等[7]利用有限元分析指出，FJO 本身并不显著增加椎间盘及 FJ 的压力，但具有矢状化 FJO 的腰椎节段，在剪切力增大时，易发生移位。因此，作者认为，矢状化的 FJO 不能作为 DLS 发生的独立危险因素，但在其它因素如 BMI 较大，骨盆倾斜角增大等存在而导致向前的剪切力增大时，矢状化的 FJO 是 DLS 发生的共同危险因素之一。一项生物力学研究运用薄膜电阻传感器测量 8 例尸体 L2～3节段在前屈后伸，侧弯及轴向旋转时的接触力，同时运用 CT 测量 FJA。该研究发现，FJO 在 3 种运动方式中均对 FJ 的接触力产生影响，同时指出 FJO 越偏向矢状位，FJ 的接触力越小[21]。但该研究样本量过小，FJ 的生物力学也需要进一步的研究。

( 2 ) 矢状化的 FJO 是 DLS 发生中应力下二次重塑的结果：许多学者认为矢状化的 FJO 是在 DLS 发生过程中， FJ 发生二次重塑的结果。Berlemann 等[22]根据年龄( ＞50 岁，35～50 岁和＜35 岁 ) 将对照组 ( 非滑脱 ) 分成3 组，与 DLS 组患者对比，结果显示，显著矢状的 FJ 只在 DLS 组患者中出现。研究者认为不可能存在一组年轻的患者因为“先天的”矢状 FJO，在年老时比其他人更容易发生 DLS。同时，作者观察到，在 DLS 组中，患者的 FJ普遍存在不同程度的退变，认为矢状化的 FJ 是 DLS 在发生个过程中，应力下二次重塑的结果。Love 等[15]将患者分成 4 组：第 1 组 ( 女性，DLS，平均年龄 70.9 岁 )，第2 组 ( 女性，无 DLS，平均年龄 68.5 岁 )，第 3 组 ( 男性，DLS，平均年龄 70.3 岁 )，第 4 组 ( 男性，无 DLS，平均年龄 69.9 岁 )。结果示第 1 组比第 2 组 FJO 偏矢状位，第 3 组比第 4 组 FJO 偏矢状位；第 1 组与第 3 组相比，第2 组与第 4 组相比，FJA 未见差异。之后比较了年龄＜45 岁和＞45 岁滑脱组及非滑脱组患者的 FJA，作者提出非滑脱老年患者 FJO 较年轻人仍偏矢状位，同时指出阻止脊柱屈曲最大的受力点在 FJ 的前内侧部分，认为矢状化的 FJO 是 FJ 前磨损效应的结果。Wang 等[16]将患者按照年龄 (＜30 岁，31～40 岁，41～50 岁，51～60 岁，61～70 岁，＞70 岁 ) 分成 6 组，在 CT 上比较各组的 FJA，发现 FJA 与年龄呈负相关，即年龄越大，FJO 越偏向矢状方向。作者认为随着年龄的增长，椎间盘发生退变，椎间隙变窄，脊柱的生物力学发生改变，FJ 应力增加，发生二次重塑，使 FJO 更加矢状化。另外，部分学者通过探究关节突关节炎与 FJA 之间的关系指出，矢状化的 FJ 更常出现在具有关节突关节炎的患者，说明 FJ 存在退变及二次重塑，FJ 的矢状化更可能是在应力下二次重塑的结果[23-25]。

FT 与 DLS 关系的研究则较少，Dai 等[26]测量了 53 例DLS ( L4～5) 患者的 FJA，与 53 例年龄及性别无差异的对照组比较，结果显示 DLS 患者的 FT 发生率较对照组高。Witchate 等[27]的研究也发现了相同的结果。而 Kalichman等[28]未发现 FT 与 DLS 之间有任何联系。DeVine 等[29]在1 篇综述中表示，目前尚无足够的证据支持或否认 FT 与DLS 的发生有关联。有趣的是，Samartzis 等[18]的大样本研究表示，DLS 的发生只与特定的 FT ( 16.0°～23.9° ) 有关联。

笔者认为，矢状化的 FJO 抵抗前向剪切了的能力下降，在促进 DLS 的发生中有重要作用，而 FJ 的退变也说明在 DLS 发生过程也发生了一定程度的二次重塑。实际上，上述大多数研究是横向比较，缺乏对年龄因素的考虑，而要确定始发因素，解决上述矛盾观点，涉及研究对象各年龄段 FJA 数据，以及疾病的发生发展情况的一项大样本纵向研究是必需的。

2. LDH

( 1 ) FT 与 LDH：FT 的概念最早于 1929 年由Brailsford[30]提出，自此，FT 在椎间盘退变及 LDH 中的作用不断被研究。

生物力学研究表明，FJ 承载了脊柱 33% 的静态负荷和 35% 的动态负荷[31]。根据 Farfan 的研究[32-33]，脊柱在轴向旋转时，椎间盘受到旋转的剪切力，这是导致椎间盘受损最主要的因素。FJ 在限制脊柱节段旋转方面有重要作用，FT 的存在则使椎间盘在脊柱轴向旋转时，两侧受力不均匀，从而与单侧椎间盘受损有一定的关联。Cyron等[34]的一项生物力学实验表示，冠状方向的 FJ 对椎间盘剪切力的阻力很小，关节趋向于朝向该侧旋转，这使得纤维环遭受了额外的旋转应力。

Noren 等[35]测量了 46 例腰痛患者 ( 共 138 个节段 ) 的FT，同时在 MRI 上评估相应节段椎间盘退变程度，发现FT 越明显，相应椎间盘退变程度越严重。Kim 等[7]的有限元分析指出，FT 使相应节段更容易受到外力或前剪切力的影响，是加速椎间盘退变的重要因素之一。Schleich等[36]运用糖胺聚糖化学交换饱和转移成像测量糖胺聚糖的含量来量化椎间盘退变程度 ( 糖胺聚糖的消耗在椎间盘尤其是髓核的退变中有重要作用 )，同时在磁共振测量FJA，从而研究 FJA 及 FT 与椎间盘退变之间的联系。结果显示 FT 与糖胺聚糖含量呈负相关，因此，研究者指出FT 可作为椎间盘早期生化改变的危险因素。

相反，Ahmed 等[37]认为 FT 与轴向转矩－旋转效应无明显关联，而且进一步表示轴向旋转可导致椎间盘损伤，但前提是 FJ 存在骨折。Hägg 等[38]测量了 47 例 LDH 患者( 17 例 L4～5，30 例 L5～S1) 的 FJA，以 L4～5椎间盘突出患者下位相邻节段 ( L5～S1) 及 L5～S1椎间盘突出患者上位相邻节段 ( L4～5) 为对照组。结果显示仅在 L4～5节段观察到 FT 的统计学差异。然而，考虑到观察者间差异 ( 5° ) 以及未观察到椎间盘突出与 FJ 弯曲之间的关系，研究者认为不能认为 FT 与 LDH 之间存在关系。笔者认为以突出的邻近节段作为对照组，未考虑到病变节段对邻近节段的影响，这使得研究结果会产生偏差。

Vanharanta 等[39]测量了 108 例共 324 个椎间盘及相应节段的 FT，否认 FT 与椎间盘退变程度之间的相关性。Boden 等[9]认为上述的研究中，都缺少真正的正常对照组，他们将 67 名无症状的志愿者作为对照组，与 46 例LDH ( L4～5) 患者比较，在 MRI 根据纤维环及髓核的信号评估椎间盘退变程度，在 CT 上测量 FT，结果未见 FT 与椎间盘退变程度及 LDH 有关联。Ko 等[40]也未发现 FT 在LDH 发生中有重要作用。

为了确定 FT 在青少年及儿童中是否与 LDH 有关联，Ishihara 等[41]纳入了 25 例青少年 ( 12～20 岁，平均年龄17 岁 ) 及 33 例成人 ( 30～49 岁，平均年龄 39 岁 ) LDH 患者。结果显示少年组 FT 的总发生率 ( 41.4% ) 明显高于成人组 ( 8.0% )，同时，FT 与椎间盘突出位置及类型无明显的关系，作者认为 FT 是青少年和儿童 LDH 的放射学特征。同样，Lee[42]用更大的样本量也未发现青少年与成人中，LDH 患者与正常人的椎间盘蜕变程度有差异，FT不会影响青少年与成年人椎间盘的退变与 LDH 的发生。Park 等[43]比较了极外侧 LDH 与后外侧 LDH 患者的 FT 及椎间盘退变程度，未发现 FT 与椎间盘退变程度之间有关联，但两组之间的 FT 有统计学的差异。研究者表示 FT 也许能作为极外侧 LDH 与后外侧 LDH 的一个鉴别要点。Do等[44]首次评估了 FT 与椎间盘膨出的关系，该研究运用动态磁共振在 410 例腰痛患者在前屈，中立，后伸位进行间盘膨出程度进行测量，在 CT 上测量 FJA 并计算出 FT。发现严重的 FT 与椎间盘膨出之间有密切联系，但此现象只出现在老年人的 L4～5节段。此研究纳入了较大的样本量，但是缺乏无症状对照组，在一定程度上影响了结论的可信度。

Karacan 等[45]首次探究了 LDH 患者 FT 的变化，对54 例 LDH 患者在不同的时间段进行两次 FJA 的测量 ( 两次测量时间间隔至少 1 年 )，结果显示，在 1 年后，54.4%的患者在突出节段至少有 1 个 FJ 发生了 FJO 的改变，最常见的改变是矢状化。在第二次 CT 测量中，7 例 FT 加重，7 例 FT 减轻。研究者表示，同一 LDH 患者，FT 可以随着时间的变化而加剧或恢复，这也许可以在一定程度上解释以往关于 FT 与 LDH 的研究结论相互矛盾的现象。

( 2 ) FJA 与 LDH：FJA 与 LDH 关系的研究较少，Farfan 等[46]表示矢状的 FJO 与椎间盘突出的侧别有很强的关系。Kénési 等[8]在 L5～S1节段也得到了相同的结论，但在 L4～5节段未发现两者有关联。部分学者在研究 FT 与LDH 关系时，同样研究了 FJA 与 LDH 的关系，指出未发现 FJA 在 LDH 的发生中有重要作用[38-39,41,45]。少部分研究认为具有矢状 FJO 的患者，更易发生 LDH[9]，Schleich等[36]的研究也表示矢状化的 FJO 是椎间盘早期退变的危险因素。

笔者认为 FT 与矢状化的 FJO 在 LDH 的发生中具有一定的作用，FT 的存在使椎间盘在活动尤其是轴向旋转时受力不均而受损，矢状化的 FJO 使该节段容易产生不稳定而增加活动度，使椎间盘受损进一步加重。然而 LDH 的发生与很多因素有关，如遗传因素、年龄、体重、终板形态、日常活动等。要确定 FJA 与 FT 在 LDH 发生中的作用，严格制定纳入标准，排除干扰因素至关重要。

3. FJ OA：Farfan[47]的一项尸体研究表示，滑脱节段的 FJ，总是伴随着不同程度的退变。因此，了解 FJO 及FT 与 FJ OA 的关系至关重要。

Grogan 等[48]首次在 21 具尸体共 104 个腰椎节段上测量了 FJ 软骨退变和骨硬化的程度，未发现软骨退变程度与 FT 之间有任何关联，具有 FT 患者的 FJ 骨硬化程度较非 FT 轻度严重，指出在 FJ 的退变中，年龄、节段及整体的 FJA 相较 FT 更加重要。

Fujiwara 等[49]首次在临床上探究了 FJO 与 FJ OA 的关系，测量了 111 例 ( 滑脱组 13 例，非滑脱组 98 例 ) 共303 个节段的 FJO，同时在 MRI 上评估各节段 FJ 的退变程度并将其分成 4 个等级：FJ 正常 ( 1 级 )；关节间隙狭窄或轻度骨赘形成 ( 2 级 )；关节硬化或中度骨赘形成 ( 3 级 )；重度骨赘形成 ( 4 级 )。结果显示，无论滑脱组还是非滑脱组，FJ OA 的分级与矢状化的 FJO 有很强的关联性，但与 FT 之间未见有联系。作者认为，在 DLS 患者中，与矢状化 FJO 相关联的病理学特征是 FJ OA 而不是滑脱，矢状化的 FJO 是 FJ OA 发生的危险因素或是 FO 发生的结果，在研究 FJO 与 DLS 关系时，应该注意相应的 FJ 是否发生了 FJ OA。Kalichman 等[28]的一项纳入了 3259 例的大样本研究显示，在 L4～5节段，矢状化的 FJO 与 FJ OA 的严重程度有很强的联系，而 FT 与 FJ OA 的发生无关。该研究同时发现年龄越大 FJO 越偏矢状位，因此认为矢状化的FJO 是 FJ OA 发生的结果。Liu 等[50]首次发现，不对称的FJ OA 与 FJA 和 FT 有关联，与脊柱节段无关，同时指出，FJ OA 的严重程度与黄韧带的肥厚有一定的关系。

最近，一项大样本的研究纳入了 576 具尸体，研究了FJ OA 与年龄、性别、FJA、FT 及骨盆入射角之间关系，研究显示年龄是目前 FJ OA 最强的预测因素，FJ OA 与矢状化的 FJA，FT 以及紊乱的骨盆入射角具有一定的联系[51]。

笔者认为，目前尚无足够的证据证明 FJA 和 FT 在FJ OA 的发生中具有重要作用，但在做 FJ 的相关研究时，FJ OA 的存在以及其对 FJ 生物力学的影响应该引起足够重视。

4. DS：FJA 及 FT 在 DS 的研究较少，Bao 等[52]首次探究了退变性腰椎侧凸中旋转半脱位与 FT 之间的关系，相较不伴有旋转半脱位的患者，在伴有旋转半脱位患者中观察到了更加显著的 FT。研究者表示，FT 与 Cobb’s 角和椎体旋转半脱位的发生有关系，这是患者侧凸加重以及生活质量下降的标志。在旋转半脱位水平，凸侧 FJA 更趋于冠状位。因此，在 DS 尤其伴有旋转半脱位患者中，FJA以及 FT 是重要的放射学特征。然而，要确定冠状化 FJO和 FT 是否是椎体旋转半脱位的危险因素，需要一个纵向长期的队列研究。Poureisa 等[53]在 MRI 上比较了退变性腰椎旋转侧凸 ( 52 例 ) 和正常人 ( 50 名 ) 之间的 FJA，发现在所有腰椎节段中，旋转侧的 FJO 均较对侧偏向于冠状位，FT 及 FJA 的紊乱与退变性腰椎旋转侧凸有关，并且FT 也许能影响神经孔的宽度。

四、总结与展望

探究 FJA 及 FT，在临床及疾病的预防上具有重要意义[54-56]，值得进一步研究。目前，关于 FJA 及 FT 在腰椎退行性疾病中作用的相关结论仍存在诸多矛盾，笔者认为，FJA 测量方法的不统一以及矢状 FJA，FT 的临界值上未达成共识是导致相关结论矛盾的关键点，是目前亟待解决的关键问题。另外，更准确的描述 FJO 的方法是使相关研究更可信所需要的，值得进一步研究。最后，一个涉及各年龄层次人群的大样本前瞻性研究以及长期随访在解决上述矛盾上是必需的。