L4 ～ 5后路腰椎椎间融合术后腰椎前凸指数对临近节段疾病发生的影响

王春国，胡文浩，杨晓清，李 静，郑清源，吴莉莉，郑国权，张雪松，王 岩解放军总医院第一医学中心 骨科，北京 100853

后路腰椎椎间融合术(posterior lumbar interbody fusion，PLIF)因其手术效果确切，术后并发症少，现已被广泛应用于临床治疗各种腰椎疾病，如腰椎管狭窄症、腰椎间盘突出症、退行性脊柱侧弯、椎体不稳、腰椎滑脱和椎体压缩性骨折等。但此术式改变了脊柱的正常生物学应力，加速相邻未融合节段的退化进程，并导致临近节段疾病(adjacent segment disease，ASD)[1-4]。ASD是指脊柱融合术后相邻未融合节段出现退行性改变，可导致继发性椎管狭窄、椎间盘突出、关节突关节增生肥大、腰椎滑脱、椎体不稳，甚至脊柱侧凸畸形等。ASD可使患者腰腿疼痛症状再发，并影响融合术后的远期疗效[5-8]。ASD发生的原因复杂，包括年龄、性别、肥胖、体质量指数(body mass index，BMI)、融合节段长度、骨质疏松、邻近节段的椎板切除、术前临近节段的椎体不稳和椎间隙的过度撑开等[9-12]。腰椎前凸主要由两部分组成，即L1 ～ L3的上腰椎前凸和L4 ～ S1的下腰椎前凸，而下腰椎前凸(lower lumbar lordosis，LLL)占腰椎前凸总数的70%左右[13-14]。腰椎前凸分布指数(lordosis distribution index，LDI)为下腰椎前凸/腰椎前凸×100%，它描述了下腰椎前凸相对于腰椎前凸的大小[15]。然而，L4 ～ 5后路腰椎椎间融合术后LDI对ASD的影响研究相对较少，本研究回顾性分析在我中心行L4 ～ 5后路腰椎椎间融合术治疗退行性脊柱疾病的患者资料，旨在探讨PLIF术后LDI对ASD发生的影响。

资料和方法

1 资料 选取2009年1月- 2014年1月在我中心行L4 ～ 5后路腰椎椎间融合术治疗退行性脊柱疾病的患者。共有266例患者纳入本研究，其中男性117例，女性149例，年龄36 ～ 84(58.7±9.5)岁。纳入标准：1)年龄≥30岁；2)有完整的影像学和临床资料，包括术前、术后即刻和末次随访的腰椎正侧位片、术前和末次随访的腰椎CT平扫、腰椎MRI平扫；3)患有下腰椎退行性疾病，如腰椎间盘突出症，腰椎管狭窄症伴严重腰痛和神经根病等；4)手术术式均采用L4 ～ 5 PLIF，椎间隙充分植骨并置入一个合适型号的Cage。获取患者腰椎术后出现新发临近节段相关症状时的腰椎MRI平扫，若诊断为ASD，随访结束，否则继续随访。排除标准：1)脊柱侧凸Cobb角≥10°；2)既往腰椎手术史和创伤史；3)术前腰椎滑脱≥3 mm；4)邻近椎间盘严重退变(Pfirrmann分级Ⅴ级)；5)合并脊柱其他疾病(包括肿瘤、结核、感染、椎体压缩性骨折)[16]。

2 ASD的诊断标准 临近节段疾病需同时满足影像学诊断和临床诊断双重标准，并可能因相邻节段病变引起的神经症状而行二次翻修手术[17]。ASD的影像学诊断标准：1)节段性后凸畸形，临近椎体成角≥10°；2)相邻椎体异常移位或者滑脱超过3 mm；3)临近椎间隙高度较术前减少超过3 mm；4)临近节段椎间盘Pfirrmann分级(Ⅰ～Ⅴ级)或Imagama分级(等级Ⅰ～Ⅳ)较术前进展≥1级[5,18-19]。ASD的临床诊断标准：腰椎融合术后6个月以上的患者出现与影像学表现一致的新发临床症状，主要包括腰背部疼痛、间歇性跛行、神经根性疼痛及麻木等[20]。

3 影像学测量指标和临床资料收集 测量指标(图1)：1)腰椎前凸角(lumbar lordosis，LL)：L1上终板切线与S1上终板切线的夹角；2)下腰椎前凸角：L4上终板切线与S1上终板切线的夹角；3)通过腰椎前凸角和下腰椎前凸角计算腰椎前凸分布指数：下腰椎前凸角/腰椎前凸角×100%；4)骶骨倾斜角(sacral slope，SS)：S1上终板的切线与水平线的夹角。所有参数均由1名脊柱外科医生运用Surgimap(2.3版)软件对影像数据进行测量，连续测量3次后取平均值用于统计学分析。临床资料包括：患者的年龄、性别、体质量指数、合并症(COPD，高血压，冠心病，糖尿病)、手术时间、出血量等。

图 1 下腰椎参数测量，腰椎前凸角(α)：L1上终板切线与S1上终板切线的夹角；下腰椎前凸角(β)：L4上终板切线与S1上终板切线的夹角；骶骨倾斜角(γ)：S1上终板的切线与水平线的夹角；腰椎前凸分布指数：下腰椎前凸角(β)/腰椎前凸角(α)×100%Fig.1 Measurement of lower lumbar spinal parameters.LL (α) is the angle between the superior endplate of L-1 and S-1.LLL(β) is the angle between the superior endplate of L4 and S1.SS (γ) is the angle between the superior end plate of S1 and the horizontal line.LDI equals to β/α× 100%

4 随访及分组 根据ASD的纳入标准，将患者分为ASD组和非ASD组，比较两组之间脊柱参数和临床资料的差异，通过单因素分析找出有统计学意义的变量。根据LDI的大小，将患者分为三个亚组：低LDI组(LDI＜50%)，中LDI组(50% ～ 80%)，高LDI组(LDI＞80%)[15]；同时再分为另两个亚组：正常LDI组(50% ～ 80%)，异常LDI组(LDI＜50%或LDI＞80%)；通过比较不同LDI分组之间的ASD发病率来进一步阐明LDI与ASD之间的关系。

5 统计学分析 运用SPSS23.0对数据进行统计学分析。计量资料均经Shapiro-Wilk正态性检验。正态分布资料以-x±s表示，组间比较采用独立样本t检验，术前和术后对比采用配对样本t检验。偏态资料用中位数Md(IQR)表示，组间比较采用非参数Mann-Whitney U检验。计数资料以例数(百分比)表示，组间比较采用Pearsonχ2检验或Fisher精确检验。此外，运用logistic回归分析研究ASD的影响因素。通过绘制Kaplan-Meier曲线及log-rank检验，比较术后各LDI亚组的患者的ASD未患病率。检验水准双侧α=0.05。

结 果

1 ASD组与非ASD组一般资料比较 ASD组：在末次随访中发展为ASD的患者构成ASD组，共20例(占比7.5%)。其中15例(75%)病变位置出现在L3 ～ 4间隙，5例(25%)出现在L5 ～ S1间隙。男性8例，女性12例，平均年龄(62.8±7.5)岁，平均随访时间(60.0±23.6)个月。非ASD组：男性109例，女性137例，平均年龄(64.7±8.7)岁，平均随访时间(85.8±16.0)个月。两组比较：ASD组入院时BMI明显高于非ASD组(P＜0.05)，BMI≥25 kg/m2的患者ASD发生率明显高于BMI＜25 kg/m2的患者(P＜0.05)，ASD组平均随访时间明显小于非ASD组(P＜0.05)。两组年龄、性别、合并症、平均住院时间、术中失血量和手术时间差异无统计学意义(P＞0.05)。见表1。

2 影像学测量指标 经统计比较：ASD组和非ASD组之间术前及术后LL、LLL、SS、LDI差异均无统计学意义。再分别比较各LDI亚组的术前术后情况：18例术前低LDI患者中4例(22.2%)发生ASD，228例术前中LDI患者中15例(6.6%)发生ASD，20例术前高LDI患者中1例(5.0%)发生ASD。术前各LDI亚组患者ASD的发生率无统计学差异(P=0.162)；21例术后低LDI患者中6例(28.6%)发生ASD，199例术后中LDI患者中6例(3.0%)发生ASD，46例术后高LDI患者中8例(17.3%)发生ASD。术后各LDI亚组患者ASD的发生率有统计学差异(P=0.001)。两两比较发现术后低LDI组与中LDI组(28.6% vs 3.0%，P=0.008)，术后高LDI组与中LDI组(17.3% vs 3.0%，P=0.009)之间有统计学差异，低LDI组与高LDI组(28.6% vs 17.3%，P=0.342)无统计学差异。再将低LDI亚组和高LDI亚组统一为异常LDI组，中LDI组为正常LDI组，结果发现67例术后异常LDI患者中14例(20.9%)发生ASD，199例术后正常LDI患者中6例(3.0%)发生ASD，两组患者ASD发生率有统计学差异(P=0.000)。见表2。

3 术后LDI与ASD之间的关系--多因素logistic回归 建立非条件logistic回归模型，以本研究资料为样本，以ASD情况为应变量，赋值1=ASD，0=非SAD。以前述单因素分析(表1)中P＜0.10的指标/因素为自变量，包括BMI、术后LDI分组、随访时间等。各变量赋值见表3。回归过程采用逐步后退法，以进行自变量的选择和剔除，设定α剔除=0.10，α入选=0.05。回归结果显示：BMI和术后LDI是ASD的独立危险因素(P＜0.05)。OR分别为1.25和5.45。见表3。

表1 ASD组和非ASD组患者基本资料比较Tab.1 Comparison of basic characteristics of patients in the ASD group and the non-ASD group

4 术后LDI与ASD之间的关系—Kaplan-Meier分析 利用Kaplan-Meier生存模型，比较行L4 ～ 5后路腰椎椎间融合术后三个LDI亚组患者(低LDI组、中LDI组、高LDI组)的ASD未患病率(图2)。由结果知：术后低LDI组患者ASD的5年未患病率为76.19%，10年未患病率为71.43%；术后LDI组的患者ASD的5年未患病率为99.50%，10年未患病率为90.95%；术后高LDI组患者ASD的5年未患病率为92.93%，10年未患病率为78.30%。将术后三个LDI亚组患者ASD未患病率进行两两比较(log-rank检验)，发现术后低、高LDI组与术后中LDI组的未患病率有统计学差异(P均＜0.05)。5 术后高LDI患者典型病例 67岁男性患者行L4 ～ 5后路腰椎椎间融合术，术前腰椎矢状位T2加权MRI示L3 ～ 4节段轻度椎管狭窄(Imagama分级Ⅱ级)，间盘退变Pfirrmann分级Ⅲ级，术后即刻LL为48.46°，LLL为43.65°，LDI为90.07%，术后72个月后患者出现腰痛伴双下肢间歇性跛行，行腰椎侧位片示L3椎体后滑脱。腰椎核磁示L3 ～ 4间隙严重椎管狭窄(Imagama分级Ⅳ级)和间盘退变(Pfirrmann分级Ⅴ级)。见图3。

表2 ASD组和非ASD组下腰椎参数和腰椎前凸指数比较Tab.2 Comparison of lower lumbar spinal parameters and LDI between different groups

表3 二元logistic回归分析ASD危险因素Tab.3 Risk factors for ASD identified by binary logistic regression analysis

图 2 L4 ～ 5后路腰椎融合术后，各LDI亚组患者ASD未患病率的Kaplan-Meier生存分析Fig.2 Kaplan-Meier analysis of adjacent segment disease patients after L4-5 posterior lumbar interbody fusion during the 120 months of follow-up period by LDI grading (log-rank test, P＜0.05,moderate LDI vs low LDI and high LDI)

讨 论

临近节段性疾病是后路腰椎椎间融合术治疗退行性脊柱疾病后最主要的并发症之一[1-3,21]。作为脊柱外科治疗腰椎退行性疾病最为常用的术式之一，后路腰椎椎间融合术具有椎间植骨融合成功率高、减压彻底、症状缓解明显等优点，但如何降低临近节段疾病的发生率一直是近年来的研究热点。临近节段疾病的具体发病机制尚不明确，其危险因素仍存在争议。一些研究表明，随着年龄的增长，ASD的发生率往往更高。Cheh等[19]对188例行腰椎和胸腰椎融合术治疗退行性脊柱疾病的患者进行至少5年的随访，发现手术时年龄大于50岁的患者发生ASD的风险更高。Scemama等[22]在一项回顾队列研究中，对3 338例患者进行平均7年的随访发现年龄在单因素分析中是ASD的危险因素，但在多因素分析中年龄并不是ASD发生的独立影响因素。本研究在单因素分析中不是ASD发生的危险因素。Liuke等[23]在多因素回归分析中发现BMI≥25 kg/m2可增加腰椎间盘退变的风险。Bagheri等[24]在一项针对630例患者进行的回顾性研究中发现术前BMI较高的患者发生ASD的风险较高。Ou等[25]发现BMI是ASD发生的独立危险因素，BMI每增加1个单位，ASD发生的风险增加67%。在本研究中，我们得出了类似的结论，但BMI每增加1个单位，ASD发生的风险增加25%，且BMI≥25 kg/m2的患者发生ASD的风险是BMI＜25 kg/m2的患者的4.75倍。我们的研究结论与Ou等的研究结论存在差异的的原因可能是两方面：一是样本选择的偏倚和人种的差异，二是行L4 ～ 5后路腰椎椎间融合术的病人，L3 ～ 4和L5 ～ S1间隙均有一定的活动度和代偿作用，临近节段的退变受生物学应力的影响较小。目前文献报道的ASD发生率差异很大，从5.2%到18.5%不等。本研究中ASD的累积发生率为7.5%，我们将ASD定义为需要同时满足临床诊断和影像学诊断双重标准，因而一些仅有影像学表现而没有临床症状的病人并没有被纳入到ASD组中。因此，与某些文献报道的ASD的发病率相比，本研究中ASD的发生率可能会偏低。

图 3 术后67岁男性高LDI患者典型病例 A： 术后即刻腰椎侧位片； B： 术前腰椎MRI； C： 末次随访腰椎侧位片； D： 末次随访腰椎MRI Fig.3 Imaging resluts of a 67-year-old male patient suffering from ASD associated with high postoperative LDI A：Postoperative neutral lateral X-ray imaging;B:Preoperative MRI scan of lumbar spine;C:Postoperative neutral lateral X-ray film obtained at the final follow-up;D:The final follow-up MRI scan of lumbar spine

本研究最重要的发现是下腰椎脊柱参数(术后LDI分组)是L4 ～ 5后路腰椎融合术后ASD发生的独立危险因素。此前的一些研究已经探索了腰椎前凸角与ASD的关系。Djurasovic等[26]发现腰椎融合术后发生ASD患者的LL明显较少。Nakashima等[9]在一项回顾性研究中对101例行腰椎融合术的患者进行长达10年的随访，发现绝大多数发生ASD的患者在术后第5年行二次翻修手术，且在后路腰椎融合术中获得足够的LL对预防ASD的发生很重要。Wu等[27]在一项研究中对26例腰椎退行性脊柱侧凸的患者行后路腰椎椎间融合术，LL角度比术前增加7.9°。然而，很少有研究关注LLL、LL和LDI重建的问题，另外对于下腰椎手术，单纯关注LL的重建是较为片面的。在本研究中，我们重点分析LL、LLL以及受两者比值影响的LDI重建和三者对ASD的影响。结果显示，手术后LL和LLL的角度分别增加了3.72°和3.54°，术后LDI增加0.07。除术后LDI分组外，我们发现ASD与术前LL、术前LLL、术前LDI值、术前LDI分组、术后LL、术后LLL、术后LDI值之间无显著相关性。

在对222例退行性脊柱侧凸患者的研究中，Yilgor等[15]提出了GAP评分方法，其中LDI是一个重要组成部分，用于分析脊柱骨盆参数从而预测成人脊柱畸形手术后的脊柱生物力学相关并发症。其还报道，与PI-LL相比，相对腰椎前凸(RLL)与腰椎前凸分布指数联合用于手术效果评价更有助于降低脊柱力学相关并发症的发生率，并使患者获得更好的临床功能评分[28]。Ohba等[29]认为胸椎后凸的进展会造成成人脊柱侧凸术后近端交界性后凸畸形的发生，而近端交界性后凸畸形会反过来加重胸椎后凸的进展，从而形成恶性循环。而术后LDI对预防胸椎的过度后凸至关重要。这些研究阐释了LDI在脊柱生物力学中的重要作用。在本文中，我们阐明了L4 ～ 5后路腰椎融合术后LDI与ASD之间的关系。术后异常LDI(LDI＜0.5，LDI＞0.8)的患者发生ASD的可能性高于术后正常LDI的患者(0.5≤LDI≤0.8)，经过多因素分析，术后异常LDI的患者发生ASD的风险是术后正常LDI患者的5.45倍。术后低LDI组和术后高LDI组ASD发生率分别为28.6%和17.3%，显著高于术后中LDI组(3.0%)。在正常生理条件下，下腰椎前凸占总腰椎前凸的70%左右[13-14]。造成正常组与异常组术后LDI患者ASD发生率的差异的原因，我们认为是由于下腰椎融合术改变了脊柱的生物力学。与正常术后LDI相比，过大或者过小的术后LDI会进一步改变腰椎负荷的正常生理分布和相邻节段的生物力学应力，使相邻节段的活动度增大，椎间盘和关节突应力集中，椎间盘退变和关节突增生肥大的速度加快，这些改变都可能导致椎间盘退变加速和椎间不稳，从而造成ASD的发生[30]。

尽管术后异常LDI患者的ASD发生率低于术后正常LDI患者，但根据Kaplan-Meier分析表明，术后低LDI患者比术后高LDI患者较早出现ASD，且经过长期随访，术后低LDI患者的ASD发生率要略低于术后高LDI患者。在对70例无症状患者的横断面研究中，Menezes-Reis等[31]发现，脊柱的矢状位序列在间盘的早期退变进程中扮演着重要角色，较小的腰椎前凸更容易造成L4 ～ 5间盘的退变。术后较小的腰椎前凸角会导致临近节段活动度和生物学应力增加[32]。这反过来导致小关节和间盘的过早退变并进一步造成椎体不稳。这与我们的研究结果一致，术后低LDI的患者发生ASD的风险更高。

本研究的局限主要有以下两方面：第一，这是一项回顾性研究，有自身固有的局限性，需要前瞻性研究来进一步明确ASD与术后LDI之间的关系；第二，这是一项单中心研究，ASD的样本量较少，样本收集会有一定程度上的偏倚，更多大样本量、多中心研究有待进行。

综上，本研究回顾性分析了266例行L4 ～ 5后路腰椎椎间融合术治疗腰椎退变性疾病的患者，探索了ASD发生的危险因素并进一步阐释了术后LDI与ASD之间的关系，平均随访时间为85个月。BMI和术后LDI分组是ASD发生的独立危险因素。BMI每增加1个单位，ASD发生的风险增加25%，BMI≥25 kg/m2的患者发生ASD的风险是BMI＜25 kg/m2的患者的4.75倍，术后异常LDI的患者发生ASD的风险是术后正常LDI患者的5.45倍。与术后高LDI患者相比，术后低LDI患者更容易发生ASD。在行L4 ～ 5后路腰椎椎间融合术过程中，应注重下腰椎矢状位力线的重建，使患者术后LDI达到合理正常的范围，从而降低ASD的发生率。