腰椎关节突关节与腰椎间盘突出相关性研究进展*

周红海 徐毅高 陈龙豪 杨 钦 钟 仲 黄昭志

（广西中医药大学骨伤学院，南宁 530001）

腰椎关节突关节 (lumbar facet joint, LFJ) 又称腰椎小关节，是脊柱连接的重要关节，由周围的囊和两个软骨表面构成[1,2]，是腰椎运动节段的重要组成部分，对腰椎的稳定性有重要的意义[3]，每个腰段均由成对的LFJ和所对应的椎间盘组成，形成腰椎复合关节，也称为腰椎三关节复合体[4,5]。关节突关节的改变与腰椎间盘突出存在一定相关性的可能，但具体尚未明确两者相关性机制，目前国内外从关节突关节探讨，多以关节突关节的矢状化、退行性变、关节炎的病变方面对腰椎的生物力学性质产生影响，从而影响到腰椎间盘，加重腰椎间盘的突出[6]，是临床上引起腰痛的一个重要原因。本文为今后不同类型的关节突关节不对称病变造成腰椎间盘突出症，研究从关节突关节的对称性病因入手治疗腰椎间盘突出提供思路及依据，降低手术等介入性操作风险，综合近期国内外文献，对两者相关性研究进展综述如下。

一、关节突关节矢状化的影响

早在20世纪20年代，Putti[7]就发现了不对称的腰椎关节突关节在腰痛发病机制中的潜在影响，目前比较普遍的将双侧腰椎关节突关节角度之差大于或等于10°定义为腰椎关节突关节不对称[8]。Farfan等[9]首先提出了关节突关节矢状化与腰椎间盘突出症 (lumbar disc herniation, LDH) 发展之间存在相关性。继而Masharawi等[10]通过三维解剖学和生物力学分析腰椎，认为当腰椎的双侧矢状面不对称时，可能会造成腰椎的病理状态，腰椎间盘退变就属于其中之一。Varlotta等[11]研究表明LFJ的特殊生理解剖结构，可使其在矢状位上进行更大范围的屈曲运动，且可防止腰椎旋转所带来的不稳定性，Schleich等[12]指出关节突关节面趋向于矢状化是腰椎间盘早期生化改变的危险因素之一。有研究表明腰椎同一节段双侧关节突关节不对称，可以导致椎间盘退变[13]，由于不对称性，脊柱后柱的不均匀载荷会在运动段上施加额外的旋转力矩，从而导致矢状取向的关节突关节一侧的纤维环机械性破坏[14]。Gao等[8]比较了86例退行性腰椎间盘突出症中不对称关节的数量，发现在L4-5和L5S1脊柱水平上，LFJ不对称性与腰椎间盘突出症之间存在显著相关性。有研究[15]发现当矢状面和冠状面的组合水平相同时，尤其是在L4-5处，而不是在L3-4或L5S1处，关节突关节矢状化更严重的一侧发生椎间盘脱出，并假设在屈伸过程中每当下腰椎受力时，倾斜的一侧会抵抗产生成角运动，而关节突关节矢状化会允许更大的成角运动以及旋转运动以补偿其他小平面，这种旋转运动间接对椎间盘施加拉应力，从而导致矢状化侧突出甚至脱垂。当人体脊柱屈曲时间过长，这使得关节突关节在矢状位上频繁运动，导致其关节面逐渐偏向矢状化，从而又大大增加了腰椎间盘突出概率。根据目前以上研究可以看出关节突关节矢状化与L4-5节段的LDH相关性大，其他节段还有待于进一步研究和机制探讨。

二、关节突关节退行性病变的影响

关节突关节退行性改变除了矢状化外，还包括关节突关节肥大、软骨下硬化、骨赘、关节表面不规则等。关节突关节矢状化被认为是腰椎退行性改变的潜在解剖学上的易感因素之一，可能导致早期腰椎间盘退行性变和突出[16,17]。LFJ与年龄相关的变化包括关节软骨变薄、关节下皮质肥大和关节突关节间隙变窄[18]。由于关节突关节周围的解剖结构富含神经，周围结构的退化也就必然属于腰部疼痛的一部分来源[19]。

Song等[20]通过评估MRI和CT参数得出：①腰椎关节突关节炎的严重程度与椎间盘退变之间存在明显的正相关性，并发现腰椎间盘变性容易引起LFJ轻度变性，推断出椎间盘的退变很有可能在关节突关节退变之前就发生了；②椎间盘高度降低，增加关节突关节的退变程度。也有研究通过对腰椎间盘突出症病人进行MRI检查，使用T2加权图像分析腰椎间盘退变 (lumbar disc degeneration, LDD) 和LFJ退变的关系：①根据改良的Pfirrmann评分系统对所有病人进行的椎间盘退变分级，L3-4节段椎间盘退变主要为III级和IV级，L4-5椎间盘退变主要是V级、VI级和VII级，L5S1椎间盘退变为III级和IV级；② L3-4节段的关节突关节退化主要为0级和I级，L4-5节段关节突关节退化主要为I级；L5S1关节突关节退化主要为0级和I级[21]。说明LFJ与LDD在LDH病人的退变程度上可能成正相关，但还需更多的数据研讨其机制。任东成等[22]通过测量年龄为14～20岁的LDH病人的LFJ角度，观察其关节突关节不对称，认为不对称在LDH的病人中是先天性存在的，不是退变引起的结果，与青少年LDH存在相关性，这也得到了大多专家的认可[23]，说明先天性的关节突关节不对称也会诱发青少年LDH。Little等[24]研究了5点量表的可靠性，该量表对退化性关节突关节改变的严重程度进行了分级：0级 = 无关节变性；I级= 关节上缘可疑骨赘；II级= 软骨下硬化和明确的关节骨赘；III级= 软骨下硬化，一些关节不规则和中度骨赘；IV级= 重度硬化，关节表面的不规则性和许多骨赘，这对之后临床评估LDH关节突关节退行性病变有一定的量化作用。Bajek等[25]认为腰椎骨赘的形成是为了稳定性丢失的节段，这种机制最终易导致关节突关节肥大。因长期不良姿势、年龄以及体重等影响，椎间盘退变后椎间高度降低，部分轴向应力载荷转移至腰椎关节突关节，导致其载荷增加，继发关节突关节退变，LFJ过载荷后最先受到影响的是关节软骨，发生退变、变薄、局部坏死，诱发滑膜炎、软骨层变薄、关节间隙狭窄及骨赘增生[26]。说明腰椎间盘退变加重继续造成局部腰椎节段不稳定，现有的腰椎平衡打破，继续反作用于腰椎骨赘生长，形成恶性循环，同时间接导致关节突关节加速退变进程。

三、关节突关节退变对其生物力学性质的影响

如果椎间盘承受异常力，终板和椎体松质骨之间的穿透力将产生微弱变化，从而影响椎间盘纤维的营养供应，从而导致椎间盘退化[27]。关节突关节的退行性病变和关节矢状化，会引起关节突关节活动不稳，当腰椎承受过度的压缩和剪切应力时，不稳定的关节突关节将对椎间盘的保护减弱，日久会引起关节突关节结构的紊乱以及椎间盘内流体静力学异常分布从而导致椎间盘退化、加速突出[28,29]。有研究结果证实[30]关节突关节退行性病变与脊柱旋转具有相关性，由于椎间盘的不对称退变所致的椎间隙不平衡，导致了脊柱的旋转增加，双侧关节突关节的不协调运动导致关节突关节软骨面受力不均衡，受力大的一侧关节软骨及关节周围肌肉韧带，更易引起慢性劳损而发生LFJ退变性骨关节炎。Du等[31]将生物力学软件用于建立正常的L1-S1腰部椎间盘突出和关节突关节脱位的退行性腰部3D FE模型，研究得出退化椎间盘的压缩应力和压缩应变值均大于正常椎间盘，最大压缩应力增加了约70%，紊乱关节突关节上的关节软骨压缩应力和压缩应变值均大于正常关节，最大压缩应力值增加了约115%，最大压缩应变值增加了约94%，并证实了正骨推拿技术所施放压力伸展对椎间盘突出具有反向抑制作用，使突出部分朝着正常位置发展，同时这也为正骨推拿作用于椎间盘突出的生物力学解释。Du 等[32]在有限元研究中对脊柱的 (L1-S1) 预载荷力为500 N、800 N和1200 N时，左小平面在L4-5处的接触力分别增加了54.3%、81.3%、90.9%。在右小平面中也发现了类似的趋势；在L4-5级别，没有负载荷力时，两侧之间的接触力差为5.5 N，在负载荷力为1200 N时，该差变为8.4 N。说明了腰椎负载荷力达到1200 N时关节面接触增幅开始明显减小并证实关节突关节的不对称性，通过对腰椎施予预载荷力对关节突关节也产生了一定影响。Li等[33]研究有限元分析后发现经皮经椎间孔内镜下椎间盘切除术 (percutaneous transforaminal endoscopic discectomy, PTED) 在达到减压神经根效果后，肥大部分的关节突关节切除术范围越小越好，以尽可能维持脊柱稳定性，减少术后并发症；同时接受PTED的LDH病人表现出不同程度的椎间盘退变，小平面退变和骨质疏松，得出较大范围的小平面切除术可能会导致关节突关节疾病和腰痛，尤其是在对侧以及身体向手术侧方向弯曲时，所以关节突关节的缺失会引起椎间盘病变。Fukui 等[34]通过动物实验完全切除小鼠双侧L4-5关节突关节后发现，术后导致L4-5椎间盘高度增高和椎骨终板损伤，同时上下相邻椎间盘高度降低，导致上下相邻椎间盘退变，提出其机制可能是关节突关节切除术对多裂肌，下关节突及周围软组织的插入部位的损害可能会通过集中负荷至前柱而诱发上下相邻节段椎间盘退变。今后可以对LDH病人行关节突关节切除术后的腰椎间盘改变进一步研究，以此来指导关节突关节切除术的风险评估及对腰椎间盘术后的影响。

四、关节突关节炎的影响

骨关节炎 (osteoarthritis, OA) 是关节突关节病理的最常见形式，LDH和腰椎关节突关节炎都是腰痛的常见原因，有时很难区分临床症状的确切来源，密歇根州立大学 (MSU) 分类[35]用于基于T2加权轴向MRI切片评估LDH（见图1）。在此分类中，LDH的大小表示为“1、2、3”， 1和2指LDH延伸到从椎间盘的非突出后方到小平面内线的距离的小于或大于50%的距离，而3是指LDH延伸到椎间盘的后上方 小平面内线而LDH的位置表示为“A，AB，B，C”，大致对应于“中心”，“副中心”，“横向”和“远侧”。

图1 腰椎间盘突出症的MSU分类图 [36]

Zhu 等[36]针对LDH和腰椎关节突关节骨性关节炎 (facet joint osteoarth ritis, FJOA) 之间可能存在某种联系，对其进行了相关数据统计研究，得出LDH的程度和位置 (MSU-B) 均与FJOA的严重程度有关。在MSU-2 LDH的情况下，左FJOA的严重程度皆明显高于右FJOA，在MSU-3的情况下，则没有发现这种差异，并认为两者的差异效应由左右FJOA严重程度引起的。MSU-B LDH病人在突出侧发生严重FJOA的可能性更大，是MSU-B LDH比LDH的其他位置更靠近同侧关节突关节，这可能有助于将椎间盘碎片刺激到相邻的关节突关节，其组织中产生的炎性因子可能通过腹侧关节突关节囊的外侧部分漏入椎间隙。为减少关节突关节不对称带来的干扰因素，在校正关节突关节角后，MSU-B LDH与FJOA的严重程度仍显著相关，但该研究缺乏临床及病理性证据，提出今后从手术中收获的椎间盘突出和关节突关节组织来开展进一步的工作，以验证FJOA炎症机制。Jarraya 等[37]认为与MSU-A和MSU-AB相比，MSU-B LDH更有可能在双侧椎间盘狭窄中引起不对称，这可能会增加其在较窄侧的应力并促进同侧FJOA。根据以上研究结果可以看出，在治疗MSU-2 LDH的同时，也要注意突出侧FJOA病变情况，为之后研究提供治疗思路及进一步研究方向。

五、讨论

腰椎间盘突出与LFJ不对称主要以四个方面影响为主：①LDH病人的关节突关节矢状化，关节突关节不对称加重椎间盘突出；②先天性关节突关节不对称及脊柱旋转加速了退行性变，造成了关节突关节不对称；③通过受力程度的增加双侧关节突关节受力差距随之增大，反映出了关节突关节不对称；④LDH病人椎间盘不对称狭窄，造成关节不对称性炎症，也有LFJ炎症反向刺激椎间盘的可能。但以上仍需要继续更多的临床数据及研究来证实。关节突关节病变改变了腰椎结构的生物力学，受力不均逐渐导致了腰椎关节突关节不对称，从而影响了腰椎间盘病变。LFJ不对称与椎间盘退变突出息息相关。今后可根据不同类型的关节突关节不对称病变造成腰椎间盘突出症，给出相应的治疗干预手段，以降低操作风险，为今后研究从关节突关节的对称性病因入手治疗腰椎间盘突出有一定的指导意义。