经皮椎间孔镜腰椎间盘摘除术后小关节源性腰痛的发生机制研究进展

孙颉玮，倪金波，王银煜，尹 航

(1.浙江中医药大学 第二临床医学院，浙江 杭州 310053；2.绍兴市上虞人民医院 骨科，浙江 绍兴 312300；3.温州医科大学附属萧山医院 科教科，浙江 杭州 311201)

经皮椎间孔镜腰椎间盘摘除术(percutaneous endoscopic transforaminal discectomy,PETD)是2003年Hoogland等[1]在结合前人研究的基础上，通过改良并设计的一种脊柱微创术式。因为该术式具有效果好、创伤小、术后恢复快等优势[2]，得到众多患者和医生认可，并被广泛运用于临床。随着接受PETD治疗腰椎间盘突出症的患者数增加，临床上发现约有9.1%[3]的患者在术后短期内存在腰痛的症状，甚至有个别患者的腰痛症状无法通过保守治疗得到有效缓解[4]，需采取侵入性的治疗手段，比如脊后神经内侧分支阻滞术[5]，这也证实了该类疼痛与脊后神经所支配的小关节存在一定的相关性。小关节源性腰痛作为PETD术后的并发症之一，直到近几年才逐步引起关注，有学者运用有限元构建腰椎小关节的模型，通过力学分析来研究小关节源性腰痛的发生机制[6]。本文从解剖角度分析PETD对腰椎小关节的损伤特点，阐述PETD术后小关节源性腰痛的发生机制。

1 腰椎小关节解剖结构

腰椎小关节由上、下关节突和关节囊构成，双侧基本对称，与椎间盘一起构成三关节复合体[7]，维持腰椎的稳定。小关节内还存在弧形间隙，里面包含1.0～1.5 mL的关节液，可减少关节内的摩擦系数，维持关节突的正常活动。关节突表面存在的关节软骨，呈中心厚、边缘薄的形态，能起到一定的应力缓冲作用。此外，在腰椎的小关节内分布着大量的神经末梢，主要受脊神经后内侧支支配，且每个关节至少接受同一节段和上一节段的内侧支神经双重神经支配，这使得小关节源性腰痛的发生和诊断变得复杂。

2 PETD对腰椎小关节的损伤特点

临床在建立PETD手术通道的过程中，需切除部分关节突以扩大操作空间[8]，通常选择病变节段的上关节突与椎体终板的中间位置，因为此处的“kambin三角”宽度最大，可以降低手术操作对神经根损伤的风险[9]。然而，这项操作往往容易造成腰椎的受力结构发生改变，当失去部分上关节突时，小关节内上、下关节突之间的接触面积会减少甚至消失，从而导致同一水平面中对侧小关节所承受的应力大幅增加[10]，特别是当腰椎在行屈曲、背伸、旋转等活动时，其应力增加的程度会更为显著[11]。有学者通过建立有限元模型证实，当单侧小关节切除超过50%甚至完全被切除时，小关节在矢状位上的活动范围增加了3.6%～17.9%，此时腰椎小关节内的垂直应力增加约10.7%[12-13]。长期的应力变化是导致腰椎不稳、加速小关节退变的重要原因，这也提示在PETD手术过程中对小关节保护的重要性。

3 PETD术后小关节源性腰痛的发生机制

PETD术中对关节突的破坏会使小关节应力发生改变，长期的异常应力会加速腰椎小关节的退变，从而导致小关节源性腰痛的发生[14]。在小关节源性腰痛的发生与发展过程中，有多方面的因素共同参与，目前临床上已发现的小关节源性腰痛的发生机制大致有滑膜皱襞、神经递质、小关节骨性关节炎。

3.1 滑膜皱襞 关节囊内侧的滑膜主要由脂肪组织构成，突入关节间隙的滑膜形成类似于半月板结构的皱襞，其具有分散关节受力、增强关节稳定性的作用[15]。几乎所有的腰椎小关节都包含有滑膜皱襞，并且滑膜皱襞上附着以无髓鞘神经纤维形式存在的高阈值伤害性感受器，这类感受器对机械刺激较为敏感。当一侧的关节突被部分或者完全切除时，会使同一水平上的两侧小关节在矢状位上发生不对称性活动[10]，不协调的小关节活动会导致小关节内滑膜皱襞的牵拉滞后，使滑膜皱襞嵌顿于小关节面之间，刺激滑膜皱襞内的感受器而引起疼痛[16]。同时，也有学者通过力学研究发现，当小关节内发生上、下关节突之间的撞击时，也会刺激滑膜皱襞内的伤害性感受器导致疼痛的发生[17]。虽然目前对腰椎小关节撞击的相关研究较少，但此类关节撞击引起的疼痛机制在踝关节中已得到证实[18]，相信有关腰椎小关节的撞击研究将是接下来的研究热点。

3.2 神经递质 关节囊外层分布的神经末梢能对化学炎症刺激产生反应，同时产生神经递质参与神经的修复，而这些递质会刺激神经的伤害感受器，导致疼痛的发生。Ohtori等[19]在大鼠模型的腰椎小关节中发现P物质和部分降钙素基因相关肽能神经纤维，且这两种物质在L3—L5节段的小关节中具有更高比例，同时也发现神经纤维在P物质的作用下会出现数量的增加以及直径的增粗，这些改变提高了神经感受器对炎性刺激的敏感性，使其更容易出现疼痛的症状，该研究认为这些神经递质在下腰椎的小关节源性疼痛中起到更重要的作用。随后，Ishikawa等[20]也得到相同的结论，并认为含有降钙素基因相关肽能神经纤维属于传递疼痛的神经纤维，它们在小关节的痛觉的传递中至关重要。近年来，也有学者发现，脑源性神经营养因子在小关节疼痛传递中扮演着重要的神经调节作用，脑源性神经营养因子作为一种分泌信号，通过激活突触前trkB受体，调节痛觉传递中的突触兴奋性，促进小关节疼痛的传递[21]。这些神经递质的发现，不仅丰富了小关节源性疼痛机制的研究，同样也为此类疼痛的治疗提供了新方向。

3.3 小关节骨性关节炎 小关节骨性关节炎是一种常见的慢性腰椎退行性病变。除了正常的生理退变以外，异常的应力变化也是导致小关节骨性关节炎发生的重要危险因素[22]，这一结论同时也在相关动物实验中得到证实[23]。临床上腰痛患者的腰椎小关节骨性关节炎发生率为15%～45%[24]，也有大量关于小关节骨性关节炎病理方面的研究证实了小关节骨性关节炎与腰痛的相关性[25-28]。腰椎小关节的骨性关节炎是慢性进行性的病变过程，通常最先发生的是炎症因子的浸润，目前已发现与小关节骨性关节炎疼痛相关的炎症因子有：IL-1β、IL-6和TNF-α[27]，其中IL-6还被发现具有降低疼痛阈值的作用，使患有小关节骨性关节炎的患者对刺激更为敏感[29]。除了众多炎症因子的浸润，小关节骨性关节炎往往还伴随着软骨破坏、软骨下骨质增生、骨髓水肿的病理变化，这些病理变化同时也是骨性关节炎引起疼痛的基础。

3.3.1 软骨破坏 软骨的破坏受到多方面因素的影响，目前较为认可的是应力负荷与炎症因子两方面。研究证实持续的应力负荷会影响软骨的自我修复能力，当应力作用的时间过长或应力过大时，都会使软骨发生破坏[30]。小关节骨性关节炎的发生与炎症因子息息相关，而炎症因子的表达和浸润往往最先影响的是关节软骨，最新研究发现IL-1β具有促进关节软骨破坏的作用，IL-1β通过诱导胶原酶(MMP-1)的表达，促使软骨细胞释放NO来抑制软骨细胞的正常代谢，加速软骨的破坏[31]。同时，Lu等[26]在大鼠模型中发现，TNF-α的表达与腰椎小关节内软骨细胞的破坏密切相关，软骨细胞表达的TNF-α越高，对软骨破坏就越明显。软骨的破坏会进一步促进炎性细胞因子、疼痛介质和软骨降解酶的表达，这些物质具有提高背根神经敏感性的作用[27]，会使软骨下的神经末梢更易受激而产生疼痛。

3.3.2 软骨下骨质增生 软骨下骨质增生是骨性关节炎的一种病理变化，该病理变化通常滞后于软骨破坏，也是引发疼痛的主要病因。近几年发现的腰椎小关节软骨下骨质增生有逐渐增多的趋势，王锋[32]通过对腰椎小关节骨性关节炎患者的MRI检查发现，约有50%的患者存在关节突软骨下骨质增生的情况。软骨下骨质增生在影像学上表现为骨密度的增加，有学者[33]通过对比下腰痛患者和正常人的关节突软骨下骨证实，下腰痛患者的关节突软骨下骨普遍具有更高的骨密度，其中以关节突中心区域的软骨下骨密度增高最明显，因为关节突中心区域是小关节的主要受力区域，同时也是腰椎骨性关节炎的好发区。骨性关节炎在病程变化过程中，由骨质增生形成的骨赘是引起疼痛的重要因素。近年来，也有学者发现，软骨下骨质增生引起的疼痛还与软骨下神经支配的异常存在一定关系[34]，这可能会成为接下来研究软骨下骨质增生导致疼痛的一个新方向。

3.3.3 骨髓水肿 骨髓水肿是由于长期的外力作用或骨骼的负重改变，使骨髓产生水肿的一种病理征象，多伴随于骨性关节炎的发生[35-36]。近年来，随着腰背痛患者的增多和影像学检查的完善，临床上小关节的骨髓水肿发病率逐渐升高。一项有关腰背痛患者腰椎小关节的MRI检查报道发现，约有41%的患者存在腰椎小关节的骨髓水肿改变[33]。骨髓水肿会引起相关炎症因子(IL-6、TNF-α)的激活，当髓内的炎症因子刺激疼痛受体时就会产生疼痛。此外，有学者发现骨髓水肿程度还与疼痛存在明显的正相关性[37]，这表明骨髓水肿造成的髓内压力升高，可能是直接造成疼痛发生的关键因素，但目前临床上对髓内压力测定的相关研究较少，同时也缺少对骨髓水肿产生疼痛的阈值研究，这可能会是未来骨髓水肿引起疼痛的发病机制研究热点。

4 展望

综上所述，PETD对关节突的切除是导致小关节源性腰痛发生的重要原因，一侧关节突的切除会引起腰椎小关节的生物力学变化，继而加速小关节的退变，但目前相关的生物力学研究还仅限于模拟试验阶段，缺乏临床数据的支持。同时，有关小关节源性腰痛的发生机制的研究也还尚未完善，以及哪种机制在小关节源性腰痛的发生与发展过程中占主导，也无明确定论，还需要进一步的临床研究。相信在不久的将来，PETD术后小关节源性腰痛的具体发生机制会被完全阐明，从而能够在临床上早期发现和治疗这一类疼痛，使更多的患者受益。