胸腰段后凸畸形影響腰椎諸節(jié)段矢狀面穩(wěn)定性的研究進(jìn)展

1、胸腰段后凸畸形影響腰椎諸節(jié)段矢狀面穩(wěn)定性的研究進(jìn)展               作者：孫建民丁曉林張輝崔新剛   胸腰段后凸畸形的病因主要有先天性脊柱畸形、胸腰段脊柱骨折、強(qiáng)直性脊柱炎、Scheuermann?s病、老年性脊柱后凸、脊柱結(jié)核椎體破壞、椎體腫瘤、軟骨發(fā)育不全等1、2，除了脊柱本身的因素外，胸腰段后凸畸形可由腹部腫瘤引起3。脊柱曲度正常時(shí)，身體重力線應(yīng)通過各節(jié)段生理彎曲的交界處。胸腰段以上重心位于胸椎的前部，胸腰段后凸畸形所

2、造成的成角的或短弧形后凸畸形使損傷平面以上軀體的重心更趨前移，必將進(jìn)一步加重后凸畸形4。隨著我國進(jìn)入老齡化社會(huì)，胸腰段后凸畸形的患者不斷增多，胸腰段后凸畸形常出現(xiàn)局部不穩(wěn)定，脊柱支撐功能喪失，從而引發(fā)腰痛，且多并發(fā)上腰椎的失穩(wěn)及加速腰椎間盤退變，從而給患者造成極大的痛苦，有些患者通過保守治療無效，常需要手術(shù)治療，給患者家庭和社會(huì)造成了巨大的負(fù)擔(dān)。下面筆者就目前國內(nèi)外胸腰段后凸畸形影響腰椎諸節(jié)段矢狀面穩(wěn)定性的研究情況進(jìn)行綜述。    1  脊柱胸腰段及腰骶椎的解剖及生物力學(xué)特點(diǎn)    胸腰椎移行部與腰椎及腰骶椎相比其形態(tài)和生物

3、力學(xué)特性大不相同。該部位是后凸的胸椎與前凸的腰椎的移行區(qū)，生理弧度變直，這一區(qū)域恰好位于活動(dòng)度較小、穩(wěn)定性較強(qiáng)的胸椎與活動(dòng)度較大、穩(wěn)定性相對(duì)較差的腰椎之間；T11、12肋骨為浮肋，抵止在相應(yīng)的椎體上而不是椎體間，不參與垂直載荷；從T1012L1關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)面的傾斜則發(fā)生很大變化，即左右旋轉(zhuǎn)和左右側(cè)屈的ROM大大降低，而前后屈曲ROM較胸椎明顯增大；正常情況下，該部脊柱前方的垂直載荷分擔(dān)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后方。在T11及T12胸椎，上關(guān)節(jié)突表現(xiàn)為胸椎上關(guān)節(jié)突的形態(tài)特征，而下關(guān)節(jié)突的形態(tài)特征卻與腰椎相近，其前、后方無胸肋關(guān)節(jié)和肋橫突關(guān)節(jié)的加強(qiáng)，且僅與一個(gè)椎體相關(guān)節(jié)，這些均構(gòu)成了胸腰椎容易損傷的解剖學(xué)基

4、礎(chǔ)5。因此，脊柱的壓縮性或爆裂性骨折常發(fā)生在胸腰段，從而造成胸腰段后凸畸形。從胸腰椎至腰骶椎，前后屈曲ROM逐漸增大，腰骶椎髂腰韌帶的存在使該部位的運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定性與L4、5以上有所不同6。    Abumi等7通過人尸體腰椎節(jié)段的破壞模型證實(shí)，棘上韌帶、棘間韌帶損傷甚至雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)半部分切除難以造成腰椎失穩(wěn)，而單側(cè)或雙側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)完全切除則可導(dǎo)致椎間旋轉(zhuǎn)和屈曲的失穩(wěn)。椎間孔部的減壓易導(dǎo)致關(guān)節(jié)突間（峽部）的分離。單側(cè)時(shí)由于有椎弓的存在，兩側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)還可發(fā)揮其功能。    2  目前利用動(dòng)物脊柱標(biāo)本進(jìn)行的生物力學(xué)研究

5、60;   王新偉等8利用出生1周以內(nèi)的小牛胸腰椎新鮮標(biāo)本，研究了小牛胸腰椎前路模型中的相關(guān)解剖，并與人體相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)：與人體相比，小牛脊柱椎體及椎間盤更接近圓柱狀，椎間盤高度占脊柱高度的比例更大。又進(jìn)行了生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試屈曲、伸展及側(cè)屈狀態(tài)下的載荷-應(yīng)變、載荷-位移關(guān)系、最大載荷時(shí)的應(yīng)力強(qiáng)度及屈曲、伸展、側(cè)屈及扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下的軸向剛度，最后進(jìn)行極限力學(xué)性能測(cè)試。發(fā)現(xiàn)出生1周內(nèi)的小牛胸腰椎標(biāo)本在人生理載荷范圍內(nèi)，呈線形變化，與人體一致。    王向陽等9收集12具新鮮豬T10L4節(jié)段胸腰椎脊柱標(biāo)本，制造不同程度前中柱骨折模型，分為2組，

6、分別安放椎弓根螺釘內(nèi)固定器和內(nèi)固定加前路植骨重建，每種狀態(tài)依次在CMT4104多功能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行軸向壓縮和前屈壓縮測(cè)試，分別計(jì)算每組的完整標(biāo)本、骨折內(nèi)固定標(biāo)本和植骨內(nèi)固定標(biāo)本的軸向壓縮剛度和前屈壓縮剛度。發(fā)現(xiàn)：胸腰椎前中柱骨折后經(jīng)椎弓根螺釘系統(tǒng)固定不能使其恢復(fù)至原來的力學(xué)性能，椎體骨折累及范圍越大，固定后力學(xué)性能越差；前中柱重建是減少后路內(nèi)固定器械承載的關(guān)鍵。    周有禮等10利用羊的整條脊柱標(biāo)本，對(duì)胸腰椎爆裂骨折后的局部載荷進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)：在胸腰椎結(jié)合區(qū)域有較大的應(yīng)變值表示該區(qū)域局部所承受的力量較大，在實(shí)驗(yàn)上脊柱承受牽引時(shí)，在胸腰椎接合之區(qū)域會(huì)承受較大的

7、拉力。    3  利用在體動(dòng)物模型進(jìn)行的研究    Oda等11利用在體羊脊柱腰段后凸畸形模型，研究脊柱損傷和后凸畸形對(duì)相鄰運(yùn)動(dòng)節(jié)段的影響，他們將活體羊分為對(duì)照組、L35原位融合組及L35Cobb?s角為30°的后凸畸形融合組，進(jìn)行了影像學(xué)、生物力學(xué)及組織學(xué)的研究分析，結(jié)果證實(shí)：脊柱后凸畸形導(dǎo)致頭側(cè)鄰近節(jié)段的后方韌帶復(fù)合結(jié)構(gòu)的前凸性攣縮；L2椎板在屈伸活動(dòng)下所承受的應(yīng)力在后凸畸形組更為明顯，提示更多的載荷轉(zhuǎn)移向后柱；后凸畸形組鄰近的頭側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)有明顯的退變性骨關(guān)節(jié)病改變，鄰近的尾側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)亦有輕微的退變性骨關(guān)

8、節(jié)病改變，而在原位融合組退變輕微。    Nielsen LW等12利用幼年豬制作了Scheuermann?s病的脊柱后凸畸形模型，利用病理學(xué)、放射影像學(xué)、血液生化等方法進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)豬的Scheuermann?s病胸腰段后凸畸形模型，與人Scheuermann?s病導(dǎo)致的胸腰段脊柱后凸畸形有可比性。    Lowe TG13等利用未成年羊的Scheuermann?s病模型，進(jìn)行了一項(xiàng)在體實(shí)驗(yàn)，他將羊的胸腰段至下腰椎用椎弓根釘和聚乙烯繩在后面進(jìn)行拴系，不融合，進(jìn)行了13個(gè)月的觀察后，處死羊，取其脊柱進(jìn)行生物力學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)模型矢狀面上的

9、非融合調(diào)整，能有效地減少椎體楔形變的程度，此方法可能成為治療青少年Scheuermann?s病的一種可行辦法。    4  利用人的尸體新鮮脊柱標(biāo)本進(jìn)行的研究    Birnbaum等14利用11具新鮮尸體軀干標(biāo)本（含胸廓），制造了胸椎后凸畸形模型，對(duì)前路松解前、后的矢狀面矯形效果進(jìn)行了解剖學(xué)及生物力學(xué)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)渭兦奥匪山猓ㄩ_放或經(jīng)胸腔鏡輔助）矯形效果良好，且能有效地改善矢狀面平衡。    趙必增等15利用新鮮尸體胸腰椎標(biāo)本，探討了椎體成形強(qiáng)化后對(duì)鄰近椎間盤、椎體的力學(xué)影響，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)化椎體

10、后，對(duì)鄰近椎體造成的應(yīng)力集中很小，而對(duì)鄰近椎間盤有一定的影響。    5  利用三維有限元分析進(jìn)行胸腰段后突畸形研究    有限元素法（FEM）是一個(gè)求偏微分方程式的數(shù)值方法。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)功能的完善，有限元素法的使用也越來越簡(jiǎn)單，在醫(yī)用生物力學(xué)方面應(yīng)用更是越來越普遍16。    Liebschner MA等17對(duì)19例人的尸體胸腰段椎體標(biāo)本進(jìn)行CT掃描，建立三維有限元模型，進(jìn)行有限元分析；同時(shí)對(duì)標(biāo)本實(shí)體進(jìn)行解剖學(xué)測(cè)量以及生物力學(xué)試驗(yàn)分析，最后將二者測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)：

11、用恒定0.35層厚和457 MPa有效模量，結(jié)合CT重建的椎體幾何模型與骨小梁特性，進(jìn)行椎體外殼的建模，能精確的預(yù)測(cè)整個(gè)椎體的生物力學(xué)特性。    程立明等18就胸腰段后突畸形對(duì)相鄰椎間盤力學(xué)影響進(jìn)行了三維有限元分析研究。他們選取結(jié)構(gòu)正常的脊柱作為實(shí)驗(yàn)材料，通過CT掃描獲取脊柱的二維圖像，然后進(jìn)行三維重建，轉(zhuǎn)化為有限元模型（FEM），利用Free Form成形軟件構(gòu)建胸椎后凸畸形模型，分別對(duì)正常結(jié)構(gòu)和胸椎后凸的脊柱有限元模型進(jìn)行載荷試驗(yàn)，分別比較椎間盤和小關(guān)節(jié)應(yīng)力分布情況，總結(jié)出以下結(jié)論：脊柱胸腰段后凸畸形改變了相應(yīng)椎間盤的載荷應(yīng)力應(yīng)變分布，這可能加快椎間盤退變及

12、使后方纖維環(huán)易受損破壞。    6  利用影像學(xué)進(jìn)行的臨床研究    Seel EH等19使用Oxford Cobbometer對(duì)椎體骨折導(dǎo)致胸腰段后凸畸形的Cobb?s角進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比，其測(cè)量的結(jié)果更簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、可行。     吉立新等20收集12例具備胸腰椎和腰骶椎正側(cè)位X線片的胸腰段后凸畸形病例，與20例正常對(duì)照組進(jìn)行相應(yīng)比較，進(jìn)行分析研究。發(fā)現(xiàn)患病組平均腰椎前凸角度與正常對(duì)照組相比有極顯著性差異。患病組單節(jié)段腰椎前凸角度以上腰椎變化更為明顯。從而認(rèn)為：胸腰段的后凸畸形

13、，使病損平面以上軀體的重心更趨前移，增加了致畸負(fù)荷，必將進(jìn)一步加重后凸畸形。為維持直立下軀干重心的平衡，就需要調(diào)整頭、頸、胸和腰部的曲度甚至髖部和膝部的位置使重心后移，其中最主要是通過腰椎的前凸加大來實(shí)現(xiàn)這一目的。腰段所發(fā)生的代償性改變比腰骶段更為明顯，而腰段的代償性改變又更多地集中在上腰椎，而且椎體的后滑移也發(fā)生在上腰椎，表明胸腰段后凸畸形對(duì)上腰椎有更大的影響。    陳仲強(qiáng)等21測(cè)量14例后凸畸形截骨手術(shù)治療前后的胸腰段后凸角和腰椎的前凸角以及椎體滑移情況，對(duì)所得結(jié)果與正常組進(jìn)行對(duì)比分析。發(fā)現(xiàn)：胸腰段后凸畸形可導(dǎo)致腰椎過度前凸及椎體向后方滑移，尤其在上腰椎更為

14、明顯，可能是引發(fā)腰背疼痛的重要原因之一：矯正胸腰段后凸畸形可減小腰椎的過度前凸和椎體滑移傾向，可明顯減輕患者的腰背疼痛；前后方聯(lián)合截骨更安全，矯正后凸畸形效果更好。    7  問題與展望    綜上所述，對(duì)于胸腰段后凸畸形，國內(nèi)外學(xué)者從解剖、動(dòng)物標(biāo)本模型、在體模型、人尸體標(biāo)本模型、有限元分析模型及影像學(xué)臨床等不同角度出發(fā)，進(jìn)行了生物力學(xué)及其他方面的研究。研究更多的是解剖、標(biāo)本模型、有限元分析及影像學(xué)方面。解剖學(xué)屬于形態(tài)學(xué)范疇，研究歷史較長(zhǎng)；動(dòng)物標(biāo)本易于取材，但與人的生物力學(xué)特性還是有差異的；相對(duì)實(shí)驗(yàn)分析而言，有限元分析的優(yōu)

15、點(diǎn)在于它對(duì)分析參數(shù)控制的絕對(duì)性和簡(jiǎn)易性，及完整多樣的結(jié)果數(shù)據(jù)?，F(xiàn)階段有限元素分析，必須要配合恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或臨床現(xiàn)象比對(duì)，結(jié)合有經(jīng)驗(yàn)的臨床及力學(xué)人員，有限元素分析才能發(fā)揮它最大的功效。而由于受各方面條件的限制，在體動(dòng)物生物力學(xué)模型與人新鮮尸體生物力學(xué)模型的研究，國內(nèi)外報(bào)道的很少，尤其是利用人新鮮尸體對(duì)胸腰段后凸畸形影響腰椎諸節(jié)段矢狀面穩(wěn)定性進(jìn)行生物力學(xué)的研究，目前國內(nèi)外尚是一個(gè)空白，這方面還有很大的研究空間?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】  1 Betz RR.Kyphosis of the thoracic and thoracolumbar spine in the pediatric patie

16、nt：normal sagittal parameters and scope of the problemJ.Instl Course Lect，2004,53（2）：479?484.2 Misra SN，Morgan HW.Thoracolumbar spinal deformity in achondroplasiaJ.Neurosurg Focus，2003，14（1）：4.3 Loon PJ，Raissadat K，Loon CJ，et al.Transient kyphotic deformity of the thoracolumbar junction resulting fr

17、om a large abdominal cyst:a case reportJ.Spine J，2005,5（3）：329?331.4 吉立新，陳仲強(qiáng)，宋樣平,等.胸腰段壓縮骨折腰椎前凸角度及病變椎體傾斜角度的變化特點(diǎn)J.山東醫(yī)藥，1999，39（22）：9?10.5 戴力揚(yáng).胸腰椎爆裂性骨折的生物力學(xué)J.中國臨床解剖雜志,2001，19（3）：280?281.6 于濱生，劉少喻，李佛保.脊柱穩(wěn)定重建的解剖及生物力學(xué)特點(diǎn)J.脊柱外科雜志,2005，3（1）：40?42.7 Abumi K，Panjabi MM，Kramer KM，et al.Biomechanical evaluation

18、of lumbar spinal stability after graded facetectomiesJ.Spine,1990，15（11）：1142?1147.8 王新偉，陳德玉，鮑達(dá),等.小牛胸腰椎解剖、生物力學(xué)研究及其臨床意義J.脊柱外科雜志,2003，1（4）：223?225.9 王向陽，戴力揚(yáng)，徐華梓,等.胸腰椎不同程度前中柱骨折內(nèi)固定后的生物力學(xué)特征及前路重建的意義J.中華創(chuàng)傷雜志，2006，22（3）：214?217.10 周有禮，周伯禧，李宗修,等.脊柱破裂骨折之生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析J.醫(yī)用生物力學(xué)，1999,14（1）：1?5.11 Oda I，Cunningham BW，B

19、uckley RA,et al.Does spinal kyphotic deformity influence the biomechanical characteristics of the adjacent motion segments? An in vivo animal modelJ.Spine,1999，24（20）:2139?2146.12 Nielsen LW.Juvenile kyphosis in pigs.A spontaneous model of scheuermann?s kyphosisJ.APMIS，2005，113（10）：702?707.13 Lowe T

20、G，Wilson L，Chien JT，et al.A posterior tether for fusionless modulaion of sagittal plane growth in a sheep modelJ.Spine，2005,30（17）：69?74.14 Birnbaum，KCH,Siebert，et al.Correction of kyphotic deformity before and after transection of the anterior longitudinal ligament?a cadaver sudyJ.Arch Orhop Trauma Surg，2001，121（3）：142?147.15 趙必增，王