腰椎关节突关节结构异常与腰椎间盘突出

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.31.025

摘要/Abstract

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文题释义：

腰椎关节突关节异常：包括关节突关节方向异常及双侧关节突关节不对称。关节突关节方向异常是指关节突关节角的角度大于或小于关节突关节角正常值范围，出现冠状位或矢状位倾斜。

腰椎关节突关节不对称：同一节段的腰椎关节突关节左右不对称，其中一侧较另一侧更加向矢状位倾斜。关节突关节不对称被认为是可能导致腰椎间盘突出的重要因素之一。生物力学研究文献中把关节突关节不对称的衡量标准仍不确定，左右关节突关节角度差界定在1°-10°。

摘要

背景：腰椎关节突关节结构异常(方向及不对称)对腰椎间盘突出的影响作用是目前的研究热点。

目的：综述腰椎关节突关节方向及不对称对腰椎间盘突出影响作用的相关研究，并阐明该研究领域仍然存在的问题。

方法：以“腰椎关节突关节，腰椎间盘突出，关节突关节方向与不对称；lumbar facet joints, lumbar disc herniation, facet orientation and tropism”为检索词，应用计算机分别检索1967年1月至2017年1月发表与腰椎关节突关节异常对腰椎间盘突出影响作用的相关文章。根据入选标准及排除标准摘选42篇进行综述。

结果与结论：①腰椎关节突关节的方向与不对称是否与腰椎间盘突出有关目前尚无定论，腰椎间盘突出方向是否朝向不对称关节突中的特定一侧也没有定论；②造成该领域研究无法得出确定结论的主要原因在于：“正常对照组”设计欠合理，缺乏正常人群腰椎关节突关节角参数；研究对象的年龄跨度太大，导致退变引起的角度改变掺杂进数据统计；腰椎关节突关节不对称的衡量标准仍不统一。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0001-9624-3071(姜文学)

关键词: 骨科植入物, 脊柱植入物, 腰椎关节突关节, 腰椎间盘突出, 腰椎关节突关节不对称

Abstract:

BACKGROUND: Association of lumbar facet tropism and orientation with lumbar disc herniation is an issue of concern.

OBJECTIVE: To overview the association of lumbar facet tropism and orientation with lumbar disc herniation and to clarify the existing problems.

METHODS: The articles related to the association of lumbar facet tropism and orientation with lumbar disc herniation published between January 1967 and January 2017 were retrieved from CNKI and PubMed databases by computer. The keywords were “lumbar facet joints, lumbar disc herniation, facet orientation and tropism” in Chinese and English, respectively. Totally 42 articles were enrolled based on the inclusion and exclusion criteria.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The association of lumbar facet tropism and orientation with lumbar disc herniation remains unclear. The relationship between the orientation of lumbar disc herniation and lumbar facet tropism is also controversial. (2) The main problems to drive controversy are: inappropriate control group and lacking normal lumbar facet tropism and orientation data; the large age range of subjects;the uncertain standard of measuring lumbar facet tropism.

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Key words: Lumbar Vertebrae, Zygapophyseal Joint, Intervertebral Disk Displacement, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

周强，滕东辉，姜文学. 腰椎关节突关节结构异常与腰椎间盘突出[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(31): 5066-5071.

Zhou Qiang, Teng Dong-hui, Jiang Wen-xue. Association of lumbar facet tropism and orientation with lumbar disc herniation[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(31): 5066-5071.

图/表（结果） 2

2.1 腰椎关节突关节基本功能 腰椎关节突关节是腰椎三关节复合体的重要组成部分，具有重要的功能。关节突关节可传导剪切力并协助椎间盘承载轴向负荷，Adams等^[1-2]的研究发现，当直立位时关节突关节承载的轴向负荷为16%，而坐位时关节突关节承载的轴向负荷明显下降，这也解释了坐位时椎间盘压力高的原因。腰椎关节突关节为腰椎提供后方机械支持，在腰椎屈伸过程中起到稳定作用，并可防止椎间盘过度扭转。腰椎关节突关节的形状和朝向决定了其阻止脊柱过度运动的作用。更加矢状位倾斜的上腰椎的关节突关节，可以承担更多的伸屈运动功能，并抵抗冠状位旋转；更加冠状位倾斜的下腰椎的关节突关节，可以承担更多的冠状位旋转功能，同时抵抗伸屈运动和剪切力^[3-4]。当脊柱进行矢状位上的运动时，关节突关节的关节面会进行倾斜。Masharawi等^[5]认为关节突关节不对称把单切面的运动变为多切面运动。例如，在脊柱的矢状位运动时，由于冠状位朝向的关节突关节会阻止关节前后平面方向的运动，从而导致沿着矢状位朝向关节突关节做旋转运动。单独扭转并不能对椎间盘的完整性构成破坏，但当扭转合并屈曲时，将会对椎间盘的完整性形成破坏^[6]。屈曲、扭转复合运动在关节突关节不对称时将会导致髓核向后外侧移动，如在屈曲合并向左旋转时，髓核会对右后外侧的纤维环形成挤压^[7]。应用有限元分析，Schmidt等^[8]发现在同样的载荷下，屈曲合并向左旋转时右后外侧的纤维环内侧纤维将承载最大的剪切力。多个生物力学研究表明屈曲合并旋转会对后外侧纤维环形成损伤^[9-10]。

2.2 关节突关节方向与腰椎间盘突出的关系腰椎关节突关节方向与腰椎退变之间的确切关系还存在争议，见表1。腰椎关节突关节角是指关节突关节面内外端点连线与腰椎矢状轴夹角(图1)。腰椎关节突关节角方向异常被认为是造成腰椎退变的原因之一^[10-15]，研究显示腰椎退变性滑脱和矢状位朝向关节突关节有关^[16-22]。Linova等^[23^]的研究发现腰椎关节突关节退变和矢状位朝向的关节突关节有关。Leonid等^[3]的研究显示随着年龄的增长关节突关节变的更加向矢状位倾斜，提示退变引起的应力变化导致关节突关节再塑形，从而出现方向的改变。腰椎关节突关节方向与腰椎退变有关，但二者之间的确切关系仍存在争论。有的学者认为关节突关节方向异常是引起腰椎退变的原因，而有的学者则认为其是腰椎退变后不正常力作用的结果。

2.3 关节突关节不对称与腰椎间盘突出的关系 腰椎关节突关节不对称对腰椎间盘突出的影响作用也没有定论，见表1。Brailsford^[24]首次对腰椎关节突关节不对称(tropism)进行了定义：腰椎关节突关节的左右不对称，其中一侧较另一侧更加向矢状位倾斜。文献报道腰椎关节突关节不对称在人群中发生的概率为10%-70.5%，腰椎关节突关节不对称最常发生L₅-S₁，其次为L₄-L₅^[3^，^10]。关节突关节不对称可以改变腰椎活动时的生物力学构成，关节突角的不对称性可引起脊柱异常活动度的增加，使两侧关节突和椎间盘的承载不均匀，增加关节突退变和椎间盘损伤的机会，是可能导致相邻椎间盘退变的原因。

有大量关于腰椎关节突关节不对称与腰椎间盘突出关系的研究^[10-13^，^25-30]，有学者认为关节突关节不对称是腰椎间盘突出的重要诱因之一^[11^，^25-26]，也有很多学者认为二者之间无关联性^[14^，^27-33]。Farfan等^[25]提出日常活动中的扭转应力在腰椎间盘的早期退变和突出中起着重要作用，认为关节突关节不对称所造成的不稳与椎间盘的退变和突出有着密切的关系。他们还研究了纤维环破裂的方式和椎间盘的形态、位置与关节突大小、方向的关系、发现不对称的关节导致不对称的退变，对称的关节产生对称的退变。脊柱屈曲运动时，由于冠状位朝向关节突关节对椎体间剪切力的抵抗不足，导致冠状位朝向一侧的关节突会限制关节在前后平面内的运动，从而导致沿形态偏向矢状方向的一侧旋转。因此，不对称关节突关节可导致脊柱自动旋转运动(图2)^[11]。运动节段的屈曲和扭转组合运动研究已经发现，不对称节段的运动将髓核转移后外侧，如屈曲加右轴向旋转过程中髓核被推向左后外侧环。不对称关节突关节会产生的不对称的轴向旋转，会对椎间盘施加额外的扭转负荷，进而导致椎间盘退变及突出。Cyron等^[11]通过尸体生物力学实验观测到脊柱运动阶段承受载荷时，关节突关节不对称的运动节段其轴向旋转总是倾向于关节面斜的一侧，关节突关节的不对称增加了纤维环的扭转应力，因而关节突角不对称会增加椎间盘损伤和变性的概率。Noren等^[26]的研究也得出类似的结论。但是，Boden等^[27]的研究认为关节突关节不对称与椎间盘退变无关。Cassidy等^[28]的研究发现关节突关节不对称与腰椎间盘突出发生无显著关联，腰椎关节突关节不对称并不能导致腰椎间盘突出。Adams等^[1]认为关节突关节的形态与轴向旋转是无关的，无论关节突偏向矢状位或冠状位，均足以承受轴向旋转载荷，只有关节突关节破坏后才可能发生椎间盘损伤。腰椎间盘提出的位置与关节朝向无关。国内戴力扬等^[33]报道141例L_4/5及L₅/S₁椎间盘突出病例，发现这2个间隙椎间盘突出与关节突关节不对称的关系无显著相关性，该研究也不支持关节突关节不对称导致腰椎间盘突出的结论。

2.4 腰椎间盘突出方向与不对称关节突关节朝向的关系 腰椎间盘突出方向与关节突关节的朝向是否有关仍然存在争议，见表1。早在1967年，Farfan等^[25]的研究发现椎间盘突出多发生在不对称关节突关节中的更加冠状位朝向一侧，他们的研究提示冠状位朝向的关节突关节承担较少的椎体间剪切力，因此当腰椎向更加冠状位朝向的关节突关节一侧旋转时纤维环将承受额外的扭转应力，容易导致该侧纤维环撕裂、髓核突出。Boden等^[27]认为仅L₄_-₅节段的椎间盘突出多发生在关节突关节冠状位朝向一侧。Loback等^[34]的资料显示病变节段关节突关节不对称的发生率中央型椎间盘突出患者高于旁侧型椎间盘突出患者，椎间盘突出多发生在关节突关节冠状位朝向一侧^[35]。张光铂等^[36]的研究也显示关节突关节不对称与该节段的椎间盘变性有明显的相关性，腰椎关节突关节不对称节段椎间盘变性的发生率明显增加，且椎间盘突出多发生在更加冠状位朝向的关节突关节一侧。另一方面，Hagg^[29]及Cassidy等^[28]的研究显示，椎间盘突出方向与关节突关节的朝向无关，椎间盘突出即突向冠状位朝向一侧关节突关节和突向矢状位朝向一侧关节突关节并无统计学意义，二者之间并无关联性。

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引言

腰椎间盘突出症是骨科常见疾病，由此引起的腰背痛及下肢疼痛、麻木、肌力下降等神经症状困扰着广大病患群体。腰椎间盘突出主要是因为腰椎间盘各部分(髓核、纤维环及软骨板)，尤其是髓核，在异常受力的作用下，不同程度的退行性改变后，椎间盘的纤维环破裂，髓核组织从破裂之处突出(或脱出)于椎管内，导致相邻脊神经根受到刺激或压迫，从而产生腰部疼痛，下肢麻木、疼痛等临床症状。导致腰椎间盘突出的异常作用力是否是脊柱生理结构异常所致还不得而知，而这些脊柱生理结构异常在腰椎间盘突出患者中是否普遍存在也还没有定论。在影响腰椎间盘突出的各种因素中，作为影响和决定腰椎运动方向的关节突关节，被认为是重要的相关因素。目前，腰椎关节突关节结构异常对腰椎间盘突出的影响作用成为该领域研究的焦点之一。腰椎关节突关节结构异常主要包括关节突关节方向异常及双侧关节突关节不对称。

腰椎关节突关节(腰椎小关节)由上位腰椎朝向前外侧的下关节突与下位腰椎朝向后内的上关节突组成，是腰椎惟一的滑膜关节，具有滑膜、透明软骨和关节囊。关节突关节面覆有透明软骨，关节囊附着于关节软骨周缘，关节囊外层是由胶原纤维构成的致密结缔组织，而且胶原纤维在关节囊下部的走形不一，在关节囊底部中层有大量弹性纤维。而关节突关节的这种复杂结构有利于关节突关节抵抗各个方向的应力负荷。脊柱的基本解剖单元，腰椎三关节复合体，由成对的关节突关节和椎间盘组成。关节突关节是维持腰椎运动节段稳定的重要结构，有着重要的生物力学意义，在脊柱的抗扭转、承载、运动、稳定过程中发挥重要作用。脊柱运动是一种复合运动，由各运动节段运动整合而成。椎间盘和2个关节突关节在水平方向构成一个稳定的三角，在纵向方向上构成一个对称的三棱柱状结构，三者相互制约，保持脊柱的稳定性。关节突的作用是引导运动节段的活动，而椎间盘是链接运动节段并参与影响其运动的重要结构。关节突关节主要起抵抗脊柱剪切力的作用，而椎间盘主要承受轴向压力作用。关节突关节控制运动中的幅度和方向，具有保护椎间盘的作用。腰椎关节突关节自上而下有向冠状位倾斜的趋势，上腰椎的关节突关节更加矢状位倾斜，下腰椎的关节突关节更加冠状位倾斜，这与各节段所承担的负荷及功能有关。上腰椎关节突关节为矢状位朝向，这样的结构有利于保持侧方向的稳定性。由于体质量所形成的腰椎曲度要求有较大的阻止向前滑动的作用，下腰椎关节突关节为冠状位朝向，宽度增加且曲度变浅，可以更好的实现阻止该运动节段向前滑动的功能。而随着角度的增加，关节突关节阻止扭转的作用会相应减弱。理论上对称的关节突关节两侧受到的负荷是平均的。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

讨论

腰椎关节突关节的方向及不对称对腰椎间盘突出的影响作用的相关研究较多，但二者之间是否存在确切关系尚无定论，甚至不同研究者间的研究结果相互矛盾，主要是因为多数研究中存在以下问题：

3.1 “正常对照组”问题 “正常对照组”设计欠合理，缺乏正常人群腰椎关节突关节角参数。在大部分研究文献中，腰背痛患者的关节突关节或者腰椎间盘突出患者的间盘未突出相邻间隙的关节突关节被设计为“正常对照组”，并非是“正常人”的正常腰椎关节突关节^[¹⁰^，¹³^，²⁶^，²⁸^，^37]。以腰背痛患者的关节突关节做为对照组与椎间盘突出患者的腰椎关节突关节进行比较，会造成人为的差异无显著性意义。因为，腰背痛患者的椎间盘组织结构也许已有异常，甚至濒临突出，不能代表正常结构。在临床工作中，许多腰背痛患者进行腰椎核磁检查时会发现腰椎间盘膨出或腰椎间盘纤维环后缘撕裂(核磁检查表现为椎间盘后缘T2相高信号影，HIZ)。这些腰背痛患者的椎间盘组织结构已经不属于正常结构，下一步病理转归很可能就是椎间盘突出。假设关节突关节异常可导致腰椎间盘突出，那么腰背痛患者与腰椎间盘突出患者的关节突关节参数会相似，以此类患者的腰椎关节突关节作为对照组与腰椎间盘突出组进行比较，有可能出现人为的差异无显著性意义。同理，腰椎间盘突出患者的间盘未突出相邻椎间隙的关节突关节也不能代表正常结构，同样会造成研究结果出现偏差。许多研究者将腰椎间盘突出患者的突出间隙关节突关节与同一患者的未突出间隙关节突关节进行比较研究，这些研究者忽略了腰椎间盘突出并非只与突出间隙关节突关节异常有关。腰椎间盘突出是异常应力所致，不仅包括该间隙应力结构异常，还包括相邻间隙作用力异常导致的应力传导，甚至还包括其他节段脊柱结构的异常应力传导。间盘未突出相邻间隙的关节突关节毗邻突出间隙，本身甚至就是导致椎间盘突出的重要结构基础，不能代表正常结构。以此类关节突关节作为对照组同样会在研究中导致人为的差异无显著性意义，甚至产生与本质相悖的结论。只有以正常人群的关节突关节做为对照组才能有效的避免偏差，使研究结果确凿可靠，也更加接近问题的本质。由于CT检查对人体辐射大，无症状人群多不愿意进行腰椎CT检查，造成大部分研究中没有真正的正常对照组，也是目前缺乏正常人群关节突关节角参数的重要原因。有作者通过收集无腰背痛人群在发生腹痛就诊时的腹部CT影像资料进行研究，可以得到更加接近于正常人的腰椎关节突关节数据^[3]。这些患者的腹部CT影像资料可以通过三维模式对腰椎关节突关节进行测量，比上述两种“对照组”更接近正常人关节突关节。以该类关节突关节作为对照组与腰椎间盘突出患者的关节突关节进行比较，能有效减少研究设计的人为偏差，得到更加可靠、真实的研究结果。

3.2 研究对象年龄跨度问题研究对象的年龄跨度太大，导致退变引起的角度改变掺杂进数据统计，使统计结果出现偏差。大部分文献中，研究对象设定为18岁以上成人，除了青年人、中年人甚至包括80岁以上老年人。Leonid^[3]和Wang等^[38]的研究结果显示随着年龄的增长关节突关节方向会变得更加向矢状位倾斜，提示关节突关节角度会随着年龄增长而发生改变。研究对象年龄跨度大，将老、中、青年人放在一起进行研究比对，会导致关节突关节退变引起的角度改变掺杂进数据统计，使统计结果出现偏差，无法明确关节突关节异常对腰椎间盘突出的影响是否具有病因学意义。由于研究文献中各年龄段研究对象所占比例数的不同而出现统计结果差别很大，甚至相互矛盾。因此，为最大程度的减少退变干扰因素，使统计结果确凿可靠，必须尽量去除腰椎退变对关节突关节方向改变的影响作用，例如对不同年龄组进行分别比对研究。对青少年或青年人关节突关节方向及不对称与腰椎间盘突出关系的研究将能更好的提示关节突关节异常对腰椎间盘突出是否具有病因学意义。由于青少年腰椎间盘突出症发病率低，国内外相关报道较少。

Ishihara等^[31]研究了26例青少年腰椎间盘突出症的患者，与成人组相比，青少年组的关节突关节不对称的发病率为41%，成人组则为8%，而关节突关节不对称与腰椎间盘突出的位置，类型及椎间盘退变均无关，因而，认为由关节突关节不对称不是影响椎间盘突出的主要因素。Ishihara等^[31]的研究提示关节突关节不对称在青少年椎间盘突出患者中广泛存在。 Lee等^[13]的研究显示，青少年腰椎关节突关节不对称与腰椎间盘突出无显著性关联。国内王大林等^[39]研究发现青少年组腰椎关节突关节不对称发生率为57.7%，关节突关节不对称与腰椎间盘突出之间无关。而Wang等^[40-41]的研究提示青少年腰椎关节突关节不对称与腰椎间盘突有关，腰椎小关节角度变化是诱发腰椎间盘突出的可能原因。

3.3 关节突关节不对称衡量标准问题虽然腰椎关节突关节不对称的定义已非常明确，但其衡量标准仍不确定。Noren等^[26]定义关节突关节不对称为双侧关节突关节角度差值大于5°。在其他一些生物力学研究中把关节突关节不对称的左右关节突关节角度差界定在1°-10° ^[10-11^，^31]。Grogan等^[42]将关节突关节不对称划分为3个等级，双侧关节突关节角度差大于7°定义为关节突关节不对称，7°-15°之间定义为中度不对称，大于15°为重度不对称。可见，目前文献中对关节突关节不对称的衡量标准差异较大。各研究者之间的影像数据因为不同的衡量标准导致数据统计的可比性下降，也导致各研究者之间研究结果的混乱。例如，左右关节突关节角度差为4°的患者在不对称角度差界定为>1°的研究中被认为是关节突关节不对称，而在不对称界定为左右关节突关节角度差> 10°的研究中被界定为对称。这样，即使同一批影像资料在不同的研究者之间所得到研究结论也会因为衡量标准的不同而有所不同，必然造成研究结果的混乱。造成无法应用统一的衡量标准的原因主要有：①不同观察者之间的测量误差不同；②不同的影像设备及不同的影像测量软件导致测量结果的差别。因此，优化数据采集方法，在衡量标准中增加不同观察者、不同影像设备、测量软件的误差因素，形成统一的关节突关节不对称衡量标准，才能使不同研究者得到可比性更强的统计数据，更好的进行相关研究。

综上所述，腰椎关节突关节的方向与不对称是否对腰椎间盘突出产生影响作用，产生怎样的影响作用目前尚无定论，腰椎关节突关节结构异常是否对腰椎间盘突出具有病因学意义还具有争论。腰椎间盘突出方向是否朝向不对称关节突中的特定一侧也没有定论。造成该领域研究无法得出确定结论的主要原因在于：“正常对照组”设计欠合理，缺乏正常人群腰椎关节突关节角参数；研究对象的年龄跨度太大，导致退变引起的角度改变掺杂进数据统计；腰椎关节突关节不对称的衡量标准仍不统一。将研究对照组设计为正常人群，严格限定研究对象年龄跨度，尽量减少腰椎退变引起的关节突关节角方向改变对统计结果的影响，才能明确关节突关节异常对腰椎间盘突出是否具有病因学意义，并揭示腰椎间盘突出的潜在人群。此外，统一腰椎关节突关节不对称的衡量标准，减少人为的统计差别，使不同研究个体间的研究结果具有可比性，才能更好的揭示问题本质。

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