Chinese Journal of Tissue Engineering Research ›› 2013, Vol. 17 ›› Issue (13): 2423-2430.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2013.13.020
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Chen Tao, Li Guan-bao, Liang Ke-you, Jia Shi-qing
Received:
2012-08-29
Revised:
2012-12-27
Online:
2013-03-26
Published:
2013-03-26
Contact:
Jia Shi-qing, Associate chief physician, Department of Orthopedics, Guangxi Yulin Orthopedic Hospital, Yulin 537000, Guangxi Zhuang Autonomous Region, China
jiashiqing088@163.com
About author:
Chen Tao, Attending physician, Department of Orthopedics, Guangxi Yulin Orthopedic Hospital, Yulin 537000, Guangxi Zhuang Autonomous Region, China
18907755086@189.cn
CLC Number:
Chen Tao, Li Guan-bao, Liang Ke-you, Jia Shi-qing. Spine-pelvis sagittal balance in the treatment of spinal diseases[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2013, 17(13): 2423-2430.
结果 人体躯体平衡主要包括脊柱平衡、骨盆 平衡、胸廓平衡和四肢平衡等[6]。随着对成人脊柱疾病的研究逐渐增多,许多研究表明,成人脊柱疾病患者临床症状与脊柱-骨盆矢状面失衡有关[7-8]。因此,很多研究聚焦于矢状面脊柱与骨盆排列关系上,对于成人脊柱-骨盆矢状面平衡方面的研究主要围绕骨盆的解剖学研究、脊柱矢状面形态的研究、矢状面脊柱和骨盆的排列关系、骨盆解剖与脊柱疾病之间的关系、脊柱骨盆矢状面平衡与脊柱功能患者生活质量的关系等这几个方面进行的。 2.1 骨盆参数 骨盆平衡具有重要意义是当人体直立时,骨盆向前倾斜,形成正常的倾斜度。当骨盆倾斜度发生改变时就会影响脊柱在矢状面的重力传送线。倾斜度增大,重力前移,脊柱势必前倾,如欲维持脊柱平衡,腰椎必需增加其前凸弓的角度;反之,倾斜度减少,易致脊柱腰段产生代偿性后凸,表现为正常的前凸减小[9]。骨盆的形态对人体脊柱-骨盆矢状面平衡有重要的影响,越来越多的研究结果表明,骨盆参数是研究脊柱形态和脊柱平衡时无法忽略的重要指标[10-11]。骨盆矢状面参数主要分为解剖学参数和姿势相关性参数[12]。解剖学参数是指骨盆入射角用来描述骨盆的形态,该参数存在个体差异,但不受体位和拍片体位的影响,成年后达到稳定状态[13]。骨盆入射角是股骨头中心至骶骨上终板中心连线与骶骨上终板垂直线的夹角[14]。骨盆入射角示意图,见图1。"
对骨盆空间方位的描述以姿势相关性参数说明骨盆倾斜角和骶骨倾斜角这些角度受个体体位和姿势的影响。骶骨倾斜角为骶骨上终板与水平线的夹角。它们的几何关系是骨盆入射角=骨盆倾斜角+骶骨倾斜角[15]。骨盆射入角是骨盆的基础解剖参数,它决定了骨盆、骶骨与腰椎的关系,与脊柱前凸紧密相关。骨盆倾斜角是反映矢状面代偿程度的指标,成人脊柱畸形患者通过骨盆后倾(骨盆倾斜角增大)来代偿脊柱-骨盆矢状面的失衡,因此,矫形后不仅需要观察脊柱矢状面平衡情况,更需要观察骨盆是否恢复正常位置。脊柱骨盆矢状力线与身体姿势有关,为了便于测量和比较,需采取统一的测量方法,一般使患者呈站直放松状态,左侧贴近片盒,双手放在合适高度的支撑物上,上臂前屈30°使脊柱全长显示,并避免上臂过屈时身体后倾,膝关节完全伸直,髋伸直,放射源至片盒230 cm,拍摄自颅底至近侧股骨的后前位、左右位片。脊柱骨盆矢状力线参数示意图[16],见图2。"
2.2 脊柱参数 脊柱平衡在人体躯体平衡中是最重要的。脊柱的平衡包括矢状面平衡(前后平衡)和冠状面平衡(左右平衡)。脊柱矢状面形态对维持正常的脊柱生物力学至关重要,越来越多的研究发现在研究脊柱矢状位平衡变化时必须包括骨盆的形态研究,正常的脊柱和骨盆形态曲线使得身体处于最佳平衡状态并消耗最小的能量[17]。脊柱矢状面的正常曲度使得脊柱灵巧运动、承载轴向负荷的同时维持相应的强度及站立姿态的稳定性。矢状面曲度的改变会很大程度上影响脊柱的力学平衡。同时,骨盆在矢状面形态发生的变化,会通过脊柱上静态负荷的变化来调整保持姿势的肌群活动,从而影响到能量的消耗,当骨盆形态变化打破了最佳平衡,则导致躯干在矢状面的失平衡和能量消耗的增加[18]。 常见的矢状面失衡疾病有颈椎曲度变直、驼背、腰椎曲度变直;脊柱侧弯则是典型的冠状面失衡。脊柱矢状面的正常曲度使得脊柱灵活运动、承载轴向负荷的同时维持相应的强度及站立姿势的稳定性。矢状面曲度的改会很大程度上影响脊柱的力学行为。多数脊柱疾患可影响脊柱矢状面的平衡,从而增加脊柱肌肉负荷,产生肌肉疲劳和背痛。人体重心前移可增加脊柱后方肌肉负荷,是导致矢状面失衡的主要原因。脊柱矢状面的失衡是脊柱疾患的主要后果,这一点非常重要,但经常被忽视,所以骨科医师在治疗脊柱疾病时必须强调维持脊柱矢状面的平衡。脊柱矢状面平衡[19],见图3。"
2.3 脊柱和骨盆矢状位参数的排列关系 精确测量脊柱骨盆矢状面变化对于评估身体躯干矢状面平衡和失衡非常重要,尤其是在患有脊柱畸形的患者中,例如脊柱侧弯和椎体滑脱[20]。不同的参数被用来描述站立位脊柱-骨盆矢状面形态,During等[21]定义了骨盆骶骨角,随后,Duval-Beaupère等[22]人提出了骨盆入射角,Jackson等[23]建议测量基于骨盆半径技术的骨盆前凸角来评估脊柱和骨盆矢状位参数的排列关系。 许多研究已证实,正常人群中脊柱序列与骨盆序列密切相关[24-25]。骨盆通过相关机制调节脊柱的序列,相关文献说明,骨盆入射角在评估脊柱-骨盆矢状面解剖参数时,使用的最为广泛[26],骨盆入射角是骶骨倾斜角和骨盆倾斜角的和,两者之间具有明显的相关性,腰椎前凸越大,骶骨倾斜角越大,骨盆通过调整骶骨倾斜角来改变腰椎前凸,从而调节脊柱的序列,即使在脊柱侧弯患者中,骨盆与脊柱依然保持着这种相关性[27]。 研究表明大多脊柱疾病患者自诉的临床症状与脊柱-骨盆矢状面失衡相关,而甚少与冠状位畸形相关,因此大多数研究均倾向于脊柱和骨盆矢状位参数的排列关系[28-29]。量化脊柱-骨盆矢状面平衡参数之间的关系,不同学者建议的方法不同[30]。总之,无论是正常青少年、正常成年人还是存在脊柱疾病的患者,脊柱和骨盆矢状位参数的排列关系中相邻解剖部件密切相关并相互影响[31-32]。对于腰椎前凸的影响主要来自于骨盆入射角,而胸椎后凸角主要源于胸椎本身的畸形[33]。 2.4 脊柱-骨盆矢状面参数失衡与代偿 躯体矢状面平衡主要包括脊柱的矢状面排列、骨盆的矢状面排列和下肢的矢状面排列3大组成部分。3者各自的平衡及互相之间的排列关系对维持躯体整体的矢状面平衡具有重要意义。Schwab等[34]的研究表明,成人脊柱疾病患者的生存质量和冠状面畸形关系不大,但与矢状面畸形却密切相关,轻度的矢状面失衡就会引起生存质量的改变,而且失衡的程度与生存质量的恶化成线性关系。脊柱-骨盆矢状面失衡机制比较复杂[35],具体的脊柱-骨盆矢状面失衡代偿机制如下: 胸部后凸减小:研究发现退行性腰椎疾病的患者腰前凸的丢失伴随着胸后凸的减小,因为腰椎前凸的丢失会使躯干前倾,而胸后凸的减小则能使躯干后仰,从而起到代偿作用,该代偿机制最常出现在年龄较轻,胸段脊柱活动度较大的患者,而老年患者或强直性脊柱炎患者由于胸椎活动度小,该代偿作用则不明显。 相邻活动单元的过伸:该代偿机制在成人脊柱疾病中最为常见,如远端腰椎前凸的丢失可以由其近端的腰椎或胸腰椎的前凸增加来代偿,这种代偿可以见于多个节段或仅见于相邻节段;由此带来的问题包括后柱结构应力的增加,后滑脱风险增大,小关节退变和炎症加重,此外还能导致少数患者出现峡部裂。 骨盆后旋:是骨盆惟一的代偿方式,其相当于使髋关节处于过伸的位置,以此带动躯干整体后仰,以代偿腰椎前凸丢失带来的躯干前倾,而骨盆后旋的能力由骨盆射入角决定,该角度越大,骨盆后旋的空间越大,代偿能力越强。"
脊柱-骨盆矢状面平衡参数测量方法的相关分析 脊柱-骨盆矢状面平衡的研究通常拍摄站立位脊柱骨盆全长侧位片,由于研究者所在机构拥有的设备不同,在拍摄站立位侧位X射线时所选取的拍摄器材,拍摄参数均有不同,但均以清楚显示骨性标志位目标。 Faro等[36]对50例青少年特发性脊柱侧凸患者的脊柱侧位片进行回顾性分析,结果发现上肢抱胸时更能代表脊柱-骨盆矢状面平衡的状态。Marks等[37]对22名健康青年女性研究发现,上臂固定身体前方30°,屈曲肘部,双手扶于支持物时建议作为研究脊柱-骨盆矢状面平衡的最佳姿势。Marks等[38]研究了15名健康青年女性上肢平举时侧位片并结合步态分析仪分析了走及4种站立姿势,发现双上肢平举时的侧位片不能反映脊柱功能位的真实情况。Vedantam等[39]对40例脊柱融合的患者和40例无脊柱融合的患者的上肢平举及上肢伸展30°两种体态进行了对比研究,认为上肢伸展30°能更好的反映脊柱-骨盆矢状位形态。 3.1 脊柱-骨盆矢状面形态研究的相关分析 精确测量脊柱骨盆矢状面变化对于评估身体躯干矢状面平衡和失衡非常重要,尤其是在患有脊柱疾病的患者中,例如脊柱侧凸、椎体滑脱等[40]。Evcik等[41]对50例慢性腰背疼痛患者(其中女性和男性分别为25例)与50例急性腰痛患者(其中女性30例,男性20例)进行纳入研究。两组均进行腰骶椎X射线侧位站立。结果发现患有慢性腰背疼痛患者由较小的腰椎前凸角,因此,腰椎前凸角的减少与症状性背痛及腰椎退变具有相关性。 Legaye等[42]提出了一种解剖学参数,认为骨盆入射角的定义是垂直穿过骶骨终板重点的直线与骶骨终板重点和双侧股骨头重点的连线之间的夹角,骨盆入射角可作为评估的脊柱平衡的关键因素。Lafage[43]对125例脊柱畸形患者平均年龄为57岁进行前瞻性影像学和临床分析。发现骨盆倾斜角时反映脊柱畸形代偿程度的指标,指出矫正脊柱畸形的外科治疗在修正脊柱曲度的同时,还应使骨盆位置正常化。 3.2 脊柱-骨盆矢状面平衡参数与种族、性别关系的分析 Lonner等[44]从1个前瞻性多中心数据库的1 658例脊柱侧弯患者中收集2个最大的种族亚群,确定了421名白人和115名黑人符合纳入标准,发现黑人患者的骨盆入射角、骨盆倾斜角显著大于白人患者,表明个体的脊柱-骨盆矢状面形态与种族有关。Janssen等[45]分析60例无症状的成年男性和女性在脊柱-骨盆矢状面平衡参数的差异和性别关系的具体参考值。结果表明,不同性别的骶骨倾斜角、骨盆倾斜角和骨盆入射角差异无统计学意义。 3.3 脊柱-骨盆矢状面平衡参数在脊柱疾病中意义的参数分析 随着对脊柱疾病患者认识水平的提高,脊柱-骨盆矢状面平衡逐渐引起重视。人体站立需要平衡来维持最节省能量、最稳定的姿势,在矢状面上脊柱和骨盆连接头颅和下肢,其形态和方向互相关联、影响,从可屈伸活动的腰椎过渡到基本固定的骶尾椎,腰骶椎和骨盆形态对矢状平衡起到关键作用,并与多种疾病的发生和发展相关[46]。 脊柱-骨盆矢状面平衡参数的变化范围较大,Mac-Thiong等[47]研究了180例4-18岁儿童和青少年的脊柱-骨盆矢状面平衡参数,经过大样本研究结果发现胸椎后凸角、腰椎前凸角、骶骨倾斜角、骨盆倾斜角和骨盆入射角均值分别为43°,48.5°,41.2°,7.2°和48.4°。男性和女性之间没有显著差异。胸椎后突、腰椎前突、骨盆倾斜与盆腔炎的发病率相关,被认为随着年龄的增长角度发生变化,而骶骨倾斜角保持稳定增长,骨盆入射角在儿童和青少年时期有轻微的增长趋势,直至成年后达到稳定状态。 在脊柱-骨盆矢状面平衡参数中,骨盆入射角应用最广,骨盆入射角随着年龄增加直至骨骼发育成熟后恒定,个体的骨盆入射角是特异,恒定的,而且不受姿势影响,除非骶髂关节活动。Roussouly等[48]报道用计算机软件测量160名平均27岁正常成人志愿者的腰椎矢状面弧度,结果发现骨盆入射角、骶骨倾斜角和骨盆倾斜角均值分别为54°,41°,13°,标准姿势下脊柱-骨盆矢状面形态存 在很大的个体间差异。骨盆入射角很大程度上决定了站立时骨盆的方向,骶骨倾斜角和骨盆倾斜角是描述骨盆和骶骨方向的常用参数,与站立姿势和骨盆相对于髋关节位置有关[49]。 Vaz等[50]对100名健康成人志愿者的脊柱-骨盆矢状面平衡参数进行了前瞻性分析,结果发现骨盆入射角的变化从33°-85°,平均(51.7±11.0)°,平均腰椎前凸角是46.5°,平均胸椎后凸角是47°。骨盆入射角较大时将为骨盆的旋转提供更大的活动范围,使其能在更大范围内来调节脊柱的序列,而较小的骨盆入射角意味着骶骨倾斜角和骨盆倾斜角的可变空间较小,对脊柱序列的调节能力降低。"
脊柱-骨盆矢状面平衡对脊柱疾病患者生活状态及生存质量影响的分析 Roussouly等[51]认为,个体独特的骨盆解剖与特定的脊柱矢状面形态存在一定相关性,可能为脊柱疾病的潜在病因。近年来,在治疗成人脊柱疾病的研究中,脊柱-骨盆矢状面平衡对治疗效果的影响逐渐受到学者的重视,脊柱-骨盆矢状面失衡可能导致躯干前倾、顽固性腰痛等一系列情况。 4.1 脊柱-骨盆矢状面平衡对椎体滑脱的影响 脊柱-骨盆矢状面平衡与腰椎滑脱等多种疾病的发病机制有关,其发生机制尚有争议,有人认为与遗传有关,少数认为与急性创伤有关。Labelle等[52]在《欧洲脊柱杂志》发表了一篇关于脊柱-骨盆矢状面平衡对椎体滑脱的影响的综述文章,这篇文章的目的是阐述该脊柱畸形研究组在过去10年中所做的工作,提出的证据来自于多中心的影像数据库关于椎体滑脱患者数据库分析。基于侧位片可以评估的滑移程度、骨盆入射角骶骨部序列矢状平衡的3个特性系统的将椎体滑脱分为2大类,共6个类型。临床意义是临床医生需要谨记治疗时,椎体滑脱者与他们的姿势,及其相对应的类型组,以恢复脊柱-骨盆矢状面平衡和改善了融合的生物力学环境。 Huang等[53]探讨脊柱-骨盆矢状面平衡及其他影像学参数为峡部裂性腰椎滑脱症预后的回顾性分析。从1977至2001年在美国德克萨斯州休斯敦的某医院进行治疗的36例腰椎滑脱患者进行回顾性分析,其中女性24名和男性12名,平均年龄为21.3岁,对36例病例样本评估的因素包括年龄、性别、神经功能缺损、病情达高峰时间等。骨盆入射角不能预测腰椎滑脱的预后,而滑移程度与滑脱的进展有关,但其研究可能在患者的选择上存在偏倚。Park等[54]评估了脊柱-骨盆矢状面平衡参数和脊柱滑脱患者的关系,对34例脊柱滑脱患者进行了前瞻性分析,患者平均年龄为48.9岁。结果发现邻近阶段的退变与治疗后骨盆入射角有相关性,而与治疗前骨盆入射角无相关性。 Barrey等[55]发现退行性腰椎滑脱患者较骨盆入射角匹配相当的对照组骶骨倾斜角小,骨盆倾斜角增大,腰椎前凸减小,胸椎后凸角无差别,脊柱-骨盆矢状面平衡前移。而Vialle等[56]将发育性腰椎滑脱症与正常人相比发现,发育性腰椎滑脱患者骶骨倾斜角增大,骨盆倾斜角增大,腰椎前凸增大,胸椎后凸角减小。结果表明随滑脱程度的加大,骨盆入射角增大,骨盆倾斜角逐渐加大,胸椎后凸角逐渐减小,腰椎前凸逐渐增大。在强直性脊柱炎伴胸腰椎后凸畸形患者中,骨盆代偿是一个极其重要的因素,当骨盆代偿到极限时,骶骨变为垂直骶骨甚至骶骨上翘,骨盆倾斜角增大。因此,对于腰椎滑脱症的治疗,不仅要关注局部的病变,更要注重该疾病对脊柱-骨盆矢状面平衡的影响。骨盆参数的异常在腰椎滑脱症的发生发展中起到非常重要的作用,对该疾病的治疗,恢复异常的骨盆参数也是非常重要的,这可避免脊柱-骨盆矢状面的失衡。 4.2 脊柱-骨盆矢状面平衡对脊柱畸形的影响 脊柱侧弯是导致脊柱-骨盆矢状面形态发生改变的常见原因之一,脊柱-骨盆矢状面平衡对脊柱侧弯的发生有重要影响,两者的确切关系仍不清楚。Tanguay等[57]为评估脊柱-骨盆矢状面平衡对脊柱侧弯的影响,对60例脊柱侧弯患者行后路脊柱内固定矫形融合前后的柱-骨盆矢状面平衡参数进行回顾性研究。结果发现骨盆参数之间能够互相影响,脊柱矫形前后骨盆入射角、骨盆倾斜角、骶骨倾斜角均无显著变化,且矫形后骨盆入射角与腰椎前凸的相关性仍存在。 Schwab等[58]认为脊柱-骨盆矢状面平衡参数是研究成人脊柱畸形的一个关键参数。并且发现如果患者矫形后的椎前凸超过其预测值的可信区间,则在治疗时骨盆负荷将超过人体脊柱-骨盆矢状面平衡的生物力学代偿能力,平背畸形随之发生。邱勇等[59]探讨特发性脊柱侧凸患者的胸椎矢状面形态对腰骶椎矢状面形态的影响,认为胸弯型脊柱侧凸患者的胸椎矢状面形态对患者的腰椎前凸有明显影响,并通过上腰椎对整个腰椎产生影响,在对主弯为胸椎的脊柱侧凸患者进行选择性胸椎融合时必须考虑胸椎矢状面形态对腰骶椎矢状面形态的这种相互影响。"
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