應(yīng)力與腰椎小關(guān)節(jié)退變及方向變化關(guān)系的實驗及臨床研究.pdf

1、背景：退行性腰椎滑脫(Degenerafive Lumbar Spondylolisthesis,簡稱DLS)是指椎弓的完整性沒有遭到破壞,由于腰椎的退行性變引起的相鄰椎體之間的滑移,導(dǎo)致臨床上出現(xiàn)下腰痛、神經(jīng)根性疼痛、麻木、感覺異?；蚋杏X、運動減退及間歇性跛行等臨床表現(xiàn)的疾病。該病多見于50歲以上,以腰4/5滑脫多見,女性的發(fā)病率約是男性的4倍,總的發(fā)病率約為8.7％。隨著人口老齡化,此病的發(fā)病率將會越來越高,給老年人的生活帶來不便,

2、給家庭和社會帶來經(jīng)濟負擔(dān)。
　　 自1930年Junghanns第一次描述退行性腰椎滑脫以來,隨后許多學(xué)者進行了大量的研究,到目前為止對DLS的病因及發(fā)病機制的認識仍存在爭議。既往認為DLS是全身、局部多因素作用的結(jié)果,其中妊娠、關(guān)節(jié)松弛和卵巢切除被認為是女性的易患因素；局部因素主要集中在腰椎間盤的退變、小關(guān)節(jié)的退變、周圍軟組織的退變松弛等。在引起DLS的諸多因素中,腰椎小關(guān)節(jié)的退變、小關(guān)節(jié)方向的矢狀化改變及小關(guān)節(jié)不對稱,在DL

3、S的發(fā)生、發(fā)展過程中起著重要的作用,目前在這方面的研究結(jié)果也存在很大的爭議。
　　 國內(nèi)外很多研究發(fā)現(xiàn),DLS的滑脫節(jié)段小關(guān)節(jié)方向更加偏向矢狀位,認為小關(guān)節(jié)方向的矢狀化是DLS的危險因素。這是由于原來近似冠狀面的小關(guān)節(jié)向矢狀面方向改變,導(dǎo)致其對抗脊椎前向剪切力的能力減弱,引起脊柱向前滑脫。但是有些學(xué)者認為小關(guān)節(jié)方向的矢狀化與DLS并無相關(guān)性。然而小關(guān)節(jié)方向矢狀化的原因目前仍不明確,研究結(jié)果迥異。目前存在兩種不同的觀點:一種觀點認

4、為小關(guān)節(jié)方向偏向矢狀位是DLS的易患因素,DLS患者先天存在小關(guān)節(jié)偏向矢狀位[7,6,10]；而有些學(xué)者則和這種觀點不同,Love等認為,腰椎小關(guān)節(jié)方向的矢狀化改變是退行性腰椎滑脫過程中小關(guān)節(jié)的病理改變,是小關(guān)節(jié)退變重新塑形的結(jié)果,并非先天存在的,并認為腰椎退變、腰骶角的增大、全身韌帶的松弛、妊娠、激素水平改變等多種因素綜合作用,導(dǎo)致腰椎小關(guān)節(jié)應(yīng)力增加,小關(guān)節(jié)發(fā)展為骨性關(guān)節(jié)炎,關(guān)節(jié)重新塑形后方向偏向矢狀位。Fujiwara等[13]認為

5、小關(guān)節(jié)方向呈矢狀化改變與小關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎是高度相關(guān)的,在沒有DLS的人當(dāng)中也存在。Pfirrmann等[14]認為,退行性腰椎滑脫的腰椎小關(guān)節(jié)呈矢狀位是為了適應(yīng)小關(guān)節(jié)病理和生物力學(xué)上的變化。更加矢狀化的腰椎小關(guān)節(jié)可能存在腰椎后柱結(jié)構(gòu)力學(xué)上的破綻,即對抗腰椎前移載荷的相對面積減小,增加了小關(guān)節(jié)局部的應(yīng)力,從而可加速腰椎小關(guān)節(jié)退行性改變。戴力揚[9]認為小關(guān)節(jié)不對稱對椎間盤退變和DLS有病因?qū)W意義。Cyron和Hutton]指出小關(guān)節(jié)不對稱

6、導(dǎo)致小關(guān)節(jié)在旋轉(zhuǎn)時腰椎不穩(wěn),小關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)向更加偏向冠狀面一側(cè)的小關(guān)節(jié),更加矢狀化的小關(guān)節(jié)有更大的小關(guān)節(jié)壓力,從而使這些節(jié)段小關(guān)節(jié)產(chǎn)生退行性變。
　　 腰椎小關(guān)節(jié)退變的發(fā)生和進展與異常應(yīng)力載荷的關(guān)系密切。小關(guān)節(jié)的退變可能是由于通過小關(guān)節(jié)局部應(yīng)力增加所誘發(fā)的。異常應(yīng)力可以引起關(guān)節(jié)軟骨退變已被很多研究所證實,有高應(yīng)力與低應(yīng)力兩種學(xué)說,低應(yīng)力首先引起軟骨細胞退變,高應(yīng)力首先引起基質(zhì)破壞。盡管目前已經(jīng)確定異常力學(xué)載荷是引起軟骨損傷的重要原因,

7、但是從軟骨損傷發(fā)展到OA的確切機制目前仍然是未知的。雖然腰椎小關(guān)節(jié)退變和其他其他滑膜關(guān)節(jié)的類似,主要表現(xiàn)為骨性關(guān)節(jié)炎,但腰椎小關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機制還不清楚,應(yīng)力與腰椎小關(guān)節(jié)退變及其方向變化的關(guān)系少有研究,本實驗通過對小關(guān)節(jié)加載應(yīng)力,測量小關(guān)節(jié)角度,觀察腰椎小關(guān)節(jié)軟骨退變后的病理學(xué)變化以及炎性細胞因子的表達,探討異常應(yīng)力導(dǎo)致腰椎小關(guān)節(jié)退變的機制以及小關(guān)節(jié)退變與小關(guān)節(jié)方向變化的關(guān)系。臨床研究采用回顧性病例.對照設(shè)計,隨機選取退行性腰椎滑

8、脫患者和正常人各60名,測量小關(guān)節(jié)角度并計算出小關(guān)節(jié)不對稱角度,觀察小關(guān)節(jié)的退變程度,探討退行性腰椎滑脫腰椎小關(guān)節(jié)不對稱與小關(guān)節(jié)退變程度的關(guān)系及其臨床意義。
　　 目的：
　　 1、通過建立腰椎間盤退變的動物模型,探討纖維環(huán)穿刺抽吸髓核法誘導(dǎo)兔腰椎間盤退變建立動物模型的可行性,建立一種可靠、有效、可重復(fù)性好的兔腰椎間盤退變的動物模型,適用于研究椎間盤退變對腰椎小關(guān)節(jié)退變的影響。
　　 2、通過對兔腰椎小關(guān)節(jié)加載拉

9、簧建立動物模型,觀察高應(yīng)力作用下腰椎小關(guān)節(jié)的病理變化,以探討退變腰椎小關(guān)節(jié)的病理變化特點,以及高應(yīng)力對腰椎小關(guān)節(jié)退變的影響。
　　 3、觀察高應(yīng)力作用下腰椎小關(guān)節(jié)方向的變化,探討高應(yīng)力對腰椎小關(guān)節(jié)方向變化的影響。
　　 4、觀察腰椎小關(guān)節(jié)退變后其方向的變化,探討腰椎小關(guān)節(jié)方向的改變與小關(guān)節(jié)退變的關(guān)系。
　　 5、觀察炎性細胞因子在退變腰椎小關(guān)節(jié)軟骨中的表達,探討細胞因子在腰椎小關(guān)節(jié)軟骨退變過程中的作用。
　

10、　 6、探討DLS腰椎小關(guān)節(jié)不對稱與小關(guān)節(jié)退變程度的關(guān)系及其臨床意義。
　　 方法：
　　 1、將24只6月齡健康新西蘭白兔的L3/4、L5/6椎間盤納入實驗組,將L2/3、L4/5椎間盤作為對照組,實驗組和對照組各48個椎間盤。戊巴比妥靜脈麻醉后,采用右后外側(cè)腹膜后入路,用無菌塑料套筒套住21G穿刺針,使其尖端保留5mm長度,于纖維環(huán)外側(cè)平行終板方向刺入L3/4、L5/6椎間盤,抽吸髓核組織。術(shù)后6周,在靜脈麻醉下進

11、行腰椎MRI掃描,觀察和分析L3/4、L5/6椎間盤的退變程度,并和對照組比較。
　　 2、將42只6月齡新西蘭白兔隨機分為4組:正常對照組(A組)6只,椎間盤退變組(B組)12只,小關(guān)節(jié)加力組(C組)12只,椎間盤退變小關(guān)節(jié)加力組(D組)12只。通過對C組和D組兔腰椎小關(guān)節(jié)(L3/4、L5/6)加載預(yù)制的拉簧,建立異常高應(yīng)力下誘導(dǎo)腰椎小關(guān)節(jié)退變的動物模型。
　　 3、分別在術(shù)后4月、8月取兔腰椎標(biāo)本,對兔腰椎標(biāo)本進行M

12、icroCT掃描,并在橫斷面測量腰椎小關(guān)節(jié)角,觀察高應(yīng)力下腰椎小關(guān)節(jié)方向的變化。
　　 4、收取兔腰椎小關(guān)節(jié),進行番紅O-快綠染色,觀察軟骨結(jié)構(gòu)、基質(zhì)著色情況,用Mankin軟骨組織學(xué).組織化學(xué)評分標(biāo)準判斷軟骨退變程度。
　　 5、免疫組織化學(xué)染色,觀察炎性細胞因子IL-1β、IL-6及TNF-α在退變腰椎小關(guān)節(jié)軟骨中的表達。
　　 6、隨機從2004年5月～2009年8月我院收治的102例DLS患者中選取60例

13、作為觀察組,從300名在我院行體檢無脊柱疾患的人員中選取與DLS組年齡、性別相匹配的60名作為對照組。在MRI上測量L3/4、L4/5、L5/S1兩側(cè)小關(guān)節(jié)角并計算出小關(guān)節(jié)不對稱角度,同時觀察小關(guān)節(jié)的退變程度,將其分為4度。并對所測參數(shù)進行相關(guān)性分析。
　　 7、統(tǒng)計分析方法:采用SPSS13.0對測得的數(shù)據(jù)進行分析,計量資料采用(X)±S表示,兩組間的比較,計量資料采用獨立樣本,檢驗,等級資料及計數(shù)資料采用Mann-Whitn

14、ey U檢驗,計量資料多組間比較用單因素方差分析(One-wayANOVA)或Welch法,多重比較用LSD法或Dunnett T3法,等級資料及計數(shù)資料多組間的比較用Kruskal-Wallis H檢驗,多重比較用Mann-Whitney U檢驗,并對檢驗水準進行校正。小關(guān)節(jié)退變Mankin評分與小關(guān)節(jié)角度采用雙變量相關(guān)性分析(Pearson)。小關(guān)節(jié)不對稱角度與小關(guān)節(jié)退變程度采用雙變量相關(guān)性分析(Spearman)。檢驗水準α=0.

15、05。
　　 結(jié)果：
　　 1、術(shù)后6周兔腰椎MRI T2WI顯示:L3/4、L5/6椎間盤信號降低變黑,而作為對照組的L2/3、L4/5椎間盤信號始終呈高信號,采用Mann-Whimey U檢驗顯示,實驗組(平均秩70.13)與對照組(平均秩26.88)間的改良Thompson分級有顯著差異(U=114.000,P=0.000)。
　　 2、經(jīng)單因素方差分析顯示,4組間小關(guān)節(jié)角度有顯著性差異(4月時F=3.86

16、2,P=0.016;8月時F=4.775,P=0.006)；用LSD方法進行多重比較顯示,相同時間,A組和B組間的小關(guān)節(jié)角度均無顯著性差異(P均>0.05),C組和D組間的小關(guān)節(jié)角度均無顯著性差異(P均>0.05),小關(guān)節(jié)加力組(C組和D組)的小關(guān)節(jié)角度較小關(guān)節(jié)未加力組(A組和B組)小,差異均有顯著性意義(P均<0.05)；同組8月時的小關(guān)節(jié)角度較4月時小,即同組8月時的小關(guān)節(jié)更偏向矢狀位,差異均有顯著性意義(P均<0.05)。

17、　　 3、兔腰椎小關(guān)節(jié)大體標(biāo)本觀察:正常兔腰椎小關(guān)節(jié)面呈灰白色、半透明、表面光滑,關(guān)節(jié)囊有彈性；輕度退變的小關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)面呈淡黃色,關(guān)節(jié)軟骨變??；嚴重退變的小關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)面有較大面積的軟骨剝脫,軟骨下骨質(zhì)外露,關(guān)節(jié)突邊緣有大量骨贅形成甚至融合,撕開關(guān)節(jié)仍可見關(guān)節(jié)面中央有軟骨存在。
　　 4、小關(guān)節(jié)軟骨番紅O-快綠染色后,用Mankin組織學(xué)-組織化學(xué)評分標(biāo)準判斷軟骨退變程度。經(jīng)單因素方差分析顯示,4組間的小關(guān)節(jié)退變程度有顯著性差異(4

18、月時F＝38.538,P=0.000；8月時F=55.125,P=0.000)；用LSD方法進行多重比較顯示,相同時間,A組和B組間的小關(guān)節(jié)退變程度無顯著差異(P均>0.05),C組和D組間的小關(guān)節(jié)退變程度無顯著差異(P均>0.05)；小關(guān)節(jié)加力組(C組和D組)的小關(guān)節(jié)退變程度較小關(guān)節(jié)未加力組(A組和B組)嚴重,差異均有顯著性意義(P均<0.05)；同組8月時小關(guān)節(jié)退變程度較4月時嚴重,差異均有顯著性意義(P均<0.05)。小關(guān)節(jié)的退變

19、程度與小關(guān)節(jié)角度之間存在負相關(guān)關(guān)系(4月時r=-0.527,P=0.000；8月時r=-0.424,P=0.003)。
　　 5、免疫組化染色顯示,4月時A組和B組軟骨表層的個別軟骨細胞中呈IL-1β陽性表達,無TNF-α、IL-6表達；8月時A組和B組中上層軟骨細胞及細胞外基質(zhì)可見有IL-1β、IL-6及TNF-α的表達。4月時C組和D組中上層軟骨細胞、甚至是全層均可見有IL-1β、IL-6及TNF-α的表達；8月時C組和D組

20、均見有IL-1β、IL-6及TNF-α的表達,但由于基質(zhì)降解變薄,軟骨細胞凋亡,細胞因子表達的陽性率反而下降。同一退變軟骨標(biāo)本中呈IL—1β陽性染色的軟骨細胞數(shù)稍多于呈IL-6、TNF-α陽性染色的軟骨細胞數(shù)。
　　 6、腰椎左側(cè)小關(guān)節(jié)方向比右側(cè)更偏向矢狀位,但這僅在DLS組L3/4(t=3.047,P=0.003)、L4/5(t=3.710,P=0.000)兩個節(jié)段有顯著性差異；DLS組小關(guān)節(jié)均比對照組相應(yīng)節(jié)段更偏向矢狀位,在

21、L3/4(t=4.178,P=0.000)、L4/5(t=6.703,P=0.000)節(jié)段有顯著性差異。DLS組三個節(jié)段間小關(guān)節(jié)不對稱角度有顯著性差異(F=10.440,P=0.000),DLS組中L4/5小關(guān)節(jié)不對稱角度比L3/4(P=0.000)、L5/S1(P=0.102)大,而對照組三個節(jié)段小關(guān)節(jié)不對稱角度無顯著性差異(F=2.577,P=0.079)。DLS組三個階段間小關(guān)節(jié)不對稱程度有顯著性差異(X2=23.647,P=0.

22、000),對照組三個階段間小關(guān)節(jié)不對稱程度有顯著性差異(X2=7.633,P=0.022),結(jié)果顯示在DLS組中L4/5節(jié)段小關(guān)節(jié)不對稱程度比另外2個節(jié)段嚴重,差異有顯著性意義(P均<0.017),DLS組小關(guān)節(jié)不對稱程度較對照組相應(yīng)節(jié)段嚴重,差異有顯著性意義(P均<0.05)。經(jīng)用雙變量相關(guān)分析顯示:在下腰椎3個節(jié)段中,兩組均顯示小關(guān)節(jié)退變越嚴重,小關(guān)節(jié)不對稱角度越大,小關(guān)節(jié)不對稱與小關(guān)節(jié)退變程度呈正相關(guān),Spearman相關(guān)檢驗均有

23、顯著性意義(P均<0.05)。
　　 結(jié)論：
　　 1、采用纖維環(huán)穿刺抽吸髓核的方法在不破壞椎間盤整體結(jié)構(gòu)和自身免疫屏障的前提下可誘導(dǎo)兔椎間盤的進行性退變,可以為研究椎間盤退變對腰椎小關(guān)節(jié)退變的影響提供有效的動物模型。
　　 2、兔腰椎小關(guān)節(jié)和其它滑膜關(guān)節(jié)一樣,在異常應(yīng)力作用下可發(fā)展為骨性關(guān)節(jié)炎(OA),兔可以作為一種研究脊柱退行性疾病的穩(wěn)定模型。應(yīng)力作用時間越長,小關(guān)節(jié)退變越嚴重。小關(guān)節(jié)退變程度越重,小關(guān)節(jié)的方

24、向越偏向矢狀位,小關(guān)節(jié)退變程度與小關(guān)節(jié)角度之間存在負相關(guān)關(guān)系。
　　 3、退變的小關(guān)節(jié)軟骨細胞可異常合成、分泌細胞因子,細胞因子參與了軟骨細胞功能改變和基質(zhì)降解,細胞因子在小關(guān)節(jié)退變的不同時期起著重要的作用,細胞因子表達的陽性強度與OA的嚴重程度不平行。椎間盤退變不是小關(guān)節(jié)OA的最重要的因素。
　　 4、小關(guān)節(jié)不對稱在下腰椎中普遍存在:小關(guān)節(jié)不對稱與小關(guān)節(jié)的退變程度呈正相關(guān)；小關(guān)節(jié)不對稱不僅是小關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎重塑的結(jié)果,