我国高龄腰椎间盘突出症人群脊柱 - 骨盆矢状面影像学特点

宋继彭 鲁世保 朱卫国 潘福敏 孔超

作者单位：100032 北京，首都医科大学宣武医院骨科

腰椎间盘突出症 ( lumbar intervertebral disc herniation，LDH ) 是脊柱常见病之一[1]，其发病可能与异常的脊柱 - 骨盆矢状面形态有关[2]。骨盆作为整个脊柱的“基石”，不同的形态就决定了不同的生物力学，进而导致不同的脊柱形态。除此之外，当人体处于平衡状态时，不同的身体形态的形成不同的脊柱矢状面参数，产生不同特点的生物力学，进而影响脊柱的退变[3]。因此深入研究不同骨盆 - 脊柱矢状面参数可能有助于骨盆 - 脊柱疾病的预防、手术方案的制订、理解发病机制以及为未来研究做参考。既往研究通过对比成人腰椎间盘退变患者与正常对照组的影像学资料，发现病例组具有较小的骨盆入射角 ( pelvic incidence，PI )、骨盆倾斜角 ( pelvic tilt，PT )、腰椎前凸角 ( 1umber lordosis，LL )，较大的骶骨倾斜角 ( sacral slope，SS )、胸椎后凸角 ( thoracic kyphosis，TK ) 以及更加前移的 C7铅垂线[4]。因此，探究 LDH 患者的矢状面形态特征对于更好地理解 LDH 的发生机制并辅助手术策略的制订具有重要意义。目前已有较多研究报道中青年及老年 LDH 人群脊柱 - 骨盆矢状面形态特点[4-5]，然而鲜有研究着重分析高龄 ( ≥ 75 岁 ) LDH 患者的脊柱 -骨盆矢状面形态特点。随着我国人口老龄化进程的加速，我国已进入老龄化社会[6]。高龄人口越来越多，严重影响人们生活质量的增龄性疾病日益受到关注。麻醉水平的提高、手术技术的改进和围术期管理的进步，保证了高龄 LDH 患者手术安全并使得越来越多的高龄脊柱病变患者愿意接受脊柱手术。回顾性分析 2018 年 1 月至 2020 年 10 月，于我院就诊的 100 例高龄 LDH 患者的影像学和临床资料，探讨高龄 LDH 患者脊柱 - 骨盆矢状面形态，以更好地理解高龄 LDH 发病机制并为高龄融合手术提供参考具有重要帮助。

资料与方法

一、纳入标准与排除标准

1. 纳入标准：( 1 ) 年龄 ≥ 60 岁；( 2 ) 通过询问病史、体格检查和腰椎 MRI，确诊为 LDH[7]；( 3 ) 入院拍摄站立位脊柱全长正侧位 X 线片并且资料完整。

2. 排除标准：( 1 ) 同时伴有脊柱侧后凸畸形、腰椎滑脱、椎体骨折、椎体感染、椎体肿瘤等病史；( 2 ) 有脊柱骨盆手术史。

二、临床资料

本组共纳入 100 例，其中男 55 例，女 45 例；平均年龄 ( 78.9±2.9 ) 岁。同时以相同的纳入标准及排除标准，选取 100 例 60～75 岁的老年 LDH 患者作为对照分析，其中男 48 例，女 52 例，平均年龄( 66.2±4.1 ) 岁。选择文献中我国正常老年人相关参数作为比较[8]。此研究纳入患者资料收集符合首都医科大学宣武医院伦理要求，患者资料使用经患者知情同意。

三、影像学指标

患者自然站立，平视前方，双手握拳置于锁骨上，拍摄脊柱全长片。通过 PACS 软件进行影像学参数测量。站立位脊柱全长正侧位 X 线片上脊柱矢状面参数：( 1 ) LL：L1上终板与 S1上终板间夹角；( 2 ) TK：T4椎上终板与 T12下终板间夹角；( 3 ) 胸腰段后凸角 ( thoracolumbar kyphosis，TLK )：T10上终板与 L2下终板夹角；( 4 ) 矢状面平衡 ( sagittal vertical axis，SVA )：C7铅垂线到 S1终板后上角之间的水平距离，在骶骨后角之前为正，之后为负。骨盆矢状面参数：( 1 ) PI：S1上终板中点垂线与 S1上终板中点及股骨头中心点连线的夹角；( 2 ) PT：S1上终板中点到股骨头中心点连线和垂线之间的夹角；( 3 ) SS：S1上终板与水平线的夹角；( 4 ) T1骨盆角( T1pelvic angle，TPA )：T1椎体中心和股骨头中心连线，与股骨头中心和骶骨上终板中点连线形成的夹角。所有测量由同一名研究者在双盲前提下对两组患者进行两次矢状面参数测量，结果取平均值并记录 ( 图1 )。

图1 脊柱、骨盆矢状面参数测量方法示意图图2 a：患者，男，65 岁，下肢放射痛 6 年余，矢状位 X 线片示退变减小的腰椎前凸和代偿性减小的胸椎后凸以及骨盆后旋；b：患者，男，81 岁，间歇性跛行 3 年余，其矢状位 X 线片示代偿性骨盆后旋，整体矢状面的前移以及失代偿性增大的胸椎后凸Fig.1 The schematic diagram of sagittal plane parameter measurement of spine and pelvisFig.2 a: Sagittal morphology of a 65-year-old man with radiation lower limb pain for more than 6 years. Lumbar lordosis with reduced degeneration and reduced compensated thoracic kyphosis, and pelvic posterolateral rotation; b: In an 81-year old male with intermittent limping for more than 3 years, the sagittal morphologic characteristics indicated compensatory pelvic back rotation, overall sagittal plane forward rotation, and decompensated enlarged thoracic kyphosis

四、统计学处理

统计本研究老年 LDH 患者各脊柱骨盆参数，选择与马清伟等[8]对 106 例正常中国中老年人相关骨盆 - 脊柱矢状面影像学参数数据作比较。将本研究测量的老年 LDH 患者与高龄 LDH 患者脊柱 - 骨盆参数进行比较并进行组内参数间相关性分析。采用SPSS 19.0 软件进行统计学分析，对所有数据均进行描述性分析和正态检验，如果符合正态分布则用独立样本t检验，反之用方差分析。计量资料以±s表示，分类变量用率表示。本研究纳入计量资料均符合正态分布。与既往研究文献中老年 LDH 人群参数比较采用编程两样本Z检验，本研究测量不同年龄参数之间采用独立样本t检验及 Pearson 相关性分析，P＜ 0.05 为差异有统计学意义。

结 果

一、老年组脊柱 - 骨盆矢状面参数的比较

对本研究老年组与正常老年[8]各脊柱 - 骨盆矢状面参数中，PI 差异无统计学意义，而 TK、LL、PT、SS、SVA 之间差异有统计学意义 (P＜ 0.05 )。LDH 患者 TK、LL、SS 小于正常中老年人群，而PT、SVA 大于正常中老年人群 ( 表1 )。

表1 两组矢状面参数平均值及其方差 Z 检验结果 ( x-±s )Tab.1 Mean values of sagittal plane parameters and Z test results of variance in the two groups ( ± s )

表1 两组矢状面参数平均值及其方差 Z 检验结果 ( x-±s )Tab.1 Mean values of sagittal plane parameters and Z test results of variance in the two groups ( ± s )

参数 正常中老年( n = 106 )老年组( n = 93 ) Z 值 P 值年龄 ( 岁 ) 62.4± 5.2 66.2±4.1 - -TK ( ° ) 34.0±10.7 27.7±7.3 4.900 0.000 LL ( ° ) 49.2± 9.1 32.9±7.1 8.693 0.000 PT ( ° ) 13.2± 6.6 16.2±7.4 -3.000 0.003 SS ( ° ) 33.3± 5.5 30.9±7.7 2.498 0.012 PI ( ° ) 46.5± 7.6 46.9±9.0 -0.336 0.737 SVA ( mm ) -5.0±30.0 5.6±3.4 -3.611 0.000

二、高龄组与老年组脊柱 - 骨盆矢状面参数的比较

本研究高龄组和老年组患者性别分布和 BMI 差异无统计学意义；两组 PI、PI-LL、LL 之间差异无统计学意义，高龄组 SS 小于老年组，TK、TLK、PT、SVA、TPA、PI-LL 大于老年 LDH 组，差异有统计学意义 ( 表2 )。

表2 高龄组与老年组脊柱 - 骨盆矢状面参数的比较 ( n = 100，± s )Tab.2 Comparison of spin-pelvis sagittal plane parameters between t he LDHpatients-aged≥ 75 years and the LDH patients aged 60 - 75 years( n= 100,x±s )

表2 高龄组与老年组脊柱 - 骨盆矢状面参数的比较 ( n = 100，± s )Tab.2 Comparison of spin-pelvis sagittal plane parameters between t he LDHpatients-aged≥ 75 years and the LDH patients aged 60 - 75 years( n= 100,x±s )

参数 老年组 高龄组 Z 值 P 值年龄 ( 岁 ) 66.20± 4.10 78.90± 2.90 - -TK ( ° ) 27.70± 7.30 32.27±12.35 -2.995 0.003 TLK ( ° ) 6.81± 5.24 11.15± 8.14 -4.162 0.000 LL ( ° ) 32.90± 7.10 32.34.± 6.39 0.574 0.562 PT ( ° ) 16.20± 7.40 20.19± 9.15 -3.064 0.003 SS ( ° ) 30.90± 7.70 27.51± 6.93 2.997 0.003 PI ( ° ) 46.90± 9.00 47.38± 9.86 -0.327 0.747 SVA ( mm ) 5.60± 3.40 8.88± 4.03 -5.943 0.000 TPA ( ° ) 14.22± 6.73 22.48± 8.95 -5.054 0.000 PI-LL ( ° ) 16.60±10.76 15.04±10.85 -0.693 0.497

三、老年与高龄患者脊柱 - 骨盆矢状面参数间的相关性

老年组的各脊柱 - 骨盆矢状面参数间相关性分析发现 TK 与 LL 显著相关 (P＜ 0.01 )，LL 与 PI、SS、PT、TPA 显著相关 (P＜ 0.01 )，PT 与 SS 显著负相关 (P＜ 0.01 )，与 SVA、TPA、PI-LL 显著相关(P＜ 0.01 )，SVA、TPA 与 PI-LL 显著相关 (P＜ 0.01 )( 表3 )。

表3 老年组影像学参数相关性分析Tab.3 Correlation analysis of imaging parameters in the the LDH patients aged 60 - 75 years

高龄组的各脊柱 - 骨盆矢状面参数间相关性分析发现 LL 与 SS 显著相关，与 SVA、TPA 显著负相关 (P＜ 0.01 )；PI 与 SS、PT、TPA 显著相关 (P＜0.01 )；PT 与 SS 显著负相关 (P＜ 0.01 )，与 TPA、PI-LL 显著相关 (P＜ 0.01 )；SVA、TPA 与 PI-LL 显著相关 (P＜ 0.01 ) ( 表4 )。

表4 高龄组影像学参数相关性分析Tab.4 Correlation analysis of imaging parameters in the LDH patients aged ≥ 75 years

讨 论

自骨盆参数 PI 提出以来，脊柱 - 骨盆矢状面形态逐渐引起脊柱外科医师的重视，并成为临床研究热点[9-10]。良好的脊柱 - 骨盆矢状面形态可以保持头部重心在骨盆上方，从而实现以最小的能量付出维持身体平衡即 “经济锥理论”[11]。而国内外许多研究发现异常的脊柱 - 骨盆矢状面形态不仅会加重脊柱退变，还可能与脊柱畸形、椎体滑脱和椎管狭窄等脊柱疾病相关[12-13]。Glassman 等[14]的研究也通过测量结果表明矢状面脊柱排列比冠状面更重要，矢状面序列与患者的疼痛及生活质量密切相关。

在单病种研究中，既往有许多关于不同年龄段的 LDH 患者的脊柱 - 骨盆矢状面形态的对比研究。江龙等[5]的研究认为青少年 LDH 人群具有较平直的脊柱形态及水平化的骶骨的形态特点是缓解疼痛的保护体位所致。Jackson 等研究提供了中老年 LDH人群的矢状面数值，并为脊柱畸形融合提供相对正常的矢状面的平衡参考值。Zárate-Kalfópulos 等[15]研究发现在老年 LDH 患者中，随着年龄的增加，LL和 SS 减小，SVA 增大，并认为 LL 减小源于椎间盘的楔形变[16]。笔者的研究结果发现相对于国内正常中老年人[8,17]，老年 LDH 人群 TK、LL、SS 较小，而 PT、SVA 增大，且存在显著差异性，PI 之间不具有差异性。Ailon 等[18]研究发现在正常老年人群中TK 随着年龄的增加而增大。本研究发现老年组 TK与正常中老年人相比显著减小，说明了 LDH 患者TK 代偿性减小的事实，这与之前关于 LDH 的研究结果相同。SS 调节 LL 的大小，随着 SS 的减小，LL的下端曲度变小，进而导致 LL 曲度的进一步减小。本研究同样发现 SS 和 LL 密切相关，且老年 LDH 人群 LL 为 ( 32.9±7.1 ) ° 较正常中老年人数值明显减小。以上发现说明对于老年 LDH 人群，腰椎间盘突出症对脊柱 - 骨盆矢状面形态序列变化的影响明显大于年龄退化等因素。对此笔者认为 LDH 的发病与生物力学密切相关。相对平直的腰椎曲度可能会使椎间盘承受更大的压力负荷，进一步导致腰椎间盘突出的发生。以往研究表明，机械负荷可能改变某些特定基因的表达，从而使椎间盘逐步变为硬化纤维组织，从而失去其静水压特征，导致腰椎间盘突出等相关疾病的发生[19]。另外，较直的腰椎曲度增加终板承载压力，可能更易发生终板疲劳骨折而启动椎间盘退变机制[20-21]。

以往一些研究认为骨盆的矢状面形态参数 PI 反映了骶骨终板与股骨头的相对位置。在成人肌肉骨骼发育成熟后，PI 依然保持不变[22]。理论上小的 PI值会匹配较小的 SS 进而导致 LL 较小，这代表骨盆后旋代偿矢状面失衡的能力降低，PI 偏低人群矢状面的平衡较 PI 正常者更易被打破，同时也增加了腰椎间盘的椎间压力，易发生腰椎退行性变。有研究就发现，LDH 患者 PI 较正常人群减小[10]。但本研究未发现老年 LDH 患者与正常老年人 PI 差异性，笔者分析原因可能是本研究纳入人群不同，之前关于退变性疾病的研究，本身纳入的样本可能降低了 PI值。另外，本研究纳入对象的年龄大于之前研究，这可能存在年龄、环境、生物力学等致病因素，从而减少了生物力学在其发病机制中的地位。PI 较小在人群中本身只占小部分，随着年龄的增加，其它致病因素的参与，导致老年 LDH 患者 PI 与正常老年人无差异性。同理可得高龄人群与之相似。

随着我国步入老龄化社会，就诊的高龄 LDH 患者越来越多，但其矢状面参数缺乏相关研究。本研究发现对于高龄组 LDH 患者脊柱 - 骨盆矢状面形态除了以上的特点外，其 TK 相对于老年 LDH 患者明显增大，TLK、SVA、TPA 增大且超出正常我国中老年人群[8]，而 LL 未发现显著性减小。LL 与 SS 显著正相关，与 SVA、TPA 显著负相关。随着年龄增加导致的脊柱退变，LL 逐渐减小，但 Korovessis 等[23]报道无症状人群的 LL 与年龄无明显相关。马清伟等[8]也未发现国内正常青年和中老年人 LL 存在差异性，其分析可能是因为正常中老年人胸椎后凸增大，胸椎后凸和腰椎前凸存在代偿关系，从而抵消蜕变消失的部分腰椎前凸，最终使 LL 无明显变化。因此对于正常高龄人群与老年人群，笔者认为 LL 也不存在差异性。本研究发现高龄人群 LL 减小但和老年人相比未发现差异性。首先，这可能与腰椎自身活动度较小有关；其次，随着年龄的增加 ( 尤其是高龄人群 )，腰椎退变角度可能接近极限。高龄人群中脊柱 - 骨盆整体代偿会引起整体矢状面的前倾，导致 SVA 增大 ( 6.4 cm )，TPA 均值也 ( 19.0° ) 大于此前国内外的研究值 ( 9.0° 和 11.9° )[24-25]。以上结果与笔者日常工作发现高龄 LDH 就诊患者严重驼背严重、屈膝前行、步态缓慢的表现相符合。

既往对于这些 LDH 患者形态学变化的解释，有学者认为可能是为缓解神经放射性刺激疼痛而采取的一种保护性体位。然而疼痛并不是脊柱矢状面形态受损变化的惟一原因，其它还包括老龄化 ( 衰老 )伴随的韧带松弛、椎间盘退化、肌肉脂肪浸润以及椎旁肌肉动力不稳等。有研究发现，椎间盘高度在50 岁以后可被观察到明显下降，各矢状面参数也在60 岁以后下降趋势明显[26]。Fortin 等[27]研究发现，随着年龄的增加，竖脊肌和多裂肌的横截面积逐渐减小，脂肪浸润增加，年龄与椎旁肌肉的改变程度有明显的相关性。腰背部肌肉 ( 椎旁肌群是其重要组成部分 ) 作为脊柱稳定器的一部分，在腰椎疾病的预防及治疗中起关键作用，且脊椎旁肌肉质量与腰背活动以及疼痛关系密切。因此对于高龄人群TK、SVA、TPA 增大，笔者认为与高龄化导致的肌肉质量变化有关。若其力量不足有效对抗正常功能活动及外在负荷，则会出现身体前倾等不稳现象。之前有研究发现随着年龄增长，水和钾在细胞内逐渐减小，蛋白质的生物合成减少，这导致肌肉力量的降低并且细胞分化为脂肪的潜能增加，肌间脂肪随年龄增长而聚集，而脂肪浸润程度与肌肉力量密切相关[28-29]。除此之外，之前研究发现随着年龄增加，在胸腰段这一应力过渡交界区域椎间盘及椎体倾斜增大[30]。高龄人群普遍存在骨质疏松，椎体多出现楔形变。因此不难理解，高龄 LDH 患者中椎体和椎间盘的楔形变对变大的胸椎及胸腰段后凸角的组成影响很大。

本研究还发现高龄人群中 LL 与 SS 显著正相关，与 SVA、TPA 显著负相关，说明高龄 LDH 患者除了自身腰椎 ( 椎体和椎间盘 ) 退变，还和增大的 SVA、TPA 有关。这可能是其特有的发病机制。之前的研究发现相对于直立姿势，身体向前倾斜时，腰椎间盘的压力是其 1 倍，而向前屈曲是其5 倍[31]。最近研究也发现椎间盘内压力在脊柱屈曲时最高，在脊柱侧弯时最低[32]。因此笔者认为在高龄人群中 LL 发生退变 ( LL 减小 ) 的基础上，SVA、TPA 的增大使身体上半部分重心前移，从而导致腰椎椎体前缘受力增大、椎间压力增加，进一步增加了 LDH 的发生概率。

因此对于高龄 LDH 患者的治疗，加强肌肉锻炼，改善肌肉质量、延缓肌肉退变和脂肪浸润、抗骨质疏松从而改善整体矢状面的平衡可能是需要关注的研究方向，而不只是严格要求 LL 角度的矫正。椎间盘局部的治疗，虽然在短时期内能改善症状，但这些方法可能都不能解决 TK、SVA、TPA 增大的问题从而导致 LDH 的再复发。除此之外，尽量选择对脊椎旁肌损伤较小的治疗方案，结合患者的术式及术后恢复情况可制订适合的腰背肌肉康复治疗方案，进一步保证术后效果，提高患者术后生活质量。在手术指征允许、术后效果预计得到保证的前提下，微创手术的运用将会极大减小椎旁肌肉的损伤，提高高龄 LDH 患者的手术体验。

本研究局限性首先在于本研究是一项单中心的横断面回顾性研究，病例数较少，除了年龄等所属因素外，此研究尚不能排除环境因素、遗传因素、工作种类等发病因素对生物力学的影响，可通过多中心、多因素、大数据等前瞻性方法来指导进一步研究。另外，本研究暂时缺少颈椎参数以及相关肌肉参数的测量。未来研究还需纳入健康高龄人群的数据，但高龄人群本身就存在或潜在或多或少的病理性退变，所以对于正常高龄人群的界定存在一定难度。但本组研究对象是国内鲜有的关于高龄 ( ≥75 岁 ) LDH 人群的矢状面参数研究，同时本研究排除了有脊柱侧后凸畸形、腰椎滑脱、椎体骨折、椎体感染、椎体肿瘤等病史或有脊柱骨盆手术史的患者，本研究的数值可为高龄脊柱融合手术提供参考，对于临床具有一定的参考价值。

综上所述，与之性别、BMI 匹配的老年 LDH 人群相比，高龄 LDH 患者胸椎后凸弧度更大，脊柱整体矢状面失衡更明显。在腰椎发生退变的基础上，躯干前倾增加了腰椎间盘应力可能是高龄人群 LDH的发病机制。