應力與腰椎小關節(jié)退變及方向變化關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,導致臨床上出現(xiàn)下腰痛、神經根性疼痛、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濟負擔。
　　 自1930年Junghanns第一次描述退行性腰椎滑脫以來,隨后許多學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果,其中妊娠、關節(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,腰椎小關節(jié)的退變、小關節(jié)方向的矢狀化改變及小關節(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果也存在很大的爭議。
　　 國內外很多研究發(fā)現(xiàn),DLS的滑脫節(jié)段小關節(jié)方向更加偏向矢狀位,認為小關節(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節(jié)向矢狀面方向改變,導致其對抗脊椎前向剪切力的能力減弱,引起脊柱向前滑脫。但是有些學者認為小關節(jié)方向的矢狀化與DLS并無相關性。然而小關節(jié)方向矢狀化的原因目前仍不明確,研究結果迥異。目前存在兩種不同的觀點:一種觀點認

4、為小關節(jié)方向偏向矢狀位是DLS的易患因素,DLS患者先天存在小關節(jié)偏向矢狀位[7,6,10]；而有些學者則和這種觀點不同,Love等認為,腰椎小關節(jié)方向的矢狀化改變是退行性腰椎滑脫過程中小關節(jié)的病理改變,是小關節(jié)退變重新塑形的結果,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,導致腰椎小關節(jié)應力增加,小關節(jié)發(fā)展為骨性關節(jié)炎,關節(jié)重新塑形后方向偏向矢狀位。Fujiwara等[13]認為

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

6、導致小關節(jié)在旋轉時腰椎不穩(wěn),小關節(jié)轉向更加偏向冠狀面一側的小關節(jié),更加矢狀化的小關節(jié)有更大的小關節(jié)壓力,從而使這些節(jié)段小關節(jié)產生退行性變。
　　 腰椎小關節(jié)退變的發(fā)生和進展與異常應力載荷的關系密切。小關節(jié)的退變可能是由于通過小關節(jié)局部應力增加所誘發(fā)的。異常應力可以引起關節(jié)軟骨退變已被很多研究所證實,有高應力與低應力兩種學說,低應力首先引起軟骨細胞退變,高應力首先引起基質破壞。盡管目前已經確定異常力學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。雖然腰椎小關節(jié)退變和其他其他滑膜關節(jié)的類似,主要表現(xiàn)為骨性關節(jié)炎,但腰椎小關節(jié)骨性關節(jié)炎的發(fā)病機制還不清楚,應力與腰椎小關節(jié)退變及其方向變化的關系少有研究,本實驗通過對小關節(jié)加載應力,測量小關節(jié)角度,觀察腰椎小關節(jié)軟骨退變后的病理學變化以及炎性細胞因子的表達,探討異常應力導致腰椎小關節(jié)退變的機制以及小關節(jié)退變與小關節(jié)方向變化的關系。臨床研究采用回顧性病例.對照設計,隨機選取退行性腰椎滑

8、脫患者和正常人各60名,測量小關節(jié)角度并計算出小關節(jié)不對稱角度,觀察小關節(jié)的退變程度,探討退行性腰椎滑脫腰椎小關節(jié)不對稱與小關節(jié)退變程度的關系及其臨床意義。
　　 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節(jié)退變的影響。
　　 2、通過對兔腰椎小關節(jié)加載拉

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

10、　 6、探討DLS腰椎小關節(jié)不對稱與小關節(jié)退變程度的關系及其臨床意義。
　　 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)外側平行終板方向刺入L3/4、L5/6椎間盤,抽吸髓核組織。術后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,小關節(jié)加力組(C組)12只,椎間盤退變小關節(jié)加力組(D組)12只。通過對C組和D組兔腰椎小關節(jié)(L3/4、L5/6)加載預制的拉簧,建立異常高應力下誘導腰椎小關節(jié)退變的動物模型。
　　 3、分別在術后4月、8月取兔腰椎標本,對兔腰椎標本進行M

12、icroCT掃描,并在橫斷面測量腰椎小關節(jié)角,觀察高應力下腰椎小關節(jié)方向的變化。
　　 4、收取兔腰椎小關節(jié),進行番紅O-快綠染色,觀察軟骨結構、基質著色情況,用Mankin軟骨組織學.組織化學評分標準判斷軟骨退變程度。
　　 5、免疫組織化學染色,觀察炎性細胞因子IL-1β、IL-6及TNF-α在退變腰椎小關節(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/S1兩側小關節(jié)角并計算出小關節(jié)不對稱角度,同時觀察小關節(jié)的退變程度,將其分為4度。并對所測參數(shù)進行相關性分析。
　　 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。小關節(jié)退變Mankin評分與小關節(jié)角度采用雙變量相關性分析(Pearson)。小關節(jié)不對稱角度與小關節(jié)退變程度采用雙變量相關性分析(Spearman)。檢驗水準α=0.

15、05。
　　 結果：
　　 1、術后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、經單因素方差分析顯示,4組間小關節(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組間的小關節(jié)角度均無顯著性差異(P均>0.05),C組和D組間的小關節(jié)角度均無顯著性差異(P均>0.05),小關節(jié)加力組(C組和D組)的小關節(jié)角度較小關節(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月時的小關節(jié)角度較4月時小,即同組8月時的小關節(jié)更偏向矢狀位,差異均有顯著性意義(P均<0.05)。

17、　　 3、兔腰椎小關節(jié)大體標本觀察:正常兔腰椎小關節(jié)面呈灰白色、半透明、表面光滑,關節(jié)囊有彈性；輕度退變的小關節(jié)關節(jié)面呈淡黃色,關節(jié)軟骨變??；嚴重退變的小關節(jié)關節(jié)面有較大面積的軟骨剝脫,軟骨下骨質外露,關節(jié)突邊緣有大量骨贅形成甚至融合,撕開關節(jié)仍可見關節(jié)面中央有軟骨存在。
　　 4、小關節(jié)軟骨番紅O-快綠染色后,用Mankin組織學-組織化學評分標準判斷軟骨退變程度。經單因素方差分析顯示,4組間的小關節(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組間的小關節(jié)退變程度無顯著差異(P均>0.05),C組和D組間的小關節(jié)退變程度無顯著差異(P均>0.05)；小關節(jié)加力組(C組和D組)的小關節(jié)退變程度較小關節(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)。小關節(jié)的退變

19、程度與小關節(jié)角度之間存在負相關關系(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、腰椎左側小關節(jié)方向比右側更偏向矢狀位,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組小關節(jié)均比對照組相應節(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節(jié)不對稱程度有顯著性差異(X2=7.633,P=0.022),結果顯示在DLS組中L4/5節(jié)段小關節(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組小關節(jié)不對稱程度較對照組相應節(jié)段嚴重,差異有顯著性意義(P均<0.05)。經用雙變量相關分析顯示:在下腰椎3個節(jié)段中,兩組均顯示小關節(jié)退變越嚴重,小關節(jié)不對稱角度越大,小關節(jié)不對稱與小關節(jié)退變程度呈正相關,Spearman相關檢驗均有

23、顯著性意義(P均<0.05)。
　　 結論：
　　 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構和自身免疫屏障的前提下可誘導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節(jié)退變的影響提供有效的動物模型。
　　 2、兔腰椎小關節(jié)和其它滑膜關節(jié)一樣,在異常應力作用下可發(fā)展為骨性關節(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。應力作用時間越長,小關節(jié)退變越嚴重。小關節(jié)退變程度越重,小關節(jié)的方

24、向越偏向矢狀位,小關節(jié)退變程度與小關節(jié)角度之間存在負相關關系。
　　 3、退變的小關節(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降解,細胞因子在小關節(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節(jié)OA的最重要的因素。
　　 4、小關節(jié)不對稱在下腰椎中普遍存在:小關節(jié)不對稱與小關節(jié)的退變程度呈正相關；小關節(jié)不對稱不僅是小關節(jié)骨性關節(jié)炎重塑的結果,