顧黨偉，樊效鴻

（1.成都中醫(yī)藥大學(xué) 臨床醫(yī)學(xué)院,四川 成都；2.成都中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院,四川 成都）

0 引言

腰椎小關(guān)節(jié)（Lumbar facet joint，LFJ）作為脊柱后柱的重要骨性支撐，有著特殊的解剖學(xué)特征和生物力學(xué)特性，在腰椎活動過程中起著重要的承載作用和活動度限制功能。目前，普遍認為高度神經(jīng)支配的LFJ與腰部疼痛有著密切關(guān)系[1]，年齡、創(chuàng)傷等因素導(dǎo)致的小關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)改變將會加速腰椎退行性疾病的發(fā)生[2]。本文就近年來從解剖學(xué)和生物力學(xué)兩方面對腰椎小關(guān)節(jié)研究內(nèi)容作一綜述。

1 解剖學(xué)特點

LFJ是由纖維關(guān)節(jié)囊和滑膜囊包裹上下關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面所構(gòu)成的封閉的滑囊關(guān)節(jié)，存在于脊柱每一節(jié)段后方左右兩側(cè),與前方椎間盤關(guān)節(jié)形成“三關(guān)節(jié)”復(fù)合體，承載著脊柱的各狀態(tài)下的拉伸、壓縮、扭曲、剪切等載荷[3-6]。

1.1 關(guān)節(jié)面

LFJ關(guān)節(jié)面上覆蓋層厚約3-4mm的透明軟骨，表面光滑且富有彈性，實現(xiàn)小關(guān)節(jié)的低摩擦運動和承載作用。現(xiàn)在，國內(nèi)外暫無對人體頸腰胸椎的小關(guān)節(jié)軟骨的研究報道，但通過對豬、猴和實驗兔的小關(guān)節(jié)軟骨面研究推導(dǎo)出，小關(guān)節(jié)面軟骨大致分為三層：淺層為膠原纖維層與關(guān)節(jié)面平行，軟骨細胞數(shù)量少，呈扁平狀；中層（移行層）為膠原纖維呈網(wǎng)狀排列，軟細胞增多；深層膠原纖維與軟骨細胞均垂直于關(guān)節(jié)面分布[7]。關(guān)節(jié)面之間存在關(guān)節(jié)滑液（Synovial fluid，SF），為關(guān)節(jié)面軟骨的主要營養(yǎng)來源和低摩擦環(huán)境基礎(chǔ)，其主要成分為PRG4和透明質(zhì)酸[8]。

1.2 關(guān)節(jié)囊

小關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)囊（Lumbar facet capsular ligament，LFCL）前內(nèi)側(cè)移行與黃韌帶相融合，后方與關(guān)節(jié)突副韌帶、棘間韌帶、乳突副韌帶和多裂肌相鄰。其解剖結(jié)構(gòu)分為三層：外層為致密纖維束，纖維束走行隨應(yīng)力分布趨勢[9]，主要限制旋轉(zhuǎn)活動；中層為含少量結(jié)締組織的網(wǎng)狀纖維束，有一定的延展性；內(nèi)層為疏松結(jié)締組織，內(nèi)層向關(guān)節(jié)內(nèi)褶皺形成半月板結(jié)構(gòu)起減少摩擦與保護軟骨作用[10-11]。Kallakuri等[12]在山羊頸椎小關(guān)節(jié)囊上研究發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)囊纖維束中的神經(jīng)軸突在超過生理活動范圍時會出現(xiàn)形態(tài)改變，并認為這可能是引起頸椎神經(jīng)性疼痛的原因。Cullen DK等[13]發(fā)現(xiàn)軸突會因其附著的纖維束的應(yīng)力和形變出現(xiàn)應(yīng)力與應(yīng)變的變化，導(dǎo)致膜通道打開，直接或間接的引起神經(jīng)源性疼痛。

1.3 關(guān)節(jié)面夾角

由于腰椎各節(jié)段小關(guān)節(jié)面承載的身體重力不同和活動度的差異，不同節(jié)段之間小關(guān)節(jié)面的角度也存在一定的差異。Gellhorn[14]等解剖證明腰椎所有關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面均與水平面垂直，然腰椎各節(jié)段小關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)面于矢狀面夾角大小均不一樣，其中胸12至腰1的夾角約在 25.89°～33.87°，腰 3 至腰 5 的夾角約在 40.40°～50.30°。另外，除腰椎小關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)面于矢狀面夾角由L1-L5遞增，且同一節(jié)段的兩側(cè)小關(guān)節(jié)面夾角也有差異，這種差異在臨床上稱之為小關(guān)節(jié)不對稱，且定義關(guān)節(jié)角差值大于7°則為關(guān)節(jié)突不對稱，如果大于15°則為重度不對稱。段文等[15]通過大量CT影像測量發(fā)現(xiàn)L4/L5節(jié)段的小關(guān)節(jié)的不對稱性與該節(jié)段的腰椎退變有關(guān)，與Grogan等[16]研究結(jié)果相似。腰椎節(jié)段越低，小關(guān)節(jié)面夾角越大，所以其產(chǎn)生的機械阻擋越大，故相應(yīng)節(jié)段關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)承載負荷與剪切應(yīng)力也不斷增大，所以L4/5、L5/S1較上方節(jié)段更容易出現(xiàn)軟骨硬化、關(guān)節(jié)突增生、肥厚以代償增大的載荷，從而加速腰椎退變[17-19]。

2 腰椎小關(guān)節(jié)的生物學(xué)特性

2.1 小關(guān)節(jié)的宏觀機械力學(xué)特性

腰椎活動度在脊柱系統(tǒng)中相對較大，且承受最大的重力載荷。在前屈、后伸、左右旋轉(zhuǎn)和左右側(cè)屈狀態(tài)下，腰椎小關(guān)節(jié)各自做功不同以維持生物力學(xué)平衡。前屈時上位椎體下關(guān)節(jié)突向前向上移位，上下關(guān)節(jié)面相對分離移位，重心前移，小關(guān)節(jié)面載荷減少，約為直立位的1/2；腰椎后伸狀態(tài)下，上位椎體下關(guān)節(jié)突向下向后移位，上下小關(guān)節(jié)面相聚移位，重心后移，小關(guān)節(jié)面應(yīng)力增大，約直立位時的2倍[20]。腰椎側(cè)彎狀態(tài)下，同側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)載荷增大，而對側(cè)相反。旋轉(zhuǎn)過程中對側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)面距離減小，關(guān)節(jié)面相互接觸阻擋，從而限制旋轉(zhuǎn)活動范圍。Kuzt[21]等在尸體標(biāo)本上切除單側(cè)小關(guān)節(jié)，發(fā)現(xiàn)在同側(cè)軸向旋轉(zhuǎn)角度明顯增加1.4°，整個節(jié)段活動度增大3°，證明小關(guān)節(jié)通過限制性生理負荷過程中的線性或旋轉(zhuǎn)運動有助于脊柱的機械穩(wěn)定性。Abumi等[22]經(jīng)實尸體標(biāo)本研究發(fā)現(xiàn)，分別對小關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)部分分級切除造成同側(cè)屈曲活動度增大，而對側(cè)屈曲無明顯影響。董凡[23]等得出了相似結(jié)論。

2.2 小關(guān)節(jié)的微觀級聯(lián)反應(yīng)

研究[24]發(fā)現(xiàn)行腰椎退行性疾病手術(shù)患者，其小關(guān)節(jié)囊內(nèi)中存在IL-6和IL-1β等炎癥因子，因此得出誘導(dǎo)疼痛的原因為機械性組織損傷和周圍組織間隙中的化學(xué)刺激。Bhattacharjee等[25]發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)囊在外力破壞下，將會出現(xiàn)一系列微觀下蛋白質(zhì)變化來影響SF的理化性質(zhì)。另外，很多學(xué)者都認為小關(guān)節(jié)在宏觀的機械承載過程中可能會在小關(guān)節(jié)內(nèi)出現(xiàn)細胞分子學(xué)層面的機械、物理和化學(xué)級聯(lián)反應(yīng)。雖然現(xiàn)在鮮有關(guān)于小關(guān)節(jié)此類級聯(lián)反應(yīng)的報道，但小關(guān)節(jié)作為滑囊關(guān)節(jié)與其他滑膜關(guān)節(jié)具有很大程度的相似性，通過部分滑囊關(guān)節(jié)的機械力學(xué)誘導(dǎo)的細胞分子學(xué)變化的研究可為小關(guān)節(jié)級聯(lián)反應(yīng)研究提供基礎(chǔ)。

2.3 小關(guān)節(jié)分級切除的生物力學(xué)影響

靳安民等[26]通過對八具尸體的體外腰椎模型進行從內(nèi)向外的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)逐級切除，分單側(cè)和雙側(cè)1/4級、1/2級、3/4級和全切除，探討關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)骨性缺失對腰椎生物力學(xué)穩(wěn)定性的影響，結(jié)果顯示關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)4級骨性結(jié)構(gòu)丟失均會對腰椎穩(wěn)定性造成影響，表現(xiàn)為相應(yīng)節(jié)段椎間盤Von Mises應(yīng)力和相應(yīng)節(jié)段活動范圍增大。趙勇等[27]從關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)外側(cè)向內(nèi)側(cè)分級（1/4級、1/2級、3/4級、全切除和不切除）5具新鮮尸體腰椎L4/5關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)，切除后對5具標(biāo)本進行CT斷層掃描，具有CT數(shù)據(jù)建立5具三維有限元模型，分析腰椎力學(xué)穩(wěn)定性變化，實驗結(jié)果與靳安民等的實驗結(jié)果相似，并明確指出小關(guān)節(jié)切除大于1/2時，腰椎穩(wěn)定性破壞嚴(yán)重。另外劉成等[28]通過8具尸體標(biāo)本研究關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)逐級切除對椎間孔面積的影響，切除分級與上述兩種實驗方案一致，逐級切除后測量前屈、后伸、左右側(cè)彎、左右旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下椎間孔的高度變化，實驗結(jié)果顯示，椎間孔的高度隨著腰椎的不同運動狀態(tài)有著明顯的差別，關(guān)節(jié)突逐級成形后對椎間孔高度有一定的影響，尤其當(dāng)成形大于1/2級后，椎間孔高度丟失嚴(yán)重，尤其在背伸和同側(cè)側(cè)屈狀態(tài)下，提示存在出現(xiàn)椎間孔狹窄肯能。因此，可知關(guān)節(jié)突成形對腰椎的生物力學(xué)平衡存在一定影響，可能加速相應(yīng)節(jié)段退行性疾病的發(fā)展速度；同時還會出現(xiàn)椎間孔高度丟失，椎間孔面積減小，出現(xiàn)椎間孔狹窄。

2.4 微創(chuàng)下小關(guān)節(jié)成形的生物力學(xué)影響

在微創(chuàng)內(nèi)鏡技術(shù)下，椎間孔擴大成形的級數(shù)不同對腰椎的生物力學(xué)平衡會有怎樣的影響？國外學(xué)者Choi[29]早在2008年就報道其收治的59例高位椎間盤脫出者，使用剛性環(huán)鋸成形責(zé)任節(jié)段上關(guān)節(jié)突腹側(cè)，進入椎管內(nèi)取出突出椎間盤，術(shù)后平均追蹤時間達到25.4個月，術(shù)后平均疼痛視覺模擬評分由8.01降至1.56，平均Oswestry殘疾指數(shù)從61.6提高至10.76，MacNab評價，優(yōu)良率高達91.4%。并提出使用環(huán)鋸成形關(guān)節(jié)突上關(guān)節(jié)突，在不損傷關(guān)節(jié)囊和關(guān)節(jié)面的情況下，并不會對腰椎穩(wěn)定性造成影響。

國內(nèi)學(xué)者李振宙等[30]通過對6具新鮮尸體的L4/5階段行不同分級椎間孔擴大成形，成形級別分別是一級（7.5mm環(huán)鋸成形）和二級（10mm環(huán)鋸成形），對比成形前后L4/5節(jié)段活動度和應(yīng)力變化，實驗結(jié)果證明一級成形未損傷關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面和關(guān)節(jié)囊結(jié)構(gòu)，對腰椎力學(xué)穩(wěn)定性無明顯影響，但二級成形破壞L4/5關(guān)節(jié)突下關(guān)節(jié)面和關(guān)節(jié)囊韌帶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致腰椎穩(wěn)定性降低，但穩(wěn)定破壞不及開放性1/2級明顯。余洋等[31]通過有限元法模擬經(jīng)皮椎間孔鏡技術(shù)行L5上關(guān)節(jié)突尖部和基底部成形，證明基底部成形較尖部成形更具有生物力學(xué)優(yōu)勢。

綜述所述，從局部解剖學(xué)、生物力學(xué)和分子生物學(xué)等方面研究腰椎小關(guān)節(jié)均證明其在腰椎結(jié)構(gòu)中的重要作用。雖然目前仍無直接證據(jù)證明腰椎小關(guān)節(jié)與腰痛的關(guān)系，但小關(guān)節(jié)生退變在腰椎退行性疾病中的重要作用已廣泛認可，例如退行性脊柱狹窄，脊椎滑脫和脊柱側(cè)彎。此外，對于目前較為推崇的微創(chuàng)脊柱內(nèi)鏡技術(shù)下，醫(yī)源性小關(guān)節(jié)破壞對腰椎生物力學(xué)環(huán)境的影響還需要更加深入的研究，以為微創(chuàng)手術(shù)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。