徐云峰，樂(lè)曉峰，劉波，劉亞軍，何達(dá)，田偉

(北京積水潭醫(yī)院，北京100035)

腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)(lumbar facet joint，LFJ)是腰椎連接結(jié)構(gòu)之一，脊柱惟一的滑膜關(guān)節(jié)，有維持節(jié)段穩(wěn)定的作用，與腰椎間盤(pán)一起輔助腰椎運(yùn)動(dòng)。LFJ作為腰椎應(yīng)力傳導(dǎo)和運(yùn)動(dòng)控制的重要部分，其復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)決定了獨(dú)特的生物力學(xué)特性。LFJ的生物力學(xué)特性會(huì)影響其退變過(guò)程，進(jìn)而影響整個(gè)腰椎的退變過(guò)程。臨床工作中常見(jiàn)的腰痛、腰椎失穩(wěn)、腰椎滑脫和退變性脊柱側(cè)彎等都與LFJ異常關(guān)系密切。但與椎間盤(pán)及髖、膝、踝關(guān)節(jié)等大關(guān)節(jié)相比，關(guān)于LFJ的生物力學(xué)特性和退變過(guò)程的研究仍相對(duì)滯后。近年來(lái)，學(xué)者們逐漸認(rèn)識(shí)到LFJ在腰椎生物力學(xué)和退變過(guò)程中的重要性，有關(guān)LFJ的研究不斷發(fā)展，對(duì)LFJ的許多認(rèn)識(shí)已經(jīng)更新。現(xiàn)就LFJ的解剖學(xué)特征、生物力學(xué)特性、退變過(guò)程及表現(xiàn)相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 LFJ的解剖學(xué)特征

椎骨骨化過(guò)程終于25歲左右，成熟后的LFJ是脊柱惟一的滑膜關(guān)節(jié)，在椎弓根和椎板相接處伸出，形成上、下關(guān)節(jié)突，左右側(cè)各一，上一椎體的下關(guān)節(jié)突位于下一椎體上關(guān)節(jié)突的后內(nèi)側(cè)。LFJ外層由關(guān)節(jié)囊及韌帶包繞，關(guān)節(jié)表面覆蓋有關(guān)節(jié)軟骨，組成一個(gè)低摩擦力的密閉環(huán)境。

1.1 關(guān)節(jié)面 不同節(jié)段的關(guān)節(jié)面方向有所差異，但幾乎均與水平面成直角。上中腰椎的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面朝向矢狀面，該方向允許明顯的屈伸運(yùn)動(dòng)，但限制旋轉(zhuǎn)和側(cè)彎；L5～S1關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面朝向冠狀面，允許旋轉(zhuǎn)但限制前后彎曲[1]。各LFJ與矢狀面的夾角也大小不一，T12～L2在25.89°～33.87°，L3～L5在40.40°～50.30°。鄭冬等[2]研究表明，LFJ關(guān)節(jié)面形態(tài)在腰椎各節(jié)段及男、女間不盡相同。在橫斷面，L1～L5的上、下關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面均為“C”形，L5～S1的男性下關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面為“l(fā)”形，上關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面為“C”形，女性的上、下關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面均為“l(fā)”形；在冠狀面，L1～L3的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面為橢圓形，L3～L5節(jié)段男性為橢圓形，女性為長(zhǎng)方形或橢圓形，L5～S1節(jié)段男、女性為圓形或長(zhǎng)方形；在矢狀面，所有關(guān)節(jié)面均為“l(fā)”形。

1.2 關(guān)節(jié)腔 LFJ的關(guān)節(jié)腔為寬約0.5 mm的潛在腔隙，整個(gè)關(guān)節(jié)腔前窄后寬，從上至下依次增大。內(nèi)含覆蓋于關(guān)節(jié)表面的關(guān)節(jié)軟骨，軟骨在關(guān)節(jié)邊緣部位較薄，過(guò)渡到中心部位變厚，最厚達(dá)1 mm[3]。研究[4]表明LFJ的關(guān)節(jié)軟骨與身體大關(guān)節(jié)的軟骨組織成分相似，力學(xué)性能與其他滑膜關(guān)節(jié)略有差異。

1.3 關(guān)節(jié)囊 關(guān)節(jié)囊包繞在關(guān)節(jié)表面，主要位于關(guān)節(jié)的后外方，借后外側(cè)的多裂肌、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)副韌帶、棘間韌帶和乳突副韌帶等加強(qiáng)；在前方，關(guān)節(jié)囊與黃韌帶相融合并幾乎為黃韌帶所替代。關(guān)節(jié)囊大致分為三層：最外層是與骨膜相延續(xù)的致密結(jié)締組織；中層為疏松結(jié)締組織，有一定伸展性；最內(nèi)層為滑膜，薄而透明，向關(guān)節(jié)腔內(nèi)折疊形成滑膜皺襞，起增加關(guān)節(jié)面接觸面積、保護(hù)軟骨的作用，可引導(dǎo)和限制上下關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。關(guān)節(jié)囊韌帶上、下部纖維走行方向不一致，多呈扇形，有利于加強(qiáng)LFJ后方穩(wěn)定，同時(shí)也使關(guān)節(jié)上部運(yùn)動(dòng)較下部更為明顯，即腰椎前屈運(yùn)動(dòng)范圍較大[1]。

1.4 血供和神經(jīng) LFJ的血供主要來(lái)自腰動(dòng)脈，其走行至椎弓峽部附近穿入椎板后發(fā)出分支至上、下關(guān)節(jié)突，而相應(yīng)的靜脈則與椎外靜脈匯成椎弓靜脈在椎間孔處注入椎內(nèi)或椎板靜脈叢[5]。腰椎脊神經(jīng)在出椎間孔后分為前、后兩支，LFJ主要由后支支配。在L1～L4水平，后支以約90°角從脊神經(jīng)分離，穿過(guò)由橫突、橫突間韌帶和LFJ組成的開(kāi)口，在距此開(kāi)口約5～10 mm處以30°角分為內(nèi)支和外支；而L5神經(jīng)后支在由外側(cè)骶骨與S1上關(guān)節(jié)突頂部之間的空隙中分出。在L3～L4或L1～L2水平，有時(shí)可出現(xiàn)一個(gè)中間支。每個(gè)分支都包含有運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)纖維，并伴有血管。內(nèi)支支配后正中線至LFJ間的區(qū)域，外支支配LFJ外側(cè)的組織，中間支支配腰最長(zhǎng)肌[6]。

2 LFJ的生物力學(xué)特性

LFJ的解剖學(xué)特點(diǎn)決定其生物力學(xué)特性。脊柱運(yùn)動(dòng)是三軸六向的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)節(jié)段由椎間盤(pán)和相應(yīng)平面的兩側(cè)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)將相鄰椎骨連接而成，構(gòu)成了脊柱結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，稱(chēng)之為“三關(guān)節(jié)復(fù)合體”。

腰椎在整個(gè)脊柱中負(fù)重和活動(dòng)范圍均較大，L4/L5和L5/S1椎間盤(pán)承載了人體約20%的載荷。LFJ的受力占軸向壓縮載荷的比例因姿勢(shì)而異[7]。在中立位時(shí)，L4/5LFJ受力占軸向壓縮載荷的15%；前屈10°和20°時(shí)，受力占?jí)嚎s載荷的比例減為9%和5%；后伸10°和20°時(shí)受力占?jí)嚎s載荷的比例增至23%和33%；側(cè)彎時(shí)，同側(cè)LFJ受力減小，對(duì)側(cè)LFJ受力增大；軸向旋轉(zhuǎn)時(shí)，同側(cè)LFJ不受力，對(duì)側(cè)LFJ受力增大。Kim等[8]通過(guò)有限元分析發(fā)現(xiàn)，LFJ在損傷時(shí)，腰椎后伸和旋轉(zhuǎn)時(shí)LFJ的應(yīng)力分別增加166.7%和132.1%。Zeng等[9]的一項(xiàng)LFJ分級(jí)切除有限元研究表明，切除單側(cè)1/2的LFJ和完整切除LFJ時(shí)，對(duì)側(cè)LFJ應(yīng)力分別增加25%和108.1%；切除單側(cè)1/2 LFJ、完整LFJ和雙側(cè)完整LFJ時(shí)，腰椎旋轉(zhuǎn)活動(dòng)度最多可增加7.2%、101.3%、354.3%。

對(duì)于活動(dòng)度，Boden等[10]通過(guò)對(duì)17例標(biāo)本進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，切除LFJ的關(guān)節(jié)囊和關(guān)節(jié)軟骨可顯著增加腰椎活動(dòng)度。Abumi等[11]的研究表明，切除腰椎棘上韌帶和棘間韌帶，對(duì)腰椎活動(dòng)度的影響不顯著；當(dāng)切除單側(cè)部分LFJ或完整切除LFJ時(shí)，腰椎前屈位的旋轉(zhuǎn)活動(dòng)度和中立位旋轉(zhuǎn)活動(dòng)度顯著增加，其他各向活動(dòng)不受影響，這與Tender等[12]的研究結(jié)論一致。然而Fuchs等[13]通過(guò)標(biāo)本研究認(rèn)為切除單側(cè)LFJ對(duì)腰椎的各向活動(dòng)度影響并不顯著，只有切除雙側(cè)LFJ時(shí)，腰椎前屈和旋轉(zhuǎn)的活動(dòng)度才顯著增加。隨后Cardoso等[14]的研究同樣表明螺釘只有在破壞雙側(cè)LFJ時(shí)，腰椎的旋轉(zhuǎn)活動(dòng)度才會(huì)顯著增大。Schulte等[15]也得到了相似結(jié)論。由于多項(xiàng)研究結(jié)論不一致，對(duì)于手術(shù)破壞單側(cè)LFJ會(huì)否影響患者腰椎活動(dòng)度目前暫無(wú)定論。

3 LFJ的退變過(guò)程及表現(xiàn)

LFJ與髖膝踝等大關(guān)節(jié)一樣也會(huì)發(fā)生退變。Kirkaldy-Willis等于1982年首次提出將脊柱的退變分為三個(gè)階段，即功能紊亂期、不穩(wěn)定期、穩(wěn)定期。1999年，F(xiàn)ujiwara基于MRI檢查對(duì)腰椎小關(guān)節(jié)退變進(jìn)行了分級(jí)[16]：正常為I級(jí)，關(guān)節(jié)間隙變窄和/或輕度骨贅為II級(jí)；關(guān)節(jié)下骨硬化或中度骨贅為III級(jí)；出現(xiàn)明顯骨贅為IV級(jí)。現(xiàn)對(duì)LFJ退變的影響因素及產(chǎn)生的臨床疾患進(jìn)行闡述。

3.1 影響因素

3.1.1 年齡和異常應(yīng)力 異常應(yīng)力可引起關(guān)節(jié)軟骨退變的觀點(diǎn)已被諸多研究[3]證實(shí)。研究[17～19]表明年齡和異常應(yīng)力是退變的主要原因，40歲之后LFJ出現(xiàn)明顯退變，60歲后會(huì)逐漸加重，并以L4/5和L5/S1為甚。這表明LFJ退變隨年齡增加和腰椎節(jié)段下移而加重。

3.1.2 關(guān)節(jié)角 對(duì)于LFJ角度的測(cè)量，目前多用基于CT圖像的橫切關(guān)節(jié)面角度測(cè)量法[20]，取與所測(cè)節(jié)段的下位椎體上與終板平面平行的CT橫切面作為測(cè)定平面，再以椎體中心與棘突基底部中點(diǎn)的連線作為中心線，上關(guān)節(jié)突邊緣連線與中心線的夾角即為關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)角，并定義其為L(zhǎng)FJ的冠狀面方向。關(guān)節(jié)角越大，代表關(guān)節(jié)面越偏向冠狀面。Liu等[21]的尸體標(biāo)本研究表明，LFJ角度越大，則LFJ間的應(yīng)力就越高，理論上也就更容易退變。但也有理論解釋LFJ角度的變化并不是導(dǎo)致LFJ退變的原因，而是LFJ退變后重新塑形的結(jié)果。

3.1.3 關(guān)節(jié)對(duì)稱(chēng)性 通常認(rèn)為兩側(cè)LFJ關(guān)節(jié)角的差值大于7°為L(zhǎng)FJ不對(duì)稱(chēng)，并定義大于15°為重度不對(duì)稱(chēng)。Grogan等[22]研究了21例尸體標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)LFJ的退變程度在實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組沒(méi)有顯著差異。之后有學(xué)者質(zhì)疑上述研究樣本量太少，缺乏說(shuō)服力。段文等[23]對(duì)312例患者進(jìn)行了影像學(xué)檢查，結(jié)果表明L3/L4與L5/S1節(jié)段的研究結(jié)果與Grogan等相似；但在L4/L5節(jié)段，LFJ不對(duì)稱(chēng)與其退變之間的相關(guān)性具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并提出如果活動(dòng)度較大的L4/5節(jié)段存在LFJ不對(duì)稱(chēng)，則可能會(huì)加速LFJ的退變。

3.1.4 椎間盤(pán) 有研究[24,25]表明椎間盤(pán)退變與LFJ退變常伴隨存在，椎間盤(pán)退變是脊柱退變的初始，LFJ退變多伴隨在椎間盤(pán)退變之后，原因是當(dāng)椎間盤(pán)退變時(shí)尤其是椎間隙高度降低時(shí)，LFJ的壓力將會(huì)明顯增加。但有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在脊柱退變中約有20%的LFJ退變領(lǐng)先于椎間盤(pán)退變。閆廣輝等[17]通過(guò)600例影像學(xué)研究表明：小于45歲的患者，LFJ退變率大于腰椎間盤(pán)退變率；超過(guò)45歲的患者，椎間盤(pán)退變率大于LFJ退變率。目前結(jié)論：腰椎間盤(pán)及小關(guān)節(jié)退變與年齡密切相關(guān)；早期以LFJ退變?yōu)橹?，后期以腰椎間盤(pán)退變?yōu)橹鳌?/p>

3.2 臨床表現(xiàn) LFJ退變產(chǎn)生多種臨床疾患，影響患者生活質(zhì)量，也是臨床治療的難點(diǎn)之一。

3.2.1 腰痛 臨床資料顯示有15%～40%患者的慢性腰痛由LFJ退變所致，其主要機(jī)制包括機(jī)械刺激和化學(xué)刺激兩種。關(guān)節(jié)囊內(nèi)包含傷害性感受器和機(jī)械感受器兩類(lèi)神經(jīng)末梢，前者以無(wú)髓鞘的纖維形式存在，閾值較高，對(duì)機(jī)械與化學(xué)強(qiáng)刺激起反應(yīng)；后者以髓鞘纖維形式存在，閾值較低，對(duì)關(guān)節(jié)囊所受應(yīng)力敏感，故關(guān)節(jié)在受到壓力和炎癥刺激時(shí)都容易引起腰痛[26]。

3.2.2 腰椎失穩(wěn) Rankine等[27]指出LFJ的退變與腰椎失穩(wěn)密切相關(guān)。近年研究認(rèn)為致腰椎失穩(wěn)的原因主要有兩方面：一是LFJ退變后，LFJ的生物力學(xué)改變，如抗扭轉(zhuǎn)、牽張力的能力受損可使脊柱失穩(wěn)；二是LFJ的退變誘發(fā)或加快椎間盤(pán)退變，亦可引發(fā)腰椎失穩(wěn)。

3.2.3 椎間盤(pán)退變加速 LFJ可以防止腰椎過(guò)度活動(dòng)，在過(guò)度的剪切力和扭轉(zhuǎn)張力中對(duì)椎間盤(pán)予以保護(hù)。當(dāng)LFJ退變時(shí)，脊柱節(jié)段的穩(wěn)定性受到影響，LFJ對(duì)椎間盤(pán)的保護(hù)作用將減弱，從而誘發(fā)或加速椎間盤(pán)退變，兩者互為因果[28]。

3.2.4 腰椎滑脫 有研究[29]認(rèn)為L(zhǎng)FJ的矢狀化改變是腰椎滑脫的重要病因，原因是矢狀化改變可使LFJ橫切面的寬度減少，限制椎體前移的作用減弱。研究[30]表明，雙側(cè)關(guān)節(jié)角之和小于77.9°的患者，發(fā)生退行性腰椎滑脫的風(fēng)險(xiǎn)是雙側(cè)關(guān)節(jié)角之和大于77.9°患者的2.5倍。但張文志等[31]通過(guò)影像學(xué)分析指出，LFJ形態(tài)學(xué)變化導(dǎo)致腰椎滑脫的病因?qū)W作用十分有限，并認(rèn)為L(zhǎng)FJ退變只是隨年齡增長(zhǎng)出現(xiàn)的繼發(fā)性改變。對(duì)此，學(xué)界暫無(wú)定論。

3.2.5 退行性脊柱側(cè)彎 研究[32]表明退行性脊柱側(cè)彎的始動(dòng)因素為椎間盤(pán)退變或椎體塌陷，而椎間盤(pán)退變和LFJ退變相互影響，可以肯定LFJ退變可通過(guò)影響椎間盤(pán)退變而間接導(dǎo)致退變性脊柱側(cè)彎的發(fā)生，但LFJ退變能否直接導(dǎo)致退行性脊柱側(cè)彎，目前尚不明確。

綜上所述，目前對(duì)LFJ的解剖學(xué)特征研究較為深入，但對(duì)其生物力學(xué)特性和退變過(guò)程的研究仍落后于椎間盤(pán)和身體其他大關(guān)節(jié)。目前缺少手術(shù)置釘對(duì)LFJ不同等級(jí)侵犯的基礎(chǔ)研究，LFJ損傷后的腰椎生物力學(xué)改變也尚無(wú)定論；部分LFJ退變的影響因素與其導(dǎo)致的臨床疾患，如關(guān)節(jié)角和退行性脊柱側(cè)彎，相關(guān)研究結(jié)論仍存在不少爭(zhēng)議。建立更完善的計(jì)算機(jī)模型如三維有限元模型等，可達(dá)到對(duì)LFJ無(wú)創(chuàng)而直觀地分析的目的，可能是今后研究LFJ的有效方法。