[研究背景]退行性腰椎侧凸(Degenerative lumbar scoliosis, DLS)是骨骼成熟后腰椎在冠状面出现Cobb角度大于10°的侧凸畸形,50岁以上人群退行性腰椎侧凸发生率约为6%。随着社会老龄化的发展,退行性腰椎侧凸的发生越来越常见,已经成为中老年人出现腰背部疼痛、下肢疼痛和神经源性跛行等症状的重要原因。目前一般认为退行性腰椎侧凸的发生主要是由于腰椎不同节段椎间盘不对称退变、椎间盘产生楔形变、椎间隙高度不对称降低,使后方小关节受力增大和不均,产生小关节不对称退变,引起腰椎不对称载荷,最终导致腰椎在三维平面的畸形。正常生理状态下,腰椎间盘除了承担脊柱前方的轴向载荷,纤维环还具有抗牵拉、抗剪切及抗扭转等生物力学特性,在维持椎间盘的完整中起着举足轻重的作用,对纤维环作用的研究有助于临床诊断时更为便捷地掌握椎间盘及其运动节段的生物力学状态,从而制定相应的治疗方案。目前普遍认为椎间盘不对称退变是退行性腰椎侧凸的主要原因和起始因素之一,在退行性腰椎侧凸发生发展中起着举足轻重的作用。对于退行性腰椎侧凸发生发展的具体机制目前仍不甚清楚,有学者通过改变椎间盘来建立脊柱侧凸模型,但仅限于动物研究。而且退行性腰椎侧凸的人体标本难以获得,很难直接对退行性腰椎侧凸人体标本进行实验研究。因此,本实验通过对人体标本L2-L3节段椎间盘不对称逐级切除,模拟退行性腰椎侧凸腰椎发生椎间盘不对称退变、椎间隙高度不对称降低,继而观察腰椎运动范围(Range of motion, ROM)、中性区(Neutral zone, NZ)和后方小关节压力变化,以了解椎间盘和小关节在退行性腰椎侧凸中的发生机制,同时探讨腰椎间盘部分切除后对脊柱的生物力学作用。[研究目的]1、探讨腰椎L2-L3节段椎间盘不对称切除对小关节压力的影响2、探讨腰椎L2-L3节段椎间盘不对称切除对腰椎稳定性的影响[研究方法]1材料与方法1.1实验材料采用7具无脊柱疾患的新鲜成人尸体脊柱制成7个L2-L3功能单位,剔除标本肌肉及脂肪等软组织,保留椎间盘、韧带、关节囊及骨性结构的完整。标本用双层塑料袋密封,储存在-20°C冰箱中备用,实验前8h取出,室温下自然解冻。标本上、下两端用牙托石膏粉包埋。在实验过程中随时用生理盐水喷洒使标本保持湿润。1.2实验设备脊柱三维试验机,Optotrak Certus三维运动测量系统(NDI公司,加拿大),压力分布测量系统和6900型压力传感器感应片(Tekscan公司,美国)。1.3生物力学测试1.3.1实验分组实验分3组：①完整椎间盘:Intact)组；②1/4椎间盘切除(1/4Discectomy,1/4 Dis)组；③1/2椎间盘切除(1/2 Discectomy,1/2 Dis)组。根据随机化原则,3例标本切除左侧椎间盘,4例切除右侧椎间盘。1.3.2模型制备游标卡尺测量椎间盘横径后用尖刀于1/4、1/2横径处垂直椎间盘切入,再上下终板平行切入,行1/4、1/2椎间盘切除。L2和L3椎体通过克氏针连接各放置4个红外线标志,应用Optotrak Certus三维运动测量系统采集标志点的运动范围、中性区。用尖刀在L2-L3节段两侧的小关节囊上做长14mm切口,将约14mm×14mm大小感应片插入小关节间隙,记录双侧小关节压力。1.3.3生物力学测试采用脊柱试验机对标本施加7.5 N-m的屈伸(Flexion extension, FE)、侧弯(Lateral bending, LB)和轴向旋转(Axial rotation, AR)方向的纯力偶矩各3次,加载速度为1°/s,分析第3次加载循环时L2-L3节段运动范围、中性区和小关节压力。1.4 数据分析采用SPSS 20.0统计软件的重复测量方差分析处理不同组间数据,组间比较采用Bonfferoni检验,采用配对t检验比较同一组中左右两侧数据。检验水准a=0.05。[实验结果]实验过程中观察到,完整椎间盘状态下,轴向旋转时同侧小关节不受压力,而对侧小关节承受压力,且旋转至最大腰椎运动范围时压力最大,左、右侧小关节压力在左、右旋过程中交替上升；侧弯时对侧小关节几乎不受力,而同侧小关节承受压力,且侧弯至最大腰椎运动范围时压力最大；后伸时两侧小关节均受力,且后伸至最大腰椎运动范围时两侧小关节压力同时达到最大值；前屈时两侧小关节几乎不受力,故未分析前屈方向小关节压力变化。完整椎间盘时侧弯、旋转方向的小关节两侧平均压力分别为15.45 N、60.94 N,左右两侧无差异(P>0.05),但后伸方向非切除侧小关节压力(13.73 N)大于切除侧(7.81N)(P=0.020)。随着腰椎间盘切除范围扩大,两侧小关节压力变化有差别。后伸方向,1/4椎间盘切除状态下非切除侧小关节压力显著性增大(P<0.05)；侧弯方向,1/2椎间盘切除状态下的两侧小关节压力均有显著性增大(P<0.05),非切除侧小关节压力比1/4椎间盘切除状态也有显著性增大(P<0.05)；轴向旋转方向,1/2椎间盘切除状态下仅切除侧小关节压力显著性增大(P<0.05)。完整椎间盘时,前屈、后伸、侧弯和轴向旋转方向腰椎运动范围分别为6.40°、3.37°、10.13°、3.96°,侧弯和轴向旋转的腰椎运动范围在左、右两侧无差异(P>0.05)。在1/4椎间盘切除、1/2椎间盘切除时,切除侧侧弯、轴向旋转与对侧腰椎运动范围均无差别(P>0.05)。随着椎间盘切除范围扩大,轴向旋转、侧弯方向腰椎运动范围也逐渐增大,1/4椎间盘切除、1/2椎间盘切除的腰椎运动范围均大于完整椎间盘(P<0.05),但前屈方向各组间腰椎运动范围无差别(P>0.05)。在屈伸方向,1/2椎间盘切除状态的中性区较完整椎间盘时显著性增加(P<0.05),1/4椎间盘切除状态的中性区和完整椎间盘时比较无统计学差异(P>0.05),两种椎间盘切除状态时的中性区差异也无显著性(P>0.05)；在侧弯方向,1/2椎间盘切除和1/4椎间盘切除状态都比完整椎间盘时的中性区显著增大(P<0.05),两种椎间盘切除状态时的中性区差异则无显著性(P>0.05)；在旋转方向,1/2椎间盘切除比1/4椎间盘切除状态、完整椎间盘时的中性区都显著增大(P<0.05),1/4椎间盘切除状态的中性区和完整椎间盘时比较则无统计学差异(P>0.05)。[结论]1、腰椎间盘不对称切除导致腰椎在后伸、侧弯和轴向旋转方向稳定性下降和小关节压力不对称性增大,提示腰椎间盘不对称退变引起腰椎不稳和小关节压力增大可产生腰痛；2、摘除髓核或切开纤维环手术,应尽量多保留纤维环的完整性,以防止术后腰椎小关节压力显著增大和腰椎稳定性明显下降；3、椎间盘不对称损伤后,不对称性变化的小关节压力较对称性变化的运动范围能更好地反映脊柱损伤的不对称性,但随着椎间盘损伤范围扩大,小关节压力和运动范围都呈逐渐增大趋势,两者都能较好反映脊柱损伤的严重程度。