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背景:人体腰骶部存在两大复合体结构:腰骶复合体(LumbarosacralComplexes)和骶髂复合体(Sacroilia.Complexes)。在关节运动学方面,腰骶复合体中的L4-L5、L5-S1椎间关节存在6个自由度,骶髂复合体中的骶髂关节仅有2个自由度,这种关节运动自由度的过渡构成腰骶区的运动学特征。以往的实验研究,或独立研究腰骶复合体,或独立研究骶髂复合体,缺乏对两者之间内在联系的详尽研究。在解剖学特征方面,髂腰韧带是联系者两大复合体之间的主要韧带结构,结合已往对髂腰韧带抗L5椎体滑脱的研究结果,推测腰骶复合体与骶髂复合体之间可能存在着运动学的耦合,并且髂腰韧带对两者之间的运动耦合具有一定的影响。
目的:测量腰骶与骶髂复合体中关节的活动度,分析腰骶与骶髂复合体间的关节运动学耦合特点,评价髂腰韧带对腰骶及骶髂复合体间的关节运动学特征的影响,揭示腰骶部两大复合体结构间的生物力学特征,并从生物力学角度初步提出“腰骶髂复合体”的概念,以期为临床研究腰骶部的损伤与功能的重建提供理论依据。
方法:
1)髂腰韧带完整时腰骶与骶髂复合体关节运动学的研究
通过对6具新鲜尸体标本进行生物力学试验,获得腰骶复合体关节(L4-L5、L5-S1)的矢状面中性区、矢状面屈伸活动度、冠状面中性区、冠状面侧弯活动度、水平面中性区、水平面旋转活动度;骶髂关节矢状面屈曲活动度,得出下腰部关节运动的运动学特征。
2)切除髂腰韧带后腰骶及骶髂复合体关节运动学的改变
切除髂腰韧带后,测得腰骶复合体关节(L4-L5、L5-S1)的矢状面中性区、矢状面屈伸活动度、冠状面中性区、冠状面侧弯活动度、水平面中性区、水平面旋转活动度改变;骶髂关节矢状面屈曲活动度改变;得出髂腰韧带对腰骶复合体关节、骶髂关节活动度的影响。
3)髂腰韧带对腰骶与骶髂复合体关节运动学耦合作用的研究
6具新鲜尸体标本进行逐级加载,分别测量在髂腰韧带完整、单侧切除、双侧切除三种工况下的腰骶复合体关节(L4-L5、L5-S1)和骶髂关节活动度的改变值,利用统计学“多重线性回归”方法,分析三者之间是否存在相关性,得出回归方程,探讨髂腰韧带对下腰骶部关节活动模式的影响。
结果:
1)矢状面活动度、冠状面活动度、水平面活动度L4-L5运动节段约为17.2(NZ2.3)°、6.0(N.0.6)°、4.6(N.1.4)°,L5-S1运动节段约为11.4(N.1.9)°、4.4(N.0.4)°、6.4(N.1.1)°。骶髂关节屈曲活动度为2.6°、背伸1.3°。
2)切除髂腰韧带后,L4-L5运动节段左右侧弯活动度明显增加,由切除前的均值5.4°增至6.2°(P<0.01);同时,水平旋转中性区增大(1.4°增加至2.0°,P<0.01),左右旋转亦有增加(平均增大0.7°,P<0.01);L5-S1运动节段则为矢状面中性区的增加(1.9°增至2.2°,P<0.01)、冠状面中性区增大0.5°(P<0.01)、左右侧弯平均增加0.5°(P<0.01);髂髂关节矢状面屈曲活动度增加,由2.6±0.2增至3.0±0.3(°)(P=0.001),背伸活动度由1.3±0.3增至1.7+0.2(°.(P=0.021)。
3.L4-L5、L5-S1、骶髂关节之间存在耦合运动。髂腰韧带完整时回归方程为Y=-0.033+0.275X1(F=344.678,P<0.01,R2=0.990);切除单侧髂腰韧带时回归方程为Y=0.102+0.399X2(F=800.158,P<0.01,R2=0.996);切除双侧髂腰韧带后回归方程为Y=0.144+-0.287X2(F=932.921,P<0.01,R2=0.993),其中变量X1为L4-L5运动节段活动改变值,变量X2为L5-S1运动节段活动改变值,变量Y为骶髂关节活动改变值。
结论:
1)髂腰韧带完整时,矢状面的屈伸活动度及冠状面的侧弯活动度L4-L5节段大于L5-S1节段,而水平面的旋转活动度L4-L5节段小于L5-S1节段;矢状面的中性活动度及冠状面的中性活动度L4-L5节段大于L5-S1节段,而水平面的中性活动度L4-L5节段小于L5-S1节段。骶髂关节存在微运动,矢状面活动度均值为3.9°。
2)髂腰韧带具有明显限制L4-L5、L5-S1、骶髂关节运动的作用,主要表现为限制L4-L5节段的侧弯及旋转运动;对L5-S1节段,主要限制侧弯运动,旋转运动未受明显影响。髂腰韧带对骶髂关节运动具有限制作用,切除髂腰韧带骶髂关节活动度增加0.80°。
3)下腰部L4-L5、L5-S1、骶髂关节彼此间存在运动耦合,髂腰韧带在限制下腰部关节运动的同时也对3个关节间的运动耦合模式(Couplin.Pattern)存在影响:髂腰韧带完整时,这种耦合运动模式主要存在于L4-L5与骶髂关节间,L5-S1运动节段处于“屏蔽”状态,避免不协调运动产生应力集中现象,有利于保护L5-S1椎间盘,防止退变;当髂腰韧带单侧切除或双侧切除后,下腰部关节运动的耦合模式主要为L5-S1与骶髂关节之间,邻近L5椎体之上的L4-L5运动节段缺乏关节之间的耦合运动,容易产生不协调的运动,从而引起频繁的应力集中,加速椎间盘退变的发生与发展。
4)下腰部结构存在特殊的生物力学特点,从生物力学角度可初步提出“腰骶髂复合体”的概念,但仍需进一步的临床研究支持。