随着骨质疏松的发生，脊柱后凸畸形的出现，椎体前后缘比值如何变化及椎弓根角度是否有变化尚无研究报道。本研究在差异性沉降理论指导下进行研究，动态观察脊柱力学的改变，明确椎体前缘/后缘比值及角度的变化，旨在为脊柱退变性后凸畸形的发生发展提供新的理论依据，并为临床手术提供指导思路。
1 资料与方法
1.1 一般资料 随机选择2016年1月—2018年3月山东大学齐鲁医院收治的骨质疏松患者20例和非骨质疏松者20例，均为女性、汉族，骨质疏松组年龄60～70岁，非骨质疏松组年龄30～40岁。疾病筛查：排除内分泌系统疾病(如糖尿病、甲状腺激素亢进、桥本甲状腺炎、甲状腺功能减低症、甲状旁腺激素亢进症)，脊柱创伤性疾病(如脊柱压缩性骨折、脊柱爆裂骨折)，先天性发育异常(如特发性脊柱侧弯、先天性脊柱结构异常)，占位性病变(如腹腔肿瘤、脊柱肿瘤)，感染性疾病(如布鲁杆菌感染、脊柱结核、脊柱椎间隙/椎体感染)，免疫系统疾病(如强直性脊柱炎、系统性红斑狼疮)。患者选择排除明确激素服用史。受试者均进行腰椎CT平扫，矢状位重建图进行数据测量和分析。
1.2 椎体前后缘比值测量 由于脊柱后凸畸形及退变性脊柱侧弯常发生与L1～L2节段，故本研究首先选取第12节胸椎(T12)、第一节腰椎(L1)及第二节腰椎(L2)的脊柱椎体进行测量，选择CT矢状位重建中心图，测量椎体前缘高度及后缘高度，计算前缘/后缘比值。
1.3 椎弓根角度测量 随着年龄的增长，脊柱关节突关节内聚，黄韧带增生肥厚，导致椎管狭窄，引起相应的临床症状。然而在这退变过程中是否影响了椎弓根角度尚无人研究。本研究应用CT平扫，根据经典的Magerl椎弓根进针法，采取选择上关节突外缘切线和横突中点的交线为进针点，穿过椎弓根中心，形成一条直线a，取正中矢状面为b，a与b相交所形成的角即为椎弓根角度，又称横断面角度。测量数据为L1椎弓根角度及L2椎弓根角度(图1，2)。
图1 非骨质疏松组L2椎弓根角度代表图
Figure 1 Representative picture of pedicle angle of L2 in non-osteoporosis group
图2 骨质疏松组L2椎弓根角度代表图
Figure 2 Representative picture of pedicle angle of L2 in osteoporosis group
1.4 测量方法 不同测试者在不知晓受试者骨密度情况下进行角度及高度值测量，将测量数据进行收集处理。
1.5 统计学方法 应用SPSS 24.0统计软件分析数据。计量资料比较采用t检验。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 2组T12～L2椎体前缘/后缘比值比较 骨质疏松组T12～L2椎体前缘/后缘比值均小于非骨质疏松组,差异有统计学意义(P<0.05)，见表1。
表1 2组T12～L2椎体前缘/后缘比值比较
Table 1 Comparison of anterior/posterior ratio of T12 to L2 column between two groups 
组别T12椎体前缘/后缘比值L1椎体前缘/后缘比值L2椎体前缘/后缘比值非骨质疏松组0.931±0.0710.874±0.0770.944±0.067骨质疏松组 0.859±0.0470.744±0.1790.888±0.064t值3.7812.9832.703P值0.0010.0050.010
2.2 2组L1～L2椎弓根角度比较 骨质疏松组L1～L2椎弓根角度均小于非骨质疏松组，差异有统计学意义(P<0.05)，见表2。
表2 2组L1～L2椎弓根角度比较
Table 2 Comparison of pedicle angle of L1 and L2 between grwo groups 
组别L1椎弓根角度L2椎弓根角度非骨质疏松组8.927±1.18910.191±1.138骨质疏松组 7.656±1.0139.082±1.186t值3.6383.017P值0.0010.004
3 讨 论
Denis[1]于1983年创立了脊柱的三柱理论学说，在生理载荷下，腰椎的前柱和后柱分别承受载荷的30%和20%，前柱和中柱共同负荷为70%，而后柱与中柱共同负荷为60%，脊柱稳定依赖于三柱结构的正常和平衡。脊柱稳定性是实现其生理功能的先决条件，而创伤和劳损可使脊柱的稳定性破坏，产生腰腿痛和相应的临床表现。然而，随着年龄的增长，机体结构的改变及退变，导致人体原有的生理力学平衡遭到破坏，逐渐出现了脊柱的后凸畸形[2]。
张英泽教授[3]经过解剖学、影像学、生物力学和临床应用等方面的系统研究，提出了差异性(不均匀)沉降理论。该理论认为骨质疏松是力学改变的始动因素。骨质疏松是一种以骨量低下、骨微结构破坏导致骨脆性增加，易发生骨折为特征的全身性骨病，是老龄化社会常见病和多发病。预计到本世纪中叶，我国60岁以上人口将达到4亿人，占总人口的27%。随着老龄化社会的到来，我国已经进入骨质疏松高发期[4]。骨质疏松诱发以脆性骨折为主的多种并发症，显著增加老年人的病残率和病死率，给个人、家庭和社会带来了沉重的负担。然而，目前的防治措施仍不能有效预防和根治骨质疏松症，故骨质疏松症已成为老龄化社会面临的严峻公共卫生问题和社会问题[5-7]。
由于骨质疏松在不同部位不均匀的发生而使力学传递和分散功能发生紊乱，从而令承重骨无法继续承担其原有应力而发生微骨折，进而导致外观畸形的发生。差异性(不均匀)理论最先应用于老年性骨关节炎中，根据该理论所采用的单纯腓骨近端截骨术治疗膝关节内侧间室骨性关节炎，取得了良好的临床效果和推广[8-10]。目前的研究已经证实，髋关节和踝关节也有沉降现象的发生[11]。另外，股骨近端的前倾角和颈干角会随着年纪的增长，逐渐变小[12]。
脊柱老年性后凸畸形由骨质疏松引起。随着年龄的增长，椎体内松质骨骨量流失明显，骨小梁变薄，导致骨质疏松的发生。骨质疏松的椎体无法承受原有负荷，导致骨小梁发生微骨折，进而导致椎体高度丢失。由于骨质疏松不均匀发生，脊柱同样存在着受力不均匀。脊柱的前柱和中柱骨松质较多，较易发生骨质疏松进而发生沉降，而后柱的关节突、椎弓根等骨性结构的骨皮质比较厚，骨质坚硬，发生骨质疏松的程度较轻，沉降不明显，因而从后柱到前柱，沉降的速率不一致，严重时即可导致整个脊柱的后凸畸形[13]。
脊柱退变性后凸畸形与膝关节骨性关节炎的机制相似：①病因相同，均由骨质疏松引起;②原理相同，与膝关节相同，即使在正常负重条件下，骨质疏松显著的椎体往往经受不住体重负荷，骨小梁发生微骨折，同时椎间盘变性变薄，进而导致椎体特别是前柱的高度丢失和椎间隙前部变窄;③受力相同，脊柱同样存在着受力不均匀,膝关节是内侧压力大，而脊柱为前柱压力大;④发展相似,2种疾病的症状均是患病部位逐渐发生慢性疼痛，均是退变性疾病;⑤治疗理念相似，2种疾病理论上可以通过重建力学平衡而消除症状，达到治疗目的。
脊柱三柱理论是基于正常成年人的解剖结构及力线分析，然而随着年龄的增长，人体退变的发生，正常的解剖结构遭到破坏或改变，局部组织不断磨损重塑，机体结构发生了相应的改变，从而能够代偿性维持机体原有功能。
在骨骼肌肉系统中，骨骼作为强有力的支撑，在维持机体的体位及负重方面发挥着重要的支柱作用。然而随着年龄的增长，破骨细胞活跃，成骨细胞活性降低，出现了钙质的流失，骨小梁数量减少，骨密度降低，骨强度减弱，导致了骨质疏松的发生[14-15]。原有的骨骼系统不能维持机体重量，发生了体积的改变，从而使单位体积内骨密度增强，代偿性维持机体重量。在这一过程中，由于脊柱椎体发生骨质疏松程度存在差异性，从而导致椎体形态不均匀改变。
脊柱在退变过程中，整个脊柱前中后柱结构均发生了改变。①由于脊柱的前柱和中柱承担约70%的力量，且骨松质较多，容易早期发生骨质疏松，从而导致前部高度丢失。高度丢失后，局部体积变小，单位体积内骨小梁数目增多，骨强度相对增强，从而代偿性维持机体载荷。本研究结果显示骨质疏松患者T12～L2椎体前缘/后缘比值减小。表明椎体发生骨质疏松程度是不均匀的。本研究所测量的3个椎体中，无论是非骨质疏松组还是骨质疏松组，L1的椎体前缘/后缘比值均较T12和L2小。这可能是因为选取样本较小，也可能是L1位于胸腰段结合部，胸椎相对固定，活动度小，而腰椎活动度大，承载更大压力，导致L1椎体前缘/后缘比值较T12和L2更小。②除前柱改变之外，后柱的关节突、椎弓根等骨性结构的骨皮质比较厚，骨质坚硬，发生骨质疏松的程度也较轻，沉降不明显，因而从后柱到前柱，沉降的速率不一致，严重时可导致整个脊柱的后凸畸形。③由于前柱沉降快，后柱沉降慢，导致后方棘突间距离发生改变，棘突间韧带及棘上韧带紧张，从后方牵拉，维持机体稳定性。韧带长期磨损，也是产生腰背痛的重要临床原因之一。④在发生差异性(不均匀)沉降的同时，脊柱后柱为了维持稳定性，增加局部结构的强度，出现了关节突关节内聚增生，局部黄韧带增生肥厚，局部骨组织重塑，使后柱结构更加紧凑坚实，以代偿性维持机体原有载荷。由于局部组织增生改变，从而导致腰椎管狭窄等一系列临床问题。本研究在原有研究基础之上发现，骨质疏松患者的椎弓根角度也发生了变化，与关节突关节一起内聚，角度变小，从而代偿性维持脊柱后柱平衡。然而，本研究选取的样本较小，尚需要进一步扩大样本量，明确其变化是否具有普遍性。
随着年龄的增长，骨质疏松的发生，人体力线结构发生了改变。本研究首先发现并提出：①在骨质疏松患者中，腰椎前柱高度丢失，椎体前缘/后缘比值减小；②在前柱结构发生改变的同时，腰椎后柱结构发生改变，椎弓根角度变小；③骨质疏松组L1～L2椎弓根置钉角度小于非骨质疏松组。因此，临床医生在骨质疏松患者的手术操作时应适当减少椎弓根进针角度。
总之，本研究通过回顾性研究提供了脊柱退变畸形中可靠的椎体前缘/后缘比值变化及椎弓根角度变化的临床参考数值，为临床医生手术操作提供了理论支持。
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