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学术前沿

小关节源性腰痛的基础研究进展

发表者:李忠海 人已读

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下腰痛是骨科最常见的临床疾患,其反复发作不仅使患者遭受疼痛的反复折磨,而且对机体健康以及运动功能造成极大的影响。以往关于下腰痛的研究方向主要集中在椎间盘,然而随着研究的深入,腰椎小关节逐渐引起了人们的重视。1911Goldthwait1首次提出腰椎小关节退变是引起下腰痛的一个重要因素。1927年,Putti2提出腰椎小关节的退变和炎症可能通过神经激惹引起坐骨神经痛。1933Ghormley3将腰椎小关节退变伴腰腿痛的临床症状定义为“腰椎小关节综合征”。临床研究已经发现约1552%慢性下腰痛患者的症状源于小关节退变,进一步说明了腰椎小关节在下腰痛中有着不容忽视的作用。然而,目前针对小关节源性腰痛的病因、发病机制等方面尚无明确定论,本文通过对这一领域的基础研究进行文献回顾,以利于加深对腰椎小关节病变引起下腰痛机制的认识。大连医科大学附属第一医院骨科李忠海

1滑膜皱襞

腰椎小关节位于椎弓根与椎管相连处,由相邻节段椎骨的上、下关节突及包绕在外部的关节囊共同构成,是腰椎后部结构的重要组成部分,属于滑膜关节,关节间隙大约有2mm,其关节容积在11.5ml。腰椎小关节滑膜为纤维脂肪组织,紧贴于关节囊内侧面,其游离缘可凸入关节间隙内形成皱璧,类似于半月板结构,起到增强关节稳定性和分散受力的作用,既往也有关节囊皱折、叶状滑膜一脂肪半月板、舌状半月板、环状纤维半月板、脂肪组织垫、脂肪纤维半月板样结构及结缔组织环等各种不同的描述。

很多学者认为滑膜皱襞与腰痛存在着密切的关系。颜昌义等4发现几乎在所有腰椎小关节内均存在滑膜皱襞,其厚度不一,并不同程度地伸入到关节软骨面之间,作者认为该结构可能是“腰椎后关节滑膜嵌顿”的结构基础,其反复损伤,可能是引起腰痛的重要原因之一。Engel5把滑膜皱襞分为乳头状、锥形、舌状、片状、新月形、边缘形六种形态,并认为患者在弯腰突然转向一侧时,关节囊上的滑膜皱襞来不及回位,可能被卡压于两关节面之间,进而引起腰痛。然而,Bogduk6则指出由于腰椎小关节关节面太小,关节间隙容量有限,上述情况发生的几率很小。郭云良等7认为当脊柱姿势不正、运动不协调,可能会出现小关节的运动与多裂肌收缩不协调,未及时牵动滑膜皱襞使之嵌于关节面之间,引起小关节滑膜嵌顿,而导致突发性剧烈腰背痛,并反射性引起背肌痉挛,腰部活动受限,这是腰椎间关节滑膜嵌顿的解剖学基础。Giles8证实滑膜皱襞上存在着髓鞘神经纤维,这些神经末梢具有伤害性感受器的功能,不一定需要卡压刺激传递到关节囊的神经感受器才引起疼痛,其本身受到卡压也会引起疼痛,这是椎间关节滑膜嵌顿的组织学特点所决定的,这也为腰椎小关节内滑膜皱襞的嵌顿导致腰痛提供了有力佐证。

小关节的方向性和向性

腰椎小关节的方向性具有其明显的特点,随着年龄的变化,它的方向性也随之变化。在胎儿及婴儿期腰椎小关节的关节面方向近乎冠状,以后由于小关节的外侧缘逐渐向矢状面方向发展,使关节面变成近乎弧形以矢状方向为主,即上关节突的关节面朝向后内方,下关节突的关节面朝向前外方。在不同的节段,小关节方向也有所差异,总体趋势是由上到下关节面逐渐由偏向冠状位转向矢状位,并与横截面成直角。

很多研究已经证实腰椎小关节的方向性与小关节退变和退行性腰椎滑脱有密切关系9-14。腰椎小关节的形态结构比较复杂,目前学者们普遍采用腰椎小关节角来反映小关节的方向性。正常的下腰椎小关节角一般呈双向结构,呈半圆筒状,防止前移和伸展旋转,这些作用的有效性主要取决于小关节角的大小,即小关节角有制约着椎体曲伸及旋转运动的作用。小关节角的增大,对曲伸有利,但存在着矢状位上不稳定的倾向。Robertson15研究发现关节突关节角度小于38°时腰椎易发生退行性滑移。陈其昕等16认为偏矢状位的腰椎小关节角可能存在着腰椎后柱结构力学上的破绽,即对抗腰椎前移载荷的相对面积减小,增加了小关节局部的应力,从而可加速腰椎小关节退行性改变,使小关节出现增生内聚,由此导致椎管狭窄的发生。

腰椎小关节的向性是指腰椎两侧小关节存在明显不对称,其中一侧冠状面成角增大。腰椎两侧小关节与相应平面椎间盘形成的三角是保持脊柱稳定性的重要结构,因此当小关节不对称时,打破了正常的三角平衡关系,导致两侧小关节运动范围不一致,进而影响腰椎正常的生物力学特性。小关节形态学异常,特别是小关节不对称,被视为与小关节骨性关节炎和椎间盘退变相关的主要因素,但目前结论尚没有达到一致17-18

小关节的神经支配和疼痛传递

脊神经后支于椎间孔处自脊神经发出,主干短,长约0.51.0厘米,向后走行分为外侧支与内侧支,内侧支穿过横突走行于上关节突和横突根部交界处的的副韧带下,而后发出分支进入腰椎小关节囊,腰椎小关节主要受脊神经后内侧支支配。此外,脊神经后内侧支还支配支配关节周围的多裂肌、韧带、椎弓及椎体骨膜。一般认为腰椎小关节接收来自至少两个节段(相邻同一节段及上一节段)的神经支配,而每节段脊神经至少支配相邻同一节段及下一节段的腰椎小关节。此外,各神经支之间存在丰富的节段性吻合及变异,Kaplan199例患者施行L4/5L5/S1小关节脊神经后内侧支阻滞,其中1例出现未阻滞前的症状,作者认为个别神经传导的变异或许是主要原因。此外,部分学者20-21认为小关节或许也接受下一节段的脊神经后内侧支、背根神经节或椎旁交感神经节的支配,但这些都没有得到完全证实。因此,腰椎小关节的这种复杂神经支配关系使得腰椎小关节疼痛的定位非常困难。

腰椎小关节的神经支配最初研究认为是一种节段性支配,但Takahashi[22]利用荧光金染色通过逆行神经示踪法发现:支配大鼠L5/6小关节的神经由同侧L1-5 DRG发出的神经纤维组成,它包括相邻节段节段性支配与非节段性远距离支配两种支配方式,其中L1-2 DRG发出的神经纤维通过脊柱旁交感干行非节段性支配,L3-5 DRG发出的神经纤维属于节段性支配,但其具体走行途径尚不清楚。Suseki[23]霍乱毒素B的一个亚型进行逆行神经示踪研究也证实,支配L5/6小关节的神经来源有两个途径,一个是远距离的非节段支配,小关节上的感觉神经纤维通过椎旁交感干到达L1-2 DRG神经元,这和Takahash的研究结果相同,另一个是近距离的节段性神经支配,这种途径是小关节上的感觉神经纤维通过后纵韧带上的窦椎神经到达L3-5 DRGOhtori[24]发现在支配大鼠L5/6小关节的DRG神经元中存在P物质(substance PSP)和降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptideCGRP)免疫反应性的神经元,分布于L3-5 DRG中的SPCGRP免疫反应性神经元明显多于L1-2 DRG中的,说明在生理条件下,下腰椎的DRG神经元比上腰椎的DRG神经元在小关节的痛觉传导中起着更重要的作用,而L1L2 DRG中的神经元是通过椎旁交感干到达L5/6小关节的,L3L4L5 DRG中的神经元则是直接通过窦椎神经支配L5/6小关节。其他学者的研究[25-29]也证实了腰椎小关节复杂的神经支配方式,这种多重交叉的支配方式为腰腿痛复杂发病机制的研究奠定了基础。

目前,研究已经证实DRG神经元主要分为两个亚群:大直径和小直径感觉神经元,大直径神经元主要是和本体感受有关,而小直径神经元则被认为是和痛觉有关[27-28]。小直径神经元可进一步分为神经生长因子(nerve growth factorNGF)依赖性神经元和神经胶质细胞源性神经营养因子(glial cell 1ine-derived neurotrophic factorGDNF)依赖性神经元,前者因含有SPCGRP而又被称为含肽神经元,并能表达NGF高亲和力受体酪氨酸激酶AtrkA),最终投射到脊髓后角的薄层Ⅰ和薄层Ⅱ的外侧部分。GDNF依赖性神经元主要与神经源性的疼痛有关,不能表达神经肽,但可以和从植物中提取的植物凝集素(IB4)结合,并投射到脊髓后角内薄层Ⅱ的内侧部分,故又称非含肽神经元。

含肽神经元和非含肽神经元在DGR中的比例和分布受感觉神经支配部位和原发损伤的类型影响,接受腰椎小关节中痛觉信息的主要是NGF依赖性神经元。有研究表明组织炎症引起的慢性疼痛主要与NGF依赖性神经元有关,而IB4结合神经元则与神经损伤引起的慢性疼痛有关[27-28]Ohtori[24]对炎症条件下支配L5/6小关节的DRG神经元进行了研究,发现炎症组L1-2 DRGCGRP免疫反应性神经元的数量较对照组明显升高,并且L1-5 DRGCGRP免疫反应性神经元的直径明显增加,这种炎症条件下CGRP免疫反应性的神经元数量的增加以及表型向大神经元的转变使得小关节引起的下腰痛的机制更加复杂,但这也说明炎症小关节在下腰痛的产生中扮演着重要的角色。因此,研究小关节炎症对DGR内神经元表达的影响,对于探讨小关节源性下腰痛的发病机制十分重要。

滑膜炎症及炎性因子

腰椎小关节与四肢其他关节类似,为一可动滑膜关节,随着骨性关节炎发病机制的相关研究不断深入,目前大多数研究者认为,在腰椎小关节的创伤和炎症过程中可以释放炎性一些介质,如五羟色胺、缓激肽和前列腺素EIL-1IL-6等,这些炎性介质在小关节源性腰痛的发生及进展过程中起到重要的作用。

2004Igarashi[30]首次报道了IL-1β、IL-6 TNF-α在腰椎退行性疾病中的表达,发现IL-1β在40例患者的小关节中均有较高的表达,认为炎性因子可能与腰椎退变有关。Cavanaugh[31]建立了腰椎小关节炎动物模型,发现小关节囊上的机械刺激感受器不仅自发放电单位冲动释放频率成倍增加,而且原来的静默单位也开始发生冲动,表现为多单位自发放电的基础释放频率增加,阈值降低,对阈下刺激即可发生多单位强烈反应,并且释放的化学介质如五羟色胺、缓激肽和IL-1IL-6等炎性因子可使周围神经末梢敏感化,降低痛觉感受阈值,维持其兴奋状态,或产生自发冲动,从而导致疼痛,这可能是导致慢性腰痛的重要因素。Miyagi[32]建立腰椎小关节损伤动物模型,通过免疫组化染色发现在小关节和背根神经节周围的TNF-α表达是上调的。Sakuma[26]研究发现在腰椎小关节炎性病变过程中,巨噬细胞和神经鞘细胞产生TNF-α,并引起受体P55受体的表达上调,再通过轴浆运输增加信号传递强度,从而引起疼痛传递。Tachihara[33]利用大鼠模型诱导关节炎性反应发生时,检测背根神经节TNF-α免疫反应阳性的细胞,发现其数量明显高于对照组,同时硬膜外腔内发现有大量炎性细胞浸润,这一结果证明小关节的炎症可以诱发根性疼痛。张继业等[34]观察兔腰椎小关节加载应力后的病理变化,发现IL-1β、IL-6TNF-α随着软骨退变程度的增加而表达增强,而严重退变的软骨由于软骨细胞数减少表达反而有所下降,作者认为高应力可导致腰椎小关节退变,应力作用时间越长,小关节退变越严重,腰椎小关节软骨细胞的退变伴随着炎性因子合成、分泌的改变。

近年,一些新的神经递质的发现也进一步丰富了腰椎小关节感觉传递机制的研究。Thompson[35]发现脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factorBDNF)在炎症条件下脊髓后角中起着重要的神经调节作用。同时,他们发现在炎症模型中,DRGs和脊髓后角中的SPBDNF的含量会增加。此后,Ohtori[36]证实在支配腰椎小关节的DRG神经元中有BDNF免疫反应性神经元,并且认为这些神经元可以协同表达SPCGRP,同时也发现炎症可以使得支配小关节的BDNF免疫反应性神经元数量增加并且直径增大,与先前研究的CGRP免疫反应性神经元在炎症条件下的改变相似。炎症条件下BDNFCGRP免疫反应性神经元数量的增加,以及生理条件下不产生BDNFCGRP的大型神经元,在炎症条件下却表达了BDNFCGRP,这可能就是小关节病变可以引起的弥散性下腰痛以及腹股沟区疼痛的机制之一。

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发表于:2017-03-05 14:42

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