退变性腰椎间盘突出症髓核的超微结构与 M RI对照研究*

西安市红十字会医院(西安 710054) 郝定均 陈明霞 贺宝荣 杨小彬 樊小军 王 鹏 刘衍晟

腰椎间盘突出症是常见病、多发病,核磁共振(MRI)是最常用的检查方法,其信号强度的不同,可间接反映椎间盘髓核的病理改变[1]。我们通过对退变性腰椎间盘进行了 MRI检查,并对信号强度不同的髓核细胞进行超微结构观察,了解相互关系以指导临床诊疗及判断预后。

材料与方法

1 一般资料 2006年 1月至 2008年 12月临床确诊退变性腰椎间盘突出症患者中,随机抽取经 MRI检查信号不同的 108例患者,其中男 57例,女 51例,年龄 32～69岁,平均 47.2岁,平均病程 12.6年。

2 方 法 ①MRI检测及数据采集:MRI检测均采用德国 Siemens公司生产的超导型磁共振成像仪,磁场强度 1.5T,T1加权 T R/T E=500/12,T2加权 TR/TE=4000/112。矢状面层厚 4mm。测量 T2加权像矢状面上髓核的灰度值、象素值,以及相邻脑脊液的灰度值(photoshop8.0软件处理),计算髓核的相对信号强度(RSI)。分级 RSI=SIa×Na+ SIb×Nb/(Na+ Nb)× SICSF,其中 SIa、SIb分别为髓核赤道部低信号区上、下区域的平均灰度值;Na、Nb分别为髓核赤道部低信号区上、下区域的像素值;SICSF为相邻脑脊液的平均灰度值。②髓核组织的制备:患者在硬膜外麻醉下行椎间盘切除术,迅速取刮出的髓核组织,置 2.5% 戊二醛+1.5% 多聚甲醛混合固定液中,4℃固定 2h以上,1%四氧化锇后固定,乙醇、丙酮梯度脱水,环氧树脂 Epon812包埋,超薄切片后经醋酸铀和枸橼酸铅双重染色,于日本日立 H-600透射电镜下观察、拍照。

3 统计学处理 应用医用统计学软件 SPSS 13.0版,采用秩相关分析方法进行统计学分析,评估髓核MRI相对强度与椎间盘超微结构中髓核细胞和胶原原纤维之间的关系。P＜0.05表示有相关性。

结 果

1 M RI髓核信号强度分级 根据 Tertt等[2～4]研究分类法,将髓核的 MRI相对信号强度分为 4级:0级,M RI相对信号强度＞0.82;Ⅰ级,MRI相对信号强度为 0.73～ 0.82;Ⅱ 级,MRI相对信号强度为 0.64～0.72;Ⅲ级,MRI相对信号强度 ＜0.64。其中 0级为正常髓核,1级为轻度退变髓核,Ⅱ级为中度退变髓核,Ⅲ级为严重退变髓核。结果本组退变性腰椎间盘度出症患者分型情况为:0级患者 0例,Ⅰ级患者 21例,Ⅱ级患者 33例,Ⅲ级患者 54例。见表 1。从 MRI影像学上 T2WI信号强度:Ⅰ级,椎间盘髓核显示较高信号,较正常椎间盘稍降低;Ⅱ级,椎间盘髓核显示中低信号;Ⅲ级,椎间盘髓核显示低信号,整体变黑。

表1 各组相对信号强度

2 不同的 M RI信号强度的髓核超微结构改变

髓核细胞退变程度超微结构。轻度:基本正常的软骨样细胞及少量形态异常的软骨样细胞均可见到,细胞多呈椭圆形或不规则形,有完整细胞膜,周围伸出许多长短不一的绒毛状突起,细胞质内可看到椭圆形的线粒体,数量不多;高尔基复合体、溶酶体和粗而内质网可见内质网囊池略扩张,核糖体散在分布于细胞胞质内,空泡和微丝少见,细胞核多为椭圆形,核膜完整.核内异染色质占优势,形态异常的软骨样细胞内空泡较多(见图 1)。中度:髓核组织中细胞数量较少,胞膜尚完整,细胞质内细胞器减少,线粒体数量少或分辨不清,见少量扩张明显的粗面内质网,较多的空泡、溶酶体散在分布于胞质内.并见部分微丝。核膜完整.胞核清晰可见。退变细胞外周的巢增厚呈多层排列,致密颗粒增多(见图 2)。重度:电镜下髓核组织中细胞数量稀少,多数呈现不同程度的退变或死亡,仅见到的软骨样细胞体积缩小,细胞核消失,呈现出退变或固缩样坏死的形态学表现。胞质模糊不清,细胞质内细胞器减少、消失,细胞的电子密度增加,在致密的无定形基质中见一些粗颗粒状物或空泡,胞膜不完整或缺如。退变细胞外周的巢状结构增厚呈多层排列,致密颗粒增多(见图 3)。

3 M RI相对强度与髓核细胞退变程度的关系见表 2。MRI相对强度越低其髓核细胞退变程度越严重,且 M RI相对强度与髓核细胞退变程度呈正相关(rs=0.497,P＜0.05)。

表2 MRI相对强度与髓核细胞退变程度的关系

4 髓核胶原原纤维退变程度超微结构 轻度:细胞周围的胶原原纤维排列较规则,长短不一,有的胶原原纤维呈细丝状,未见周期性横纹,着色浅;有的纤维直径明显增粗,横纹明显,着色深。少数粗细不等的胶原原纤维交织在一起,少部分胶原纤维融合、钙化(见图 4)。中度:细胞周围的胶原原纤维排列基本有序,有些纤维直径明显增粗,一些粗细不等的胶原原纤维交织在一起,聚集成堆或成束。部分变性的胶原原纤维融合成斑块,甚至成团,内部含较高或中等电子密度的无定形基质、细颗粒或随机排列的细纤维。有的变性胶原原纤维缠绕盘旋而扭结成团。另外可见高电子密度细颗粒的钙化点沿胶原原纤维纵轴排列或沉积其上,亦可见少量斑块状(见图 5)。重度:坏死细胞的空隙由胶原原纤维和致密颗粒充填,周围胶原纤维短小、变性,排列紊乱。多数粗细不等的胶原原纤维交织在一起聚集成堆,排列较紧密,其间出现较大的裂隙状空白区或稀疏带。大量变性的胶原原纤维融合成斑块,甚至成团或巨块,内部含较高或中等电子密度的无定形基质、细颗粒或随机排列的细纤维。大量扭结呈团的胶原原纤维,内部含较高电子密度的细颗粒的钙化点,边缘变粗糙模糊,横纹消失,内部结构亦模糊不清(见图 6)。

5 M RI相对强度与髓核胶原原纤维退变程度的关系 见表 3。M RI相对强度越低其髓核胶原原纤维退变程度越严重,且 M RI相对强度与髓核胶原原纤维退变程度呈正相关(rs=0.425,P＜0.05)。

表3 M RI相对强度与髓核胶原原纤维退变程度的关系

图1 大致正常的软骨样细胞成对排列(M RI影像Ⅰ 级 ,Bar=3 μm)

图2 软骨样细胞形态不完整,细细胞质内细胞器减少(MRI影像Ⅱ 级 ,Bar=3μm)

图3 软骨样细胞固缩、坏死,细胞形态消失(MRI影像Ⅲ 级 ,Bar=3μm)

图4 胶原纤维细长,排列较规则,部分区域有溶解、钙化(M RI影像Ⅰ 级 ,Bar=6μm)

图5 细胞周围胶原纤维短小、变性,排列紊乱,出现致密颗粒(MRI影像Ⅱ 级 ,Bar=6μm)

图6 胶原纤维排列紊乱、稀少、钙化(M RI影像Ⅲ 级 ,Bar=6 μm)

讨 论

退变性椎间盘突出症是临床上的常见病及多发病,其正确的诊治很重要。椎间盘突出症的病变本质为:软骨样细胞减少,出现不同程度地退变、坏死,细胞器数目减少,细胞外周致密颗粒增多;基质中胶原纤维发生不同程度的变性、融合、扭结或钙化,胶原纤维束间裂隙增大。近年来国内外学者从观察 M RI信号变化角度对其病理学进行研究,部分学者利用电镜来观察其退变的微观结构,但均未见将 MRI信号改变与微观结构观察相结合来研究退变性椎间盘突出症的报道。本研究首次将 MRI的逐级改变加以超微结构的观察,进一步证实了各级椎间盘突出症的病变本质。

MRI作为是临床上评价椎间盘疾病最敏感的检查方法,具有无创、安全等优点,可很好地显示椎间盘的退行性改变[5～7]。本研究根据 Tertt等[2]的研究进行 M RI分级有一定的科学依据。目前许多研究证实椎间盘超微结构的改变与椎间盘退变程度相关[8],且椎间盘突出症超微结构病理改变的严重程度对 M RI信号强度有着直接的影响[9～10]。本研究中,椎间盘 MRI高信号(Ⅰ级)的髓核细胞数量稍多,细胞完整,结构基本接近正常,仅有少量的细胞超微结构形态异常,死亡细胞较少,在 MRI上表现出较高信号,较正常椎间盘髓核的信号强度稍低;椎间盘 M RI低信号(Ⅲ级 )的多数髓核细胞明显退变或死亡,在 M RI上反映出低信号(黑间盘);椎间盘 M RI中低信号(Ⅱ级)的髓核细胞超微结构病理改变介于Ⅰ级和Ⅲ级二者之间。以往研究表明髓核组织细胞数量稀少,且为退变和死亡的软骨样细胞,退变细胞外周多层排列的巢增厚,在退变细胞周围基质中致密颗粒的增多,可作为判断髓核退变程度的一个间接指标。胶原原纤维的退变是髓核超微结构改变的另一个重要方面,通过观察胶原原纤维的断裂、溶解及钙化的数量,可以判断其退变的程度。本实验中椎间盘髓核 MRI高信号(Ⅰ级)胶原原纤维的退变程度较轻,其超微结构明显好于 MRI低信号(Ⅲ级)的胶原原纤维结构。与相关研究中腰椎间盘髓核组织退变表现为细胞结构和功能及基质胶原原纤维的变化以及蛋白多糖、水含量的改变,进而表现在 M RI信号上的改变结果一致。本研究证实椎间盘髓核组织中细胞及胶原原纤维的超微结构与 M RI髓核信号强度等级有相关性,且随着 MRI信号强度的降低,退变、坏死结构增多,退变越严重。本研究主要针对不同等级信号髓核的超微结构进行观察,其样本量有限,且未进行性别、年龄、病程等相关性分析,此类缺陷需在进一步的研究中完善。

总之,引起椎间盘组织异常退变的原因是多方面的。我们将直观的 MRI观察分级与退变椎间盘的超微结构结合研究,相互支持,有助于进一步探讨椎问盘突出症的发病机制,为临床防治及判断预后提供理论依据。

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