腰椎间盘突出症磁共振成像下终板形态及其与椎间盘退变的关系①

李春林，李放，张志成，叶超群

腰椎间盘突出症磁共振成像下终板形态及其与椎间盘退变的关系①

李春林1,2，李放1，张志成1，叶超群1

目的研究腰椎间盘突出患者下腰椎MRI终板形态的分布规律，分析终板形态和椎间盘突出、Modic改变的关系。方法回顾分析110例腰椎间盘突出患者术前腰椎MRI。根据正中矢状面T1像将终板形态分型。根据Pfirrmann法评定椎间盘退变等级。结果下腰椎终板最常见形态为凹面型。随着节段的下降，平坦型终板逐渐多见，L5～S1节段主要为平坦型。不规则型终板最少，且主要集中在L5～S1节段。终板形态由凹面型到平坦型再到不规则型，对应的间盘退变程度逐渐加重(P＜0.05)。椎间盘突出节段以平坦型和不规则型终板多于凹面型多见，无突出节段则以凹面型多见(P＜0.01)，而平坦型和不规则型间无显著性差异(P＞0.01)。不规则型终板比凹面型和平坦型更容易伴发Modic改变(P＜0.01)，凹面型和平坦型间无显著性差异(P＞0.01)。结论终板形态变化能在一定程度上反映椎间盘突出时间盘的退变情况。不规则型终板更容易伴发Modic改变。

腰椎间盘突出；磁共振成像；终板；椎间盘退变；Modic改变

[本文著录格式]李春林，李放，张志成，等.腰椎间盘突出症磁共振成像下终板形态及其与椎间盘退变的关系[J].中国康复理论与实践,2012,18(5):458-460.

下腰痛是常见疾病，腰椎间盘退变是产生下腰痛的常见原因。终板与椎间盘紧密相邻，是椎间盘生物力学的直接传导部位。临床研究发现，腰椎间盘退变时终板会发生重塑以适应退变[1]。随着运动保留技术的发展，有些治疗手段要求椎体终板为凹面形[2-3]，以便植入牢固。下腰椎椎间盘突出的特殊生物力学环境使其成为脊柱退变最严重的部位。本研究观察腰椎间盘突出症患者下腰椎MRI下终板形态、终板信号变化，研究腰椎间盘突出症患者下腰椎终板形态变化规律，分析终板形态和椎间盘退变程度、椎间盘突出情况以及与M odic改变的关系并探讨其临床意义。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾分析2010年1月～2011年6月间收治的110例腰椎间盘突出症患者，其中男性72例，女性38例，年龄20～64岁，平均43.7岁。入选标准：①患者有下腰痛及根性症状，经6个月保守治疗症状无明显改善；②无腰部手术史；③根据症状、体征、腰椎X线片、MRI确诊为下腰椎腰椎间盘突出症，且排除脊柱侧弯畸形、腰椎骨折、结核、肿瘤、感染等疾病；④均选择开放手术。

1.2 方法 采用GE Sigma Tw ins EXCITEⅡ1.5 T磁共振扫描仪常规行腰椎矢状面T1W I、T2W I扫描以及横断面T2W I扫描。椎间盘退变程度按Pfirrmann分级标准[4]判定并给予评分，Ⅰ级为1分，Ⅱ级为2分，Ⅲ级为3分，Ⅳ级为4分，Ⅴ级为5分。终板形态按Pappou等的方法[5]，在T1像上将终板形态分为凹面形、平坦形、不规则形。同一个节段出现两种形态时，将终板形态归为较重的一型。

按终板M odic改变分级标准[6]判定各节段终板有无M odic改变。

MRI影像学资料由1名骨科医师和1名核磁室医师相对独立地进行盲法分析。最后集中讨论，有争议时请另外1名骨科医师评定，并取多数认同意见作为结果。

1.3统计学分析 采用SPSS 17.0统计软件进行分析。终板形态与椎间盘退变的关系行K ruskal-Wallis秩和检验，显著性水平α=0.05；终板形态与M odic改变、椎间盘突出之间的关系行Pearsonχ2检验，显著性水平α=0.01。

2 结果

各节段终板形态的分布见表1。凹面型终板占50.6%，主要分布于L3～4、L4～5节段。平坦型终板随着节段的下降逐渐多见，L5～S1节段64.4%为平坦型，其中S1上终板平坦型居多。不规则型最少(23.0%)，且46.1%集中在L5～S1节段。

表1 各节段终板形态分布(n)

凹面型、平坦型、不规则型终板平均Pfirrmann分级评分分别为(3.31±0.81)分、(3.66±0.64)分、(4.16± 0.67)分，各形态之间相比退变等级均有显著性差异(H=61.411,P＜0.05)。

椎间盘突出节段以平坦型和不规则型终板占多数，无突出节段则以凹面型占多数(χ2=39.422,P＜0.01)，平坦型和不规则型分布无显著性差异(P＞0.01)。见表2。

表2 伴或不伴椎间盘突出节段终板形态分布(n)

有30%(33/110)患者35个节段终板伴有M odic改变。伴有M odic改变的终板形态以不规则型为主(χ2= 28.366,P＜0.01)，凹面型与平坦型之间无显著性差异(P＞0.01)。见表3。

表3 伴或不伴M odic改变终板形态分布(n)

3 讨论

椎间盘突出症的治疗中，运动保留技术越来越多地得以应用。但是这些技术对终板形态有一定要求，如椎间盘置换术最适合于凹面型终板。因此研究终板形态与腰椎间盘退变的关系对临床工作有指导意义。

以往终板形态的研究多数集中在椎体解剖结构。影像学研究则主要观察椎体在CT三维重建下及MRI下的横径、矢状径、周径、面积等，并测量终板凹陷角及相对曲率[7-8]。终板凹陷角测量虽然能够比较客观量化地反映椎体终板的凹陷程度，但操作复杂，并且由于顶点定位的不稳定使其误差较大。Pappou等分析腰椎退变疾病患者和腰椎间盘突出患者终板形态与椎间盘退变的关系结果[5]与本研究类似，但选取研究对象不同，并且未研究终板形态与M odic改变及椎间盘突出的关系。目前MRI终板形态与椎间盘退变程度之间的关系尚不十分清楚，终板形态与间盘突出情况及Modic改变之间的关系还未见报道。

软骨终板是椎体与髓核之间的一薄层软骨板，呈椭圆形盘状结构，周边厚中央薄。软骨终板下椎体也称骨性终板，骨性终板和软骨终板在影像学上很难区别，在基础和临床研究中两者相互作用、相互影响，常被看作一个整体功能单位来研究，特别是在生物力学研究中。研究表明，终板在维持椎体的正常形态、椎间盘生物力学传导、缓冲应力重新分布[9]及椎间盘营养、代谢过程[10]中起重要作用。完全去除终板后，椎体的抗压能力将下降约39%[11]。因此终板退变和椎间盘退变的关系十分密切。

许多学者认为，终板退变可能参与或加重椎间盘退变，但仍存在许多争议[1,10,12-15]。Holm等的研究表明，终板损伤后，相邻髓核的压力负载减少25%～27%，而纤维环应力增加，且主要在后侧，故后方纤维环易发生纤维环劳损和髓核后突，认为椎体软骨终板的损伤可导致椎间盘退变的发生[12]。Grant等认为，终板退变后产生形态学变化，从而失去缓冲作用，进而可能参与或加重椎间盘退变过程[1]。还有学者认为，软骨终板细胞的凋亡引起椎间盘营养和代谢途径障碍可能是导致椎间盘退变的重要因素[10,13-14]。

但也有相反观点。Kokkonen等认为，终板退变更像是腰椎间盘退变的后果，而不是造成椎间盘破坏的原因[15]。大量研究认为，椎间盘退变会引起终板形态[7,9,16-18]和终板MRI信号[6,19-21]的变化。

Wolff理论指出，骨的负载改变时，骨组织会进行改建以适应骨的负载。椎间盘生物力学研究表明，椎间盘正常时，椎间盘传导的应力主要集中在椎体终板的中央；应力不仅影响椎间盘的容积和形状，也对终板产生作用，尤其是轴向应力负荷可导致终板及终板下骨小梁弯曲变形[9,18]。这可能就是本研究中相对正常的椎间盘多以凹面型终板为主的原因。

当椎间盘退变时，髓核流体力学特征逐渐消失，应力由终板中央向外周转移，导致外周终板应力相对集中，这种应力的重新分布不仅使终板剪切力增加，终板容易发生微骨折[9,17]，也可激活终板和椎体的骨重建过程，最终导致椎体周边高度丢失和椎体矢状径增加，终板倾向平坦化。本研究中，平坦型终板随着节段的下降逐渐多见，S1节段上终板以平坦型为主，可能都与L4～5、L5～S1节段应力负荷大有关。

不规则型终板所占比例最少且主要集中在L5～S1节段，可能是异常应力负荷长期作用的结果。L5～S1节段位于腰骶结合部，剪切力最大，所以出现不规则型终板的可能性相对其他节段更大。

本组椎间盘突出症患者下腰椎终板形态由凹面到平坦再到不规则，对应椎间盘退变程度逐渐加重，提示终板形态变化与椎间盘突出以及退变程度相关，但不能明确其中的因果关系。

终板MRI信号的改变(M odic改变)与椎间盘退变也有很高的相关性[6,19]。椎间盘退变性疾病中，M odic改变大约占19%～59%[6,22-23]。目前多认为M odic改变是由于椎间盘退变后异常的应力负荷[6]、腰椎不稳定[21]、释放炎症因子[20]等导致椎体微小骨折、影响骨髓局部的微环境，导致其组织学上的改变，最终表现为终板MRI信号改变。本组椎间盘突出患者伴M odic改变者占30%，不规则型更容易伴发M odic改变，支持M odic改变可能是终板受长期异常应力，退变达到一定程度的结果。

Pfirrmann分级系统是较为直观且被广泛接受的椎间盘退变分级方法，但由于其本身的局限性，使其在高龄患者各项指标强弱的判断上存在争议，也可致椎间盘退变程度的判定存在一定误差。另外由于本研究是回顾性研究，故不能明确椎间盘退变导致终板形变重塑。前瞻性研究能更好地显示终板形态的动态变化及椎间盘退变之间的关系。

[1]Grant JP,Oxland TR,Dvorak MF,et al.The effects of bone density and disc degeneration on the structural property distributions in the lower lumbar vertebral endplates[J].Orthop Res,2002,20(5):1115-1120.

[2]Gam radt SC,Wang JC.Lumbar disc arthroplasty[J].Spine, 2005,5(1):95-103.

[3]DiM artino A,Vaccaro AR,Lee JY,et al.Nucleus pulposus replacement:basic science and indications for clinical use[J]. Spine,2005,30(16 Suppl):S16-S22.

[4]Pfirrmann CW,Metzdorf A,Zanetti M,et al.Magnetic resonance classification of lumbar intervertebral disc degeneration[J].Spine,2001,26(17):1873-1878.

[5]Pappou IP,Camm isa FP Jr,Girardi FP.Correlation of end plate shape on MRI and disc degeneration in surgically treated patients with degenerative disc disease and herniated nucleus pulposus[J].Spine,2007,7(1):32-38.

[6]M odic MT.Modic type 1 and type 2 changes[J].Neurosurg Spine,2007,6(2):150-151.

[7]陈之青,陈其昕,李方财,等.椎体终板的凹陷角与腰椎间盘退变的相关性[J].中国骨伤,2004,17(7):396-398.

[8]Gu HS,Zhou WY,Li ZY.Clinic research between vertebral endplatemorphology and lumbar disc herniation[J].JClin Rehabil Tissue Eng Res,2010,14(50):9497-9500.

[9]Li FC,Zhang N,Chen WS,et al.Endplate degeneration may be the origination of the vacuum phenomenon in intervertebral discs[J].M ed Hypotheses,2010,75(2):169-171.

[10]Gruber HE,Gordon B,Norton HJ,etal.Analysis of cell death and vertebral end plate bonem ineral density in the annulus of the aging sand rat[J].Spine,2008,8(3):475-481.

[11]Lowe TG,Hashim S,W ilson LA,etal.A biomechanical study of regional endplate strength and cagemorphology as it relates to structural interbody support[J].Spine,2004,29(21): 2389-2394.

[12]Holm S,Holm AK,Ekström L,etal.Experimental disc degeneration due to endplate injury[J].Spinal Disord Tech,2004,17 (1):64-71.

[13]Xu HG,Chen XW,Wang H,et al.Correlation between chondrocyte apotosis of vertebral cartilage endplate and degeneration of intervertebral disc[J].Zhonghua YiXue Za Zhi,2008, 88(3):194-197.

[14]Haschtmann D,Stoyanov JV,Gédet P,et al.Vertebral endplate trauma induces disc cell apotosis and promotes organ degeneration in vitro[J].Eur Spine,2008,17(2):289-299.

[15]Kokkonen SM,KurunlahtiM,Tervonen O,etal.Endplate degeneration observed on magnetic resonance imaging of the lumbar spine:correlation with pain provocation and disc changes observed on computed tomography diskography[J].Spine, 2002,27(20):2274-2278.

[16]Grosland NM,Goel VK.Vertebral endplate morphology follow s bone remodeling principles[J].Spine,2007,32(23): 667-673.

[17]张玙,徐宏光,吴天亮.腰椎Modic改变病因学研究进展[J].国际骨科学杂志,2009,30(05):314-316.

[18]Zhao F,Pollintine P,Hole BD,etal.Discogenic origins of spinal instability[J].Spine,2005,30(23):2621-2630.

[19]A lbert HB,Briggs AM,Kent P,et al.The prevalence of MRI-defined spinal pathoanatom ies and their association with Modic changes in individuals seeking care for low back pain[J].Eur Spine,2011,20(8):1355-1362.

[20]Peng B,Zhang Y,Hou S,et al.Intradiscalmethylene blue injection for the treatment of chronic discogenic low back pain[J].Eur Spine,2007,16(1):33-38.

[21]Zhang YH,Zhao CQ,Jiang LS,et al.Modic changes:a systematic review of the literature[J].Eur Spine,2008,17(10): 1289-1299.

[22]K jaer P,Leboeuf-Yde C,Korsholm L,et al.Magnetic resonance imaging and low back pain in adults:a diagnostic imaging study of 40-year-old men and women[J].Spine,2005,30 (10):1173-1180.

[23]Kuisma M,Karppinen J,Niinimäki J,et al.Modic changes in endplates of lumbar vertebral bodies:prevalence and association with low back and sciatic pain among m iddle-aged male workers[J].Spine,2007,32(10):1116-1122.

Relationship between Endp late Shape on M agnetic Resonance Im aging and Disc Degeneration in Herniated Nucleus Pu lposus

LI Chun-lin,LIFang,ZHANG Zhi-cheng,etal.General Hospital ofBeijing M ilitary Area,Beijing 100700,China

Ob jectiveTo investigate endplate shape in low lumbar spine in patientswith herniated nucleus pulposus,and analyze the relationship between endplate shape and herniation of intervertebral disc,Modic changes.M ethodsThe preoperative MRIof 110 patientswas reviewed.The endplate shape was divided into 3 types.Disc degeneration was classified with the Pfirrmann's w ay.Resu ltsConcave type was themost common in the low er lumbar spine.Flatwasmore prevalent in lower than in upper.The L5～S1segmentw as flat inmost cases. Irregular type was the leastandmainly appeared at the L5～S1segment.Disc degeneration worsened from concave,flat,to irregular.Herniated intervertebral disc dom inated with flatand irregular endplates,and no-herniated ones dom inated with concave.M odic changesmore associated with irregular endplates.ConclusionEndplate shapemay respond to the disc degeneration.Modic changes associate with irregular endplate.

lumbar disc herniation;magnetic resonance imaging;endplate;disc degeneration;M odic changes

R681.5

A

1006-9771(2012)05-0458-03

2012-01-16

2012-03-28)

1.北京军区总医院骨科，北京市100700；2.山西医科大学第二临床医学院，山西太原市030001。作者简介：李春林(1983-)，男，山西怀仁县人，硕士研究生，医师，主要研究方向：脊柱外科。通讯作者：李放。

10.3969/j.issn.1006-9771.2012.05.019