运用MRI探究腰椎多裂肌与关节突关节退行性变的关系

唐彬彬 黄胱曦 陈锐鸿 陈文治

1广州中医药大学附属第二临床医学院（广州 510410）；2广东省中医院芳村骨科（广州 510120）

腰椎退行性变伴随着老龄化程度的发展在临床上越来越为多见，对于腰椎退行性疾病的研究不仅仅着眼于椎间盘的退变，关节突关节骨性关节炎（facet joint osteoarthritis，FJOA）以及椎旁肌肉的组织形态学改变也应得到重视。骨伤科讲究“筋骨并重”，目前，在腰椎退行性疾病中，仍较为缺乏关于FJOA与椎旁肌肉改变相关性的研究。本研究通过采用腰椎磁共振影像学技术（magnetic resonance image，MRI）来评定L4～5和 L5～ S1两个节段的FJOA等级，测量毗邻双侧多裂肌横截面积及脂肪浸润程度［肌肉脂肪比例（fat infiltration，FI%）］，探讨FJOA的严重程度与多裂肌横截面积和FI%的关系。

1 对象与方法

1.1 研究对象 在我院医学影像系统（华海医生工作站）中获取2015年9月1日至2016年9月1日55～70岁进行腰椎MRI检查的腰腿痛患者共165例。均采用磁共振机型：MAGNETOM Avanto，序列：A Time system 1.5T，平行于该节段椎间隙进行扫描，层厚为：3 mm。选取能清晰呈现L4～5及L5～S1关节突关节形态的扫描层面，获取该层面的左右关节突关节炎等级及其毗邻的多裂肌相关参数进行研究。病例纳入标准：影像学提示腰椎退行性改变。排除标准：腰椎骨折（0例）、腰椎压缩性骨折（5例）、腰椎滑脱（8例）、腰椎结核或肿瘤（0例）、腰椎侧弯（3例）、已行腰椎内固定术（12例）、MRI图像不清无法辨认多裂肌范围（13例）。最终纳入病例124例，男42例，女82例，平均61.5岁，获得L4～5、L5～ S1节段双侧关节突关节及多裂肌横截面共248份影像学图像。

1.2 观察指标 （1）L4和L5两侧FJOA分级。在MRI横断面成像上，按 WEISHAUPT 等［1］提出的FJOA四等级划分标准评定。0级：正常；1级：轻度［关节间隙狭窄（＜2 mm）和（或）有微小骨赘］；2级：中度［骨赘形成和（或）关节突肥大和（或）有轻度关节软骨下侵蚀］；3级：重度［严重骨赘形成和（或）严重关节肥大和（或）严重关节破坏/软骨下囊肿］。由于FJOA 0级组例数偏少，且代表正常的关节突关节，故将其分为3组，FJOA 0～1级（L4～5左侧：44例，右侧37例；L5～ S1左侧：39例，右侧49例）、FJOA 2级（L4～5左侧：52例，右侧49例；L5～ S1左侧：61例，右侧48例）、FJOA 3级（L4～5左侧：28例，右侧38例；L5～ S1左侧：24例，右侧27例）。（2）多裂肌相关参数。用Image J软件测量出腰椎两侧多裂肌的总横截面积（total cross⁃sectional area，TCSA），脂肪浸润横截面积（fat cross⁃sectional area，fCSA），单纯肌肉横截面积（functional cross⁃sectional area，FCSA）=TCSA⁃fCSA，FI%=fCSA/TCSA。见图1、2。最终观察多裂肌TCSA、FCSA、FI%与FJOA等级是否具有相关性。观察指标的测量由两位经验丰富的骨科医生在不同时间和不同地点完成。关于多裂肌面积计算的数值取两者的平均值作为最终值；关于关节炎等级的描述，若两者结果相同就直接记录结果，若两者结果不同，经讨论达成一致，再记录结果。

图1 TCSA测量方法Fig.1 The measurement for TCSA of multifidus

图2 多裂肌FCSA和FI%测量方法Fig.2 The measurement for FCSA and FI%of multifidus

1.3 统计学方法 采用SPSS 22.0软件处理数据，P＜0.05为差异有统计学意义。两个节段之间多裂肌面积及脂肪化程度的比较采用配对t检验分析；FJOA级别比较采用非参数kruskal⁃wallisH检验；多裂肌变化与年龄增长采用Pearson相关系数（r）分析；多裂肌变化与性别、FJOA级别采用spearman相关系数（rs）分析。不同时间点测定的多裂肌影像学参数的一致性采用组内相关系数分析评估。不同时间点评估的FJOA等级的一致性采用Kappa值分析评估。

2 结果

由两位骨科医生在不同时间和不同地点测量多裂肌TCSA、FCSA、FI%、FJOA的组内相关系数是 0.97、0.98、0.97、0.68～0.91，结果具有较高的一致性。在同一节段，比较左右两侧多裂肌TCSA和FCSA差异无统计学意义（P＞0.05），然而比较两侧多裂肌FI%差异具有统计学意义（P＜0.05）。结果显示左右两侧多裂肌TCSA、FCSA、fCSA结果均呈现从L4～5到L5～S1逐渐递增的趋势，且差异具有统计学意义（P＜0.05）。见表1。经相关性分析发现，随着年龄的增长，多裂肌脂肪比例逐渐增多，差异具有统计学意义（P＜0.05），且L5～S1节段（包括左侧和右侧）脂肪含量与年龄的相关性更大（L4～5r=0.255，L5～ S1r=0.294），而年龄与多裂肌总面积和单纯肌肉面积无关（均P＞0.05）。见表2。

区分左右两侧多裂肌观察，除了L4～5节段左侧TCSA与性别无关外，其余侧指标均与性别相关，提示与男性相关性更大；女性在L4～5节段多裂肌脂肪含量更多，而L5～S1节段FI%与性别无关；然而，总体上，多裂肌总面积和单纯肌肉面积在男性患者中更大（均P＜0.05），FI%与性别无相关性（均P＞0.05）。见表2。

L5～S1节段左右两侧多裂肌FI%与L5～S1节段右侧FJOA等级呈负相关（均P＜0.05），与左侧不具有相关性。女性与L5～S1节段右侧FJOA等级相关（P＜0.05），其他方面与FJOA等级均无相关性（均P＞0.05）。见表3、4。

表1 比较两个节段单侧和双侧多裂肌的TCSA、FCSA、FI%Tab.1 Comparison of the TCSA，FCSA，FI%of unilateral and bilateral multifidus muscle in two segments ±s

表1 比较两个节段单侧和双侧多裂肌的TCSA、FCSA、FI%Tab.1 Comparison of the TCSA，FCSA，FI%of unilateral and bilateral multifidus muscle in two segments ±s

注：*P＜0.05；L代表左侧，R代表右侧，L+R代表双侧，下表同

组别TCSA（cm2）FCSA（cm2）FI%L4～5 L R 6.877±1.609 6.901±1.468 5.490±1.520 5.393±1.423 0.202±0.107*0.220±0.108*L5～S1 L R 7.733±1.540 7.862±1.598 5.836±1.421 5.750±1.433 0.244±0.114*0.267±0.118*L+R L5～S1 L4～5 15.595±2.984*13.778±2.969*11.585±2.746*10.883±2.838*0.257±0.111*0.211±0.104*

3 讨论

多裂肌位于脊柱椎旁肌的深层，起于上一节段的棘突，尾端向斜外侧延伸，止于下一节段关节突的外侧的副乳突，骶髂部可止于髂后上嵴。多数研究证实，多裂肌的所有肌节均由源于同一节段的背根神经的中间支支配［2］，且负责某一节段运动的多裂肌与该节段的其他结构是由同一神经支配的［3］。因此，多裂肌在单个节段运动发挥着重要的作用。鉴于此，本研究通过同一节段的多裂肌参数与FJOA等级进行比较，具有一定的科学依据。与相关研究报道［4］相同，笔者发现多裂肌TCSA、FCSA、fCSA的值在L5～ S1节段均大于L4～5节段。而且，随着年龄的增大，多裂肌脂肪化程度也随之增大；同时，得出多裂肌L5～S1的脂肪程度更加严重。由于L5～S1节段位于腰椎与骶椎的交界处，承担着更大的重力和活动负荷，最易发生退行性改变。性别方面，研究发现多裂肌FI%与性别无关，而有报道女性的多裂肌脂肪化程度更大［5］，这可能和数据的误差和纳入的病例数不同有关。LEE等［6］发现在慢性腰痛患者中，男性表现出更小的椎旁肌（包含多裂肌）横截面积。但笔者发现总体上男性表现出更大的多裂肌横截面积。慢性腰痛患者由于活动受限出现肌肉萎缩，但需考虑与腰痛病程有关。

表2 年龄和性别与多裂肌TCSA、FCSA、FI%之间的关系Tab.2 The relationship between age and sex and multifidus TCSA，FCSA and FI%in two segments

表3 L4～5节段左右两侧FJOA等级与多裂肌TCSA、FCSA、FI%、性别之间的关系Tab.3 The relationship between left and right FJOA grade and TCSA，FCSA，FI%of multifidus and sex in L4～5 segments

表4 L5～S1节段左右两侧FJOA等级与多裂肌TCSA、FCSA、FI%、性别之间的关系Tab.4 The relationship between left and right FJOA grade and TCSA,FCSA,FI%of multifidus and sex in L5～S1 segments

采用MRI进行小关节突关节炎症等级的评价与采用CT评价具有高度一致性［1］。由于软组织分析的需要，本研究采用腰椎MRI进行分析，且未说明所纳入患者的症状情况，但根据临床诊疗程序，出现腰腿痛或者合并下肢放射痛及感觉异常常规推荐进行腰椎MRI检查。在T2加权像可以观察到多裂肌脂肪化呈现高信号，肌肉组织呈现低信号，进而通过软件计算脂肪浸润比例；关节突关节炎症级别仍需关注关节突形态改变，除局部囊性改变外都呈现低信号，我们选择能看清关节面的层面进行分级。

目前，大量研究仍较为关注患者症状与多裂肌形态改变的关系［7⁃10］，但缺少对症状根本来源的思考。众所周知，肩膝关节的退变导致关节活动量减少，附近肌群的废用性萎缩出现肌容积减小以及肌力减弱，并伴随疼痛。下腰痛以及腰椎活动受限与腰椎关节突关节的改变不无关系，有研究观察到关节突关节的两侧对称性和关节面与椎体矢状面正中线夹角的大小与多裂肌的面积和脂肪化程度之间具有相关性［11］，但未指出多裂肌脂肪化程度是否与小关节突炎症等级相关。KALI⁃CHMAN等［12］通过腰椎CT回顾性分析3 529例40～80岁的患者发现，右侧L4多裂肌密度与L4～5关节突关节炎炎症等级均有关。KALICHMAN等［5］也发现椎旁肌脂肪化程度升高与L4～5节段FJOA有关。然而，上述研究均未说明多裂肌脂肪化程度与腰椎小关节突关节炎症等级呈线形相关。

本研究发现女性比男性L5～S1右侧FJOA等级更高，关节退变更加严重。KO等［13］通过472例韩国籍腰痛患者发现女性在L5～S1节段更易发生FJOA，但没有说明女性的关节突炎症等级更高。因此，性别对于FJOA等级的关系仍有待进一步研究。相关性分析发现，这一组患者L5～S1节段多裂肌脂肪化程度与FJOA等级呈负相关，在L4～5节段则没有统计学意义。生物力学研究提示椎间盘退变和椎间高度的塌陷极大地增加了后方关节突关节的负荷，加剧了关节突关节的退变，最终引起FJOA［14］。关节突的严重退变造成局部腰椎不稳，进一步增加了椎旁肌特别是多裂肌的负荷［15］。多裂肌退变产生的脂肪化改变也会导致肌肉自主收缩功能的降低［16］，肌力减退，进一步造成节段不稳定，发生FJOA。两者存在互为因果关节。本组纳入患者考虑肌肉处在代偿阶段，这使笔者认为肌肉的退变发生更早于关节突关节的退变。因此，建议患者更早的进行腰背肌锻炼，提高肌肉强度，增加肌容量，预防肌肉及关节突关节退变的加重，该结论对临床具有指导意义。

本研究的局限性在于没有纳入患者体质量、身高、腰腿痛病程、是否合并糖尿病等内科疾病等临床信息进行综合分析。另外，通过腰椎MRI图像进行横截面积和FI%进行测量仍具有误差。由于本研究是横断面研究，仍需要未来的纵向随访研究。

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