腰椎间盘退行性变与modic改变及椎旁肌肉脂肪含量的磁共振相关性分析

顿聚岭

（北京市大兴区中西医结合医院放射科 北京 100076）

腰椎间盘退行性变很常见，有研究发现，腰痛症状与几种典型的椎间盘退变表现相关，包括椎间盘髓核信号减低和椎间盘突出等[1]。磁共振而针对中老年病例的对照研究发现，相对于椎间盘未发生退变的患者，那些已经出现严重椎间盘退变的患者，其出现腰痛症状的几率是前者的两倍[2]，另有研究发现约1/3的年轻人腰椎间盘均存在异常表现，但却没有明确的临床症状[3]。影像学研究通过不同的分类描述来界定椎间盘退变，包括椎间隙变窄、终板硬化以及骨赘形成等，而MRI研究更专注于纤维环撕裂、髓核疝出、椎间盘高度改变等影像学征象[4-8]。既往系统性回顾性研究认为，使用MRI通过Pfirrmann方法（2001）对椎间盘退变进行评估是有效和可靠的[9-10]。Pfirrmann分级系统通过5分评级来分析MRI的影像特点，包括椎间盘结构、信号强度、椎间盘高度、髓核及纤维环的分辨等（表1）。MRI有助于更好的了解退变关节的病理学改变。比如，MRI关于膝关节炎的研究揭示了，关节软骨的损伤伴随着骨骼及软组织病变出现，从而导致关节整体的疾病[11-12]。椎间盘纤维软骨的退变是否与脊柱整体病理学改变相关还不是很清楚，有可能与膝关节透明软骨的改变类似。椎体终板病变（Modic改变）有可能类似于骨关节软骨下骨的硬化表现，从而成为椎间盘退变的重要相关因素[13-15]。而且，脊柱肌肉组织的结构变化，特别是脂肪组织的变化，也可能是脊柱退变的关键表现。此项MRI研究的目的是确定腰椎间盘退变与Modic改变及椎旁肌肉脂肪含量改变的相关性。

1 资料与方法

1.1 研究对象

2017年1月—2017年6月期间共1320名患者的MRI影像资料用于此项研究分析。这些患者部分有腰痛症状，部分没有此症状，患有恶性肿瘤或其它系统性疾病（如脑血管意外、运动感觉障碍、免疫系统疾病等）的患者，或者具有任何MRI禁忌症的患者被排除在外。

1.2 方法

1.2.1 磁共振成像 使用1.5T磁共振仪（联影）uMR560对患者进行MRI检查，患者为仰卧位，扫描序列如下：矢状位扫描范围为T12椎体至骶骨，T1WI（重复时间620ms、回波时间10ms、层厚4.0mm），T2WI（重复时间3300ms、回波时间105ms、层厚4.0mm）；（2）轴位扫描范围为L1～S1椎间盘，T2WI（重复时间3200ms、回波时间97ms、层厚3.0mm）。两名副高级职称影像医师彼此独立评估患者影像资料，评估内容包括：Modic改变、椎间盘及椎旁肌肉脂肪含量。

1.2.2 椎间盘退变评估 在T2WI图像上使用Pfirrmann方法对椎间盘退变进行分析。4级和5级被定义为重度椎间盘退变组。每一个椎体水平椎间盘退变测量的评分者间信度很高，其1～5级分级的组内相关系数（ICC）范围为0.83～0.91。Modic改变按照经典分类分为3型[15-16]：1型：T1低信号、T2高信号；2型：T1高信号、T2等/高信号；3型：T1、T2均为低信号（图1）。在矢状位图像上对病变进行分析，通过信号的改变确定椎间盘的modic改变。一周后，由同一个评估人员随即抽取500份图像，针对Modic改变进行重新评估，ICC为0.81。

表1 腰椎间盘退行性变Pfirrmann分级

1.2.3 椎旁肌肉脂肪含量 在L1/2、L2/3、L3/4、L4/5椎间盘层面的T2WI图像上观察椎旁肌肉组织内高信号区域（图2），该高信号表现为脂肪沉积[8]，并经由已有的分级方法进行分级：0级为无脂肪沉积，1级为1～10%含量脂肪沉积，2级为11～50%含量脂肪沉积，3级为＞50%脂肪含量沉积[8]。超过50%含量定义为肌肉内多量脂肪沉积。对于椎旁肌肉的分析，观察者间ICC均为0.99。椎旁肌肉内脂肪含量增高的定义是：上述四个椎间盘层面中至少一侧（左侧或右侧）肌肉内脂肪含量＞50%。

人体测量数据：患者身高以厘米为单位，体重以公斤为单位，均精确到小数点后一位，并计算体重指数（BMI）。

图1 失状位T1WI、T2WI像

1.2.4 慢性疼痛和功能丧失 在患者进行MRI检查时，让患者填写慢性疼痛分级调查问卷，调查内容为检查前6个月期间的腰痛程度。慢性疼痛分级调查问卷是一种可靠和有效的调查方法[17-19]。调查问卷包括7个问题，通过这些问题计算出疼痛强度和功能丧失的量表评分，再将疼痛强度和功能丧失的量表评分相结合，综合评估将慢性疼痛分为5个等级：0级为无疼痛，1级为轻度疼痛并轻度功能受限，2级为明显疼痛并轻度功能受限，3级为明显的功能丧失并一定程度活动受限，4级为明显的功能丧失并严重的活动受限[17-19]。2、3、4级定义为高等级疼痛和功能丧失。

图2 轴位T2WI像 椎旁肌肉脂肪沉积

1.3 统计学分析

使用二元逻辑回归分析方法分析Modic改变、椎旁肌肉脂肪含量等因素与椎间盘退行性变之间的关系，并针对年龄、性别、体重指数和疼痛强度及功能丧失等情况进行调整。P值小于0.05 （双侧检验）被认为具有统计学意义。所有分析均使用SPSS20完成。

2 结果

表2～表5中描述了1320名患者的数据特点，平均年龄为45.2±6.7岁，女性患者871名（65.9%）。L1/2水平椎间盘重度退行性变的发病率比较低，为5.3%，但低位椎间盘的发病率会提高（L2/3 13.2%,L3/4 16.7%,L4/5 28.4%,L5/S1 34.4%），Modic2型改变也有类似发病趋势，L1/2水平5.9%，L2/3水平13.4%,L3/4水平20.1%，L4/5水平27.6%，L5/S1水平24.9%，患者中未发现Modic3型改变，Modic1型改变仅发现69例，因此未纳入统计学分析。24.6%的患者在4个或4个以上椎间盘水平的单侧或双侧椎旁肌肉内脂肪含量超过50%。相邻椎体间重度椎间盘退变与Modic改变的关系如下：在单变量分析中，L2/3和L3/4水平Modic改变与椎间盘退变有显著相关性（P＜0.05），L4/5水平也有接近的统计学意义（P=0.06）。经过针对年龄、性别、体重指数和疼痛强度及功能丧失等情况进行调整后，这些相关性具有显著的统计学意义，L2/3水平（OR 22.8,95%CI 2.1～488.2,P=0.03），L3/4水平（OR 4.9,95%CI 1.2～23.1,P=0.05），L4/5水平（OR 3.2,95%CI 1.1～13.1,P=0.05）。L5/S1水平，Modic改变与严重椎间盘退变之间没有相关性（OR 1.4, 95%CI 0.4～4.1,P=0.79）。椎旁肌肉组织中高脂肪含量与严重椎间盘退变的相关性分析数据如下：在L2/3水平（OR 9.2, 95%CI 1.5～76.8,P=0.04）、L3/4水平（OR 16.1, 95%CI 3.1～86.4,P=0.006）、L4/5水平（OR 3.3,95%CI 1.2～17.8,P=0.05）、L5/S1水平（OR 4.9, 95%CI 1.0～19.3,P=0.03），经过针对年龄、性别、体重指数和疼痛强度及功能丧失等情况进行调整后，结果具有接近的统计学意义。

表2 慢性腰痛分级[病例数（%）]

表3 严重椎间盘退行性变[病例数（%）]

表4 各层面Modic2型改变[病例数（%）]

表5 各层面椎旁肌肉脂肪含量超过50%[病例数（%）]

3 讨论

本研究表明，腰椎的严重椎间盘退变是与其他结构病变伴发的。严重的椎间盘退变尤其与相邻椎体Modic2型改变及椎旁肌肉组织脂肪含量增高具有相关性。这些数据充分说明，与膝关节骨关节炎类似，脊柱退行性变也是一种整体病变，与膝关节病变累及关节软骨、骨及周围软组织想对应，脊柱病变也累及包括椎间盘、椎体Modic改变及椎旁肌肉组织。L1/2水平椎间盘退变很少见，几乎没有分析的意义（5.3%），本研究与之前的研究结果类似[23-24]，椎间盘退变和Modic改变在L4-S1椎体更常见。我们没有观察到L5/S1水平严重椎间盘退变与Modic改变间的显著相关性，可能因为L5/S1水平是脊柱的转换点，这个水平Modic改变与椎间盘退变之间的相关性可能与腰椎其他层面不同。在其他腰椎水平，Modic2型改变与严重椎间盘退变具有相关性。有研究对因腰椎退行性变接受手术的患者进行了Pfirrmann系统分级，Modic改变与椎间盘退变分级具有相关性[25]。然而，在这项研究中，无法明确在同一椎体水平，Modic改变是否与椎间盘退变偕同出现。尽管本研究推断出椎间盘退变与Modic2型改变具有相互作用，但这种相关性的机制确不是很清楚。椎间盘退变有可能降低了椎体的吸收能力，从而引起Modic改变。也有可能是因为椎体终板的断裂，如Modic改变，阻碍了对于椎间盘的营养支持，从而引起椎间盘退变。之前的研究发现，终板软骨的破坏随年龄增长而增加，并造成扩散功能相当大的变化[26]。

本研究还证明，在所有椎间盘水平，椎旁肌肉组织脂肪含量增高与严重椎间盘病变具有相关性。脂肪浸润也在一定程度上表现为肌肉的萎缩[20-22]。组织学研究表明，MRI检查发现肌肉中脂肪组织与手术标本的发现是一致的[27-28]，其他一些研究也证明MRI是一种有效探测骨骼肌中脂肪含量的方法[29-30]。有MRI研究分析了椎旁肌肉组织脂肪浸润和椎间盘退变间的相关性，但仅仅显示了与椎旁肌肉萎缩有可能相关的一些因素，包括神经根受压、髓核疝出、椎间盘退变数量等[8]。椎旁肌肉组织脂肪含量增高与严重椎间盘退变相关的机制，有可能因为椎间盘退变引起疼痛，从而减少了活动，导致椎旁肌肉中脂肪的沉积。而椎旁肌肉组织的脂肪沉积又降低了部分脊柱的稳定性，引起椎间盘退变。

这个研究的局限性是，虽然证明了椎间盘退变与其他结构改变具有相关性，但却无法明确二至之间的因果关系。我们的研究群体相对年轻（平均年龄45.2±6.7岁），无法确定高龄患者是否具有同样的病理改变。另外，我们将椎旁肌肉结合在一起分析，而不是针对独立的肌肉进行分析。而且，尽管我们基于MRI探测肌肉中脂肪组织与手术标本相一致的研究成果[27-28]，使用MRI探测椎旁肌肉中的脂肪沉积，但很可能仍有其他一些纤维非肌肉组织也被MRI计算在内。

4 结论

本研究证明腰椎的严重椎间盘退变是与其他结构改变并发的。严重的椎间盘退变尤其与相邻椎体Modic2型改变和椎旁肌肉脂肪含量增高具有相关性。这些结果说明椎间盘退变是一种脊柱整体疾病，这有助于确定新的治疗方法以更有效的治疗腰骶部椎间盘退变。