绝经后腰痛女性骨密度及骨转换标志物与腰椎Modic改变的相关性研究

徐伟 盛珺 刘达* 王维 夏宁 张正平 郑伟

1.西部战区总医院骨科，四川 成都 610083 2.西安交通大学医学院附属红会医院，陕西 西安 710054

腰痛是一类严重影响患者生活质量的最常见的脊柱疾病，据统计超过50 %的人曾有腰痛的经历。每年由腰痛所产生的直接或间接经济损失数额巨大，其不但引起患者日常活动受限，严重者甚至生活不能自理，而且让患者承受了了巨大的心里和经济负担[1]。腰椎间盘退变是腰痛发生的重要原因，近年来许多研究发现终板退变也与腰痛密切相关。1987 年 de Roos等首次描述了腰椎退行性疾病的患者中终板和终板下骨质的MRI 影像有异常变化[2]；Modic 改变分为四型：Ⅰ型表现为T1低信号而T2高信号，提示终板和终板下骨质出现炎症或者水肿，有纤维血管性肉芽肿形成；Ⅱ型表现为T1和T2像高信号，提示终板下骨质的脂肪变；Ⅲ型表现为 T1和 T2像低信号，提示终板下骨质硬化；而0型代表正常的椎间盘[3]。目前研究证实Modic改变与腰痛有明显相关性，并且发现男女人群的发生率差异性很大，女性患者发生率高于男性且与年龄有关，尤其是45岁以上女性[4]。推测可能与女性患者绝经后体内激素水平改变而引起骨质疏松症等因素有关[5]。因此，本研究对绝经后慢性腰痛女性腰椎BMD及BTMs的变化与腰椎 Modic 改变的相关性进行研究，以探讨腰椎BMD及BTMs在Modic 改变发生中的意义。

1 材料和方法

1.1 研究对象

选择2017年1月至2019年12月因慢性腰痛在我院就诊的200例绝经后患者，年龄50 ～ 77岁，平均(60.2 ±5.1)岁；绝经2 ～25年，病程6～92月。纳入标准：①自然绝经；②临床症状表现为慢性腰痛，伴或者不伴下肢放射痛等病史；③影像学X线、CT和MRI证实为腰椎退变性疾病。排除标准：①既往接受过抗骨质疏松治疗的患者(特立帕肽、降钙素、双膦酸盐、雌激素等)；②合并有严重内科疾病的患者(肝肾功能不全、代谢性疾病、肿瘤等); ③精神异常不能配合随访和治疗者；④腰椎骨折患者。

1.2 腰椎MRI

检查采用GE750型3.0 T MRI扫描仪，重点行腰椎矢状位T1和T2像扫描扫面，扫描参数为：T1像，TR 660 ms，TE 12.8 ms ；T2像，TR 3189 ms，TE 103.1 ms。

1.3 腰椎BMD测定

采用DXA(Lunar prodigy, GE Medical Systems, Madison, WI, USA)测量腰椎的BMD，标准体位，仪器精度小于1 %，变异系数0. 25 %。

1.4 BTMs测定

采集患者清晨空腹静脉血，采用罗氏化学发光法 (美国Roche公司)，安照说明书步骤分别测定Ⅰ型原胶原 N末端前肽(PINP)和Ⅰ型胶原C末端肽特殊序列(β-CTX)的血清水平。

1.5 图像分析

由1名高年资影像科主治医师与1名高年资骨科主治医师分别独立测量记录患者腰椎MRI影像。腰椎Modic改变分型评价标准：①正常(0型)：终板及邻近骨信号未见异常；② I 型：T1像低信号，T2像高信号；③ II 型： T1和T2像高信号；④ III 型：T1和T2像低信号。

1.6 统计学处理

采用SPSS 25.0进行统计分析。结果以均数±标准差表示。连续性变量应用t检验和单因素方差分析进行统计学分析，分类变量应用卡方检验统计学分析，2名医师对MRI评估的一致性采用Kappa检验进行评价。采用二分类Logistic回归分析腰椎Modic改变与BTMs和BMD的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况

200例绝经后慢性腰痛女性，腰椎Modic改变发生率为51.5 %(103例，I 型40例，II型52例，III型11例)，采用 Kappa 检验评价2名医师对影像学资料评估的一致性，2名医师对腰椎Modic改变的评估一致性良好(Kappa=0.87)，腰椎Modic改变患者和无Modic改变患者在平均年龄、体重、身高、体质指数、绝经时间、腰痛病程和吸烟比率上差异均无统计学意义(P>0. 05) 。见表1。

表1 绝经后慢性腰痛女性一般情况

2.2 腰椎BMD和BTMs比较

腰椎Modic改变患者103例中骨质疏松症患者39例，骨质疏松症发生率37.86 %，无Modic改变患者中骨质疏松症患者16例，骨质疏松症发生率16.50 %，二者差异具有统计学意义(P<0.05)。腰椎Modic改变患者的骨密度T值和BMD值较无Modic改变患者降低，二者差异具有统计学意义(P<0.05)，腰椎Modic改变患者骨转换标志物PINP、β-CTX高于无Modic改变患者，二者差异具有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 绝经后慢性腰痛女性腰椎BMD和BTMs情况

2.3 腰椎BMD、β-CTX和PINP与腰椎Modic改变的相关性分析

以腰椎BMD、β-CTX、PINP作为自变量，以腰椎Modic改变作为因变量，纳入二分类Logistic回归方程进行分析，采用OR值表示腰椎BMD、β-CTX和PINP与腰椎Modic改变的相关关系，结果显示，腰椎BMD与腰椎Modic改变呈负相关，关联具有统计学意义(OR=0.682，P<0.05)，而血清β-CTX和PINP水平与腰椎Modic改变呈正相关，关联具有统计学意义 (PINP：OR=1.647，P<0.05；β-CTX：OR=1.887，P<0.05)。

表3 腰椎BMD、β-CTX和PINP与腰椎Modic改变的相关性分析

3 讨论

Modic 改变是指椎体终板和终板下骨质在磁共振上的信号改变，反复的力学负荷和局部炎症刺激导致的终板裂隙、微骨折是导致Modic改变的主要原因[6]。大量研究表明腰椎Modic 改变的发生率与慢性腰痛呈正相关，尤其是Modic I 型和 Modic II 型改变[7]。Modic Ⅰ型改变程度及范围越大，腰痛症状越重。目前研究表明Modic改变引起腰痛的原因可能与如下因素有关：①炎性因子引起的炎症反应。研究表明椎间盘退变产生的炎症因子通过渗透作用进入终板产生局限性的炎症反应，导致腰痛的发生[8]；②Modic改变引起腰椎失稳。研究发现Modic改变与腰椎不稳密切相关，融合手术后的病例中也可见 Modic Ⅰ型变性向正常终板转变，而未融合的病例往往伴有 Modic Ⅰ型变性，推测可能是Modic Ⅰ型变性向其他类型转变的过程同时也是腰椎再稳定的过程，与腰痛的缓解吻合[9-10]。有报道显示正常人群中腰椎Modic改变的发生率为 7.4 %～12.0 %，而在腰痛患者中腰椎Modic改变的发生率为 18.0 %～58.0 %[11]。本研究中，200例绝经后腰痛女性的Modic改变发生率为51.5 %，高于正常人群，二者差异具有统计学意义(P<0.05)，说明绝经后腰痛女性可能是是腰椎Modic 改变发生的一个高危人群。

目前关于Modic 改变的发病机制不是特别清楚，大量研究研究认为可能与如下两个因素相关：①生物力学因素：脊柱超载的力学负荷造成的终板微骨折及骨折后反复修复，使得其组织学上发生改变，因而表现为MRI信号的改变。②生物化学因素：炎性因子引起的炎症反应导致了Modic改变[3]。骨质疏松症(osteoporosis)是临床上最常见的老年退变性骨病，是由多种因素引起患者骨骼密度和质量下降，骨骼的微结构破坏，导致骨骼脆性增加，从而容易造成脆性骨折的全身性疾病[12]。绝经后女性患者椎体骨钙质丢失加快，腰椎质量无法承受身体的轴向压力和横向剪切力负荷，导致椎体终板及终板下骨质发生微骨折，椎间盘内炎症介质通过微骨折间的裂隙进入终板及终板下骨质引起局部的免疫炎性反应，最终导致了腰椎 Modic 改变的发生[4]。我们的研究结果显示腰椎Modic改变患者的骨密度T值和BMD值较无Modic改变患者降低，二者差异具有统计学意义(P<0.05)，腰椎Modic改变患者骨质疏松症发生率升高，二者差异具有统计学意义(P<0.05)，腰椎BMD与腰椎Modic改变呈负相关，关联具有统计学意义(P<0.05)，表明随着骨密度水平的降低，Modic 改变的发生率升高。

BTMs是机体骨组织分解代谢和合成代谢的产物，可以实时反映机体骨组织骨形成和骨吸收的代谢水平，其作为为骨质疏松症诊断的重要的实验室检查项目，可以比BMD更早的反映机体骨质量变化[13-14]。PINP和β-CTX是国际骨质疏松基金会(IOF)推荐采用的分别反映骨形成和骨吸收代谢水平的敏感性较高的指标[13]。大量研究表明，PINP和β-CTX与脆性骨折发生风险相关，因此，PINP和β-CTX被认为是可以独立预测脆性骨折发生风险的因子[15-16]。与骨折类似，Modic改变也是由于椎体骨质量下降，导致微骨折引起，所以我们推测与骨折发生风险密切相关的PINP和β-CTX与腰椎Modic改变也密切相关。在本研究中，我们发现，腰椎Modic改变患者中，血清PINP和β-CTX较无Modic改变患者升高，进一步我们采用Logistic回归分析，显示腰椎Modic改变与β-CTX和PINP正相关，关联具有统计学意义(P<0.05)。

影响Modic改变的危险因素有多种，大致包括以下三类：①是否有椎间盘退行性变、椎间盘突出、许莫氏结节导致的椎间盘和终板损伤；②患者全身情况，包括是否吸烟、性别、遗传因素等；③患者负重情况，包括是否肥胖、是否具有脊柱畸形、是否有高强度劳动等[8]。本文仅对患者年龄、身高、体重、是否吸烟、腰痛病程、绝经时间、腰椎骨密度和骨代谢标志物(β-CTX和PINP)几个因素对腰椎Modic改变的影响进行观察和分析，影响因素的观察和分析不够全面。同时Modic 改变三个类型间的组织病理改变不同，不同类型Modic改变与腰椎BMD和血清PINP和β-CTX间相关关系是否存在不同，本文因样本量限制并未进一步细分研究。最后本研究为回顾性研究，单中心样本量比较少，仅对我院200例绝经后腰痛临床资料进行分析，存在分析偏倚。综合以上几点，本文最终得出的结论不可避免的具备一定的局限性和不足。但本研究所示的腰椎BMD及BTMs与腰椎Modic改变之前具有相关性在一定程度上为深入挖掘三者因果关系提供了可能的初步依据。本研究仅仅以探索绝经后慢性腰痛女性腰椎BMD及BTMs与腰椎Modic改变相关关系为目的，研究的深度还远远不够。在下一步的临床研究中我们计划设计一项前瞻性研究，增大样本量，以期提高循证等级，为临床决策提供更有力的证据。

综上所述，我们的结果提示绝经后绝经后腰痛女性患者中，BMD及PINP和β-CTX与腰椎Modic改变具有相关性，随着PINP和β-CTX水平升高和BMD水平降低，腰椎Modic改变的发生率升高。这提示我们临床工作中我们应早期监测绝经后腰痛女性患者BTMs和BMD的变化，早期进行抗骨质疏松治疗，改善绝经后女性BMD和BTMs水平，最终可能降低 Modic 改变的发生率，进而减少绝经后女性腰痛的发生。