腰椎疾病中Modic改变的相关研究进展

胡 博 综述,丁洪伟 审校

Modic改变(Modic changes，MCs)是指脊柱终板及终板下骨质MRI的信号改变，1987年由Roos et al首先报道，1988年Modic et al系统地阐述了MCs的特点，认为MCs是由椎间盘退变所引起，其病理演变是椎间盘退变→终板的保护作用减弱或消失→邻近松质骨水肿→椎体脂肪浸润→发生纤维化及钙化。该研究根据MRI信号的差异将其分为MCs Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型:① Ⅰ型表现为T1低信号、T2高信号,临床表现为椎体终板出现水肿及炎症;② Ⅱ型表现为T1高信号、T2高信号，临床表现为椎体中的黄骨髓代替红骨髓;③ Ⅲ型表现为T1低信号、T2低信号，临床表现为椎体终板出现骨纤维化。为了与Modic分类系统相对应，1990年Miller将MCs分为4级:0级——正常，无退化；一级——相当于MCsⅠ型；二级——相当于MCs Ⅱ型；三级——相当于MCs Ⅲ型。1990年，Weishaupt根据MRI矢状位上终板异常信号所涉及的椎体高度，将MCs分为4级：正常——T1WI、T2WI无异常；轻度——信号强度变化幅度≤椎体高度的25%；中度——信号强度变化幅度在椎体高度的>25%～<50%；重度——信号强度变化幅度≥椎体高度的50%。MCs作为终板的一种改变，在腰痛人群中的患病率是普通人群的7倍，而且随着年龄的增长，MCs的患病率也在升高。本研究就腰椎疾病中MCs改变的相关研究进展进行综述。

1 MCs的机制

1.1 退变椎间盘的生物力学基础椎间盘退变后，轴向负荷使终板微骨折，纤维血管肉芽组织形成，血管密度增加，使软骨下骨髓血管化。当终板承受的压力超过阈值时，终板骨小梁发生骨折，最终导致MCs[1-2]。值得注意的是，MCs Ⅰ型椎体终板改变与膝关节自发性骨坏死和髋关节短暂性骨质疏松等疾病之间的相似性，在这些情况下MRI上看到的异常信号强度都代表反应性骨髓水肿。

1.2 退变椎间盘引起的生物化学改变MCs是一个非常复杂的过程，与生物力学相比，MCs的生物化学改变更值得临床关注。2002年Burke et al首次发现，合并MCs的退变椎间盘中炎症介质产物明显高于无MCs的退变椎间盘。进一步的研究[3]发现，伴发MCs的椎间隙中白细胞介素-1、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子、可提取性核抗原-78、肿瘤坏死因子等表达水平明显高于正常水平，说明MCs Ⅰ型终板水肿为炎性表达的急性期。

1.3 低毒性细菌感染学者们[4-6]在对手术摘除的椎间盘进行细菌培养时均发现痤疮丙酸杆菌，表明椎间盘的无氧环境适合厌氧菌生长。Albert et al[6]对61例行腰椎手术的患者进行术前活检、MRI检查以及随访，43%的患者椎间盘细菌培养结果为阳性，细菌培养为厌氧菌，主要是痤疮丙酸杆菌。在这些细菌培养阳性的椎间盘中，80%产生了新的MCs，而培养阴性的椎间盘中有44%产生了新的MCs。Rigal et al[7]分析了313例接受L4～5或L5～S1融合或椎间盘置换手术的病理报告和细菌培养结果，认为后路手术时椎间盘污染率较高，因此采用了腹膜后前路手术,并对385个椎间盘进行了术中活检，其中303个椎间盘在MRI上显示为MCs Ⅰ型。活体组织切片培养4周后进行组织病理学分析发现，仅有6例表现为阳性，其中2例为痤疮丙酸杆菌；术后1年随访中患者均未发生感染。该研究认为感染和椎间盘退变之间没有相关性。但Urquhart et al[8]研究发现，椎间盘感染和退变之间的联系是可能的。也有学者[9]认为有必要在控制好样本污染的情况下进一步调查这一问题。目前，MCs是否由细菌感染导致还存在争议，但是通过对该机制的探索可以为治疗提供有效指导。

1.4 基因因素Karppinen et al(2008年)通过对228例受试者的研究发现，白细胞介素-1和基质金属蛋白酶3的遗传变异与MCs Ⅱ型密切相关。该研究发现，Ⅰ型胶原(COL1A1基因)、Ⅸ型胶原(COL9A2基因、COL9A3基因)、Ⅺ型胶原(COL11A2基因)、聚集蛋白聚糖基因、细胞质连接蛋白基因、基质金属蛋白酶2基因、生长分化因子-8基因、维生素D受体基因等与椎间盘退变相关，具有遗传性的特异性基因位点，表明多个基因相互作用可引起MCs，但单个基因的作用还有待进一步研究。在遗传学领域探讨椎体终板退变和MCs的发病机制和遗传易感因素是值得的，有助于疾病的预防以及通过药物或基因进行早期干预。

2 MCs的临床特点

2.1 鉴别椎间盘炎症在MRI上可以表现出终板炎，但正确的诊断通常是通过区分它们各自的特点来实现。椎间盘炎MRI的表现与MCs Ⅰ 型十分相似，均表现为T1低信号、T2高信号。Schwarz-Nemec et al[10]研究表明，MCs Ⅰ 型的终板轮廓、水肿程度、T1信号值与早期脊柱炎和严重脊柱损伤有显著差异。在椎体骨髓水肿患者中存在不规则但完整的T1像终板轮廓，对MCs Ⅰ型的诊断具有重要意义。随着椎间盘炎病情的发展，病变椎间盘所在的椎间隙会逐渐变窄，同时相邻的终板均会受到不同程度的破坏，椎体边缘可出现“虫蚀样”改变。此外，年轻患者的MCs Ⅰ型还需与脊柱关节炎进行区分，尽管MCs Ⅰ型和早期脊柱关节炎在MRI上有一定的形态学相似性，但病变过程是完全不同的，MCs Ⅰ型患者不符合脊柱关节炎的临床、生物学和成像标准。

2.2 临床症状

2.2.1腰痛当腰椎间盘出现退变后，终板炎性改变也将引起疼痛。Jensen et al(2010年)对40～44岁普通丹麦人群进行为期4年的问卷调查发现，终板炎的患病率逐年上升，发生终板炎性改变中84%的患者以MCs Ⅰ型为主，同时他们还认为MCs是可以通过椎间盘的退变进行预测的。另有研究[11]证实，MCs Ⅰ、Ⅱ型的面积与腰痛的程度呈正相关，MCs Ⅲ型的面积则与腰痛程度无明显相关性。Määttä et al[12]对324对双胞胎的随访发现，MCsⅠ型在向MCsⅡ型过渡即MCsⅠ、Ⅱ型混合时疼痛症状最严重，但具体原因尚不明确。Brinjikji et al[13]通过观察3 000例腰椎疾病患者的椎间盘退变表现发现，椎间盘的退变、突出、压迫、脱出均与腰痛有显著相关性，其中MCs Ⅰ 型和峡部裂也显示与腰痛显著相关。目前MCs与腰痛的相关性尚存争议，但是当椎间盘退变等级增加时，MCs与腰痛则表现出较强的相关性[14]。

2.2.2腰椎间盘退变或突出Xiao et al[15]对345例腰椎间盘退变或腰椎间盘突出患者随访后发现，随着L3～5椎间盘退变等级的增加，L3～5椎体相邻终板MCs出现的概率也随之上升。椎间盘突出患者行单纯髓核摘除手术治疗后，MCs患者的腰椎间盘突出更容易复发[16-17]。

2.2.3腰椎侧凸和腰椎滑脱Wu et al[18]通过对120例腰椎侧凸患者1 440个终板的研究发现，与不存在腰椎侧凸的退行性腰椎疾病患者相比，腰椎侧凸患者的MCs发病率明显增高，且多为MCs Ⅱ型。Hayashi et al[19]通过对450例有症状的腰椎滑脱患者行中立位、屈曲位MRI检查发现，年龄、椎间盘退变、腰椎滑脱的角运动和平移与MCs密切相关，随着MCs从Ⅰ型到Ⅱ型的演变，椎间盘退变逐渐加重，腰椎角度改变与平移运动逐渐增加，较其他MCs类型而言，MCs Ⅱ型腰椎滑脱的平移程度最为严重，MCs Ⅲ型腰椎角度及平移的程度最轻微。笔者认为，MCs Ⅰ型主要为炎性浸润，在临床上主要表现为腰部疼痛，当MCs进一步发展到骨髓替代阶段即MCsⅡ型时，黄骨髓的出现导致椎体的稳定性下降，使腰椎更易发生角度改变和平移从而造成滑脱，但随着椎体内黄骨髓的纤维化后硬化，腰椎自我融合稳定性明显加强，所以MCs Ⅲ型患者腰椎滑脱的比例明显降低。

3 MCs的治疗

3.1 非手术治疗

3.1.1抗生素治疗通过对MCs机制的研究，Albert et al[20]采用随机双盲对照研究发现，长期使用抗生素(100 d)治疗能明显缓解腰椎间盘突出MCs Ⅰ 型患者的腰痛。但另一项随机双盲对照研究[21]显示，对MCs患者使用阿莫西林治疗3个月后的治疗效果与安慰剂治疗效果相同，故其并不支持抗生素治疗MCs。

3.1.2益生菌治疗Jensen et al[22]对MCs Ⅰ 型患者采用益生菌治疗，随访1年后发现益生菌对于Modic Ⅰ型腰痛患者有效，但效果明显不如使用抗生素。

3.1.3唑来膦酸治疗Koivisto et al[23]对30例腰痛患者进行唑来膦酸与安慰剂对照研究，随访1年后发现，唑来膦酸能促进MCs Ⅰ型转变为MCs Ⅱ型，从而减轻疼痛。Cai et al[24]采用唑来膦酸、降钙素与安慰剂进行为期3个月的对照研究发现，与安慰剂组相比，唑来膦酸和降钙素确实能有效减轻患者疼痛，同时也发现降钙素能有效减少MCs面积。

3.1.4针灸推拿治疗袁仕国 等[25]对78例慢性非特异性腰痛患者行针灸治疗，结果显示无MCs患者较MCs患者疗效佳，MCs Ⅰ型较MCs Ⅱ、Ⅲ型的疗效佳。Annen et al[26]对普通腰痛患者和MCs患者进行前瞻性队列研究发现，是否存在MCs和MCs的种类与针灸推拿治疗的临床效果无相关性。针灸推拿作为非手术治疗方案治疗MCs患者，国内外采用的观察以及研究方法不同，结论差异较大，未来需要大样本以及更严谨的方法做进一步研究。

3.2 手术治疗

3.2.1椎体成形术Kavanagh et al[27]报道了1例70岁Modic Ⅰ型男性患者采用椎体成形术成功缓解腰痛，术后1年随访未见复发。一项回顾性分析[28]认为，采用单纯髓核摘除术联合骨水泥填充治疗腰椎间盘突出，通过侧重减压、稳定脊体、抗感染等方式能明显缓解老年腰椎间盘突出患者的临床症状。但对MCs Ⅰ型腰痛患者能否采用椎体成形术治疗尚缺乏大样本的数据支持。

3.2.2腰椎椎间融合术2009年Kwon et al对351例MCs合并退行性腰椎疾病患者研究发现，经腰椎椎间融合术治疗后，MCsⅠ型融合率为88%，MCs Ⅱ型为84%，MCs Ⅲ型73%，无MCs为97%，其中MCs Ⅲ型患者的融合率相对较低，建议应结合MCs的病变程度和具体类型选取合适的手术方法。Portella et al[29]对28篇采用腰椎融合术的文献进行Meta分析后认为，融合节段的MCs Ⅰ型改变频率降低可能是退行性的，也可能是渐进性的，当然,无论终板的信号是否改变，术后随访患者的临床功能均能得到显著改善。王牧一 等[30]采用经椎间孔腰椎椎间融合术治疗退行性腰椎疾病患者，研究显示cage沉降率MCs组明显高于无MCs组，术前MCs不影响术后融合效果,但MCsⅠ、Ⅱ型可能增加cage沉降的风险。一项对“腰椎减压”与“腰椎减压与融合”患者的前瞻性、多中心的研究[31]显示，术后36个月时MCs患者与无MCs患者术后临床结果差异无统计学意义。

3.2.3腰椎间盘切除术椎间盘突出与MCs可同时出现，在计划对椎间盘突出或MCs患者行腰椎间盘切除术之前，有必要完全排除感染的情况。Ulrich et al[32]研究表明，术前存在椎间盘炎的MCs患者在椎间盘切除术后预后较差。Hao et al[33]对102例患者行内镜下腰椎间盘切除术，术后5年随访发现MCs患者出现透明软骨更多，而且腰椎间盘突出更易复发。腰椎间盘切除术治疗存在MCs的腰椎间盘突出患者疗效肯定，但术后易复发[34-35]。所以采取腰椎间盘切除术治疗MCs如何降低复发率、改善预后是未来研究的方向。

4 展望

MCs作为一种与椎间盘退变密切相关的变化逐渐得到国内外学者的关注，但在MRI中MCs是否可作为单独的诊断标准或者仅可作为影像学报告需要进一步探讨。MCs在自然的腰椎退变中扮演的角色还有待大量的研究，同时由于MCs与腰痛密切相关，且其发生机制与骨关节炎类似，是否可以通过类似药物治疗延缓腰椎关节的退变期待进一步的研究。