脊柱退变侧弯冠状位失衡凹凸侧腰大肌、多裂肌差异性的相关性分析

覃海霖，杨 萍，马 园，杨 葵，王虎飞，焦文勇

成人退变性脊柱侧弯是骨骼发育成熟个体的脊柱畸形(Cobb角≥10°)。国内外相关流行病学研究表明，成人退变性脊柱侧弯的发病率为2%～68%，男女比例接近1∶2[1]。随着我国老龄化程度加重及人口结构的改变，已经成为导致脊柱功能障碍、影响老年人活动和生活质量的一种严重的腰椎退变性疾病，是当前骨科领域所关注的影响公共健康的重要问题[2]。多裂肌与腰大肌是参与躯干活动并维持腰椎稳定性的重要肌肉，并且肌肉横截面积在某种程度上与肌肉产生力量的能力有关。老年人的腰椎功能退化，不仅仅体现在腰椎骨骼及椎间盘层面，还体现在肌肉层面，而肌肉退变萎缩降低了腰椎稳定性的维持作用。关于脊柱退变疾病与椎旁肌形态学改变之间的关系已有很多研究[3]。他们支持脊柱畸形可能与椎旁肌改变(如横截面积变化、脂肪浸润等)有关，并且椎旁肌肉脂肪变性还与下腰痛的发生密切相关，但这些研究多集中在多裂肌退变或腰大肌对脊柱矢状位前凸的稳定性上[4]。而对于退变性侧弯的冠状位不稳定，多裂肌、腰大肌及冠状位退变侧弯三者的相关性研究极少。因此，本研究拟通过探讨腰椎冠状位退变侧弯中凹侧与凸侧的两侧多裂肌和腰大肌横截面积及脂肪浸润差异性，初步明确三者之间的相互关系，了解该病的发生、发展机制，有利于提高、改善成人退变性脊柱侧弯患者的治疗效果及预后。

1 资料与方法

1.1 一般资料：搜集2020年11月至2022年4月在我院进行X线及MRI检查符合标准的患者81名，其中男性19例，女性62例，年龄(71.91±7.47)岁，进行横断面研究。根据腰椎冠状位退变侧弯严重程度分为2组：低侧弯组(LADS)，Cobb角10～20°，共44例(54.3%)；高侧弯组(HADS)，Cobb角>20°，共37例(24.6%)。纳入标准：①>60岁且有腰痛；②冠状侧弯顶椎节段为腰椎；③侧弯角度>10°者。排除标准：①腰椎外伤史；②病理性骨折或腰椎手术史；③腰椎间盘突出；④脊柱炎性以及肿瘤占位疾病；⑤腰椎先天性特发性脊柱侧弯者。

1.2 影像学资料：所有患者均进行了腰椎X线和MRI检查。本研究使用500 mA西门子DR系统(西门子公司，德国)，带有自动曝光控制系统。使用参数为：前后位电流500 mA，电压75 kV，侧位85 kV。核磁共振系统是1.5Tesla成像系统(西门子公司，德国)。利用自旋回波序列系统(T1WI)和快速自旋回波序列系统(T2WI)分别获得腰椎矢状位及轴位的T1和T2WI图像。使用表面线圈，片宽6 mm，片间间隙1 mm，采集矩阵为512×256。序列参数为：TIWI弛豫时间(TR)590 ms/回波时间(TE)11 ms，T2WI为TR 2 500 ms/te89 ms。随后由经过专门培训的一名脊柱外科医生及一名影像科医生进行阅片诊断。

1.3 影像学评价：对于成人退变性脊柱性侧弯患者均采用CAD建筑画图软件，在标准前后位腰椎X线片中记录和测量：确定腰椎冠状位侧弯上端椎、下端椎，在上端椎上终板做一横线，下端椎下终板做一横线，分别对两横线作垂直线，两垂直线交角为Cobb角度。若上、下终板不清晰，以上端椎椎弓根上缘、下端椎椎弓根下缘代替作横线，其垂线交角也为Cobb角。在腰椎正位X线中测出腰椎侧突角并确定顶椎水平面。采用DICOM影像学图像测量软件，在顶椎水平面进行测量，测出腰大肌以及多裂肌横截面积CSA。使用ImageJ 5.0软件勾勒出靶向兴趣区域(顶椎水平的凹侧及凸侧腰大肌与多裂肌横截面积)，使用阈值选择以背部皮下脂肪区为参照，其进行过程为图像、调整、阈值、测量。利用程序中的阈值工具对8 bt图像中的两侧腰大肌及多裂肌横截面积内的脂肪组织进行红色着色，测量红色区域作为该肌肉的脂肪浸润面积(FIA)，最后分别计算凹、凸两侧该肌肉FIA以及脂肪浸润面积百分比FIR(FIA除以CSA)。由两位有10年以上工作经验且经过专门培训的医生测量这些指标。

1.4 统计学方法：采用SPSS 19.0统计软件，正态分布资料用t检验进行数据分析，非正态分布资料用非参数检验进行数据分析，计数资料采用χ2检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患者椎旁肌肉形态差异比较：样本中患者凹、凸两侧多裂肌与腰大肌的肌肉横截面积CSA以及脂肪浸润率的差异均有统计学意义(P<0.05)；凹侧的腰大肌/多裂肌的横截面积以及脂肪浸润率均较凸侧高，见表1。

表1 患者凹侧、凸侧多裂肌与腰大肌的肌肉横截面积及脂肪浸润率比较

2.2 2组患者间肌肉形态比较：高侧弯组的凹侧多裂肌脂肪浸润率较低侧弯组明显升高，差异有统计学意义(P<0.05)；2组患者性别、侧弯方向、年龄，组间差异无统计学意义，见表2。

表2 2组患者侧弯严重程度基本特征等指标比较

2.3 侧弯角度的相关性分析：相关性分析提示，患者侧弯严重程度与凹侧多裂肌的脂肪浸润率呈正相关性，差异有统计学意义(P<0.05)，见表3。

表3 侧弯角度与腰大肌/多裂肌CSA以及FIR的相关性

3 讨论

随着年龄增长，椎间盘和关节突关节相继出现退变、老化，同时维持脊柱平衡的软组织也出现磨损与撕裂，致使患者出现渐进性脊柱失稳、侧弯。退变性脊柱侧弯会出现冠状位不稳定，矢状位不稳定以及旋转不稳定。临床上将Cobb 角超过10°的退变所致的侧弯畸形，称为退变性脊柱侧弯[5]。因腰椎位于躯干部与负重下肢交界区，且活动度大，故成人退变性脊柱侧弯多发生在腰椎。从生物力学上PANJABI[6]将腰椎的稳定结构划分为三个不同的单元：①腰椎本体单元；②腰椎周围的肌肉单元；③肌肉-神经控制单元，这三个单元间相互协同用来维持腰椎的稳定。在这种稳定机制中，这三个稳定单元其中一个或多个单元出现问题都会对腰椎的稳定性产生不利影响，导致腰椎产生异常节段运动引发的组织损伤。有研究表明，椎旁肌在维持腰椎稳定性中起关键作用，腰椎退变性疾病与腰椎椎旁肌退变有明显相关性。功能结构上：①腰椎多裂肌分为深部肌纤维束和浅表肌纤维束，深部的肌纤维束跨越2个腰椎节段，浅表肌纤维通常跨越3～5个腰椎节段发挥其功能[7]。这样的结构使得腰椎多裂肌能够在很小的运动范围内产生强大的力量，让腰椎多裂肌非常适合发挥腰椎的运动并参与腰椎稳定性的维持[8]。②腰大肌起于腰椎侧方，行走于椎体两侧，止于股骨小转子，这一解剖学特点意味着腰大肌可能也对腰椎起潜在的稳定作用。解剖学提供了腰大肌维持腰椎矢状位前突功能的精确描述，然而关于其作为腰椎稳定器的功能，在矢状位、冠状位、轴位中的稳定作用，文献中存在争论。BOGDUK等人[9]认为肌肉在腰椎中产生较大的剪切力，因此认为它不能使腰椎稳定。GILAN[10]等人通过对腰大肌结构特性、肌节在体长度范围特点和对动力学特性的研究，认为腰大肌在结构上与其他竖脊肌非常相似，它们均产生于脊柱的双侧，可看成拮抗肌。腰椎内拮抗肌群的结构相似性，支持了这些肌肉在腰椎上的协同作用。电生理研究也表明，在躯干肌群中，拮抗肌群的共同作用通过沿脊柱轴产生压缩力来稳定腰椎[11]。目前多数研究认为，腰大肌在矢状位上有稳定作用，但在冠状位、轴位上是否也参与稳定机制，相关研究极少。

本研究结果显示，所搜集到的患者冠状位侧弯多为左侧侧弯(凸侧)，在对凹、凸两侧腰大肌和多裂肌的肌肉形态学差异进行比较时发现，凹侧的腰大肌与多裂肌的横截面积以及脂肪浸润率均较凸侧高。在随后的患者分组中，凹侧多裂肌浸润率在高侧弯组中有明显升高，而其他差异无明显统计学意义。这说明腰大肌在脊柱冠状位侧弯的进展中无明显贡献，而多裂肌的改变可能参与其进展。

在形态学上，肌肉出现功能障碍、收缩力下降主要表现为横截面积减小及脂肪浸润。在我们的研究中，尽管双侧肌肉横截面积有所差异，但在高侧弯与低侧弯组间比较并没有发现这种差异。我们推断导致这种横截面积差异的原因，可能是由于冠状位脊柱侧弯对肌肉牵拉导致的形态学改变。

THERON[12]研究证明，MRI检查多裂肌周围的那些非收缩组织确实是脂肪。肌肉内脂肪浸润的机制尚不清楚，以前有人认为这是由于椎旁肌炎症后成纤维细胞分化的改变[13]。而在本研究中可观测到，凹侧脂肪浸润率高于凸侧，凹侧多裂肌脂肪浸润率与脊柱冠状位侧弯角度呈正相关性，且差异有统计学意义。因此，可以推断脊柱冠状位侧弯患者凹侧多裂肌脂肪浸润可导致肌肉功能失调，进而影响脊柱的稳定性以及平衡改变，在腰椎侧弯的发生或发展中起着促进作用。

因本次为横断面研究，无法对多裂肌及腰大肌的改变与脊柱退变性冠状位侧弯因果进行证明，因此，需要进一步的前瞻性研究分析肌肉功能与脊柱冠状位稳定性的因果关系。同时本研究样本量较少，缺乏与健康人群对照，限定了数据分析的可靠性。脊柱冠状位退变性侧弯以左侧弯(凸侧)居多，其凹侧腰大肌/多裂肌的横截面积以及脂肪浸润率均较凸侧高，且侧弯严重程度与凹侧的脂肪浸润率呈正相关性。