骨質疏松和 Modic 改變的相關性分析

吳 楠，朱 坤，葉雨辰，張知理，程 宇，劉靜宇，許楊康，張飛飛，宛森林，張長春

腰椎終板改變即Modic改變，是指 MRI 上可見的鄰近椎體終板退變引起的骨髓信號改變[1]。1987年DeRoos第一次提出腰椎退行性病變的病人中 MRI 影像靠近終板椎體信號有異常改變，隨后Modic在1988年提出了Modic的定義。Modic變化共分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型變化，以說明在MRI上觀察到的椎體區終板的炎癥期。在骨組織活檢中PERILLI等[2]發現Modic Ⅰ型改變的病理變化為骨組織代謝旺盛，Modic Ⅱ型改變表現為成骨減少，而Modic Ⅲ型改變則表現為廣泛地骨組織硬化狀態。XIAO等[3]在模擬骨質疏松的動物模型中發現去除卵巢組的大鼠出現了椎體骨質疏松和軟骨終板骨軟骨重建，促進了骨-軟骨表面血管生成和孔隙率增加，影響了基質代謝，從而對椎間盤產生不利影響，但在臨床上骨質疏松和Modic變化的研究涉及不多。本研究通過分析骨質疏松和Modic變化的相關性，旨在探究椎體骨密度在Modic改變發生中的意義。現作報道。

1 資料與方法

1.1 研究對象 選擇2018年9月至2020年9月在蚌埠醫學院第一附屬醫院脊柱外科行椎體骨密度測定及腰椎MRI檢查的152例腰痛病人，年齡50～90歲，行椎體骨密度測定及腰椎MRI檢查，測定椎體骨量并觀察影像學資料。排除以往有腰椎手術史、年齡不足、合并腰椎骨折、腫瘤、感染或腰椎先天性異常、移行椎、嚴重的脊柱側彎。

1.2 儀器與方法 采用雙能 X 線骨密度儀(Hologic 公司，010-0575 型)進行腰椎椎體骨密度，使病人取仰臥位，測量L1、L2、L3、L4椎體和腰椎總骨密度。腰椎MRI檢查采用GE Signa Excite型1.5 T MRI掃描儀，行腰椎矢狀位T1WI、T2WI及橫斷位T2WI檢查，掃描參數：T1WI，TR 450 ms，TE 13.6 ms；T2WI，TR 2 000 ms，TE 102 ms，采集次數2次，矢狀位視野(FOV)32 cm×32 cm，橫斷位FOV 20 cm×20 cm。

1.3 骨密度評價標準和疼痛視覺模擬法 根據 2018 年骨質疏松診斷標準：使用 T 值表示骨密度，T值≥-1.0為骨量正常，-2.5

1.4 圖像分析 由一位經驗豐富的放射核醫學科主治醫師和一名脊柱外科醫師分別獨立觀察分析和記錄病人 MRI 資料。腰椎椎體Modic 分型評價標準:Ⅰ型,T1加權像上呈低信號，T2加權像上呈高信號；Ⅱ型,T1加權像上呈高信號，T2加權像上呈等或者輕度高信號；Ⅲ型,T1、T2加權像上均呈低信號。

1.5 統計學方法 采用Kappa檢驗、χ2檢驗、方差分析、q檢驗和Spearman等級相關檢驗。

2 結果

2.1 腰椎椎體Modic改變的一致性評估 一位經驗豐富的放射核醫學科主治醫師和一名脊柱外科醫師對腰椎椎體Modic改變的評估一致性良好(Kappa=0.80)。

2.2 骨密度評價與Modic改變結果 152例腰痛病人中，骨量正常89 例，其中Modic改變29例，發生率32.6%；骨量減少43例，其中Modic改變23例，發生率53.5%；骨質疏松20例，其中Modic改變17例，發生率85.0%。3組Modic改變發生率差異有統計學意義(P<0.05)。骨質疏松 Modic 改變率與骨量正常組比較差異有統計學意義(P<0.05)(見表 1)。Modic Ⅰ型VAS評分最高，無Modic改變組VAS評分最低，Modic Ⅰ型組和Ⅱ、Ⅲ、無改變組腰痛程度比較差異有統計學意義(P<0.05～P<0.01)；Modic Ⅱ型組和Ⅲ型組之間比較差異無統計學意義(P>0.05)(見表 2)。Spearman等級相關檢驗證明骨質疏松和Modic改變呈正相關關系(r=0.396，P<0.01)。3型Modic改變圖示見圖1～3。

表1 骨密度評價與Modic改變比較[ n;百分率(%)]

3 討論

3.1 老年人發生骨質疏松的主要機制 骨質疏松癥是骨量降低、骨組織微細結構平衡被打破導致骨脆性增加易發生骨折的全身性骨病。在正常的骨質代謝中依靠成骨細胞介導的骨形成和破骨細胞調節的骨吸收維持平衡[4]。當骨形成降低、骨吸收增加時，骨代謝失衡引起骨量丟失[5]。老年性骨質疏松癥主要與激素、營養及年齡有關，與遺傳具有一定相關性。發生機制:(1)老年人性激素水平下降，降鈣素等激素分泌紊亂，加上胃腸吸收功能減弱，導致營養不足，激素對機體的作用減弱，骨形成減少，骨吸收增加，骨平衡被打破，最終導致骨代謝紊亂[6];(2)老年人活動減少，導致骨骼應力作用降低，骨形成下降，同時活動減少也促使骨吸收。

表2 Modic 改變三種類型下腰痛 VAS 評分情況

3.2 Modic改變發生的主要機制 Modic改變的機制：(1)終板出現損傷后，相鄰的椎體及椎間盤會發生不同程度的退行性病變。因為終板損傷使椎間盤局部應力發生改變，影響組織的新陳代謝導致Modic改變的發生[2,7]。(2)低毒性細菌感染學說認為椎間盤內的厭氧環境、易損傷性及低修復特性為入侵椎間盤的細菌造成Modic改變提供一個良好環境。DUDLI等[8-9]在動物模型中證明痤瘡丙酸桿菌導致Modic改變，CHEN等[10]利用從Modic改變病人體內提取低毒性細菌轉注入兔椎間盤的方法模擬出了骨髓的信號變化。HAN等[11]通過提取兔自體髓核包埋在椎體軟骨下骨的方法同樣觀察到了椎體的信號變化。(3)自身免疫反應學說認為髓核具有抗原封閉特性，在椎間盤被各種因素損傷后，髓核暴露出來導致機體產生免疫應答反應，進而發生Modic改變。(4)近年有研究表明Modic的發生與基因遺傳學密切相關,PERERA等[12]采用單核苷酸變異分析聚蛋白多糖在MCs中的代謝途徑，發現白細胞介素-1基因簇、聚蛋白多糖酶S4基因及聚蛋白多糖酶基因在Modic過程中起重要作用。

3.3 老年人腰椎骨密度與Modic改變的關系 賀憲等[13]研究表明下腰段同上腰段相比更易發生Modic信號變化，腰椎間盤退變嚴重程度和Modic改變的發生率成正相關。其原因可能與脊柱所受負荷及椎體骨質疏松等因素有關系。HILTON等[14]研究表明，長期反復的壓力作用在脊柱功能單位時，最初會導致終板的微骨折但椎間盤完整性并沒有損傷，當17%的椎間盤發生改變時，58%的終板會發生破裂，證明終板在脊柱功能單位中是比較脆弱的部位。當腰椎間盤退變后，脊柱功能單位所受負荷將重新分布，椎間盤所承受的壓力增加，導致終板發生顯微骨折；腰椎間盤內髓核物質通過顯微骨折裂隙進入終板引起局部的炎癥反應，終板長期的顯微骨折可能是Modic 形成的重要原因[14-15]。

本研究結果顯示骨量正常組、減少組及疏松組之間Modic改變發生率有顯著差異，表明椎體骨密度與Modic改變之間具有相關性。骨量正常組與骨質疏松組及減少組Modic 改變發生率差異均有統計學意義，表明隨著腰椎椎體骨密度水平的降低，Modic改變的發生率升高。骨量減少組與骨質疏松組之間Modic改變發生率也有統計學差異，在本研究中，在無Modic改變組以及各類型Modic變組的腰痛病人腰痛程度比較中,Modic Ⅰ型改變組 VAS腰痛評分高于其他各組 (P<0.05～P<0.01),可見腰椎 Modic Ⅰ型改變與腰痛的發生有密切關系;Spearman等級相關檢驗證明骨質疏松和 Modic 改變呈弱正相關(r=0.396，P<0.01)，表明椎體骨密度與Modic改變之間的關聯性較弱，提示除骨密度外，Modic改變形成可能還受其他因素的作用。研究[13]表明,老年人腰椎椎體骨密度與Modic改變之間具有相關性，隨著椎體骨密度的降低，腰椎Modic改變的發生率逐漸升高，但是這種相關性較弱，說明Modic改變的發生與發展還受其他因素影響。老年人骨質疏松癥的預防上可以在一定程度上能夠降低Modic改變的發生率。本研究不足在于獲得的老年人病人中骨質疏松樣本量太小，并且對于男性病人的年齡選擇存在問題，可能對研究結果有一定影響，有待收集大量樣本進一步研究。