腰椎間盤老年性退變MRI分級與椎旁肌改變及血清炎癥因子、維生素D水平的相關性

彭晞 鐘志宏 張景 黃健威 宋亭

(廣州醫科大學附屬第三醫院 1放射科，廣東 廣州 510150；2脊柱外科)

腰椎間盤退變多見于老年人群，是椎管狹窄、腰椎間盤突出等疾病的病理基礎〔1〕。腰椎間盤退變造成髓核組織纖維環裂隙、髓核蛋白多糖減少，髓核組織從破裂處突出，引發免疫炎癥反應，同時突出的髓核會壓迫神經根和脊髓，患者出現腰腿疼痛，嚴重影響生活質量〔2〕。椎旁肌能夠保護脊柱，其橫截面積改變和脂肪浸潤與腰椎間盤退變可能存在相關性〔3〕。腰椎間盤退變與氧化應激、炎癥因子、生物力學、金素蛋白酶等多種因素相關，其中炎癥反應是重要因素之一〔4〕。白細胞介素(IL)在免疫調節、細胞間信息傳遞、介導T細胞和B細胞活化等方面發揮重要作用，與炎癥反應程度密切相關〔5〕。臨床觀察發現，補充維生素D能夠減輕腰痛患者疼痛程度和椎旁肌退變水平〔6〕。本研究旨在探討腰椎間盤老年性退變磁共振成像(MRI)分級與椎旁肌改變及血清IL-1β、IL-8、維生素D水平的相關性。

1 對象與方法

1.1研究對象 選取2019年7月至2020年10月廣州醫科大學附屬第三醫院收治的老年腰椎間盤退變性疾病患者150例。入選標準：①腰椎過伸過屈狀態下拍攝側位X光片，上椎間位移3 mm以上，無椎間角度變化；②未接受影響椎旁肌的治療措施：針灸、理療、藥物治療等。排除標準：①有腰椎手術史的退變性腰椎不穩者；②有嚴重風濕病、糖尿病、骨質疏松、惡性腫瘤者；③脊柱感染、脊柱骨折、先天性腰椎滑脫者。其中男58例，女92例；年齡60～87歲，平均(70.59±8.16)歲。L4/5節段腰椎間盤退變分級情況：Ⅱ級18例、Ⅲ級40例、Ⅳ級70例、Ⅴ級22例；L5/S1節段腰椎間盤退變分級情況：Ⅱ級22例、Ⅲ級46例、Ⅳ級54例、Ⅴ級28例。本研究由醫院倫理委員會批準，患者簽署知情同意書。

1.2腰椎間盤退變MRI分級 使用飛利浦GE的3.0T MRI系統進行檢測，由兩名影像科醫師分別獨立對患者L4/5和L5/S1節段的MRI圖像進行分析和分級。MRI分析使用飛利浦公司的Extended MR WorkSpace2.6.3.4軟件，并參照Pfirrmann的MRI(T2WI序列)分級標準進行腰椎間盤退變分級，共分為Ⅰ～Ⅴ級，由于Ⅰ級多發生在兒童人群，與本研究納入患者年齡不符，因此將Ⅱ級定義為正常椎間盤，Ⅲ～Ⅴ級為退變椎間盤。兩名醫師測得的L4/5和L5/S1節段椎間盤退變分級一致性良好(Kappa值=0.861、0.885)。

1.3椎旁肌標準橫截面積和Goutallier分級 采用軸位橫截面MRI T2加權相圖像對腰椎間盤退變患者進行椎旁肌群分析，使用圖形光標勾勒出包括脂肪在內的肌肉筋膜邊界、椎間盤、豎脊肌、腰肌、多裂肌等感興趣區。L4/5和L5/S1節段的椎間盤均選擇中間位置橫斷面測量椎旁肌面積、評估脂肪浸潤程度，其中脂肪浸潤程度選取同一椎旁肌兩側中評級高的一側。椎旁肌橫截面積代表值取相同層面兩側椎旁肌面積的平均值，椎旁肌標準橫截面積=橫截面積代表值/同層面椎間盤橫截面積×100%。采用Goutallier分級標準評估椎旁肌脂肪浸潤程度，0級：正常，為無脂肪浸潤；1級：輕度，少量脂肪浸潤；2級：中度，脂肪浸潤量少于肌肉量；3級：脂肪浸潤量與肌肉量基本相當；4級為脂肪浸潤量超過肌肉量。

1.4血清炎癥因子和維生素D水平檢測 采集患者外周靜脈血4 ml，4℃、3 000 r/min離心10 min，收集血清，酶聯免疫吸附試驗檢測血清IL-1β、IL-8，IL-1β參考范圍0～12.6 pg/ml，IL-8參考范圍0～21.4 pg/ml；化學發光免疫測定法檢測血清維生素D水平，血清維生素D參考范圍>30 ng/ml。

1.5統計學分析 采用SPSS25.0軟件進行方差分析、t檢驗、χ2檢驗及Pearson相關性分析。

2 結 果

2.1不同椎間盤退變程度患者椎旁肌標準橫截面積比較 L4/5、L5/S1節段不同腰椎間盤退變分級患者的豎脊肌和腰肌標準橫截面積差異有統計學意義(P<0.01)，隨著腰椎間盤退變分級的增加，豎脊肌和腰肌標準橫截面積逐漸減少。多裂肌標準橫截面積在L4/5、L5/S1節段不同腰椎間盤退變分級患者間差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。

2.2L4/5、L5/S1節段不同腰椎間盤退變程度患者椎旁肌Goutallier分級比較 L4/5、L5/S1節段不同腰椎間盤退變分級患者豎脊肌和多裂肌Goutallier分級比較差異有統計學意義(P<0.01)，隨著L4/5、L5/S1節段腰椎間盤退變分級的增加，豎脊肌和多裂肌Goutallier分級逐漸提升。腰肌Goutallier分級在 L4/5、L5/S1節段不同腰椎間盤退變程度患者間差異無統計學意義(P>0.05)。見表2、表3。

表2 L4/5節段不同腰椎間盤退變程度患者椎旁肌Goutallier分級比較〔n(%)〕

表3 L5/S1節段不同腰椎間盤退變程度患者椎旁肌Goutallier分級比較〔n(%)〕

2.3腰椎間盤退變程度與椎旁肌標準橫截面積、Goutallier分級的相關性 Pearson相關性分析顯示，L4/5節段腰椎間盤退變程度與豎脊肌、多裂肌的標準橫截面積呈負相關(r=-0.722、-0.689，P=0.005、0.008)，與豎脊肌、多裂肌的Goutallier分級呈正相關(r=0.716、0.741，P=0.005、0.004)。L5/S1節段腰椎間盤退變程度與豎脊肌、多裂肌的標準橫截面積呈負相關(r=-0.745、-0.707，P=0.004、0.006)，與豎脊肌、多裂肌的Goutallier分級呈正相關(r=0.729、0.691，P=0.005、0.008)。

2.4L4/5、L5/S1節段不同腰椎間盤退變程度患者血清IL-1β、IL-8、維生素D水平比較 L4/5、L5/S1節段不同腰椎間盤退變分級患者血清IL-1β、IL-8、維生素D水平差異有統計學意義(P<0.01)，隨著L4/5、L5/S1節段腰椎間盤退變分級的增加血清IL-1β、IL-8逐漸升高，維生素D逐漸下降。見表4。

2.5磁共振腰椎間盤退變分級與血清IL-1β、IL-8、維生素D水平的相關性 Pearson相關性分析顯示，L4/5、L5/S1節段腰椎間盤退變程度與血清IL-1β(r=0.725、0.776，P=0.005、0.002)、IL-8(r=0.784、0.719，P=0.001、0.005)呈正相關，與血清維生素D呈負相關(r=-0.695、-0.715，P=0.008、0.005)。

3 討 論

腰椎間盤退變以L4/5、L5/S1節段的發病率最高，約占95%〔7〕。椎旁肌在維持腰椎穩定性方面發揮重要作用，主要包括豎脊肌、腰肌、多裂肌，健康人腰椎的椎旁肌肌肉與肌肉之間處于平衡狀態，當腰椎各節段間運動范圍異常或關節變位時，為了繼續維持脊柱的平衡狀態，椎旁肌的張力負荷相應增加，長期處于上述狀態時會出現脂肪化、萎縮〔8〕。相關研究顯示，椎旁肌萎縮與腰部疼痛、下肢神經源性損傷密切相關，存在上述癥狀的患者椎旁肌萎縮癥狀更明顯〔9〕。本研究結果顯示，L4/5節段、L5/S1節段腰椎間盤退變患者，隨著腰椎間盤退變分級的增加豎脊肌和腰肌標準橫截面積逐漸減少，且腰椎間盤退變程度與豎脊肌、多裂肌的標準橫截面積呈負相關。近年來研究發現，腰椎間盤退變與椎旁肌的脂肪含量有關，突出節段的椎旁肌脂肪含量明顯增加〔10〕。對腰椎退變性不穩定患者的影像學研究顯示，腰椎不穩定患者的豎脊肌、多裂肌均出現退變，其中多裂肌的退變程度更明顯〔11〕。

腰椎間盤退變與炎癥因子、氧化應激、生物力學等多種因素有關，其中炎癥反應是重要因素之一，IL、前列腺素E2、腫瘤壞死因子等參與腰椎間盤退變的發生與發展〔12〕。IL-1β主要由椎間盤細胞中的單核巨噬細胞分泌，成纖維細胞和類軟骨細胞也能夠少量分泌〔13〕。IL-1β高表達能夠促進椎間盤退變，也是椎間盤的致痛性因子〔14〕。研究者使用一定劑量IL-1β處理小鼠椎間盤軟骨終板細胞24 h，觀察細胞退行性變化情況顯示，IL-1β與軟骨終板細胞退行性病變密切相關〔15〕。IL-8能夠促進炎性介質釋放，促進炎性細胞聚集，加速椎間盤退變的進展〔16〕。本研究結果提示，IL-1β、IL-8高表達參與了腰椎間盤退變的病情發展。

近年來研究發現，維生素D受體基因可能與腰椎間盤退變風險相關；腰椎退變性椎管狹窄患者中普遍存在維生素D缺乏〔17〕。基礎研究顯示，大鼠椎間盤纖維環細胞中存在維生素D受體表達，發揮細胞線粒體保護作用，抑制氧化應激所致的細胞凋亡〔18〕。在對腰椎間盤直接影響之外，缺乏維生素D可能與骨骼肌的氧化應激相關，造成肌肉萎縮、慢性肌肉骨骼疼痛，增加跌倒風險〔19〕。維生素D受體存在于椎旁肌細胞中，補充維生素D可能有利于恢復椎旁肌損傷〔20〕。本研究結果提示，對于腰椎間盤退變患者，補充維生素D可能有助于延緩退變的發展進程。

綜上所述，腰椎間盤老年性退變MRI分級與椎旁肌標準橫截面積和Goutallier分級密切相關；血清IL-1β、IL-8、維生素D可能參與腰椎間盤老年性退變的病情發展，降低血清IL-1β、IL-8水平，補充維生素D有助于延緩腰椎間盤老年性退變進程。