退變性腰椎間盤突出癥髓核的超微結(jié)構(gòu)與 M RI對照研究*

西安市紅十字會醫(yī)院(西安 710054) 郝定均 陳明霞 賀寶榮 楊小彬 樊小軍 王 鵬 劉衍晟

腰椎間盤突出癥是常見病、多發(fā)病,核磁共振(MRI)是最常用的檢查方法,其信號強度的不同,可間接反映椎間盤髓核的病理改變[1]。我們通過對退變性腰椎間盤進行了 MRI檢查,并對信號強度不同的髓核細胞進行超微結(jié)構(gòu)觀察,了解相互關(guān)系以指導臨床診療及判斷預后。

材料與方法

1 一般資料 2006年 1月至 2008年 12月臨床確診退變性腰椎間盤突出癥患者中,隨機抽取經(jīng) MRI檢查信號不同的 108例患者,其中男 57例,女 51例,年齡 32～69歲,平均 47.2歲,平均病程 12.6年。

2 方 法 ①MRI檢測及數(shù)據(jù)采集:MRI檢測均采用德國 Siemens公司生產(chǎn)的超導型磁共振成像儀,磁場強度 1.5T,T1加權(quán) T R/T E=500/12,T2加權(quán) TR/TE=4000/112。矢狀面層厚 4mm。測量 T2加權(quán)像矢狀面上髓核的灰度值、象素值,以及相鄰腦脊液的灰度值(photoshop8.0軟件處理),計算髓核的相對信號強度(RSI)。分級 RSI=SIa×Na+ SIb×Nb/(Na+ Nb)× SICSF,其中 SIa、SIb分別為髓核赤道部低信號區(qū)上、下區(qū)域的平均灰度值;Na、Nb分別為髓核赤道部低信號區(qū)上、下區(qū)域的像素值;SICSF為相鄰腦脊液的平均灰度值。②髓核組織的制備:患者在硬膜外麻醉下行椎間盤切除術(shù),迅速取刮出的髓核組織,置 2.5% 戊二醛+1.5% 多聚甲醛混合固定液中,4℃固定 2h以上,1%四氧化鋨后固定,乙醇、丙酮梯度脫水,環(huán)氧樹脂 Epon812包埋,超薄切片后經(jīng)醋酸鈾和枸櫞酸鉛雙重染色,于日本日立 H-600透射電鏡下觀察、拍照。

3 統(tǒng)計學處理 應用醫(yī)用統(tǒng)計學軟件 SPSS 13.0版,采用秩相關(guān)分析方法進行統(tǒng)計學分析,評估髓核MRI相對強度與椎間盤超微結(jié)構(gòu)中髓核細胞和膠原原纖維之間的關(guān)系。P＜0.05表示有相關(guān)性。

結(jié) 果

1 M RI髓核信號強度分級 根據(jù) Tertt等[2～4]研究分類法,將髓核的 MRI相對信號強度分為 4級:0級,M RI相對信號強度＞0.82;Ⅰ級,MRI相對信號強度為 0.73～ 0.82;Ⅱ 級,MRI相對信號強度為 0.64～0.72;Ⅲ級,MRI相對信號強度 ＜0.64。其中 0級為正常髓核,1級為輕度退變髓核,Ⅱ級為中度退變髓核,Ⅲ級為嚴重退變髓核。結(jié)果本組退變性腰椎間盤度出癥患者分型情況為:0級患者 0例,Ⅰ級患者 21例,Ⅱ級患者 33例,Ⅲ級患者 54例。見表 1。從 MRI影像學上 T2WI信號強度:Ⅰ級,椎間盤髓核顯示較高信號,較正常椎間盤稍降低;Ⅱ級,椎間盤髓核顯示中低信號;Ⅲ級,椎間盤髓核顯示低信號,整體變黑。

表1 各組相對信號強度

2 不同的 M RI信號強度的髓核超微結(jié)構(gòu)改變

髓核細胞退變程度超微結(jié)構(gòu)。輕度:基本正常的軟骨樣細胞及少量形態(tài)異常的軟骨樣細胞均可見到,細胞多呈橢圓形或不規(guī)則形,有完整細胞膜,周圍伸出許多長短不一的絨毛狀突起,細胞質(zhì)內(nèi)可看到橢圓形的線粒體,數(shù)量不多;高爾基復合體、溶酶體和粗而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可見內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊池略擴張,核糖體散在分布于細胞胞質(zhì)內(nèi),空泡和微絲少見,細胞核多為橢圓形,核膜完整.核內(nèi)異染色質(zhì)占優(yōu)勢,形態(tài)異常的軟骨樣細胞內(nèi)空泡較多(見圖 1)。中度:髓核組織中細胞數(shù)量較少,胞膜尚完整,細胞質(zhì)內(nèi)細胞器減少,線粒體數(shù)量少或分辨不清,見少量擴張明顯的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),較多的空泡、溶酶體散在分布于胞質(zhì)內(nèi).并見部分微絲。核膜完整.胞核清晰可見。退變細胞外周的巢增厚呈多層排列,致密顆粒增多(見圖 2)。重度:電鏡下髓核組織中細胞數(shù)量稀少,多數(shù)呈現(xiàn)不同程度的退變或死亡,僅見到的軟骨樣細胞體積縮小,細胞核消失,呈現(xiàn)出退變或固縮樣壞死的形態(tài)學表現(xiàn)。胞質(zhì)模糊不清,細胞質(zhì)內(nèi)細胞器減少、消失,細胞的電子密度增加,在致密的無定形基質(zhì)中見一些粗顆粒狀物或空泡,胞膜不完整或缺如。退變細胞外周的巢狀結(jié)構(gòu)增厚呈多層排列,致密顆粒增多(見圖 3)。

3 M RI相對強度與髓核細胞退變程度的關(guān)系見表 2。MRI相對強度越低其髓核細胞退變程度越嚴重,且 M RI相對強度與髓核細胞退變程度呈正相關(guān)(rs=0.497,P＜0.05)。

表2 MRI相對強度與髓核細胞退變程度的關(guān)系

4 髓核膠原原纖維退變程度超微結(jié)構(gòu) 輕度:細胞周圍的膠原原纖維排列較規(guī)則,長短不一,有的膠原原纖維呈細絲狀,未見周期性橫紋,著色淺;有的纖維直徑明顯增粗,橫紋明顯,著色深。少數(shù)粗細不等的膠原原纖維交織在一起,少部分膠原纖維融合、鈣化(見圖 4)。中度:細胞周圍的膠原原纖維排列基本有序,有些纖維直徑明顯增粗,一些粗細不等的膠原原纖維交織在一起,聚集成堆或成束。部分變性的膠原原纖維融合成斑塊,甚至成團,內(nèi)部含較高或中等電子密度的無定形基質(zhì)、細顆?；螂S機排列的細纖維。有的變性膠原原纖維纏繞盤旋而扭結(jié)成團。另外可見高電子密度細顆粒的鈣化點沿膠原原纖維縱軸排列或沉積其上,亦可見少量斑塊狀(見圖 5)。重度:壞死細胞的空隙由膠原原纖維和致密顆粒充填,周圍膠原纖維短小、變性,排列紊亂。多數(shù)粗細不等的膠原原纖維交織在一起聚集成堆,排列較緊密,其間出現(xiàn)較大的裂隙狀空白區(qū)或稀疏帶。大量變性的膠原原纖維融合成斑塊,甚至成團或巨塊,內(nèi)部含較高或中等電子密度的無定形基質(zhì)、細顆?；螂S機排列的細纖維。大量扭結(jié)呈團的膠原原纖維,內(nèi)部含較高電子密度的細顆粒的鈣化點,邊緣變粗糙模糊,橫紋消失,內(nèi)部結(jié)構(gòu)亦模糊不清(見圖 6)。

5 M RI相對強度與髓核膠原原纖維退變程度的關(guān)系 見表 3。M RI相對強度越低其髓核膠原原纖維退變程度越嚴重,且 M RI相對強度與髓核膠原原纖維退變程度呈正相關(guān)(rs=0.425,P＜0.05)。

表3 M RI相對強度與髓核膠原原纖維退變程度的關(guān)系

圖1 大致正常的軟骨樣細胞成對排列(M RI影像Ⅰ 級 ,Bar=3 μm)

圖2 軟骨樣細胞形態(tài)不完整,細細胞質(zhì)內(nèi)細胞器減少(MRI影像Ⅱ 級 ,Bar=3μm)

圖3 軟骨樣細胞固縮、壞死,細胞形態(tài)消失(MRI影像Ⅲ 級 ,Bar=3μm)

圖4 膠原纖維細長,排列較規(guī)則,部分區(qū)域有溶解、鈣化(M RI影像Ⅰ 級 ,Bar=6μm)

圖5 細胞周圍膠原纖維短小、變性,排列紊亂,出現(xiàn)致密顆粒(MRI影像Ⅱ 級 ,Bar=6μm)

圖6 膠原纖維排列紊亂、稀少、鈣化(M RI影像Ⅲ 級 ,Bar=6 μm)

討 論

退變性椎間盤突出癥是臨床上的常見病及多發(fā)病,其正確的診治很重要。椎間盤突出癥的病變本質(zhì)為:軟骨樣細胞減少,出現(xiàn)不同程度地退變、壞死,細胞器數(shù)目減少,細胞外周致密顆粒增多;基質(zhì)中膠原纖維發(fā)生不同程度的變性、融合、扭結(jié)或鈣化,膠原纖維束間裂隙增大。近年來國內(nèi)外學者從觀察 M RI信號變化角度對其病理學進行研究,部分學者利用電鏡來觀察其退變的微觀結(jié)構(gòu),但均未見將 MRI信號改變與微觀結(jié)構(gòu)觀察相結(jié)合來研究退變性椎間盤突出癥的報道。本研究首次將 MRI的逐級改變加以超微結(jié)構(gòu)的觀察,進一步證實了各級椎間盤突出癥的病變本質(zhì)。

MRI作為是臨床上評價椎間盤疾病最敏感的檢查方法,具有無創(chuàng)、安全等優(yōu)點,可很好地顯示椎間盤的退行性改變[5～7]。本研究根據(jù) Tertt等[2]的研究進行 M RI分級有一定的科學依據(jù)。目前許多研究證實椎間盤超微結(jié)構(gòu)的改變與椎間盤退變程度相關(guān)[8],且椎間盤突出癥超微結(jié)構(gòu)病理改變的嚴重程度對 M RI信號強度有著直接的影響[9～10]。本研究中,椎間盤 MRI高信號(Ⅰ級)的髓核細胞數(shù)量稍多,細胞完整,結(jié)構(gòu)基本接近正常,僅有少量的細胞超微結(jié)構(gòu)形態(tài)異常,死亡細胞較少,在 MRI上表現(xiàn)出較高信號,較正常椎間盤髓核的信號強度稍低;椎間盤 M RI低信號(Ⅲ級 )的多數(shù)髓核細胞明顯退變或死亡,在 M RI上反映出低信號(黑間盤);椎間盤 M RI中低信號(Ⅱ級)的髓核細胞超微結(jié)構(gòu)病理改變介于Ⅰ級和Ⅲ級二者之間。以往研究表明髓核組織細胞數(shù)量稀少,且為退變和死亡的軟骨樣細胞,退變細胞外周多層排列的巢增厚,在退變細胞周圍基質(zhì)中致密顆粒的增多,可作為判斷髓核退變程度的一個間接指標。膠原原纖維的退變是髓核超微結(jié)構(gòu)改變的另一個重要方面,通過觀察膠原原纖維的斷裂、溶解及鈣化的數(shù)量,可以判斷其退變的程度。本實驗中椎間盤髓核 MRI高信號(Ⅰ級)膠原原纖維的退變程度較輕,其超微結(jié)構(gòu)明顯好于 MRI低信號(Ⅲ級)的膠原原纖維結(jié)構(gòu)。與相關(guān)研究中腰椎間盤髓核組織退變表現(xiàn)為細胞結(jié)構(gòu)和功能及基質(zhì)膠原原纖維的變化以及蛋白多糖、水含量的改變,進而表現(xiàn)在 M RI信號上的改變結(jié)果一致。本研究證實椎間盤髓核組織中細胞及膠原原纖維的超微結(jié)構(gòu)與 M RI髓核信號強度等級有相關(guān)性,且隨著 MRI信號強度的降低,退變、壞死結(jié)構(gòu)增多,退變越嚴重。本研究主要針對不同等級信號髓核的超微結(jié)構(gòu)進行觀察,其樣本量有限,且未進行性別、年齡、病程等相關(guān)性分析,此類缺陷需在進一步的研究中完善。

總之,引起椎間盤組織異常退變的原因是多方面的。我們將直觀的 MRI觀察分級與退變椎間盤的超微結(jié)構(gòu)結(jié)合研究,相互支持,有助于進一步探討椎問盤突出癥的發(fā)病機制,為臨床防治及判斷預后提供理論依據(jù)。

[1] Paajanen H,Erkintalo M,Kussela T,et al.Magnetic resonance study of disc degeneration in young low back pain patients[J].Spine,1989,14:982-985.

[2] Tertt M,Paajanen H,Laato M,et al.Disc degeneration in magnetic resonance imaging a compar-ative biochemical histologic and radiologic study in cadaver spines[J].Spine,1991,16:629-634.

[3] Louma K,Vehmas T.Disc height and signal intensity of the nucleus pulposuson magnetic resonance imaging as indication of lumbar disc degeneration[J].Spine,2001,26:680-686.

[4] 樓才俊,陳其昕,李方才,等.腰椎間盤髓核退變的 M RI表現(xiàn)與病理學的相關(guān)性研究[J].中華骨科雜志,2003,23:531-535.

[5] Milette PC.Classification,diagnostic imaging,and imaging characterization of a lumbar herniated disc[J].Radiol Clin N Am,2000,38(11):1267-1292.

[6] Kerttula L,Kaapa E,Kurunlahti M,et al.M RI findings afteran experimentaldisc lesion[J].Journalof Musculoskeletal Res,2001,5(1):95-104.

[7] 余文昌,楊建勇,莊文權(quán),等.腰椎間盤退行性變的 M RI與病理學評估對照研究 [J].中國臨床醫(yī)學影像雜志,2005,16:468-470.

[8] 李晨光,王擁軍,施 杞,等.動靜力失衡性大鼠頸椎問盤組織形態(tài)學及超微結(jié)構(gòu)[J].中國矯形外科雜志,2006,14(5):356-359.

[9] 賀寶榮,郝定均,許正偉,等.腰椎間盤突出癥髓核的超微結(jié)構(gòu)與臨床對照研究 [J].骨科,2010,1(1):33-36.

[10] 朱同銀,周士枋,沈家維,等.腰椎間盤分子量級的超微結(jié)構(gòu)形態(tài)學研究 [J].中華外科雜志,1996,34:754-757.