腰椎間盤突出癥磁共振成像下終板形態(tài)及其與椎間盤退變的關(guān)系①

李春林，李放，張志成，葉超群

腰椎間盤突出癥磁共振成像下終板形態(tài)及其與椎間盤退變的關(guān)系①

李春林1,2，李放1，張志成1，葉超群1

目的研究腰椎間盤突出患者下腰椎MRI終板形態(tài)的分布規(guī)律，分析終板形態(tài)和椎間盤突出、Modic改變的關(guān)系。方法回顧分析110例腰椎間盤突出患者術(shù)前腰椎MRI。根據(jù)正中矢狀面T1像將終板形態(tài)分型。根據(jù)Pfirrmann法評定椎間盤退變等級。結(jié)果下腰椎終板最常見形態(tài)為凹面型。隨著節(jié)段的下降，平坦型終板逐漸多見，L5～S1節(jié)段主要為平坦型。不規(guī)則型終板最少，且主要集中在L5～S1節(jié)段。終板形態(tài)由凹面型到平坦型再到不規(guī)則型，對應(yīng)的間盤退變程度逐漸加重(P＜0.05)。椎間盤突出節(jié)段以平坦型和不規(guī)則型終板多于凹面型多見，無突出節(jié)段則以凹面型多見(P＜0.01)，而平坦型和不規(guī)則型間無顯著性差異(P＞0.01)。不規(guī)則型終板比凹面型和平坦型更容易伴發(fā)Modic改變(P＜0.01)，凹面型和平坦型間無顯著性差異(P＞0.01)。結(jié)論終板形態(tài)變化能在一定程度上反映椎間盤突出時間盤的退變情況。不規(guī)則型終板更容易伴發(fā)Modic改變。

腰椎間盤突出；磁共振成像；終板；椎間盤退變；Modic改變

[本文著錄格式]李春林，李放，張志成，等.腰椎間盤突出癥磁共振成像下終板形態(tài)及其與椎間盤退變的關(guān)系[J].中國康復(fù)理論與實踐,2012,18(5):458-460.

下腰痛是常見疾病，腰椎間盤退變是產(chǎn)生下腰痛的常見原因。終板與椎間盤緊密相鄰，是椎間盤生物力學(xué)的直接傳導(dǎo)部位。臨床研究發(fā)現(xiàn)，腰椎間盤退變時終板會發(fā)生重塑以適應(yīng)退變[1]。隨著運動保留技術(shù)的發(fā)展，有些治療手段要求椎體終板為凹面形[2-3]，以便植入牢固。下腰椎椎間盤突出的特殊生物力學(xué)環(huán)境使其成為脊柱退變最嚴重的部位。本研究觀察腰椎間盤突出癥患者下腰椎MRI下終板形態(tài)、終板信號變化，研究腰椎間盤突出癥患者下腰椎終板形態(tài)變化規(guī)律，分析終板形態(tài)和椎間盤退變程度、椎間盤突出情況以及與M odic改變的關(guān)系并探討其臨床意義。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧分析2010年1月～2011年6月間收治的110例腰椎間盤突出癥患者，其中男性72例，女性38例，年齡20～64歲，平均43.7歲。入選標準：①患者有下腰痛及根性癥狀，經(jīng)6個月保守治療癥狀無明顯改善；②無腰部手術(shù)史；③根據(jù)癥狀、體征、腰椎X線片、MRI確診為下腰椎腰椎間盤突出癥，且排除脊柱側(cè)彎畸形、腰椎骨折、結(jié)核、腫瘤、感染等疾病；④均選擇開放手術(shù)。

1.2 方法 采用GE Sigma Tw ins EXCITEⅡ1.5 T磁共振掃描儀常規(guī)行腰椎矢狀面T1W I、T2W I掃描以及橫斷面T2W I掃描。椎間盤退變程度按Pfirrmann分級標準[4]判定并給予評分，Ⅰ級為1分，Ⅱ級為2分，Ⅲ級為3分，Ⅳ級為4分，Ⅴ級為5分。終板形態(tài)按Pappou等的方法[5]，在T1像上將終板形態(tài)分為凹面形、平坦形、不規(guī)則形。同一個節(jié)段出現(xiàn)兩種形態(tài)時，將終板形態(tài)歸為較重的一型。

按終板M odic改變分級標準[6]判定各節(jié)段終板有無M odic改變。

MRI影像學(xué)資料由1名骨科醫(yī)師和1名核磁室醫(yī)師相對獨立地進行盲法分析。最后集中討論，有爭議時請另外1名骨科醫(yī)師評定，并取多數(shù)認同意見作為結(jié)果。

1.3統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行分析。終板形態(tài)與椎間盤退變的關(guān)系行K ruskal-Wallis秩和檢驗，顯著性水平α=0.05；終板形態(tài)與M odic改變、椎間盤突出之間的關(guān)系行Pearsonχ2檢驗，顯著性水平α=0.01。

2 結(jié)果

各節(jié)段終板形態(tài)的分布見表1。凹面型終板占50.6%，主要分布于L3～4、L4～5節(jié)段。平坦型終板隨著節(jié)段的下降逐漸多見，L5～S1節(jié)段64.4%為平坦型，其中S1上終板平坦型居多。不規(guī)則型最少(23.0%)，且46.1%集中在L5～S1節(jié)段。

表1 各節(jié)段終板形態(tài)分布(n)

凹面型、平坦型、不規(guī)則型終板平均Pfirrmann分級評分分別為(3.31±0.81)分、(3.66±0.64)分、(4.16± 0.67)分，各形態(tài)之間相比退變等級均有顯著性差異(H=61.411,P＜0.05)。

椎間盤突出節(jié)段以平坦型和不規(guī)則型終板占多數(shù)，無突出節(jié)段則以凹面型占多數(shù)(χ2=39.422,P＜0.01)，平坦型和不規(guī)則型分布無顯著性差異(P＞0.01)。見表2。

表2 伴或不伴椎間盤突出節(jié)段終板形態(tài)分布(n)

有30%(33/110)患者35個節(jié)段終板伴有M odic改變。伴有M odic改變的終板形態(tài)以不規(guī)則型為主(χ2= 28.366,P＜0.01)，凹面型與平坦型之間無顯著性差異(P＞0.01)。見表3。

表3 伴或不伴M odic改變終板形態(tài)分布(n)

3 討論

椎間盤突出癥的治療中，運動保留技術(shù)越來越多地得以應(yīng)用。但是這些技術(shù)對終板形態(tài)有一定要求，如椎間盤置換術(shù)最適合于凹面型終板。因此研究終板形態(tài)與腰椎間盤退變的關(guān)系對臨床工作有指導(dǎo)意義。

以往終板形態(tài)的研究多數(shù)集中在椎體解剖結(jié)構(gòu)。影像學(xué)研究則主要觀察椎體在CT三維重建下及MRI下的橫徑、矢狀徑、周徑、面積等，并測量終板凹陷角及相對曲率[7-8]。終板凹陷角測量雖然能夠比較客觀量化地反映椎體終板的凹陷程度，但操作復(fù)雜，并且由于頂點定位的不穩(wěn)定使其誤差較大。Pappou等分析腰椎退變疾病患者和腰椎間盤突出患者終板形態(tài)與椎間盤退變的關(guān)系結(jié)果[5]與本研究類似，但選取研究對象不同，并且未研究終板形態(tài)與M odic改變及椎間盤突出的關(guān)系。目前MRI終板形態(tài)與椎間盤退變程度之間的關(guān)系尚不十分清楚，終板形態(tài)與間盤突出情況及Modic改變之間的關(guān)系還未見報道。

軟骨終板是椎體與髓核之間的一薄層軟骨板，呈橢圓形盤狀結(jié)構(gòu)，周邊厚中央薄。軟骨終板下椎體也稱骨性終板，骨性終板和軟骨終板在影像學(xué)上很難區(qū)別，在基礎(chǔ)和臨床研究中兩者相互作用、相互影響，常被看作一個整體功能單位來研究，特別是在生物力學(xué)研究中。研究表明，終板在維持椎體的正常形態(tài)、椎間盤生物力學(xué)傳導(dǎo)、緩沖應(yīng)力重新分布[9]及椎間盤營養(yǎng)、代謝過程[10]中起重要作用。完全去除終板后，椎體的抗壓能力將下降約39%[11]。因此終板退變和椎間盤退變的關(guān)系十分密切。

許多學(xué)者認為，終板退變可能參與或加重椎間盤退變，但仍存在許多爭議[1,10,12-15]。Holm等的研究表明，終板損傷后，相鄰髓核的壓力負載減少25%～27%，而纖維環(huán)應(yīng)力增加，且主要在后側(cè)，故后方纖維環(huán)易發(fā)生纖維環(huán)勞損和髓核后突，認為椎體軟骨終板的損傷可導(dǎo)致椎間盤退變的發(fā)生[12]。Grant等認為，終板退變后產(chǎn)生形態(tài)學(xué)變化，從而失去緩沖作用，進而可能參與或加重椎間盤退變過程[1]。還有學(xué)者認為，軟骨終板細胞的凋亡引起椎間盤營養(yǎng)和代謝途徑障礙可能是導(dǎo)致椎間盤退變的重要因素[10,13-14]。

但也有相反觀點。Kokkonen等認為，終板退變更像是腰椎間盤退變的后果，而不是造成椎間盤破壞的原因[15]。大量研究認為，椎間盤退變會引起終板形態(tài)[7,9,16-18]和終板MRI信號[6,19-21]的變化。

Wolff理論指出，骨的負載改變時，骨組織會進行改建以適應(yīng)骨的負載。椎間盤生物力學(xué)研究表明，椎間盤正常時，椎間盤傳導(dǎo)的應(yīng)力主要集中在椎體終板的中央；應(yīng)力不僅影響椎間盤的容積和形狀，也對終板產(chǎn)生作用，尤其是軸向應(yīng)力負荷可導(dǎo)致終板及終板下骨小梁彎曲變形[9,18]。這可能就是本研究中相對正常的椎間盤多以凹面型終板為主的原因。

當椎間盤退變時，髓核流體力學(xué)特征逐漸消失，應(yīng)力由終板中央向外周轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致外周終板應(yīng)力相對集中，這種應(yīng)力的重新分布不僅使終板剪切力增加，終板容易發(fā)生微骨折[9,17]，也可激活終板和椎體的骨重建過程，最終導(dǎo)致椎體周邊高度丟失和椎體矢狀徑增加，終板傾向平坦化。本研究中，平坦型終板隨著節(jié)段的下降逐漸多見，S1節(jié)段上終板以平坦型為主，可能都與L4～5、L5～S1節(jié)段應(yīng)力負荷大有關(guān)。

不規(guī)則型終板所占比例最少且主要集中在L5～S1節(jié)段，可能是異常應(yīng)力負荷長期作用的結(jié)果。L5～S1節(jié)段位于腰骶結(jié)合部，剪切力最大，所以出現(xiàn)不規(guī)則型終板的可能性相對其他節(jié)段更大。

本組椎間盤突出癥患者下腰椎終板形態(tài)由凹面到平坦再到不規(guī)則，對應(yīng)椎間盤退變程度逐漸加重，提示終板形態(tài)變化與椎間盤突出以及退變程度相關(guān)，但不能明確其中的因果關(guān)系。

終板MRI信號的改變(M odic改變)與椎間盤退變也有很高的相關(guān)性[6,19]。椎間盤退變性疾病中，M odic改變大約占19%～59%[6,22-23]。目前多認為M odic改變是由于椎間盤退變后異常的應(yīng)力負荷[6]、腰椎不穩(wěn)定[21]、釋放炎癥因子[20]等導(dǎo)致椎體微小骨折、影響骨髓局部的微環(huán)境，導(dǎo)致其組織學(xué)上的改變，最終表現(xiàn)為終板MRI信號改變。本組椎間盤突出患者伴M odic改變者占30%，不規(guī)則型更容易伴發(fā)M odic改變，支持M odic改變可能是終板受長期異常應(yīng)力，退變達到一定程度的結(jié)果。

Pfirrmann分級系統(tǒng)是較為直觀且被廣泛接受的椎間盤退變分級方法，但由于其本身的局限性，使其在高齡患者各項指標強弱的判斷上存在爭議，也可致椎間盤退變程度的判定存在一定誤差。另外由于本研究是回顧性研究，故不能明確椎間盤退變導(dǎo)致終板形變重塑。前瞻性研究能更好地顯示終板形態(tài)的動態(tài)變化及椎間盤退變之間的關(guān)系。

[1]Grant JP,Oxland TR,Dvorak MF,et al.The effects of bone density and disc degeneration on the structural property distributions in the lower lumbar vertebral endplates[J].Orthop Res,2002,20(5):1115-1120.

[2]Gam radt SC,Wang JC.Lumbar disc arthroplasty[J].Spine, 2005,5(1):95-103.

[3]DiM artino A,Vaccaro AR,Lee JY,et al.Nucleus pulposus replacement:basic science and indications for clinical use[J]. Spine,2005,30(16 Suppl):S16-S22.

[4]Pfirrmann CW,Metzdorf A,Zanetti M,et al.Magnetic resonance classification of lumbar intervertebral disc degeneration[J].Spine,2001,26(17):1873-1878.

[5]Pappou IP,Camm isa FP Jr,Girardi FP.Correlation of end plate shape on MRI and disc degeneration in surgically treated patients with degenerative disc disease and herniated nucleus pulposus[J].Spine,2007,7(1):32-38.

[6]M odic MT.Modic type 1 and type 2 changes[J].Neurosurg Spine,2007,6(2):150-151.

[7]陳之青,陳其昕,李方財,等.椎體終板的凹陷角與腰椎間盤退變的相關(guān)性[J].中國骨傷,2004,17(7):396-398.

[8]Gu HS,Zhou WY,Li ZY.Clinic research between vertebral endplatemorphology and lumbar disc herniation[J].JClin Rehabil Tissue Eng Res,2010,14(50):9497-9500.

[9]Li FC,Zhang N,Chen WS,et al.Endplate degeneration may be the origination of the vacuum phenomenon in intervertebral discs[J].M ed Hypotheses,2010,75(2):169-171.

[10]Gruber HE,Gordon B,Norton HJ,etal.Analysis of cell death and vertebral end plate bonem ineral density in the annulus of the aging sand rat[J].Spine,2008,8(3):475-481.

[11]Lowe TG,Hashim S,W ilson LA,etal.A biomechanical study of regional endplate strength and cagemorphology as it relates to structural interbody support[J].Spine,2004,29(21): 2389-2394.

[12]Holm S,Holm AK,Ekstr?m L,etal.Experimental disc degeneration due to endplate injury[J].Spinal Disord Tech,2004,17 (1):64-71.

[13]Xu HG,Chen XW,Wang H,et al.Correlation between chondrocyte apotosis of vertebral cartilage endplate and degeneration of intervertebral disc[J].Zhonghua YiXue Za Zhi,2008, 88(3):194-197.

[14]Haschtmann D,Stoyanov JV,Gédet P,et al.Vertebral endplate trauma induces disc cell apotosis and promotes organ degeneration in vitro[J].Eur Spine,2008,17(2):289-299.

[15]Kokkonen SM,KurunlahtiM,Tervonen O,etal.Endplate degeneration observed on magnetic resonance imaging of the lumbar spine:correlation with pain provocation and disc changes observed on computed tomography diskography[J].Spine, 2002,27(20):2274-2278.

[16]Grosland NM,Goel VK.Vertebral endplate morphology follow s bone remodeling principles[J].Spine,2007,32(23): 667-673.

[17]張玙,徐宏光,吳天亮.腰椎Modic改變病因?qū)W研究進展[J].國際骨科學(xué)雜志,2009,30(05):314-316.

[18]Zhao F,Pollintine P,Hole BD,etal.Discogenic origins of spinal instability[J].Spine,2005,30(23):2621-2630.

[19]A lbert HB,Briggs AM,Kent P,et al.The prevalence of MRI-defined spinal pathoanatom ies and their association with Modic changes in individuals seeking care for low back pain[J].Eur Spine,2011,20(8):1355-1362.

[20]Peng B,Zhang Y,Hou S,et al.Intradiscalmethylene blue injection for the treatment of chronic discogenic low back pain[J].Eur Spine,2007,16(1):33-38.

[21]Zhang YH,Zhao CQ,Jiang LS,et al.Modic changes:a systematic review of the literature[J].Eur Spine,2008,17(10): 1289-1299.

[22]K jaer P,Leboeuf-Yde C,Korsholm L,et al.Magnetic resonance imaging and low back pain in adults:a diagnostic imaging study of 40-year-old men and women[J].Spine,2005,30 (10):1173-1180.

[23]Kuisma M,Karppinen J,Niinim?ki J,et al.Modic changes in endplates of lumbar vertebral bodies:prevalence and association with low back and sciatic pain among m iddle-aged male workers[J].Spine,2007,32(10):1116-1122.

Relationship between Endp late Shape on M agnetic Resonance Im aging and Disc Degeneration in Herniated Nucleus Pu lposus

LI Chun-lin,LIFang,ZHANG Zhi-cheng,etal.General Hospital ofBeijing M ilitary Area,Beijing 100700,China

Ob jectiveTo investigate endplate shape in low lumbar spine in patientswith herniated nucleus pulposus,and analyze the relationship between endplate shape and herniation of intervertebral disc,Modic changes.M ethodsThe preoperative MRIof 110 patientswas reviewed.The endplate shape was divided into 3 types.Disc degeneration was classified with the Pfirrmann's w ay.Resu ltsConcave type was themost common in the low er lumbar spine.Flatwasmore prevalent in lower than in upper.The L5～S1segmentw as flat inmost cases. Irregular type was the leastandmainly appeared at the L5～S1segment.Disc degeneration worsened from concave,flat,to irregular.Herniated intervertebral disc dom inated with flatand irregular endplates,and no-herniated ones dom inated with concave.M odic changesmore associated with irregular endplates.ConclusionEndplate shapemay respond to the disc degeneration.Modic changes associate with irregular endplate.

lumbar disc herniation;magnetic resonance imaging;endplate;disc degeneration;M odic changes

R681.5

A

1006-9771(2012)05-0458-03

2012-01-16

2012-03-28)

1.北京軍區(qū)總醫(yī)院骨科，北京市100700；2.山西醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，山西太原市030001。作者簡介：李春林(1983-)，男，山西懷仁縣人，碩士研究生，醫(yī)師，主要研究方向：脊柱外科。通訊作者：李放。

10.3969/j.issn.1006-9771.2012.05.019