女性椎體骨折患者骨密度與MRI椎旁肌肉參數(shù)的相關(guān)性研究

田瀚 鐘業(yè)霖 張銀銀 郭海威 李啟活 黃宏興 李穎*

1．廣州中醫(yī)藥大學(xué),廣東 廣州 510006

2．廣州中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院,廣東 廣州 510378

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis,OP)是一種以骨量低下、骨組織微結(jié)構(gòu)損壞,導(dǎo)致骨脆性增加、易發(fā)生骨折為特征的全身性骨病[1],作為椎體骨折的主要致病因素之一,OP與腫瘤、急性創(chuàng)傷等共同危害著人類(lèi)的健康。骨質(zhì)疏松性椎體骨折(osteoporotic vertebral fractures ,OVFs)是最常見(jiàn)的骨質(zhì)疏松性骨折,通常伴有劇烈疼痛、活動(dòng)受限,嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量,同時(shí)也帶來(lái)了高額的醫(yī)療費(fèi)用。

腰椎旁肌包括前群和后群,前群主要由腰方肌與腰大肌組成,后群主要包括豎脊肌與多裂肌。椎旁肌的退變與OP、OVFs、腰椎間盤(pán)突出癥及脊柱側(cè)凸等多種疾病密切相關(guān),OP患者的椎旁肌退變與骨密度降低多為伴發(fā)[2-3]。

已有廣泛報(bào)道證實(shí),基于計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、磁共振成像(MRI)和肌肉骨骼超聲等影像學(xué)檢查在肌肉骨骼形態(tài)學(xué)的測(cè)定方面具有顯著優(yōu)勢(shì),且MRI相對(duì)CT擁有更廣的寬容度。椎旁肌肉程度[4]、椎旁肌脂肪浸潤(rùn)指數(shù)(FI)[5]、椎旁肌肉的橫截面積、腰椎壓痕值(VIF)[6]等指標(biāo)可作為衡量椎旁肌退變的參數(shù),較為直觀地檢測(cè)脂肪和結(jié)締組織的大小,并且可以通過(guò)計(jì)算肌間脂肪體積的百分比來(lái)評(píng)估肌肉變性比例。

保守治療和椎體成形術(shù)是目前治療OVFs最廣泛的使用方法,但骨折已對(duì)患者造成不可逆的損傷,如何通過(guò)識(shí)別相關(guān)的危險(xiǎn)因素、確定嚴(yán)重OVFs的危險(xiǎn)因素,對(duì)于降低OVFs的發(fā)病率和再發(fā)率、減輕患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)、改善患者生存質(zhì)量,具有重要的臨床意義。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究回顧性選取2019年1月至2020年10月在廣州中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院龍溪院區(qū)脊柱科收治的女性椎體骨折患者進(jìn)行研究,并經(jīng)由廣州中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.1.1診斷標(biāo)準(zhǔn):參考《中國(guó)骨質(zhì)疏松性骨折診療指南》[7]、《骨質(zhì)疏松性骨折中醫(yī)診療指南》[8]中關(guān)于胸腰椎骨折的診斷標(biāo)準(zhǔn):①臨床表現(xiàn)為胸腰部疼痛及壓痛、活動(dòng)障礙、脊柱后凸畸形等癥狀;②影像學(xué)檢查(包括X線(xiàn)、CT、MRI)顯示為胸腰椎骨折。

1.1.2納入標(biāo)準(zhǔn):①年齡≥50歲、疼痛發(fā)生時(shí)間≤2周、確診為椎體骨折的女性并于我院行椎體成形術(shù)的患者;②具有可用的術(shù)前資料:MRI數(shù)據(jù)、骨密度數(shù)據(jù);③符合胸腰椎骨折診斷標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.3排除標(biāo)準(zhǔn):①高能量創(chuàng)傷導(dǎo)致的骨折;②由腫瘤、感染所導(dǎo)致的繼發(fā)性病理性骨折。

1.2 方法

1.2.1觀察指標(biāo):患者基本資料、骨密度、腰椎肌肉程度、脂肪變性比例、多裂肌/豎脊肌、椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值和脂肪厚度/腰椎壓痕值。

1.2.2骨密度測(cè)定:使用Hologic QDR-apex 3.1型(美國(guó)Hologic醫(yī)療器械有限公司)骨密度儀檢測(cè)受試者骨密度。

1.2.3磁共振定量數(shù)據(jù)及分析:使用Achieva 1.5 T(荷蘭飛利浦醫(yī)療器械有限公司)磁共振成像儀進(jìn)行測(cè)定,受試者采用平臥位,沿胸腰椎進(jìn)行矢狀位、冠狀位及軸狀位掃描,每個(gè)椎間隙重復(fù)三張。

1.2.4數(shù)據(jù)分析:將獲得T2加權(quán)MRI圖像導(dǎo)出為DICOM數(shù)據(jù),根據(jù)Huang等[5,9]的研究結(jié)果,在L3和L4下終板水平使用ImageJ軟件(美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院1.52k版本)進(jìn)行分析。腰椎肌肉程度(%)=(雙側(cè)椎旁肌像素?cái)?shù)/椎體像素?cái)?shù))×100%;測(cè)量脂肪變性比例這一參數(shù)時(shí),將圖像轉(zhuǎn)移至ImageJ,分別分析皮下脂肪與椎旁肌灰度值,后重合分析二者灰度圖,重合部分的像素為脂肪信號(hào)。脂肪變性比例(%)=(脂肪信號(hào)像素?cái)?shù)/雙側(cè)椎旁肌像素?cái)?shù))×100%。多裂肌/豎脊肌=多裂肌像素?cái)?shù)/豎脊肌像素?cái)?shù),椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值=棘突長(zhǎng)度像素?cái)?shù)/腰椎后肌群肌肉隆起到棘突附著處的長(zhǎng)度像素?cái)?shù),脂肪厚度/腰椎壓痕值=棘突下脂肪厚度像素?cái)?shù)/腰椎后肌群肌肉隆起到棘突附著處的長(zhǎng)度像素?cái)?shù),由兩名醫(yī)生各自手動(dòng)勾勒感興趣區(qū)域,并取兩者的平均值(當(dāng)兩位醫(yī)生數(shù)值相差15%以上時(shí),重新進(jìn)行測(cè)量并計(jì)算)。如圖1。

圖1 各椎旁肌參數(shù)的測(cè)量方式Fig.1 Methods of measurement of each paraspinal muscle parameter

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 不同年齡組間各椎旁肌參數(shù)情況

共有86名受試者符合本研究條件,根據(jù)患者年齡分為三組:<75歲年齡組(n=23, 26.74%)、75～84歲年齡組(n=31, 36.05%)、≥85歲年齡組(n=32, 37.21%)。其中,不同年齡組間的骨密度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。L3多裂肌/豎脊肌(P=0.006)、L3脂肪變性比例(P<0.001)、L3脂肪厚度/腰椎壓痕值(P=0.010)、L4脂肪變性比例(P=0.008),可以認(rèn)為不同年齡組間具有可比性。以上組間分別進(jìn)行多重比較,在<75歲年齡組與≥85歲年齡組間(P=0.005)和L4脂肪變性比例(P=0.006)、L3脂肪變性比例(P=0.002)具有顯著差異,<75歲年齡組與75～84年齡組間在L3脂肪變性比例上具有顯著差異(P=0.001);在L3肌肉/腰椎壓痕值方面,75～84歲年齡組與≥85歲年齡組間具有顯著差異(P=0.014)。見(jiàn)表1。

表1 不同年齡組間各椎旁肌參數(shù)情況Table 1 Different paraspinal muscle parameters among different age groups M(P25 ～ P75)]

2.2 骨密度與各參數(shù)的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析顯示,骨密度與L3腰椎肌肉程度(P=0.035)、L4腰椎肌肉程度(P=0.041)呈正相關(guān),與L3椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值(P<0.001)、L4椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值(P=0.002)呈負(fù)相關(guān),比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見(jiàn)表2、圖2。

表2 骨密度與各椎旁肌參數(shù)的相關(guān)性分析

圖2 骨密度與各椎旁肌參數(shù)的相關(guān)性分析Fig.2 Correlation analysis between bone mineral density and various parameters

2.3 胸椎與腰椎的椎旁肌參數(shù)分析

依照骨折節(jié)段不同,將患者分為胸椎骨折組與腰椎骨折組。其中胸椎骨折40例(46.51%),腰椎骨折46例(53.49%)。兩組分別進(jìn)行骨密度與各參數(shù)的相關(guān)性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn):胸椎骨折組的骨密度與L3椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值(P=0.003)、L3脂肪厚度/腰椎壓痕值(P=0.005)、L4椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值(P=0.045)、L4多裂肌/豎脊肌(P=0.026)呈負(fù)相關(guān),腰椎骨折組骨密度與L3椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值(P=0.029)、L4椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值(P=0.040)呈負(fù)相關(guān),差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在腰椎骨折組中,骨密度與L3腰椎肌肉程度(P=0.037)、L4腰椎肌肉程度(P=0.028)呈顯著正相關(guān),差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見(jiàn)表3、表4。

表3 胸椎骨折組骨密度與各椎旁肌參數(shù)的相關(guān)性分析

表4 腰椎骨折組骨密度與各椎旁肌參數(shù)的相關(guān)性分析

2.4 胸椎、腰椎不同節(jié)段與各參數(shù)的二元logsitic分析

納入年齡、骨密度等上述參數(shù)構(gòu)建二元Logistic回歸方程。結(jié)果發(fā)現(xiàn):L4椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值對(duì)胸腰椎的骨折節(jié)段影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(OR=0.748, 95%CI:0.580～ 0.965,P=0.026);骨密度、腰椎肌肉程度、脂肪變性比例、多裂肌/豎脊肌和脂肪厚度/腰椎壓痕值對(duì)于骨折節(jié)段的影響無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見(jiàn)表5。

表5 胸椎、腰椎不同節(jié)段與各參數(shù)的二元logsitic分析Table 5 Binary logsitic analysis of different thoracic and lumbar segments and each parameter

2.5 骨密度指數(shù)與各參數(shù)的逐步線(xiàn)性回歸分析

以骨密度指數(shù)為因變量,年齡、脂肪變性比例上述多個(gè)指標(biāo)作為自變量進(jìn)行逐步線(xiàn)性回歸?？芍狶3椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值、L4多裂肌/豎脊肌為骨密度的主要影響因素。見(jiàn)表6?；诜治龅贸鲆蜃兞?骨密度)與自變量之間的回歸方程為:骨密度指數(shù)=-0.09×L3椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值-1.15×L4多裂肌/豎脊肌-3.215。

表6 骨密度與各參數(shù)的逐步線(xiàn)性回歸分析Table 6 Stepwise linear regression analysis of BMD and each parameter

3 結(jié)論

L3與L4節(jié)段的腰椎肌肉程度、椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值、多裂肌/豎脊肌、脂肪厚度/腰椎壓痕值是影響女性胸腰椎椎體骨折的因素。

4 討論

肌肉功能和結(jié)構(gòu)可以作為衡量椎旁肌肉萎縮的主要指征。椎旁肌的FI是椎旁肌變性的重要標(biāo)志之一,其本質(zhì)是脂肪或非收縮性結(jié)締組織取代肌纖維。肌肉中的脂肪浸潤(rùn)會(huì)降低產(chǎn)生力的收縮組織的比例,從而影響腰椎中這些重要肌肉的功能。肌肉的面積通常被用于表示肌肉纖維的數(shù)量,腰椎肌肉程度可以更為客觀的評(píng)估肌肉功能面積,FI則代表肌肉質(zhì)量[10],椎旁肌肉的脂肪浸潤(rùn)隨著年齡的增長(zhǎng)而顯著增加。而在椎旁肌變性的早期階段,雖然脂肪置換發(fā)生在椎旁肌肉中,但這一階段椎旁肌肉的肌肉面積通常沒(méi)有明顯變化。因此,FI可以較為敏感地反映腰椎和椎旁肌肉的退行性變。

既往的研究重點(diǎn)主要集中在骨密度與OVFs上,但基于當(dāng)前肌肉骨骼相關(guān)研究,還應(yīng)關(guān)注椎旁肌的退變。研究證明潛在的骨質(zhì)疏松癥、低骨量狀態(tài)的絕經(jīng)后婦女發(fā)生壓縮性骨折與椎旁肌的退變有關(guān)[11]。盡管不同水平的椎旁肌退變是相關(guān)的,但對(duì)于椎旁肌肉面積的評(píng)估也表明,沒(méi)有一個(gè)水平能代表整個(gè)腰椎,因?yàn)椴煌降淖蹬约?shù)測(cè)量值差異顯著。Huang等[12]證實(shí),在L3和L4上,骨折組比非骨折組的椎旁肌肉功能顯著降低[5,9],本研究選擇L3下終板處進(jìn)行感興趣區(qū)域的勾勒。Takayama等[6]曾提出LIV作為一種視覺(jué)測(cè)量來(lái)識(shí)別腰椎棘旁肌是否存在肌肉萎縮,椎旁肌退變程度與LIV之間的高度相關(guān)性。其定義為在每個(gè)椎間隙的上水平上肌肉隆起到棘突附著處的長(zhǎng)度。后又有學(xué)者提出腰椎棘旁肌萎縮指數(shù)(LPMAI),根據(jù)棘突相對(duì)于腰椎旁肌雙側(cè)神經(jīng)束的位置來(lái)確定是否存在嚴(yán)重的肌肉萎縮[13]。但該參數(shù)只能判斷出有無(wú)肌肉萎縮,并不能判斷肌肉退變的程度,在本次納入的86例患者中,筆者使用了以上方法,僅能識(shí)別出兩例伴有椎旁肌萎縮退化現(xiàn)象的患者。故本研究創(chuàng)新性地采用椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值、脂肪厚度/腰椎壓痕值,借此測(cè)量棘突長(zhǎng)度與腰椎壓痕值的比例、脂肪厚度與腰椎壓痕值的比例,更客觀評(píng)估椎旁肌退變程度。結(jié)果得出,相對(duì)腰椎肌肉程度和脂肪浸潤(rùn)程度,椎長(zhǎng)/椎體壓痕值更為簡(jiǎn)易,同時(shí)可作為評(píng)估椎旁肌肉的退變程度,與患者的骨密度均相關(guān),而脂肪厚度/腰椎壓痕值在胸椎骨折患者中與骨密度顯著相關(guān)。目前常用的腰椎肌肉程度、脂肪浸潤(rùn)程度反而在胸椎骨折組不能作為與骨密度相關(guān)的椎旁肌參數(shù),而是椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值、脂肪厚度/腰椎壓痕值、多裂肌/豎脊肌與骨密度相關(guān),即隨著三者等參數(shù)的變化,患者的嚴(yán)重程度和預(yù)后將隨之變化。即使椎后肌群縱貫脊柱,但是脂肪浸潤(rùn)程度、腰椎肌肉程度的所代表的退變局限在某一節(jié)段。而L3椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值、L3肌肉/腰椎壓痕值,L4椎長(zhǎng)/腰椎壓痕值、L4多裂肌/豎脊肌等參數(shù)即使測(cè)量的節(jié)段為腰椎,依然可以在一定程度反映與骨密度相關(guān)的退變程度。

提及椎旁肌,椎后肌群包括多裂肌(LM)、豎脊肌(ES)肌肉,起源于枕骨,沿著脊柱向下延伸至骶骨。LM、ES等肌肉發(fā)揮的功能對(duì)腰椎穩(wěn)定性的維持至關(guān)重要。ES在椎旁后肌群外圍,共由三組最長(zhǎng)肌、髂肋肌和棘肌構(gòu)成。其總束起自骶骨背面、腰椎棘突、髂嵴后部及腰背筋膜,主要作用于脊柱。LM在腰椎部分更為發(fā)達(dá),是椎旁面積最大的附著肌,位于脊柱最內(nèi)側(cè),維持脊柱在矢狀面和額狀面上的力學(xué)的動(dòng)態(tài)及靜態(tài)穩(wěn)定狀態(tài),有效避免運(yùn)動(dòng)損傷。LM在腰椎動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和節(jié)段控制中發(fā)揮作用,是進(jìn)行維持核心穩(wěn)定作用的最主要肌肉,而ES是負(fù)責(zé)維系姿勢(shì)與完成運(yùn)動(dòng)的最主要主動(dòng)肌[14-15]。Bruno等[16]也證實(shí)多裂肌群,包含連接相鄰或附近椎體的短束,在胸腰椎被強(qiáng)烈激活,但在脊柱的其他區(qū)域沒(méi)有。為了探究LM與ES對(duì)于OVFs患者的影響,本研究選取了多裂肌/豎脊肌這一參數(shù),參照多元線(xiàn)性回歸,筆者認(rèn)為L(zhǎng)4多裂肌/豎脊肌為骨密度的主要影響因素,同時(shí)L4多裂肌/豎脊肌在胸椎骨折組中與骨密度呈負(fù)相關(guān),說(shuō)明在胸椎骨折組隨著骨密度降低,多裂肌的面積相對(duì)豎脊肌反而升高,隨著豎脊肌逐漸失去在動(dòng)靜態(tài)穩(wěn)定的控制,胸椎骨折的風(fēng)險(xiǎn)逐漸升高,當(dāng)然這一結(jié)果也可能是由于樣本量有限所導(dǎo)致的[17]。

當(dāng)然,本研究納入的病例數(shù)量較少,因此存在一定程度的偏倚;由于主要依靠手繪感興趣區(qū)域,測(cè)量的準(zhǔn)確性可能不足。因此,在未來(lái)的研究中,應(yīng)該擴(kuò)大樣本量。此外,與肌肉退變相關(guān)的其他因素,如患者的身體活動(dòng)水平、營(yíng)養(yǎng)狀況、絕經(jīng)年齡等尚未納入研究,相關(guān)的分子機(jī)制仍需進(jìn)一步探討。