椎间盘退变及其血管化的磁共振研究

俎金燕 贾宁阳 王晨光 徐雪元 赵洪波

成人正常椎间盘是人体最大的无血管结构[1-3]，但退变过程中椎间盘出现血管化。椎间盘内新生血管的出现能否改善椎间盘营养状态、延缓椎间盘退变还是作为诱导因素加速椎间盘退变？这一问题尚存在争议。Antoniou等[1]认为椎间盘内小血管的出现加速了椎间盘退变，也有人认为椎间盘退变过程中出现的新生毛细血管是机体对椎间盘组织损伤的修复性反应[4-5]。因此，判断椎间盘血管化以及与椎间盘退变的关系将具有意义。本文对71例脊柱的磁共振平扫和增强检查进行了对照研究，以评价退变椎间盘与椎间盘血管化之间的关系。

方 法

1．临床资料

71例受检者中女性27例，男性44例。年龄7～84岁，平均（45.56±18.04）岁。有或无腰腿痛。所有患者均无脊柱手术史、无外伤、感染和肿瘤病史。

2．磁共振增强扫描

采用GE SIGNA EXCITE 1.5T超导型MR成像仪及脊柱表面线圈，脊柱平扫和增强扫描，平扫采用快速自旋回波（FSE）脉冲序列，矢状面：T1WI：TR400～700 ms，TE9～12 ms，T2WI：TR3000～4000 ms，TE99～120 ms，层厚4 mm，扫描野FOV30 cm，距阵：320×224；增强扫描：按0.1 mmol/kg体重肘静脉注入Gd-DTPA，注药后2 min行T1WI矢状面和冠状面扫描，扫描参数和层厚同上。

3．椎间盘分级及终板分型

用Pm标准[6]将椎间盘分为I级，II级，III级，IV级，V级；根据低信号终板是否中断分为完整型、中断型。

4．统计学方法

计算各级椎间盘和各型终板的椎间盘强化率。各级之间比较采用Spearman秩相关；各组之间比较采用κ2检验，P＜0.05为相差显著。

结 果

1．椎间盘强化情况

71例376个椎间盘中胸椎椎间盘22个，腰椎椎间盘354个。

共220个椎间盘出现强化，总强化率为58.51%，椎间盘强化形式分为：①终板下强化，共90例，表现为从终板区向椎间盘内部延伸的高信号影，有点状、线状、片状、团块状强化形式（图1,2）。②椎间盘边缘强化，共110例，表现为从椎间盘前缘或后缘向内部延伸的血管影，多为点状、线状高信号影（图3,4）。③混合型强化，共20例，表现为椎间盘的多处强化，椎间盘边缘和终板区均可见点状、线样、大片状强化（图5）。

图4 椎间盘后缘点状强化。A.T1WI矢状面。B.T2WI矢状面。C. 注射对比剂后2minT1WI矢状面，可见终板后缘点状高信号影（箭）。

2．椎间盘分级与强化的关系

PmⅠ级椎间盘13个，强化0个。II级椎间盘73个，强化17个，强化率为23.29%。Ⅲ级椎间盘178个，强化107个，强化率为60.11%。Ⅳ级椎间盘93个，强化78个，强化率为83.87%。Ⅴ级椎间盘19个，强化18个，强化率为94.74%。各级强化率之间相差显著（P＜0.005）。椎间盘强化与Pm分级成正相关，椎间盘Pm分级与椎间盘血管化关系密切。其Spearman等级相关系数rs=0.951。

3．终板分型与椎间盘强化的关系

中断型终板164个，发生椎间盘强化的有140例，强化率85.37%。其中，终板下强化74例，边缘强化48例，混合型强化18例。完整型终板212个，发生强化的80例，强化率37.74%；其中，终板下强化16例，边缘强化62例，混合型强化2例。终板中断型强化率与终板完整型强化率之间相差显著（P＜0.005），椎间盘终板中断与椎间盘血管化关系密切，其Pearson列联系数C=0.432。

讨 论

在脊柱发育、成熟、退变过程中，椎间盘经历着血管化、失血管化、再次血管化过程[7-8]。婴幼儿期，椎间盘通过外层纤维环和终板丰富的血管网获取营养。20岁以后，为满足椎间盘维持髓核内稳态及抗震减压功能，终板血管逐渐闭塞，正常成熟椎间盘只有最外层纤维环和纵韧带有血管分布，髓核和内层纤维环成为人体最大的无血管结构，椎间盘依靠软骨终板的弥散获得营养。椎体软骨终板就像半透明膜，结构脆弱，婴儿时期即可出现裂隙，即使在非病理状态下，终板的营养弥散能力也是有限的，髓核处于相对缺氧的生理环境[9]。Fujita等[10]研究表明，虽然髓核为无血管结构，但椎间盘髓核细胞高度表达血管内皮生长因子A（VEGF-A）及其细胞膜受体（mb-VEGFR-A），并且前者以自分泌或旁分泌的方式维持髓核细胞的存活。在病理性缺氧环境中，缺氧因子被激活，血管内皮细胞生长因子活性增高并大量表达。血管内皮细胞生长因子特异的促进内皮细胞迁移、黏附和化学趋附，促进新生血管出芽。

椎间盘退变过程中，纤维环及软骨终板的断裂均伴随着微血管网的长入[7]。当纤维环撕裂或损伤后，机体出现损伤修复代偿反应，血管组织从纤维环外层向内层逐渐长入，椎间盘出现再次血管化。椎间盘局部血管增生引发炎症血管反应，导致大量细胞（如神经纤维细胞、肥大细胞、内皮细胞、巨噬细胞、成纤维细胞等）及炎性生长因子的级联反应[11]，在这样的病理状态下，终板也有新生血管的出现[12]。在血管内皮生长因子等的诱导下，血管内皮细胞可经软骨终板裂隙进入髓核内，导致髓核内新生血管出现。新生血管网为炎性因子及各种酶类（如基质金属蛋白分解酶）进入创造了条件[13]，从而促进椎间盘基质降解、加剧椎间盘退变。

Rajasekaran等[14]运用磁共振动态增强扫描研究活体椎间盘弥散方式发现，正常成熟椎间盘在静脉注射钆双胺（gadodiamide）0.3mmol/L后2h出现从终板向髓核中央扩散的强化带，6h后达到强化高峰；终板断裂型椎间盘由于椎间盘内出现了新生血管，10min后即可见终板断裂区髓核出现片状强化。他们认为新生血管加速了椎间盘退变。

本研究中使用对比剂钆喷酸葡胺（Gd-DTPA），不同与钆双胺，更有利于椎间盘血管化的显示。其原因有：①正常椎间盘终板的渗透过程是高度选择性的，允许阳离子和水溶性小分子物质通过。②钆双胺为非离子型对比剂，能够较快通过终板渗透入椎间盘髓核[2]。③钆喷酸葡胺为离子型对比剂，难以通过正常椎间盘终板渗透进入髓核[2]，且注药后短时间内扫描，避免了对比剂的终板渗透作用，对比剂只能通过血管在椎间盘显影。椎间盘出现强化，说明椎间盘内出现了新生血管。肘静脉注入钆喷酸葡胺0.1mmol/kg后约2min进行矢状面、冠状面扫描，整个扫描时间约3min。本研究共376个椎间盘，有220个椎间盘发生强化，在终板区、椎间盘前缘或后缘均可见不同形态强化影，并向椎间盘内部深入。数据统计学证明，椎间盘强化与Pm分级密切相关，Pm分级越高，其强化越明显，说明血管化越明显，证实椎间盘血管化与椎间盘退变相关联。

本研究发现，完整型终板及中断型终板均可见不同程度、不同形态的强化。终板中断型强化率与终板完整型强化率之间相差显著（P＜0.005），证实终板区血管化与终板断裂密切相关，终板断裂多伴随终板血管化的发生。终板完整型椎间盘亦可见强化，且以椎间盘边缘强化为主（62/80），考虑可能下列因素有关：一是椎间盘纤维环断裂，损伤修复过程中伴随微血管发生；二是影像学难以分辨的终板微断裂；三是两者同时存在。本研究中20例椎间盘出现多处强化，其Pm分级Ⅲ级7个，Ⅳ级8个，Ⅴ级5个，EP断裂型18个，未断裂型2个，可见高级别椎间盘及终板中断型椎间盘血管化程度明显。椎间盘血管化，是机体对损伤的反应性修复，但是新生血管缺乏正常血管结构，并不能改善椎间盘营养状况，相反血管反应会导致一系列生长因子级联反应，导致椎间盘退变加速。磁共振增强扫描可直观诊断椎间盘血管化，为临床诊治提供更多信息。

综上所述，椎间盘血管化与椎间盘退变关系密切。椎间盘退变过程中出现的血管化加速了椎间盘进一步退变，Gd-DTPA增强检查对退变椎间盘血管化诊断具有重要价值。