绝经后女性骨质疏松性椎体压缩骨折腰椎椎旁肌肉的质与量：基于MRI的病例对照研究

张威 秦万元 朱勇 罗伟 欧云生

骨质疏松性骨折（腕部、髋部及脊柱骨折）在我国的发病率较高［1］，其中骨质疏松性椎体压缩骨折（osteoporotic vertebral compression fractures，OVCF）主要影响老年病人，特别是绝经后女性。随着绝经后发生OVCF 的病例日益增多，相关诊疗指南及治疗方案也在不断完善及更新［2⁃3］。既往研究显示骨密度与OVCF关系密切，抗骨质疏松治疗对于OVCF有良好的预防作用［4］。

骨骼与肌肉作为统一的骨骼肌肉系统发挥作用，脊柱椎旁肌肉组织通过生物力学刺激影响椎体的质量，进而影响脊柱整体。

近期研究显示：①椎旁肌肉组织的体积与椎体骨密度呈正相关；②椎旁肌肉组织的脂肪浸润程度与椎体骨密度呈负相关；③椎旁肌肉组织的退变影响脊柱的矢状面和冠状面平衡［5⁃7］。既往研究报道通过分析椎旁肌肉的体积、脂肪浸润的程度来界定其与腰椎退行性疾病（腰背痛、椎间盘退变、椎管狭窄）的关系［8⁃10］。

肌肉组织的分析方法包括超声、双能X线、CT、MRI等，其中MRI是首选的方式之一。然而，MRI应用于腰椎系统的方法学中目前还没有统一的标准来界定肌肉与OVCF 之间的关系［11］，亦缺乏对不同椎体水平的界定和不同肌肉团块面积的界定，同时不同肌肉的面积、体积之间没有统一的校正参考，造成不同的研究之间难以比较，影响研究的质量。

我们推测发生OVCF的绝经后女性椎旁肌肉的净含量下降，脂肪浸润程度增加，故设计了此项研究。本研究通过收集我院影像归档与通信系统的腰椎MRI，分析不同椎间盘水平腰椎椎旁肌肉的质和量，采用相应的椎间盘面积进行校正，探讨椎旁肌肉的质量与绝经后女性发生OVCF的关系。

资料与方法

一、纳入标准与排除标准

纳入标准：①年龄为60～75岁的绝经后女性；②初次发生单节段OVCF；③病人出现骨折事件距离完成腰椎MRI 的时间间隔小于2 周。OVCF 的确诊标准：典型的病因学（低能量损伤）与临床表现（病椎部位疼痛伴不同程度的脊柱活动受限，以改变姿势为重），腰椎MRI 在T2 加权及脂肪抑制序列均显示高信号改变。

排除标准：①既往经历腰椎、骨盆、髋关节外伤或手术的病人；②多节段OVCF；③肿瘤或感染者；④低能量暴力引起的病理性骨折；⑤经腰椎X 线检查确定腰椎骶化或骶椎腰化；⑥退变性腰椎侧凸。

二、一般资料

根据纳入排除标准，收集我院2014 年8 月至2018年10月收治的OVCF病人94例，按1∶1年龄配对选择同时期的腰椎退变病人，包括盘源性腰痛、腰椎间盘突出及腰椎管狭窄病人；最终观察组和对照组各纳入48例，MRI检查距离发病的平均时间间隔为7.5 d（1～14 d）。两组病人的年龄、身高及身体质量指数（body mass index，BMI）比较，差异均无统计学意义（P 均＞0.05），但两组的骨密度T 值比较，差异有统计学意义（P＜0.05）（表1）。

本研究病人纳入流程图详见图1。

三、MRI成像技术

所有MRI 扫描由德国西门子公司MAGNETOM Avanto和美国GE公司SIGNA这两台固定的1.5⁃T磁共振扫描仪完成。

所有病人均接受仰卧位“L”型脊柱常规MRI 检查。矢状位或冠状位T2 加权脂肪饱和MRI 图像用于评估急性椎体压缩骨折。采用矢状位T2 加权快速自旋回波脉冲序列作为定位器，采用4层4 mm厚的切片，在L1/2至L5/S1平行椎间盘水平采集轴向T2加权快速自旋回波脉冲序列（重复时间为2 000～6 000 ms；回波时间为80～130 ms；层厚为4 mm；间隙为0～0.5 mm）。用矢状位图像上的定位线分别识别L3/4、L4/5和L5/S1椎间盘间隙的两个中轴面。所有检查都包括一个腰椎定位序列和四个腰椎序列，即矢状位T1、矢状位T2、轴位T2、冠状位T2 和短时间反转恢复序列。

图1 病例纳入流程图

表1 两组病人的一般资料比较（±s）

表1 两组病人的一般资料比较（±s）

组别观察组对照组t值P值例数48 48--年龄（岁）62.46±6.73 63.58±7.16-1.035 0.371 BMI（kg/m2）21.45±2.47 22.02±3.13-2.452 0.060身高（cm）155.37±35.62 151.58±28.75-3.650 0.246骨密度T值-3.97±0.56-1.85±0.21-4.245＜0.001

四、MRI图像分析

在MRI 上平行L3/4、L4/5椎间盘水平测量各椎旁肌（竖脊肌、多裂肌、腰大肌）和椎间盘的横截面积（cross⁃section area，CSA），使用Image J pro 软件分析各椎旁肌的肌肉净含量和肌内脂肪含量，并计算肌肉净含量与总肌肉量的面积比，即肌肉比率。总肌肉量被定义为在封闭筋膜内的每块肌肉的总CSA。

对于每幅图像，使用鼠标标记感兴趣区域（re⁃gion of interest，ROI），勾勒出双侧竖脊肌、多裂肌和腰大肌的轮廓（图2），特别注意不要漏掉椎体后外侧静脉丛、肌间脂肪、接近棘突或椎板的脂肪或结缔组织。利用灰度值的不同，使用选色工具在HIS 模式下选取精确的ROI 并求出所选区域的面积（图3）。计算脂肪退变比率（fatty degeneration rate）和腰肌性（lumbar muscularity，即肌肉CSA 与椎间盘CSA之比×100%）。

2名脊柱外科医生经过培训后，独立评估、测量图片，每幅图片独立测量每个参数2 次。最初的十个病人的测量数据用来和后续测量结果比较，以评估本研究测量方式的可重复性。

图2 标记感兴趣的区域（ROI）

图3 不同颜色展示 绿色：椎间盘，蓝色：腰大肌，黄色：竖脊肌，紫色：多裂肌

五、骨密度

使用Lunar Prodigy骨密度仪（GE公司，美国）测量腰椎和双侧股骨颈的骨密度。使用标准公式计算T值，T值=（骨密度值-参考值）/一个标准差的宽度，参考值为年轻正常人群中的骨密度峰值。根据世界卫生组织骨质疏松的诊断标准：T 值≤-2.5 SD 为骨质疏松症，-2.5 SD＜T 值＜-1 SD 为骨量减少，T值≥-1 SD 为正常骨密度。本研究选择病例T 值最低的诊断。

六、统计学分析

采用SPSS 22.0软件（SPSS公司，美国）进行统计学分析。竖脊肌、多裂肌、腰大肌、椎间盘的CSA、肌肉净含量和肌内脂肪含量的测量值采用Kolmogorov⁃Smirnov 检验，符合正态分布的数据用均数±标准差（±s）表示，采用独立样本t 检验进行组间统计学分析。以P＜0.05为差异有统计学意义。

结果

一、总肌肉量的比较

在不同椎间盘层面（L3/4、L4/5），观察组的竖脊肌CSA、多裂肌CSA和腰大肌CSA均较对照组明显减少，组间比较，差异均有统计学差异（P均＜0.05，表2）。

表2 不同椎间盘层面各肌群的CSA比较（±s，mm2）

表2 不同椎间盘层面各肌群的CSA比较（±s，mm2）

组别观察组对照组t值P值例数48 48 L3/4水平L4/5水平--竖脊肌541.2±134.4 681.2±174.5-3.499 0.001多裂肌311.3±102.4 371.5±117.6-3.146 0.003腰大肌613.5±214.3 651.5±117.8-4.732＜0.001椎间盘1 754.4±325.2 1 784.5±431.5-2.047 0.070竖脊肌632.5±128.4 701.5±174.5-3.267 0.002多裂肌341.3±85.3 401.2±131.4-3.321 0.002腰大肌643.5±214.3 711.5±117.8-2.625 0.032椎间盘1 972.4±372.2 1 933.6±414.5-1.679 0.080

二、肌肉净含量与肌内脂肪含量的比较

无论L3/4水平还是L4/5水平，与对照组比较，观察组椎旁肌的肌肉净含量均有所减少；两组间竖脊肌和多裂肌的肌肉净含量比较，差异均有统计学意义（P 均＜0.05），但腰大肌肌肉净含量的组间比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。见表3、4。

无论L3/4水平还是L4/5水平，观察组和对照组中，多裂肌的肌肉比率均为三种椎旁肌中最低。典型病例详见图4。

三、腰肌性和脂肪退变比率

无论L3/4椎间隙还是L4/5椎间隙，观察组的腰肌性均明显小于对照组，观察组的脂肪退变比率明显高于对照组，两组比较，差异均有统计学意义（P 均＜0.05）。L4/5椎间盘层面的腰肌性较L3/4椎间盘层面好（表5）。

表3 观察组与对照组L3/4水平肌肉净含量、肌内脂肪含量及肌肉比率的比较（±s）

表3 观察组与对照组L3/4水平肌肉净含量、肌内脂肪含量及肌肉比率的比较（±s）

组别观察组对照组t值P值例数48 48肌肉比率（%）--肌肉净含量面积（mm2）竖脊肌454.5±102.2 601.2±152.5-3.573 0.001多裂肌228.3±74.4 295.3±94.4-3.146 0.003腰大肌509.2±164.2 545.5±112.5-1.547 0.125肌内脂肪含量面积（mm2）竖脊肌72.4±37.5 86.6±27.3-4.376＜0.001多裂肌84.2±27.2 82.5±25.3-3.992＜0.001腰大肌105.3±25.3 101.5±21.3-1.142 0.281竖脊肌81.1±5.3 87.6±6.1 4.159＜0.001多裂肌72.1±9.6 78.1±4.7 3.464 0.001腰大肌83.3±4.6 84.1±6.0 0.481 0.724

表4 观察组与对照组L4/5水平肌肉净含量、肌内脂肪含量及肌肉比率的比较（±s）

表4 观察组与对照组L4/5水平肌肉净含量、肌内脂肪含量及肌肉比率的比较（±s）

组别观察组对照组t值P值例数48 48肌肉比率（%）--肌肉净含量面积（mm2）竖脊肌512.5±128.4 611.5±174.5-3.309 0.002多裂肌248.3±62.3 401.2±131.4-3.671 0.001腰大肌535.6±176.3 591.3±164.2-1.241 0.245肌内脂肪含量面积（mm2）竖脊肌115.4±27.4 98.3±25.4-4.257＜0.001多裂肌95.3±21.6 84.3±28.4-3.580 0.001腰大肌112.7±25.4 124.3±29.5-0.726 0.450竖脊肌82.5±7.7 86.9±4.6 4.052＜0.001多裂肌71.6±6.3 79.0±6.4 4.431＜0.001腰大肌82.0±6.8 83.0±3.0 0.553 0.651

图4 两组病人在不同椎间盘层面的脂肪浸润情况 a：对照组病人L3/4的椎旁肌脂肪浸润情况；b：对照组病人L4/5的椎旁肌脂肪浸润情况；c：观察组病人L3/4的椎旁肌脂肪浸润情况；d：观察组病人L4/5的椎旁肌脂肪浸润情况

四、一致性检验

一致性检验分析结果显示，测量结果具有良好的观察者一致性和内部一致性。肌肉净含量面积测量的一致性检验结果：观察组ICC=0.999，对照组ICC=0.997；Cronbach's α=0.995。肌内脂肪浸润面积测量的一致性检验结果：观察组ICC=0.995，对照组ICC=0.982；Cronbach's α=0.981。肌肉净含量面积测量比肌内脂肪浸润测量具有更高的内部一致性，且重复性更好。

讨论

椎旁肌在维持脊柱完整性及人体平衡、稳定脊柱、日常生活功能（如步行）等方面发挥重要作用。本研究发现：①OVCF病人的多裂肌、竖脊肌的肌肉净含量面积减小，肌肉的脂肪化程度较高，而对腰大肌的影响较小；②与竖脊肌相比，多裂肌在质和量上的退变程度更大；③低位椎间盘水平（L4/5）的退变程度较高位椎间盘水平（L3/4）严重。

既往研究通过分析椎旁肌肉的体积、脂肪浸润的程度来界定其与腰椎退行性疾病（腰背痛、椎间盘退变、椎管狭窄）［8⁃10］以及腰椎压缩性骨折的关系［5⁃6］。MRI是分析肌肉组织的首选方式之一，具有以下优点：①利用人体内原子核在磁场内外加射频磁场发生共振而产生影像，不会造成放射危害；②通过不同的序列显示不同的组织成分，可对肌肉的质和量进行准确分析。然而，MRI 应用于腰椎系统的方法学目前尚无统一的标准［11］。

腰椎椎旁肌肉退变是下腰痛和绝经后OVCF的一个公认的独立预测因素。既往研究发现，OVCF与背部伸肌力量降低、脊柱活动性能下降及整体平衡特征改变相关［12］。肌肉力量下降会减少椎旁肌对脊柱的作用力，加重脊柱矢状面后凸。同时，椎体骨折的发生与脊柱节段负荷增加有关，根据腰背部生物力学模型，脊柱节段负荷取决于椎旁肌的力矩臂长度和肌肉本身力量［13］，老年女性肌肉力量下降，脊柱矢状面后凸导致脊柱中心到椎旁肌距离增大，力矩臂长度增加，椎旁肌的作用力进一步减少，作用于脊柱节段的重力负荷大大增加；另一方面，脊柱后凸会限制人体的活动能力，进一步增加了病人跌倒发生骨折的风险［6，14⁃16］。

既往研究中对椎旁肌退变的评估是通过肌肉的容积及脂肪浸润的程度来实现的［15］。在肌肉的容积方面，各种研究的界定方式没有明显的差异，但在肌肉脂肪浸润的界定上，不同的研究所采用的方式存在差异。肌间脂肪是测量腰椎旁肌群中肌内脂肪体积的一个重要的混杂因素［16］。Huang 等［5］在界定多裂肌面积时，把椎体后外侧静脉丛、肌间脂肪以及接近棘突或椎板的脂肪或结缔组织排除在外。根据Willard［17］的棘间-棘上-胸腰椎韧带-椎旁肌复合体的概念，我们认为应该把这部分纳入测量范围内。Willard 等［18］也曾为此发表过申明，建议“脊柱旁肌肉被包含在一个密封的骨纤维室中，与中线上的棘突和前外侧的横突相连”。我们的研究发现多裂肌在不同层面的退变程度不同，而在Huang 等［5］的研究中这一结果的差异性并不明显。我们在此基础上更进一步，利用椎间盘的面积来标准化不同病人的椎旁肌肉，即腰肌性的概念，可将该研究的结果进一步推广，为不同病人提供个性化的数据分析。

此前只有2 项研究对肌肉面积和OVCF 的相关性作了定量分析。Kim 等［6］的研究结果证实椎旁肌（多裂肌、竖脊肌和腰大肌）的肌肉面积以及脂肪浸润的发生在OVCF 病人中都明显降低，而在我们的研究中证实腰大肌与OVCF 的关联性不大，这可能是由于我们选择的对照不同引起的。Kim 等［6］选择的对照组为30例未发生骨折的病人，且未提供该组病人的细节信息，而我们选择的对照组为发生退变的绝经后病人，这可能是产生结果差异的原因。进一步的研究证实，腰椎肌肉的退变对脊柱的矢状面平衡有影响。Jun 等［7］纳入了50 例病人，研究其脊柱全长片和腰椎MRI 的参数，测量L3水平的腰肌性和脂肪浸润比例，发现椎旁肌肉的退变是发生腰椎矢状面失衡的众多因素之一。Nam 等［19］在2014 年证实了不同性别病人的腰椎肌肉退变对影像学结果的影响（矢状面和冠状面平衡）。同时，本研究发现OVCF病人椎旁肌的质量变化以多裂肌退变最为显著，但目前暂无对此现象的相关假说及理论依据，需要进一步研究其潜在的病理生理机制。本研究结果提示，OVCF的发生与椎旁肌肉质量存在相关性，在当前着重于改善病人骨质量的基础上，我们或许可以通过增强病人的肌肉力量，进一步降低绝经女性OVCF的发生率。

表5 不同椎间盘层面的腰肌性及脂肪退变比率的比较（±s，%）

表5 不同椎间盘层面的腰肌性及脂肪退变比率的比较（±s，%）

组别观察组对照组t值P值例数48 48 L3/4椎间隙L4/5椎间隙--腰肌性241.6±85.4 275.6±92.7-4.620＜0.001脂肪退变比率13.6±5.4 9.7±2.5 3.235 0.002腰肌性269.8±78.3 314.8±85.3-3.358 0.002脂肪退变比率15.9±6.5 9.4±2.6 2.537 0.001

该研究有以下局限性：①该研究虽已证实绝经后女性OVCF病人肌肉的质量下降（肌肉面积减少、肌肉脂肪浸润面积增加），但肌肉的质量、影响肌肉质量的因素以及与OVCF的发生三者之间的关系还需要进一步的研究来证实；②腰椎脂肪浸润及腰肌性下降与病人腰椎功能、疼痛评分及生活质量的关系有待进一步阐明。

尽管存在以上不足，该研究证实腰椎椎旁肌肉质和量的退变是绝经后女性发生OVCF的一个相关因素，椎旁肌的质量变化以多裂肌的退变最为显著，需要后期的研究进一步证实肌肉的质量与OVCF的因果关系以及改善肌肉质量对OVCF 发生率的影响。