腰椎退行性侧凸患者椎旁肌的形态学改变

杨斌，郑明辉，凌杜华，陈韦东，瞿东滨

1.南方医科大学南方医院脊柱骨科，广州 510515；2.南方医科大学南方医院增城分院骨科，广州 511300

腰椎退行性侧凸是患者随年龄的增长，腰椎退变后出现的脊柱侧凸，并且既往无脊柱侧凸病史，是因为骨骼成熟后伴随脊柱退行性改变而发生的原发性脊柱侧凸。其可能是由于椎间盘和脊柱小关节退变引起的腰椎不对称而导致的[1,2]。椎旁肌作为人体躯干姿势反射弧的效应器，随着年龄的增长，而发生着退变[3]，且在腰椎有疾患时退变较为明显。椎旁肌肉的退变机制尚不明确，在腰椎滑脱，腰椎间盘突出，腰椎微创术后等腰椎疾患及随年龄增长椎旁肌肉发生退变的研究较多。如Parkkola 等[4]对74位健康志愿者的腰椎间盘及椎旁肌肉与年龄和体重关系的研究表明椎间盘和椎旁肌肉随着年龄的增长而发生退变，且一般椎间盘退变严重者，椎旁肌肉退变也较严重。Shahidi 等[5]对199名腰椎术后患者椎旁肌肉随年龄改变的研究表明，患者随着年龄的增长，椎旁肌肉的退变主要集中于脂肪浸润程度。PLoumis 等[5]对单节段退变性椎旁肌肉症状侧与非症状侧不对称退变的研究表明单一节段腰椎间盘突出症患者在症状侧较非症状侧退变程度较大，症状侧肌肉的横截面积明显小于非症状侧，且症状节段的上下节段均有不同程度的不对称退变。但是对于腰椎退变性侧凸患者中椎旁肌肉改变的研究却较少，并且研究结果存在争议。Kim 等[7]的85例腰椎退变性侧凸患者的研究表明凸侧和凹侧椎旁肌肉存在不同程度的退变，且凹侧退变程度大于凸侧，退变主要以椎旁肌肉（MF 和PS）横截面积的缩小为主要改变而脂肪浸润程度却无明显差异；而谢东晓等[3]的66例腰椎退变性侧凸患者的研究则表明凸侧和凹侧椎旁肌肉存在不同程度的退变，且凹侧退变程度大于凸侧，但退变以椎旁肌肉（MF）脂肪浸润程度的增加为主，椎旁肌横截面积未见明显统计学差异。两者研究存在争议并且均未探讨椎旁肌肉的不对称退变与顶椎之间的关系，故本文拟探讨腰椎退变性侧凸患者顶椎节段及其上下节段椎旁肌肉的不对称退变。

1 材料与方法

1.1 一般资料

本研究采用回顾性分析，选取2015年1月至2017年12月在我院就诊的退变性腰椎侧凸患者84例为研究对象；入选标准：(1)患者年龄大于60岁；(2)患者腰椎Cobb 角大于10°；（3）退变性侧凸诊断均符合《骨与关节损伤》中腰椎退变性侧弯的诊断标准，表现为行走受限、间歇性跛行、腰腿疼痛和麻木，经严格保守治疗后，症状在短期内改善后又加重，Cobb 角10°-50°，X 线提示腰椎椎体边缘出现明显骨质增生退变，CT表现为椎管、侧隐窝及神经根管骨性狭窄、关节突关节增生内聚、部分黄韧带骨化，MRI 显示单、多节段椎管管径缩小、黄韧带肥厚；（4）近3个月内未行腰椎理疗、针灸等；（5）卧床保守治疗未超过3个月[8]；（6）临床资料齐全。排除标准：（1）既往有神经系统疾病史(包括肌萎缩侧索硬化、格林巴利综合征、重症肌无力等)；（2）既往有脊柱侧凸病史(包括特发性脊柱侧凸、先天性脊柱侧凸、神经纤维瘤性脊柱侧凸、神经肌源性脊柱侧凸等)；（3）既往有脊柱感染、肿瘤、骨折、手术病史[9]；（4）有甲状腺功能亢进、甲状旁腺功能亢进或长期服用激素类药物者；（5）患者3个月内行腰椎理疗、针灸等或卧床保守治疗超过3个月；（6）临床资料不齐全。按照患者顶椎所处节段不同分为A、B、C 3组。A 组：顶椎位于L2～3椎间盘组，B 组：顶椎位于L3椎体组，C 组顶椎位于L3-4椎间盘三组。A 组顶椎水平肌肉的数据由L2-3椎间盘水平的肌肉经image-pro PLus 测量所得；因B 组顶椎位于L3椎体，但L2～3椎间隙的开口大于L3～4椎间隙，故B 组顶椎水平肌肉的数据以L2～3椎间盘水平的肌肉经image-Pro PLus 测量所得；C 组顶椎水平肌肉的数据由L3～4椎间盘水平的肌肉经image-pro PLus 测量所得。

1.2 影像学资料

所有患者均于我院行X 线及MRI 检查，并有L1～S1各节段磁共振上的T2轴位片。从我院PACS 系统获取病人的X 线数据，测量其腰椎cobb 角（图1）和腰椎前凸角（L1椎体上缘与S1椎体上缘之间的夹角，图2）；观察侧凸方向，记录顶椎的位置。利用磁共振T2轴位片，取L1～S1椎间盘平扫（3层）中间层做为研究对象，使用Image-Pro PLus 软件测量腰椎间盘的横截面积及各肌肉相应的横截面积和脂肪面积（图3，4）。获取各肌肉横截面积与相应节段椎间盘横截面积的比值；获得各肌肉的脂肪面积与肌肉总面积的比值，以此来代表肌肉的脂肪浸润程度（FI）。

图1 患者腰椎正位片，腰椎侧凸方向为左侧凸，顶椎位于腰3～4椎间盘，腰椎cobb 角为16.23°图2 患者腰椎侧位片，腰椎前凸角为46.21°Fig.1 The anteroposterior film of the lumbar vertebrae of the patient,the direction of lumbar scoliosis is left kyphosis,and the top vertebra is located in lumbar 3～4 intervertebral disc,the cobb angle of lumbar vertebrae is 16.23°Fig.2 Lateral film of lumbar vertebrae with a lumbar kyphosis angle of 46.21°

图3 患者腰椎磁共振上各肌肉的区域位置 MF.多裂肌ES.竖脊肌PS.腰大肌PL.腰方肌图4 患者使用image-pro plus 软件测量多裂肌脂肪浸润程度的示意图，红色代表脂肪组织，整个划线区域内代表整个多裂肌，使用脂肪面积/肌肉面积即肌肉脂肪浸润程度Fig.3 Regional location of the muscles on the lumbar MRI of the patient MF,cleft muscle;ES,erector spinae;PS,psoas major;QL:quadratus lumborumFig.4 schematic diagram of patients using image-pro plus software to measure the degree of fat infiltration of the multifidus muscle.The red represented the adipose tissue,the whole underlined area represented the whole multifidus muscle,and the fat area/muscle area was the degree of muscle fat infiltration

1.3 数据分析

所有测量数据均由一名研究员测量3次后取平均值获得。采用SPSS 20.0统计软件对所得数据进行数据录入和分析，计量资料使用表示。所得数据均行描述性分析和正态性检验，数据采用配对t检验。检验水准α值取双侧0.05，即P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料结果

本研究中纳入的84例患者中有男性28人、女性56人，平均年龄为（66.5±5.16）岁，平均体重系数（BMI）为23.42±3.31，平均骨密度（BD）为-1.77±1.33，平均腰椎前凸角为（34.90±5.57）°，平均腰椎侧凸角为（14.80±5.57）°，侧凸方向位于左侧53例，侧凸方向位于右侧31例。顶椎位于L2～3椎间盘的患者有28例，其中男性5例、女性23例，其平均年龄为（67.89±5.38）岁，平均体重系数（BMI）为24.11±4.04，平均骨密度（BD）为-1.88±1.31，平均腰椎前凸角为（33.68±12.43）°，平均腰椎侧凸角为（16.04±7.57）°，侧凸方向位于左侧21例，侧凸方向位于右侧7例。顶椎位于L3椎体的患者有27例，其中男性12例、女性15例，其平均年龄为（66.37±5.31）岁，平均体重系数（BMI）为22.95±2.99，平均骨密度（BD）为-1.55±1.49，平均腰椎前凸角为（39.30±16.24）°，平均腰椎侧凸角为（13.26±2.66）°，侧凸方向位于左侧15例，侧凸方向位于右侧12例。顶椎位于L3～4椎间盘的患者有29例，其中男性11例、女性18例，其平均年龄为（65.28±4.61）岁，平均体重系数（BMI）为23.21±2.82，平均骨密度（BD）为-1.93±1.03，平均腰椎前凸角为（31.77±14.89）°，平均腰椎侧凸角为（14.07±4.74）°，侧凸方向位于左侧17例，侧凸方向位于右侧12例。所得数据使用非参数检验及单因素方差分析（One-Way ANOVA），得出3组之间一般资料无统计学差异（P＜0.05）。

2.2 不同节段椎旁肌差异性结果

在A 组中，在L1-2节段上退行性侧凸患者的MF、ES、QL 的横截面积与椎间盘横截面积的比值凸侧均大于凹侧，且差异有统计学意义，而PS 的横截面积与椎间盘横截面积的比值凸侧小于凹侧，且差异有统计学意义，MF、PS、ES、QL 的FI 凸侧均小于凹侧，且差异具有统计学意义。在L2-3节段上退行性侧凸患者的MF 的横截面积与椎间盘横截面积的比值凸侧大于凹侧，且差异有统计学意义，而PS 的横截面积与椎间盘横截面积的比值凸侧小于凹侧，且差异有统计学意义，MF、PS、QL 的FI 凸侧均小于凹侧，且差异具有统计学意义，余数据差异无统计学意义。在L3～4节段退行性侧凸患者的MF 的横截面积与椎间盘横截面积的比值凸侧大于凹侧，且差异有统计学意义，MF、PS的FI 凸侧均小于凹侧，且差异具有统计学意义，余数据差异无统计学意义。L4～5、L5～S1节段数据差异无统计学意义（表1、2）。

表1 顶椎位于L2～3 椎间盘的腰椎侧凸患者椎旁肌肉与椎间盘面积比值Tab.1 Ratio of paraspinal muscle to intervertebral disc area in patients with lumbar scoliosis with parietal vertebrae located in L2～3 intervertebral disc

表2 顶椎位于L2～3椎间盘的腰椎侧凸患者椎旁肌肉脂肪浸润程度Tab.2 Degree of paraspinal muscle fat infiltration in patients with lumbar scoliosis with parietal vertebrae located in L2～3 intervertebral disc

在B 组中，在L1～2节段上退行性侧凸患者的MF、PS 的FI 凸侧均小于凹侧，且差异具有统计学意义。在L2～3节段上退行性侧凸患者的PS 的横截面积与椎间盘横截面积的比值凸侧小于凹侧，且差异有统计学意义，MF、PS 的FI 凸侧均小于凹侧，且差异具有统计学意义，余数据差异无统计学意义。在L3～4节段退行性侧凸患者的PS 的横截面积与椎间盘横截面积的比值凸侧小于于凹侧，且差异有统计学意义，MF、PS 的FI 凸侧均小于凹侧，且差异具有统计学意义，余数据差异无统计学意义。L4～5、L5～S1节段数据差异无统计学意义（如表3、4）。

表3 顶椎位于L3椎体的腰椎侧凸患者椎旁肌肉与椎间盘面积比值Tab.3 Ratio of paraspinal muscle to intervertebral disc area in lumbar scoliosis patients with parietal vertebrae located in L3 vertebrae

在C 组中，在L1～2节段上数据差异无统计学意义。在L2～3节段上MF、PS 的FI 凸侧均小于凹侧，且差异具有统计学意义，余数据差异无统计学意义。在L3～4节段MF、PS 的FI 凸侧均小于凹侧，且差异具有统计学意义，余数据差异无统计学意义。L4～5节段MF、PS 的FI 凸侧均小于凹侧，且差异具有统计学意义，余数据差异无统计学意义。L5～S1节段数据差异无统计学意义（如表5、6）。

3 讨论

脊柱是一个多组织的结构复合体，其结构的稳定性维持着人类的基本生活，维持其结构的稳定性主要依靠骨性结构、椎旁肌肉及相关韧带结构。腰背部疼痛是患者就医的一大主要问题[10]，而腰部疼痛的发生常与腰椎的稳定性[11]及肌肉改变[12-15]有关。因此椎旁肌肉在维持脊柱稳定及相关功能上具有重要作用，而随着年龄的增长[5,16]及脊柱疾患如椎间盘突出[17-19]、腰椎管狭窄[20]、腰椎滑脱[21]等疾患的产生，椎旁肌肉及易发生退变，但其退变性质及退变规律不太明确。

脊柱的稳定性是依靠脊柱本身和与之相关联的肌肉系统来维持的，当某一系统出现功能障碍引起脊柱不稳导致临床症状时，另一系统则会出现代偿进行弥补。椎旁肌的退变及功能减退与腰椎退变性侧凸的发生可能是相辅相成的。本研究结果表明腰椎退变性侧凸可能是引起椎旁肌退变的一个重要因素，且凸侧和凹侧的退变程度不一，凹侧退变程度大于凸侧。由腰椎退变性侧凸的患者的顶椎节段分组可看出腰椎退变性侧凸患者在顶椎及顶椎上下各一个节段上MF 和PS 脂肪浸润程度在凹侧均大于凸侧，而在其它节段差异无统计学意义，表明腰椎退变性侧凸患者的不对称退变主要发生在顶椎及顶椎上下各一个节段且凹侧退变程度较重。

表4 顶椎位于L3椎体的腰椎侧凸患者椎旁肌肉脂肪浸润程度Tab.4 The degree of paraspinal muscle fat infiltration in patients with lumbar scoliosis whose parietal vertebrae are located in L3 vertebrae

成人退变性腰椎侧凸与不对称的肌肉改变有关，凸侧和凹侧的肌肉长度和弧度的不对称，使得凸侧的肌头被拉伸、变长、变细，而凹侧的则变短而结实，因此凹侧的肌肉的横截面积预计要大于凸侧。而MF的横截面积却是凸侧大于凹侧，可能是腰椎的后方伸肌可能承载的力量较大，凸侧肌肉的高负荷使得其发生较对侧的代偿性增生及肥大而凹侧则相应表现出现萎缩、脂肪化。凸侧MF 横截面积的增大是由于肌肉代偿性肥大的结果，是为了弥补和维持脊柱冠状位上失衡，减少脊柱向凹侧倾斜。因此腰椎退变性侧凸患者两侧不对称的退变可能是由于不对称的力学环境造成的，且以凹侧肌肉的脂肪浸润程度增加为主。而另一方面椎旁肌肉的退变可能与失神经支配有关[22]，如多裂肌是由多束小肌束组成，由腰神经后支的内侧支唯一支配[23]，每个肌束仅由单一分支支配，分支间并无交通，这一特点更容易造成失神经支配，引起肌肉退变，竖脊肌由的神经支配是多节段的，一个节段神经受压或损伤时，其它节段神经可出现代偿。肌肉的失神经支配后可引起肌肉的萎缩及脂肪浸润程度的增加。故肌肉自身的退变主要发生于脂肪浸润程度的增加。

表5 顶椎位于L3～4椎间盘的腰椎侧凸患者椎旁肌肉与椎间盘面积比值Tab.5 Ratio of paraspinal muscle to intervertebral disc area in patients with lumbar scoliosis with parietal vertebrae located in L3～4 intervertebral disc

脊柱的稳定性依靠脊柱本身和与之相关联的肌肉系统来维持，当某一系统出现功能障碍引起脊柱不稳导致临床症状时，另一系统则会出现代偿进行弥补。椎旁肌的退变及功能减退与腰椎退变性侧凸的发生可能是相辅相成的。因此退变性侧凸患者顶椎及顶椎上下各一个节段的不对称退变，可能提示临床上行腰椎退变性侧凸手术时为阻止两侧肌肉不对称的退变发展需要固定顶椎上下节段。

本研究通过影像学资料表明腰椎退变性侧凸患者椎旁肌肉存在不对称退变，凹侧退变程度大于凸侧，且不对称退变主要存在于顶椎及顶椎上下各一个节段。但此结果缺乏组织学、细胞学和病理学等证据证实退变性侧凸患者椎旁肌肉的不对称性退变，同时还需要多中心、大样本的进一步研究，以期进一步指导临床工作。

表6 顶椎位于L3-4椎间盘的腰椎侧凸患者椎旁肌肉脂肪浸润程度Tab.6 Degree of paraspinal muscle fat infiltration in patients with lumbar scoliosis with parietal vertebrae located in L3～4 intervertebral disc