腰椎退行性疾病手术患者椎间盘退变及责任间隙分布情况研究

刘磊，武建运，黄伟敏，李新勃，于秀淳*

腰椎退变引起的疼痛、畸形、功能障碍等使患者生活质量下降，保守治疗效果不理想，多主张手术治疗[1-2]。腰椎退变范围较广，包括椎体、椎间盘、韧带、小关节退变等，而椎间盘退变是一系列腰椎退行性疾病的始动因素[3-4]。既往研究主要集中在腰椎间盘退变的流行病学及影像学研究方面，包括一般人群、志愿者及有症状人群[5-6]，而关于患有严重腰腿痛的腰椎退行性疾病患者手术干预的大样本研究少见，其椎间盘退变分布规律并不明确。本文收集腰椎退行性疾病需手术干预患者术前的临床及影像学资料，研究其椎间盘退变分布规律，分析责任间隙（手术节段）椎间盘退变率及分布特点。

本文价值/局限：

（1）腰椎间盘退变是腰椎退行性疾病的始动因素，以往研究在腰椎间盘退变的流行病学及影像学方面进行了大量报道，而患有严重腰腿痛需手术干预的大样本研究少见，椎间盘退变分布规律并不明确。本研究以大样本数据为基础，收集术前资料，分析椎间盘退变及其影像学改变的发生率及分布特征，以及责任间隙退变分布。（2）因资料限制，本研究未能纳入患者的术后资料，故未能对患者术后效果评估进行分析；此外，本研究为单中心回顾性研究，结论外推有一定局限性，今后将进行多中心研究。

1 资料与方法

1.1 纳入、排除标准 纳入标准：（1）腰痛伴或不伴坐骨神经痛；（2）腰痛伴或不伴间歇性跛行；（3）腰椎X线检查示椎体前、后缘骨质增生，椎间隙不稳，椎体滑脱等；（4）腰椎MRI示椎间盘变性、突出，硬膜囊或脊髓受压，关节突增生，黄韧带增生肥厚，椎间孔、椎管狭窄；（5）严格保守治疗无效；（6）年龄20岁以上，性别及职业均不限。

排除标准：（1）患有神经、精神疾病；（2）患有腰椎感染、结核、肿瘤及严重的内脏疾病；（3）有重度骨质疏松和严重腰椎创伤、手术史；（4）有强直性脊柱炎、先天性脊柱畸形等病史；（5）患有急性腰扭伤、慢性劳损及韧带炎。

1.2 一般资料 选择2012年1月—2016年2月于中国人民解放军第960医院行腰椎正侧位、过伸过屈位X线和腰椎矢状位MRI检查并确诊为腰椎退行性疾病患者503例，其中腰椎间盘突出症352例，退变性腰椎滑脱症（包括腰椎失稳症）91例，退变性腰椎管狭窄症60例；男240例，女263例；年龄20～84岁，≥40岁女225例，男168例，中位年龄48.8岁；患者伴有不同程度的腰部、下肢疼痛麻木等不适症状；患者均接受手术治疗，其中43例行小切口突出椎间盘摘除术，79例行微创椎间孔镜手术，381例行开放内固定手术治疗。

1.3 影像学分析 回顾性分析患者的X线和MRI检查结果、手术节段分布以及椎间盘节段的分布特点和相关退变征象。所有影像学资料由经验丰富的放射科医生与骨科医生进行双盲法分析，并进行集中分析讨论。

1.3.1 腰椎失稳 采用过伸过屈位X线Dupuis分级[7]，腰椎动力位X线矢状面屈伸角（在侧位椎体的上下缘做连线，前屈或后伸时两线之交角即为屈伸角）之和诊断腰椎失稳：L1～2、L2～3、L3～4或 L4～5≥ 15°，L5～S1≥20°诊断为腰椎失稳；或者某节段的矢状面动力移位距离≥3 mm即可诊断为腰椎失稳。

1.3.2 Modic改变 椎间盘的退变始于终板退变，DE ROOS等[8]首次对终板和终板下骨质的MRI信号改变进行了描述。MODIC等[9-10]将这种改变分为4型：Ⅰ型为T1WI呈低信号、T2WI呈高信号，病理改变为终板和终板下骨质的水肿或炎症；Ⅱ型为T1WI呈高信号、T2WI呈等高信号，病理改变为缺血终板下骨质由具有造血功能的红骨髓向黄骨髓转变，表现为终板下骨质的脂肪变；Ⅲ型为终板信号在T1WI、T2WI呈低信号，表现为终板下骨质硬化；0型代表正常椎间盘。

1.3.3 高信号区域（HIZ） 椎间盘局限性HIZ是椎间盘周缘T2WI有低信号包绕的高信号区域，HIZ位于椎间盘的后缘、前缘及其周围等区域，是椎间盘退变造成纤维环破裂引起的炎性反应[11]。

1.3.4 许莫结节（SN） 椎间盘的髓核组织经椎体上下软骨终板疝入椎体形成的改变称为SN，位于椎体上缘或下缘，最常出现在下胸椎和上腰椎，一般认为SN的形成是由于某些代谢性疾病或脊柱退变所致的椎体终板强度下降并破损导致。

1.3.5 椎间盘退变程度 椎间盘退变分级采用Pfirrmann分级标准[12]，Ⅰ、Ⅱ级为椎间盘正常，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级为椎间盘退变，其中Ⅳ、Ⅴ级为严重退变（见表1）。本研究中单间隙椎间盘退变程度采用Pfirrmann分级标准，多间隙椎间盘退变采用自定义W分级标准，即两个及以上节段椎间盘退变程度，分为Wa（平均节段数 2.5～＜3）、Wb（平均节段数 3～＜3.5）、Wc（平均节段数 3.5～＜4）、Wd（平均节段数 4～＜4.5）、We（平均节段数4.5～＜5）、Wf（平均节段数≥5）〔如L1～2Pfirrmann Ⅲ级，L2～3Ⅴ级，则 L1～2+L2～3椎间盘退变程度 W=（3+5）/2=Wd（4）；L4～5Ⅲ级，L5～S1Ⅳ级，则 L4～5+L5～S1退变程度为 W=（3+4）/2=Wc（3.5）〕，其中Wa、Wb、Wc为轻度退变，Wd、We、Wf为重度退变。

表1 椎间盘退变Pfirrmann分级Table 1 Pfirrmann classification of disc degeneration

1.4 统计学方法 采用SPSS 19.0统计软件进行数据分析，计数资料以相对数表示，组间比较采用χ2检验。双侧检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 腰椎间盘退变情况 503例患者共2 515个腰椎间盘，退变率为74.08%（1 863/2 515），严重退变率 为 36.46%（917/2 515）。上腰椎椎间盘（L1～2、L2～3）退变 率为 56.96%（573/1 006）， 严重退变率为 34.55%（198/573）；下腰椎椎间盘（L3～4、L4～5、L5～S1）退变率为85.49%（1 290/1 509），严重退变率为55.74%（719/1 290）。女性患者腰椎间盘退变率为78.17%（1 028/1 315），男性为69.58%（835/1 200）。女性腰椎间盘退变率高于男性，差异有统计学意义（χ2=24.117，P＜0.001）；下腰椎椎间盘退变率、严重退变率均高于上腰椎，差异有统计学意义（χ2=39.654，P＜0.001；χ2=25.753，P＜0.001）。≥ 40岁女性腰椎间盘退变率（82.76%，931/1 125）高于男性（79.17%，665/840），差异有统计学意义（χ2=3.983，P=0.046）；＜40岁女性腰椎间盘退变率（51.05%，97/190）与男性（47.22%，170/360）比较，差异无统计学意义（χ2=0.251，P=0.616）。≥40岁男女性椎间盘严重退变率与＜40岁者比较，差异均无统计学意义（χ2男=0.267，P男=0.605；χ2女=2.087，P女=0.149）。503例患者共2 515个腰椎间盘影像学表现分布情况见表2。

2.2 腰椎失稳、Modic改变、HIZ及SN的分布 503例患者中腰椎失稳占18.09%（91/503），其中男33例，女58例；发生Modic改变占26.84%（135/503），其中男50例，女85例；发生HIZ占 33.40%（168/503），其中男80例，女88例；发生SN 占17.89%（90/503），其中男52例，女38例。

女性腰椎失稳（6.39%，84/1 315）及Modic改变（9.28%，122/1 315）发生率均高于男性（3.58%，43/1 200；5.50%，66/1 200）， 而男性SN发生率（7.58%，91/1 200）高于女性（5.32%，70/1 315），差异均有统计学意义（χ2=9.316，P=0.002；χ2=11.166，P=0.001；χ2=4.701，P=0.030）；男性HIZ发生率（9.17%，110/1 200）与女性（9.96%，131/1 315）比较，差异无统计学意义（χ2=0.378，P=0.539）。

＜40岁男性腰椎失稳的发生率与女性比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；SN的发生率高于女性，差异有统计学意义（P＜0.05）；而女性Modic改变与HIZ的发生率高于男性，差异有统计学意义（P＜0.05）。≥40岁女性腰椎失稳的发生率高于男性，差异有统计学意义（P＜0.05）；而两性别间Modic改变、HIZ、SN发生率比较，差异均无统计学意义（P＞0.05，见表3）。≥40岁男性Modic改变、HIZ和女性腰椎失稳、HIZ、SN发生率与＜40岁者比较，差异均有统计学意义（P＜0.05，见表3）。不同性别Modic改变、HIZ各年龄段分布节段数比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。腰椎失稳、Modic改变、SN和HIZ腰椎退变节段分布情况比较，差异均有统计学意义（P＜0.01，见表4）。

表2 503例患者2 515个腰椎间盘影像学表现分布（节段数）Table 2 Imaging distribution of 2 515 lumbar discs in 503 patients

2.3 责任间隙（手术节段）退变分布 503例患者均接受了手术治疗，单节段责任间隙381例，两间隙102例，三间隙14例，四间隙4例，五间隙2例。责任间隙椎间盘退变率为99.01%（498/503），严重退变率为62.82%（316/503）。其中只进行上腰椎（L1～2、L2～3）手术患者占2.39%（12/503），只进行下腰椎（L4～5、L5～S1）手术患者占 80.32%（404/503）。

单间隙手术共381例，只有5例为正常椎间盘，均为Pfirrmann Ⅱ级，余责任间隙均发生退变，退变率98.69%（376/381）；上腰椎（L1～2、L2～3）手术患者占 2.62%（10/381），责任间隙椎间盘退变率100.00%（10/10），严重退变（Pfirrmann分级Ⅳ级、Ⅴ级）率50.00%（5/10）；下腰椎（L4～5、L5～S1）手术患者占 93.18%（355/381），责任间隙椎间盘退变率98.59%（350/355），严重退变率为65.63%（233/355），见表5。

两间隙手术共102例，其中99例为连续邻近节段（如 L1～2+L2～3和 L4～5+L5～S1），另 3 例为桥接节段（如L1～2+L3～4、L3～4+L5～S1等），责任间隙椎间盘均发生退变，退变率100.00%；仅上腰椎（L1～2+L2～3）手术患者2例；下腰椎（L4～5+L5～S1）手术患者占 48.48%（48/99），严重退变率58.33%（28/48），见表6。

三间隙手术共14例，均为连续邻近节段（如L2～3+L3～4+L4～5和 L3～4+L4～5+L5～S1），责任间隙椎间盘均发生退变，退变率 100.00%，其中 L2～3+L3～4+L4～5节段 5 例，严重退变率 60.00%（3/5）；L3～4+L4～5+L5～S1节段 9 例，严重退变率22.22%（2/9），见表7。

3 讨论

3.1 腰椎间盘退变的影像学分析 腰椎间盘退变的影像学表现主要有Modic改变、HIZ和SN等。评估腰椎间盘退变的可靠影像学检查主要是MRI，X线检查只能作为辅助。椎间盘退变程度采用Pfirrmann分级标准，该标准人群平均年龄为40岁（10～83岁），年龄相对趋于中青年[5]。2007年GRIFFITH等[12]对该标准进行了补充，纳入人群平均年龄为73岁，形成了改良Pfirrmann分级系统，年龄相对趋于老年。本研究纳入的研究对象平均年龄为48.8岁，相趋中年，因此对椎间盘退变进行了Pfirrmann分级为主的评定。椎间盘退变本身就是一个随着年龄增长而发生的生理性的退变过程[13]。

表3 不同年龄、不同性别腰椎失稳、Modic改变、HIZ及SN分布（节段数）Table 3 Lumbar instability，Modic change，HIZ and SN distribution by age and sex

表4 各退变节段中影像学表现分布（节段数）Table 4 Distribution of imaging manifestations in each degenerative segment

表5 单责任间隙椎间盘退变分布（例）Table 5 The distribution of degenerative disc in single responsibility space

表6 两责任间隙椎间盘退变分布（例）Table 6 The distribution of degenerative disc in the two responsibility spaces

表7 三责任间隙椎间盘退变分布（例）Table 7 The distribution of degenerative disc in the three responsibility spaces

本研究结果显示，Modic改变总体发生率为26.84%，女性高于男性，多见于下腰椎，尤其是L4～5。既往研究显示腰椎Modic改变在正常人群中的发生率为7%～12%；而在下腰痛的患者中，发生率为18%～58%，并且多见于下腰椎节段，尤其是L4～5和L5～S1[14-15]。SABERI等[15]对514例年龄在18～70岁具有腰背痛患者的调查中发现，上下腰椎中Modic改变发生的相关因素是不同的，上腰椎发生Modic改变时，年龄是一个重要影响因素；下腰椎发生Modic改变时，与患者的性别、年龄无关。本研究中Modic改变发生率较高，因为纳入人群为手术患者，腰椎退变相对较重，与相关研究结果的差异可能为纳入人群不同导致。

HIZ在无症状人群和腰腿痛患者中均可见，且腰腿疼患者中发生率较高，为 15%～59%[11，16-17]。对 500例腰背痛患者的调查发现，HIZ发生率为28.6%，并且在 L4～5和 L5～S1多发，与退变性腰背痛相关[16]。YANG等[17]的研究显示腰椎间盘退变与HIZ存在相关性。WANG等[11]的研究发现，HIZ多发生于下腰椎，与腰椎间盘退变的发生规律相符合，是椎间盘退变的一个重要征象，而与性别无关。PARK等[18]对737例伴或不伴有下肢疼痛症状的患者研究显示，HIZ的发生与年龄有关，但与椎间盘退变不同的是，其好发年龄在31～40岁。本研究显示，HIZ总体发生率为33.40%，多位于下腰椎节段（L4～5和L5～S1），但其发生与性别并无统计学差异，与相关研究结果的差异考虑原因可能为调查人群结构不同导致。

SN好发于胸腰段（T11～L2），而受检查方式、诊断标准及目标人群如种族、年龄、伤病史、遗传因素等影响，SN的检出率差异较大[19-22]。有研究显示无腰椎疾患主诉的人群中SN的检出率也很高[20]。MOK等[19]对2 449例行MRI检查的中国南方人群进行研究显示，SN的检出率为16.4%，男性多发，且与椎间盘退变的严重程度高度相关，其中以L1～2、L2～3最为明显。PFIRRMANN等[21]的尸检研究显示，男性SN发生率高于女性，老年、青少年均高发，并且其发生与中度椎间盘退变有关，而非重度退变。陈意磊等[22]对1 024例行腰椎MRI检查的腰腿疼患者进行回顾性分析显示，SN的发生与年龄、椎间盘退变程度具有相关性。郭炯炯等[23]对1 724例中国南方人志愿者的研究显示，45岁以下SN发生率男性高于女性，45岁以上则相反。本研究显示，SN总体发生率为17.89%，男性高于女性，且多位于上腰椎节段（L1～2和L2～3），但男性在40岁以前SN的发生率明显高于女性，40岁以后两者相当。

有学者认为椎间盘的退变引起椎间隙变窄、椎间韧带松弛，导致椎间不稳定，从而出现相应临床症状[24]；而当腰椎广泛退变、椎间盘严重退变时，又增加了腰椎稳定性。TANAKA等[25]通过对47具尸体的解剖研究发现，当椎间盘处于轻度或中度退变时，椎间稳定性降低；发生重度退变时，椎间稳定性反而恢复。LAO等[26-27]对162例下腰痛患者的研究显示，当椎间盘发生严重退变时，腰椎稳定性增加。方国华等[28]的研究指出，L4～5不稳发生率最高，L3～4次之，而 L5～S1最低。本研究显示，腰椎失稳的总体发生率女性明显高于男性，腰椎失稳在下腰椎多发，尤其L4～5、L5～S1多见，男性在＜40岁腰椎失稳的发生率较高，而女性在≥40岁发生率较高，分析该差异可能与≥40岁女性退变率更高有关。

3.2 椎间盘退变在腰椎退行性疾病手术患者中的分布 腰椎退变性疾病包括腰椎间盘源性腰痛、腰椎间盘突出症、退变性腰椎管狭窄症、退变性腰椎滑脱、退变性脊柱侧凸等多种疾病。既往研究[2，23，29-30]表明，腰椎间盘退变广泛存在，无论是普通社区人群还是有症状的腰腿疼患者，而且下腰椎退变率最高。椎间盘退变的流行病学回顾揭示了一般人群和有症状患者椎间盘退变的流行评估，流行率的极端变化可能主要是由于椎间盘退变的定义和测量标准不一导致，其阻碍了椎间盘退变的流行病学研究[31]。同样，椎间盘退变的影像学表现各异，分级标准众多，并且多为主观观察分析研究。但目前评估椎间盘退变的最有效、最常用的影像学检查仍然是MRI，工作中临床医生对腰椎退行性疾病的诊断，主要依据腰椎MRI结合临床表现为主，进而明确手术节段，确定手术方式。

有研究报道，在无症状人群中约30%的MRI检查结果有腰椎间盘退变的表现，腰椎间盘退变在20～39岁年龄组为35%，50岁以上为100%[30]。蒋欣等[32]对529例腰腿痛患者分析研究认为，有13.4%的腰痛患者MRI检查结果腰椎各个椎间盘完全正常，并且如果患者同时存在两个节段椎间盘退变，那么其他节段腰椎间盘发生退变的概率较大，尤其超过40岁。BRINJIKJI等[33]做了一项系统性综述，分析了2014年以前诸多文献中无症状人群椎间盘退变的影像学表现，认为在无症状人群中影像学表现椎间盘退变比例很高，并且椎间盘退变率会随着年龄的增长而增加，许多基于影像学改变的退行性特征可能是正常衰老的一部分，与疼痛无关，应考虑偶然发现的椎间盘退变是与年龄相关的正常变化，而不应被视为是一种病理过程，必须结合患者的临床状况来解释这些影像学表现。因此基于有明显临床症状需手术干预的住院患者的影像学研究显得尤为重要。HANAGAI等[34]对270例51～86岁行健康体检的中老年人的调查研究显示，纳入对象腰椎间盘退变率很高，而且在腰椎任一节段，腰椎间盘严重退变率超过52%，但有相当一部分患者并没有腰腿痛。本研究发现不超过1%（5例）的患者各个椎间盘完全正常，其余患者均存在退变，分析原因可能为纳入人群均是住院需手术患者，因此退变率较高。该5例患者年龄均小于40岁，并且均因急性椎间盘突出入院，病程较短，因此影像学上（腰椎MRI）椎间盘退变不明显。单、双间隙研究分析发现，责任间隙椎间盘退变率在95%以上，严重退变率约60%，并且椎间盘退变及责任间隙在下腰椎多发。本研究结果椎间盘退变率、严重退变率较高，说明腰椎退变需手术患者椎间盘严重退变很可能是直接导致患者就医并行手术治疗的原因所在。

腰椎退行性疾病手术患者的椎间盘退变率甚高，责任间隙椎间盘术前大部分发生退变，其中一半以上发生了严重退变，因此要重视术前责任间隙的椎间盘退变情况。女性腰椎失稳、Modic改变发生率均高于男性，SN发生率低于男性，40岁是男性Modic改变及HIZ发生的转折点，也是女性腰椎失稳、HIZ、SN发生的转折点。

作者贡献：刘磊负责文章的初步构思与设计、撰写；黄伟敏、于秀淳负责研究的实施与可行性分析、质量控制及审校；武建运、李新勃负责数据收集；刘磊、李新勃负责数据的整理与分析；刘磊、武建运负责论文的修订；刘磊、于秀淳对文章整体负责并监督管理。

本文无利益冲突。