腰椎间盘老年性退变MRI分级与椎旁肌改变及血清炎症因子、维生素D水平的相关性

彭晞 钟志宏 张景 黃健威 宋亭

(广州医科大学附属第三医院 1放射科，广东 广州 510150；2脊柱外科)

腰椎间盘退变多见于老年人群，是椎管狭窄、腰椎间盘突出等疾病的病理基础〔1〕。腰椎间盘退变造成髓核组织纤维环裂隙、髓核蛋白多糖减少，髓核组织从破裂处突出，引发免疫炎症反应，同时突出的髓核会压迫神经根和脊髓，患者出现腰腿疼痛，严重影响生活质量〔2〕。椎旁肌能够保护脊柱，其横截面积改变和脂肪浸润与腰椎间盘退变可能存在相关性〔3〕。腰椎间盘退变与氧化应激、炎症因子、生物力学、金素蛋白酶等多种因素相关，其中炎症反应是重要因素之一〔4〕。白细胞介素(IL)在免疫调节、细胞间信息传递、介导T细胞和B细胞活化等方面发挥重要作用，与炎症反应程度密切相关〔5〕。临床观察发现，补充维生素D能够减轻腰痛患者疼痛程度和椎旁肌退变水平〔6〕。本研究旨在探讨腰椎间盘老年性退变磁共振成像(MRI)分级与椎旁肌改变及血清IL-1β、IL-8、维生素D水平的相关性。

1 对象与方法

1.1研究对象 选取2019年7月至2020年10月广州医科大学附属第三医院收治的老年腰椎间盘退变性疾病患者150例。入选标准：①腰椎过伸过屈状态下拍摄侧位X光片，上椎间位移3 mm以上，无椎间角度变化；②未接受影响椎旁肌的治疗措施：针灸、理疗、药物治疗等。排除标准：①有腰椎手术史的退变性腰椎不稳者；②有严重风湿病、糖尿病、骨质疏松、恶性肿瘤者；③脊柱感染、脊柱骨折、先天性腰椎滑脱者。其中男58例，女92例；年龄60～87岁，平均(70.59±8.16)岁。L4/5节段腰椎间盘退变分级情况：Ⅱ级18例、Ⅲ级40例、Ⅳ级70例、Ⅴ级22例；L5/S1节段腰椎间盘退变分级情况：Ⅱ级22例、Ⅲ级46例、Ⅳ级54例、Ⅴ级28例。本研究由医院伦理委员会批准，患者签署知情同意书。

1.2腰椎间盘退变MRI分级 使用飞利浦GE的3.0T MRI系统进行检测，由两名影像科医师分别独立对患者L4/5和L5/S1节段的MRI图像进行分析和分级。MRI分析使用飞利浦公司的Extended MR WorkSpace2.6.3.4软件，并参照Pfirrmann的MRI(T2WI序列)分级标准进行腰椎间盘退变分级，共分为Ⅰ～Ⅴ级，由于Ⅰ级多发生在儿童人群，与本研究纳入患者年龄不符，因此将Ⅱ级定义为正常椎间盘，Ⅲ～Ⅴ级为退变椎间盘。两名医师测得的L4/5和L5/S1节段椎间盘退变分级一致性良好(Kappa值=0.861、0.885)。

1.3椎旁肌标准横截面积和Goutallier分级 采用轴位横截面MRI T2加权相图像对腰椎间盘退变患者进行椎旁肌群分析，使用图形光标勾勒出包括脂肪在内的肌肉筋膜边界、椎间盘、竖脊肌、腰肌、多裂肌等感兴趣区。L4/5和L5/S1节段的椎间盘均选择中间位置横断面测量椎旁肌面积、评估脂肪浸润程度，其中脂肪浸润程度选取同一椎旁肌两侧中评级高的一侧。椎旁肌横截面积代表值取相同层面两侧椎旁肌面积的平均值，椎旁肌标准横截面积=横截面积代表值/同层面椎间盘横截面积×100%。采用Goutallier分级标准评估椎旁肌脂肪浸润程度，0级：正常，为无脂肪浸润；1级：轻度，少量脂肪浸润；2级：中度，脂肪浸润量少于肌肉量；3级：脂肪浸润量与肌肉量基本相当；4级为脂肪浸润量超过肌肉量。

1.4血清炎症因子和维生素D水平检测 采集患者外周静脉血4 ml，4℃、3 000 r/min离心10 min，收集血清，酶联免疫吸附试验检测血清IL-1β、IL-8，IL-1β参考范围0～12.6 pg/ml，IL-8参考范围0～21.4 pg/ml；化学发光免疫测定法检测血清维生素D水平，血清维生素D参考范围>30 ng/ml。

1.5统计学分析 采用SPSS25.0软件进行方差分析、t检验、χ2检验及Pearson相关性分析。

2 结 果

2.1不同椎间盘退变程度患者椎旁肌标准横截面积比较 L4/5、L5/S1节段不同腰椎间盘退变分级患者的竖脊肌和腰肌标准横截面积差异有统计学意义(P<0.01)，随着腰椎间盘退变分级的增加，竖脊肌和腰肌标准横截面积逐渐减少。多裂肌标准横截面积在L4/5、L5/S1节段不同腰椎间盘退变分级患者间差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

2.2L4/5、L5/S1节段不同腰椎间盘退变程度患者椎旁肌Goutallier分级比较 L4/5、L5/S1节段不同腰椎间盘退变分级患者竖脊肌和多裂肌Goutallier分级比较差异有统计学意义(P<0.01)，随着L4/5、L5/S1节段腰椎间盘退变分级的增加，竖脊肌和多裂肌Goutallier分级逐渐提升。腰肌Goutallier分级在 L4/5、L5/S1节段不同腰椎间盘退变程度患者间差异无统计学意义(P>0.05)。见表2、表3。

表2 L4/5节段不同腰椎间盘退变程度患者椎旁肌Goutallier分级比较〔n(%)〕

表3 L5/S1节段不同腰椎间盘退变程度患者椎旁肌Goutallier分级比较〔n(%)〕

2.3腰椎间盘退变程度与椎旁肌标准横截面积、Goutallier分级的相关性 Pearson相关性分析显示，L4/5节段腰椎间盘退变程度与竖脊肌、多裂肌的标准横截面积呈负相关(r=-0.722、-0.689，P=0.005、0.008)，与竖脊肌、多裂肌的Goutallier分级呈正相关(r=0.716、0.741，P=0.005、0.004)。L5/S1节段腰椎间盘退变程度与竖脊肌、多裂肌的标准横截面积呈负相关(r=-0.745、-0.707，P=0.004、0.006)，与竖脊肌、多裂肌的Goutallier分级呈正相关(r=0.729、0.691，P=0.005、0.008)。

2.4L4/5、L5/S1节段不同腰椎间盘退变程度患者血清IL-1β、IL-8、维生素D水平比较 L4/5、L5/S1节段不同腰椎间盘退变分级患者血清IL-1β、IL-8、维生素D水平差异有统计学意义(P<0.01)，随着L4/5、L5/S1节段腰椎间盘退变分级的增加血清IL-1β、IL-8逐渐升高，维生素D逐渐下降。见表4。

2.5磁共振腰椎间盘退变分级与血清IL-1β、IL-8、维生素D水平的相关性 Pearson相关性分析显示，L4/5、L5/S1节段腰椎间盘退变程度与血清IL-1β(r=0.725、0.776，P=0.005、0.002)、IL-8(r=0.784、0.719，P=0.001、0.005)呈正相关，与血清维生素D呈负相关(r=-0.695、-0.715，P=0.008、0.005)。

3 讨 论

腰椎间盘退变以L4/5、L5/S1节段的发病率最高，约占95%〔7〕。椎旁肌在维持腰椎稳定性方面发挥重要作用，主要包括竖脊肌、腰肌、多裂肌，健康人腰椎的椎旁肌肌肉与肌肉之间处于平衡状态，当腰椎各节段间运动范围异常或关节变位时，为了继续维持脊柱的平衡状态，椎旁肌的张力负荷相应增加，长期处于上述状态时会出现脂肪化、萎缩〔8〕。相关研究显示，椎旁肌萎缩与腰部疼痛、下肢神经源性损伤密切相关，存在上述症状的患者椎旁肌萎缩症状更明显〔9〕。本研究结果显示，L4/5节段、L5/S1节段腰椎间盘退变患者，随着腰椎间盘退变分级的增加竖脊肌和腰肌标准横截面积逐渐减少，且腰椎间盘退变程度与竖脊肌、多裂肌的标准横截面积呈负相关。近年来研究发现，腰椎间盘退变与椎旁肌的脂肪含量有关，突出节段的椎旁肌脂肪含量明显增加〔10〕。对腰椎退变性不稳定患者的影像学研究显示，腰椎不稳定患者的竖脊肌、多裂肌均出现退变，其中多裂肌的退变程度更明显〔11〕。

腰椎间盘退变与炎症因子、氧化应激、生物力学等多种因素有关，其中炎症反应是重要因素之一，IL、前列腺素E2、肿瘤坏死因子等参与腰椎间盘退变的发生与发展〔12〕。IL-1β主要由椎间盘细胞中的单核巨噬细胞分泌，成纤维细胞和类软骨细胞也能够少量分泌〔13〕。IL-1β高表达能够促进椎间盘退变，也是椎间盘的致痛性因子〔14〕。研究者使用一定剂量IL-1β处理小鼠椎间盘软骨终板细胞24 h，观察细胞退行性变化情况显示，IL-1β与软骨终板细胞退行性病变密切相关〔15〕。IL-8能够促进炎性介质释放，促进炎性细胞聚集，加速椎间盘退变的进展〔16〕。本研究结果提示，IL-1β、IL-8高表达参与了腰椎间盘退变的病情发展。

近年来研究发现，维生素D受体基因可能与腰椎间盘退变风险相关；腰椎退变性椎管狭窄患者中普遍存在维生素D缺乏〔17〕。基础研究显示，大鼠椎间盘纤维环细胞中存在维生素D受体表达，发挥细胞线粒体保护作用，抑制氧化应激所致的细胞凋亡〔18〕。在对腰椎间盘直接影响之外，缺乏维生素D可能与骨骼肌的氧化应激相关，造成肌肉萎缩、慢性肌肉骨骼疼痛，增加跌倒风险〔19〕。维生素D受体存在于椎旁肌细胞中，补充维生素D可能有利于恢复椎旁肌损伤〔20〕。本研究结果提示，对于腰椎间盘退变患者，补充维生素D可能有助于延缓退变的发展进程。

综上所述，腰椎间盘老年性退变MRI分级与椎旁肌标准横截面积和Goutallier分级密切相关；血清IL-1β、IL-8、维生素D可能参与腰椎间盘老年性退变的病情发展，降低血清IL-1β、IL-8水平，补充维生素D有助于延缓腰椎间盘老年性退变进程。