脊柱退變側彎冠狀位失衡凹凸側腰大肌、多裂肌差異性的相關性分析

覃海霖，楊 萍，馬 園，楊 葵，王虎飛，焦文勇

成人退變性脊柱側彎是骨骼發育成熟個體的脊柱畸形(Cobb角≥10°)。國內外相關流行病學研究表明，成人退變性脊柱側彎的發病率為2%～68%，男女比例接近1∶2[1]。隨著我國老齡化程度加重及人口結構的改變，已經成為導致脊柱功能障礙、影響老年人活動和生活質量的一種嚴重的腰椎退變性疾病，是當前骨科領域所關注的影響公共健康的重要問題[2]。多裂肌與腰大肌是參與軀干活動并維持腰椎穩定性的重要肌肉，并且肌肉橫截面積在某種程度上與肌肉產生力量的能力有關。老年人的腰椎功能退化，不僅僅體現在腰椎骨骼及椎間盤層面，還體現在肌肉層面，而肌肉退變萎縮降低了腰椎穩定性的維持作用。關于脊柱退變疾病與椎旁肌形態學改變之間的關系已有很多研究[3]。他們支持脊柱畸形可能與椎旁肌改變(如橫截面積變化、脂肪浸潤等)有關，并且椎旁肌肉脂肪變性還與下腰痛的發生密切相關，但這些研究多集中在多裂肌退變或腰大肌對脊柱矢狀位前凸的穩定性上[4]。而對于退變性側彎的冠狀位不穩定，多裂肌、腰大肌及冠狀位退變側彎三者的相關性研究極少。因此，本研究擬通過探討腰椎冠狀位退變側彎中凹側與凸側的兩側多裂肌和腰大肌橫截面積及脂肪浸潤差異性，初步明確三者之間的相互關系，了解該病的發生、發展機制，有利于提高、改善成人退變性脊柱側彎患者的治療效果及預后。

1 資料與方法

1.1 一般資料：搜集2020年11月至2022年4月在我院進行X線及MRI檢查符合標準的患者81名，其中男性19例，女性62例，年齡(71.91±7.47)歲，進行橫斷面研究。根據腰椎冠狀位退變側彎嚴重程度分為2組：低側彎組(LADS)，Cobb角10～20°，共44例(54.3%)；高側彎組(HADS)，Cobb角>20°，共37例(24.6%)。納入標準：①>60歲且有腰痛；②冠狀側彎頂椎節段為腰椎；③側彎角度>10°者。排除標準：①腰椎外傷史；②病理性骨折或腰椎手術史；③腰椎間盤突出；④脊柱炎性以及腫瘤占位疾??；⑤腰椎先天性特發性脊柱側彎者。

1.2 影像學資料：所有患者均進行了腰椎X線和MRI檢查。本研究使用500 mA西門子DR系統(西門子公司，德國)，帶有自動曝光控制系統。使用參數為：前后位電流500 mA，電壓75 kV，側位85 kV。核磁共振系統是1.5Tesla成像系統(西門子公司，德國)。利用自旋回波序列系統(T1WI)和快速自旋回波序列系統(T2WI)分別獲得腰椎矢狀位及軸位的T1和T2WI圖像。使用表面線圈，片寬6 mm，片間間隙1 mm，采集矩陣為512×256。序列參數為：TIWI弛豫時間(TR)590 ms/回波時間(TE)11 ms，T2WI為TR 2 500 ms/te89 ms。隨后由經過專門培訓的一名脊柱外科醫生及一名影像科醫生進行閱片診斷。

1.3 影像學評價：對于成人退變性脊柱性側彎患者均采用CAD建筑畫圖軟件，在標準前后位腰椎X線片中記錄和測量：確定腰椎冠狀位側彎上端椎、下端椎，在上端椎上終板做一橫線，下端椎下終板做一橫線，分別對兩橫線作垂直線，兩垂直線交角為Cobb角度。若上、下終板不清晰，以上端椎椎弓根上緣、下端椎椎弓根下緣代替作橫線，其垂線交角也為Cobb角。在腰椎正位X線中測出腰椎側突角并確定頂椎水平面。采用DICOM影像學圖像測量軟件，在頂椎水平面進行測量，測出腰大肌以及多裂肌橫截面積CSA。使用ImageJ 5.0軟件勾勒出靶向興趣區域(頂椎水平的凹側及凸側腰大肌與多裂肌橫截面積)，使用閾值選擇以背部皮下脂肪區為參照，其進行過程為圖像、調整、閾值、測量。利用程序中的閾值工具對8 bt圖像中的兩側腰大肌及多裂肌橫截面積內的脂肪組織進行紅色著色，測量紅色區域作為該肌肉的脂肪浸潤面積(FIA)，最后分別計算凹、凸兩側該肌肉FIA以及脂肪浸潤面積百分比FIR(FIA除以CSA)。由兩位有10年以上工作經驗且經過專門培訓的醫生測量這些指標。

1.4 統計學方法：采用SPSS 19.0統計軟件，正態分布資料用t檢驗進行數據分析，非正態分布資料用非參數檢驗進行數據分析，計數資料采用χ2檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 患者椎旁肌肉形態差異比較：樣本中患者凹、凸兩側多裂肌與腰大肌的肌肉橫截面積CSA以及脂肪浸潤率的差異均有統計學意義(P<0.05)；凹側的腰大肌/多裂肌的橫截面積以及脂肪浸潤率均較凸側高，見表1。

表1 患者凹側、凸側多裂肌與腰大肌的肌肉橫截面積及脂肪浸潤率比較

2.2 2組患者間肌肉形態比較：高側彎組的凹側多裂肌脂肪浸潤率較低側彎組明顯升高，差異有統計學意義(P<0.05)；2組患者性別、側彎方向、年齡，組間差異無統計學意義，見表2。

表2 2組患者側彎嚴重程度基本特征等指標比較

2.3 側彎角度的相關性分析：相關性分析提示，患者側彎嚴重程度與凹側多裂肌的脂肪浸潤率呈正相關性，差異有統計學意義(P<0.05)，見表3。

表3 側彎角度與腰大肌/多裂肌CSA以及FIR的相關性

3 討論

隨著年齡增長，椎間盤和關節突關節相繼出現退變、老化，同時維持脊柱平衡的軟組織也出現磨損與撕裂，致使患者出現漸進性脊柱失穩、側彎。退變性脊柱側彎會出現冠狀位不穩定，矢狀位不穩定以及旋轉不穩定。臨床上將Cobb 角超過10°的退變所致的側彎畸形，稱為退變性脊柱側彎[5]。因腰椎位于軀干部與負重下肢交界區，且活動度大，故成人退變性脊柱側彎多發生在腰椎。從生物力學上PANJABI[6]將腰椎的穩定結構劃分為三個不同的單元：①腰椎本體單元；②腰椎周圍的肌肉單元；③肌肉-神經控制單元，這三個單元間相互協同用來維持腰椎的穩定。在這種穩定機制中，這三個穩定單元其中一個或多個單元出現問題都會對腰椎的穩定性產生不利影響，導致腰椎產生異常節段運動引發的組織損傷。有研究表明，椎旁肌在維持腰椎穩定性中起關鍵作用，腰椎退變性疾病與腰椎椎旁肌退變有明顯相關性。功能結構上：①腰椎多裂肌分為深部肌纖維束和淺表肌纖維束，深部的肌纖維束跨越2個腰椎節段，淺表肌纖維通?？缭?～5個腰椎節段發揮其功能[7]。這樣的結構使得腰椎多裂肌能夠在很小的運動范圍內產生強大的力量，讓腰椎多裂肌非常適合發揮腰椎的運動并參與腰椎穩定性的維持[8]。②腰大肌起于腰椎側方，行走于椎體兩側，止于股骨小轉子，這一解剖學特點意味著腰大肌可能也對腰椎起潛在的穩定作用。解剖學提供了腰大肌維持腰椎矢狀位前突功能的精確描述，然而關于其作為腰椎穩定器的功能，在矢狀位、冠狀位、軸位中的穩定作用，文獻中存在爭論。BOGDUK等人[9]認為肌肉在腰椎中產生較大的剪切力，因此認為它不能使腰椎穩定。GILAN[10]等人通過對腰大肌結構特性、肌節在體長度范圍特點和對動力學特性的研究，認為腰大肌在結構上與其他豎脊肌非常相似，它們均產生于脊柱的雙側，可看成拮抗肌。腰椎內拮抗肌群的結構相似性，支持了這些肌肉在腰椎上的協同作用。電生理研究也表明，在軀干肌群中，拮抗肌群的共同作用通過沿脊柱軸產生壓縮力來穩定腰椎[11]。目前多數研究認為，腰大肌在矢狀位上有穩定作用，但在冠狀位、軸位上是否也參與穩定機制，相關研究極少。

本研究結果顯示，所搜集到的患者冠狀位側彎多為左側側彎(凸側)，在對凹、凸兩側腰大肌和多裂肌的肌肉形態學差異進行比較時發現，凹側的腰大肌與多裂肌的橫截面積以及脂肪浸潤率均較凸側高。在隨后的患者分組中，凹側多裂肌浸潤率在高側彎組中有明顯升高，而其他差異無明顯統計學意義。這說明腰大肌在脊柱冠狀位側彎的進展中無明顯貢獻，而多裂肌的改變可能參與其進展。

在形態學上，肌肉出現功能障礙、收縮力下降主要表現為橫截面積減小及脂肪浸潤。在我們的研究中，盡管雙側肌肉橫截面積有所差異，但在高側彎與低側彎組間比較并沒有發現這種差異。我們推斷導致這種橫截面積差異的原因，可能是由于冠狀位脊柱側彎對肌肉牽拉導致的形態學改變。

THERON[12]研究證明，MRI檢查多裂肌周圍的那些非收縮組織確實是脂肪。肌肉內脂肪浸潤的機制尚不清楚，以前有人認為這是由于椎旁肌炎癥后成纖維細胞分化的改變[13]。而在本研究中可觀測到，凹側脂肪浸潤率高于凸側，凹側多裂肌脂肪浸潤率與脊柱冠狀位側彎角度呈正相關性，且差異有統計學意義。因此，可以推斷脊柱冠狀位側彎患者凹側多裂肌脂肪浸潤可導致肌肉功能失調，進而影響脊柱的穩定性以及平衡改變，在腰椎側彎的發生或發展中起著促進作用。

因本次為橫斷面研究，無法對多裂肌及腰大肌的改變與脊柱退變性冠狀位側彎因果進行證明，因此，需要進一步的前瞻性研究分析肌肉功能與脊柱冠狀位穩定性的因果關系。同時本研究樣本量較少，缺乏與健康人群對照，限定了數據分析的可靠性。脊柱冠狀位退變性側彎以左側彎(凸側)居多，其凹側腰大肌/多裂肌的橫截面積以及脂肪浸潤率均較凸側高，且側彎嚴重程度與凹側的脂肪浸潤率呈正相關性。