椎间盘退变与年龄、BMI及椎旁肌退变的关系

The relationship between intervertebral disc degeneration and age， BMI， and paraspinal muscle degeneration

摘要

目的 分析椎间盘退变与年龄、身体质量指数（body mass index，BMI）及椎旁肌（腰大肌、多裂肌、竖脊肌）退变的关系。 方法 随机选取2019年6月至2024年12月期间319名腰腿疼痛患者的影像学资料，采用Image J软件测量L4~S1平面椎旁肌横截面积（cross-sectional area， CSA）、椎间盘CSA及椎旁肌脂肪浸润程度，通过计算椎旁肌功能性相对横截面积（functional relative cross-sectional area， FrCSA）来评价椎旁肌退变程度，椎间盘退变程度采用Pfirrmann分级进行分级。各椎间盘等级间年龄、BMI及椎旁肌FrCSA的差异采用单因素方差分析比较，其中不满足正态分布或方差齐性的数据采用Kruskal-Wallis秩和检验进行比较；椎间盘等级与年龄、BMI及椎旁肌FrCSA的相关性采用Spearman 相关性分析进行评价；椎间盘退变的影响因素采用多因素线性回归进行分析。 结果 L5/S1、L4/L5平面上，各椎间盘等级间年龄、BMI及椎旁肌FrCSA均存在统计学差异（P均<0.05）。椎间盘等级与年龄、BMI存在正相关（P均<0.05），与椎旁肌FrCSA存在负相关（P均<0.05）。多因素回归显示L5/S1平面上，年龄、BMI、腰大肌FrCSA、多裂肌FrCSA是椎间盘退变的独立影响因素；L4/L5平面上，年龄、BMI、腰大肌FrCSA、竖脊肌FrCSA是椎间盘退变的独立影响因素。 结论 年龄、BMI及椎旁肌退变程度与椎间盘退变程度存在相关性，且年龄、BMI、椎旁肌退变是椎间盘退变的独立影响因素。

Abstract

Objective This paper is written to analyze the relationship between intervertebral disc degeneration and age， body mass index （BMI）， and paraspinal muscle degeneration. Methods Imaging data from 319 patients with low back and leg pain were randomly selected between June 2019 and December 2024. Image J software was used to measure the cross-sectional area （CSA） of paraspinal muscle， CSA of intervertebral disc， and degree of fat infiltration in the paraspinal muscles at the L4~S1 level. The severity of paraspinal muscle degeneration was evaluated by calculating the functional relative cross-sectional area （FrCSA） of paraspinal muscles， while the degree of intervertebral disc degeneration was graded according to the Pfirrmann classification system. The differences of age， BMI and FrCSA of paravertebral muscle among different intervertebral disc grades were compared by one-way ANOVA， and the data that did not meet the normal distribution or homogeneity of variance were compared by Kruskal Wallis rank sum test. The correlation between intervertebral disc grade and age， BMI and FrCSA of paraspinal muscles was evaluated by Spearman correlation analysis. The influencing factors of intervertebral disc degeneration were analyzed by multivariate linear regression. Results At the L5/S1 and L4/L5 levels， statistically significant differences in age， BMI， and FrCSA of the paraspinal muscles were observed among different disc degeneration grades （all P<0.05）. Disc degeneration grades showed a positive correlation with age and BMI （all P<0.05）， and negatively correlated with FrCSA of paravertebral muscle （all P<0.05）. Age， BMI， and FrCSA of paravertebral muscle were identified as independent influencing factors for intervertebral disc degeneration. Conclusion Age， BMI， and the degree of paraspinal muscle degeneration were significantly correlated with the severity of intervertebral disc degeneration. Furthermore， these three factors （age， BMI， and paraspinal muscle degeneration） were independent influencing factors of disc degeneration.

Graphical abstract

关键词

椎间盘退变程度 / 年龄 / BMI / MRI / 椎旁肌功能性相对横截面积

Key words

Degree of disc degeneration / Age / BMI / MRI / Functional relative cross-sectional area of paravertebral muscle

由于现代社会快节奏的生活方式，人们在工作、学习及日常生活中久坐、久站现象普遍，加之日常锻炼的减少，导致腰椎疾病的发生率逐年增长^［1］，严重影响到了人们的生活质量，增加了社会医疗体系的负担^［2］。椎旁肌退变作为腰椎疾病发生的重要原因，因其对脊柱的支撑能力会因退变而降低，进而造成脊柱稳定性下降，加速椎间盘的退变，最终导致腰椎退行性疾病的发生。椎旁肌主要包括腰大肌、多裂肌及竖脊肌，其退变主要表现为椎旁肌横截面积（cross-sectional area， CSA）的减少及脂肪浸润程度的增加^［3］。椎间盘退变则是腰椎退行性疾病发生的重要基础^［4］，其退变与年龄、身体质量指数（body mass index， BMI）及椎旁肌退变密切相关。目前关于椎间盘退变与年龄、BMI及椎旁肌退变相关性分析的研究较少，且以往相关研究多采用主观或半定量的方法评价椎旁肌的退变程度，未能充分考虑脂肪浸润及个体差异对椎旁肌退变产生的影响^［5］。因此，本研究采用Image J软件测量椎旁肌CSA、椎旁肌脂肪浸润程度及椎间盘CSA，计算椎旁肌功能性相对横截面积（functional relative cross-sectional area， FrCSA），定量评价椎旁肌退变程度。在此基础上，分析椎间盘退变与年龄、BMI及椎旁肌退变的关系，为临床中相关疾病的诊治和预防提供科学依据及参考。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选取2019年6月至2024年12月期间西安交通大学第一附属医院的319名以腰腿疼痛收治入院的患者作为研究对象，其中女性174名，男性145名，年龄范围22~82岁，平均年龄为（57.62±13.09）岁。本研究符合医学伦理的原则，并获得医院伦理委员会批准，批件号为：NO.XJTU1AF2023LSK-528。纳入标准：① 以腰腿疼痛收治入院的患者；② 就诊后1周内于我院行MRI检查的患者。排除标准：① 存在肿瘤、感染、骨折等病理状态的患者；② 临床资料不全的患者；③ 存在严重脊柱侧弯及腰椎畸形的患者；④ 既往有腰椎手术的患者。

1.2 研究节段的选择

L5/S1及L4/L5平面是腰椎活动度最大且承受负荷最多的层面，因此这两个层面的椎间盘及椎旁肌更容易发生退变^［6］。相关研究^［7］表明，95%以上腰椎间盘突出症患者的椎间盘退变发生于L5/S1和L4/L5层面。根据以上分析，本研究选择L5/S1、L4/L5平面椎间盘及椎旁肌进行分析研究。

1.3 椎间盘退变程度的评价

椎间盘的退变程度的评价依据Pfirrmann分级标准进行评定，由2位经验丰富的医师进行独立分级。当出现分歧时，以第3位医师的评价作为最终评价标准。Pfirrmann分级标准具体如下：Ⅰ级，髓核结构均匀， 与纤维环边界明确，信号强度高；Ⅱ级，髓核结构不均匀，但仍与纤维环保持清晰的界限，信号强度高；Ⅲ级，髓核结构不均匀，与纤维环界限模糊，信号强度为中等；Ⅳ级，髓核结构不均匀，与纤维环的界限消失，信号强度为中低等；Ⅴ级，髓核结构不匀，与纤维环界限完全消失，信号强度低^［8］。有研究^［9］表明，Ⅰ级椎间盘多存在于儿童、青少年群体，且本研究纳入对象中无Ⅰ级椎间盘，故将各层面的椎间盘等级分为4个组别进行分析。

1.4 椎旁肌退变程度的评价

将研究对象的影像资料上传至Image J软件，使用阈值功能对脂肪组织进行着色，勾画肌肉及椎间盘CSA，获得椎旁肌、椎间盘及脂肪区域CSA，因每层面扫描三次，故取三次测量结果的平均值作为椎旁肌、椎间盘及脂肪化区域面积。因椎旁肌的退变受到肌肉CSA、肌肉脂肪浸润及个体差异的影响，因此进一步计算椎旁肌FrCSA=（椎旁肌CSA-椎旁肌脂肪化CSA）/椎间盘CSA，见图1。

1.5 统计学方法

使用SPSS26.0对数据进行分析，同层面各椎间盘等级间年龄、BMI及椎旁肌FrCSA的差异采用单因素方差分析或Kruskal-Wallis秩和检验（不满足正态分布或方差齐）进行比较；椎间盘等级与年龄、BMI及椎旁肌FrCSA的相关性采用Spearman相关性分析进行研究；各层面椎间盘退变的影响因素采用多因素线性回归进行分析。

2 结果

2.1 不同椎间盘退变程度间年龄分布的差异

L5/S1及L4/L5平面上，各椎间盘等级间年龄的分布差异具有统计学意义（P均<0.001，表1，图2，图3）。通过Bonferroni校正法进行事后两两比较发现，在L5/S1及L4/L5平面上，Ⅱ级椎间盘所对应的年龄与Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级相比，均呈现出显著差异（P<0.05）；而Ⅲ级椎间盘所对应的年龄与Ⅳ级、Ⅴ级相比，其差异具有统计学意义（P<0.05）。

椎间盘等级与年龄的Spearman相关性分析结果显示，在L5/S1及L4/L5平面上，椎间盘等级与年龄存在正相关（r_s 分别为0.503，0.635；P均<0.001，表2）。

2.2 不同椎间盘退变程度间BMI的差异

L5/S1及L4/L5平面上，各椎间盘等级所对应的BMI差异具有统计学意义（P均<0.001，表3，图4，图5）。通过Bonferroni校正法进行事后两两比较发现，在L5/S1平面上，Ⅱ级及Ⅲ级椎间盘所对应的BMI与Ⅳ级相比，均呈现出显著差异（P<0.05）；L4/L5平面上，Ⅱ级、Ⅲ级椎间盘所对应的BMI与Ⅴ级相比，其差异均具有统计学意义（P<0.05）。

椎间盘等级与BMI的Spearman相关性分析结果显示，在L5/S1及L4/L5平面上，椎间盘等级与年龄存在正相关（r_s 分别为0.174，0.196；P<0.05，表4）。

2.3 不同椎间盘退变程度间椎旁肌FrCSA的差异

L5/S1及L4/L5平面上，各椎间盘等级所对应的椎旁肌FrCSA差异均有统计学意义（P均<0.001，表5，图6，图7）。通过Bonferroni校正法进行事后两两比较发现，在L5/S1平面上，Ⅱ级、Ⅲ级椎间盘所对应的腰大肌FrCSA、竖脊肌FrCSA与Ⅳ级、Ⅴ级相比，均呈现出显著差异（P<0.05）；Ⅳ级椎间盘所对应的腰大肌FrCSA与Ⅴ级相比，呈现出显著差异（P<0.05）；L4/L5平面上，Ⅱ级椎间盘所对应的多裂肌FrCSA与Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级相比，均呈现出显著差异（P<0.05），Ⅲ级椎间盘所对应的多裂肌FrCSA与Ⅳ级、Ⅴ级相比，均呈现出显著差异（P<0.05），Ⅳ级椎间盘所对应的多裂肌FrCSA与Ⅴ级相比，呈现出显著差异（P<0.05）。

L4/L5平面上，Ⅱ级椎间盘所对应的腰大肌FrCSA、竖脊肌FrCSA与Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级相比，其差异均具有统计学意义（P<0.05）；Ⅲ级椎间盘所对应的腰大肌FrCSA、竖脊肌FrCSA与Ⅳ级、Ⅴ级相比，其差异均具有统计学意义（P<0.05）；Ⅱ级椎间盘所对应的多裂肌FrCSA与Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级相比，其差异均具有统计学意义（P<0.05）；Ⅲ级椎间盘所对应的多裂肌FrCSA与Ⅳ级、Ⅴ级相比，其差异均具有统计学意义（P<0.05）；Ⅳ级椎间盘所对应的多裂肌FrCSA与Ⅴ级相比，呈现出显著差异（P<0.05）。

椎间盘等级与椎旁肌FrCSA的Spearman相关性分析结果显示，在L5/S1及L4/L5平面上，椎间盘等级与椎旁肌（腰大肌、多裂肌、竖脊肌）FrCSA均存在负相关（r_s 分别为；-0.665，-0.622，-0.428；-0.590，-0.630，-0.575；P<0.001，表6，表7）。

2.4 椎间盘退变的影响因素分析

将性别、年龄、BMI、有无慢性病（有无高血压、糖尿病、冠心病、高脂血症等可能影响椎间盘退变的慢性病）、功能性相对腰大肌CSA、功能性相对多裂肌CSA、功能性相对竖脊肌CSA作为自变量（男性为1，女性为0；有慢性病为1，无慢性病为0），椎间盘等级作为因变量（Ⅱ级为2，Ⅲ级为3，Ⅳ级为4，Ⅴ级为5），采用步进法，做椎间盘退变的多因素线性回归分析。

回归分析结果显示，L5/S1平面上，年龄、BMI、腰大肌FrCSA、多裂肌FrCSA为椎间盘退变的独立影响因素，见表8；L4/L5平面上，年龄、BMI、腰大肌FrCSA、竖脊肌FrCSA为椎间盘退变的独立影响因素，见表9。

3 讨论

本研究结果显示，L5/S1、L4/L5平面上，椎间盘等级与年龄、BMI存在正相关，而与椎旁肌FrCSA存在负相关性，结果表明，随着年龄、BMI及椎旁肌退变程度的增加，椎间盘的退变程度也在增加。进一步研究表明，L5/S1平面上，年龄、BMI、腰大肌FrCSA、多裂肌FrCSA是椎间盘退变的独立影响因素；而L4/L5平面上，年龄、BMI、腰大肌FrCSA、竖脊肌FrCSA是椎间盘退变的独立影响因素。

腰椎间盘突出症是一种十分常见的退行性疾病，在人群中具有很高的发病率，严重影响了人们的身心健康^［10］。而椎间盘是脊柱的重要组成部分，具有维持脊柱稳定、分散锥体压力、协助脊柱运动、连接锥体等功能^［11］。它的退变是腰椎间盘突出症发生的重要诱因，它的退变受到多种因素影响^［12］，有研究^［13］表明，随着年龄的增长，椎间盘的退变也在逐渐增加，其退变主要表现为椎间盘高度降低，髓核水分减少及纤维环撕裂等形态变化。年龄已被证实是多种疾病的危险因素，其中以骨骼及软骨类退行性疾病最为常见^［14］。椎间盘随年龄增加而退变的机制可能与以下原因有关：衰老细胞的产生抑制椎间盘组织再生^［15］，并分泌炎性破坏椎间盘内部微环境，导致椎间盘发生退变^［16］；细胞复制过程中端粒逐渐缩短，加速衰老细胞的产生；长期承载于非生理性负荷会加速椎间盘细胞的衰老和损伤^［17］。有研究^［19］显示高BMI会加速椎间盘退变^［18］，这是由于过高的BMI增加了椎间盘所承受的压力，改变了脊柱力线和活动的，造成脊柱稳定性下降，进而加速椎间盘的退变。椎旁肌起到支撑脊柱的作用，对维持腰椎稳定有着重要作用，当椎旁肌发生退变，其对脊柱的支撑力下降，脊柱稳定性减退，增加了椎间盘所承受的负荷，进而引发和加速椎间盘的退变^［20］，有研究^［21］显示，腰椎椎旁肌的锻炼有助于延缓椎间盘的退变，预防腰椎退行性疾病发生，改善腰椎疾病患者功能障碍，因此应鼓励腰椎退行性疾病患者、老年人、肥胖者及椎旁肌退变的人群进行腰椎功能锻炼，以提高椎旁肌力量，改善腰椎功能状态。既往研究^［17］显示多种慢性病会加速椎间盘退变，本研究未得出慢性病对椎间盘退变有影响的结果，这可能与研究中纳入慢性病患者数量不足有关，从而未能显示出统计学意义。未来研究考虑增加慢性病患者数量，以进一步研究慢性病对椎间盘退变的潜在影响。

既往研究对于椎旁肌的评价多采用主观或半定量的方法，存在一定局限性。而本研究的创新性在于使用椎旁肌FrCSA来定量评价椎旁肌的退变程度，综合考量了肌肉CSA、肌肉脂肪浸润、肌肉所在节段及个体差异多方面因素，提高了结果的准确性。本研究分析了椎间盘退变与年龄、BMI及椎旁肌退变的关系，为了解椎间盘退变的机制提供新的思路，并为不同人群提供更具有针对性的建议，有助于腰椎退行性疾病的早期预防和识别。

综上所述，年龄、BMI及椎旁肌退变程度与椎间盘退变程度存在正相关，且年龄、BMI、椎旁肌退变是椎间盘退变的危险因素。

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基金资助

陕西省重点研发计划(2020SF-131)