强直性脊柱炎患者椎旁肌的形态功能改变对脊柱活动性的影响

强直性脊柱炎（AS）主要侵犯骶髂和脊柱等中轴关节，且随着年龄和病程的增加，脊柱活动性越来越减弱。以往学界主要关注骶髂关节及脊柱的形态学改变，近年随着临床诊治水平的发展和完善，越来越多医师及学者将关注点转移到了椎旁肌，并通过生物力学、病理生理学、影像学等技术和方法对AS患者的椎旁肌进行研究，旨为临床早期评估AS脊柱活动性相关的椎旁肌形态及功能提供新方法。本文现就AS早期患者椎旁肌的形态功能改变及其对脊柱活动性影响的相关研究进展作一综述。

正文

强直性脊柱炎（AS）是一种主要侵犯骶髂和脊柱等中轴关节的慢性炎症性和自身免疫性疾病，属于血清阴性脊柱关节病（SpA）的一个亚型。AS临床主要表现为背痛和进行性脊柱僵硬，以及臀部、肩部、周围关节和手指（脚趾）的炎症，并继发肌肉萎缩和肌力减弱。此外，AS还会累及机体内脏以及其他组织，临床呈关节外表现，如急性前葡萄膜炎和炎性肠病[1-3]。AS病因及发病机制尚未完全阐明，人们普遍认为人类白细胞抗原HLA-B27与AS密切相关[2]。目前应用最广泛的AS诊断标准是1984年修订的纽约标准；此外应用比较广泛的是欧洲脊柱关节病研究组（ESSG）提出的诊断标准，将骶髂关节炎X线表现仅作为AS诊断的条件之一而不再是其必需的诊断条件[2-3]，但上述这些诊断标准均未阐述椎旁肌与AS脊柱强直的联系。

通常AS早期患者已经出现明显的腰背部肌肉僵硬和紧绷，然而风湿科医师一直重视AS附着点、骨与骨髓的炎性病变，却忽视了椎旁肌是否存在功能紊乱及结构改变的问题[4]，实际上椎旁肌对维持脊柱的稳定性起着重要作用[5]。近年来随着医疗水平的提升，诸如牵拉、活动度训练、平衡训练、呼吸训练、有氧训练等运动疗法已被循证研究证实是治疗AS的重要组成部分[6]，而运动疗法的核心是针对肌肉的训练以防止肌肉减少症；并且随着达标治疗理念的更新，亦突显了肌肉在提高AS患者生活质量方面的重要性[7-8]，因而针对AS早期患者椎旁肌的研究逐渐成为焦点。国外学界对AS椎旁肌的生物力学特性、病理学、影像学等相关研究起步较早，而国内研究这几年才逐渐重视。

一、AS椎旁肌的生物力学特性

椎旁肌位于人体脊柱两侧，包括浅层纵向长纤维竖脊肌（棘肌、最长肌、髂肋肌）与深层斜向短纤维横突棘肌（半棘肌、多裂肌、回旋肌），其主要功能是伸展脊柱，并在一定程度上参与脊柱旋转，特别是起稳定作用；多在弯腰负重或持续驼背姿势下受损，进而出现屈曲旋转受限和腰背部疼痛等症状。椎旁肌收缩时可以使脊柱后伸仰头，对抗重力以维持平衡；仅一侧收缩时可以使脊柱侧屈，因而椎旁肌及其相应肌筋膜张力异常往往与某些疾病密切相关，例如先天性脊柱肌筋膜张力不足被认为是青少年特发性脊柱侧弯的高危因素，反之脊柱肌筋膜张力过度或僵硬则被认为是AS进展至脊柱强直的高危因素[9-10]。

目前认为AS发病机制主要涉及免疫和炎症系统途径，但生物力学应力和微损伤也可能是炎症性反应的诱因和持续因素。Andonian等[11]运用肌电计分别对AS患者及健康志愿者进行腰背部竖脊肌的僵硬度量化测量，发现AS患者腰椎L3~L4区域的肌肉僵硬度增加，但具体机制尚不清楚。White等[12]在此基础上进一步研究发现，AS患者腰椎肌肉弹性降低主要与其发病持续时间相关，而对照组腰部椎旁肌及肌筋膜的僵硬度则与其体重指数有关，但该研究未对AS腰背部竖脊肌的肌筋膜张力（僵硬度）进一步定量分析。Wang等[13]研究表明，AS患者躯干肌肉力量的丧失模式与慢性腰痛或脊柱融合术相似，即躯干伸肌力量的下降幅度大于躯干屈曲肌的强度，但可以通过适度的体能、柔韧性和功能训练，改善AS患者的躯干功能，提高患者的生活质量。上述证据说明运用生物力学特性的物理因素对AS椎旁肌的评估及研究显得十分重要。

二、AS椎旁肌的病理学研究

上述AS椎旁肌的生物力学特性研究证实，早期AS患者椎旁肌已经出现变硬、僵直等变化；而且随着AS的病程进展，患者晚期出现脊柱强直是显而易见的。Cooper等研究[14-15]发现AS患者的肱二头肌及竖脊肌在镜下可见单核细胞和脂肪浸润等病理改变。胡星荣等[16]对AS、多发性肌炎、腰椎间盘突出患者进行对比研究，探究竖脊肌常规HE形态和各种炎性标记物的免疫组化染色情况，发现AS患者竖脊肌中的肌细胞大小不等，散在分布的肌纤维内细胞可见细胞核增多、内移，肌细胞纤维化伴散在局部坏死灶，坏死与炎性细胞（单核细胞为主）浸润有密切关系。

林曲等[17]研究显示AS患者血清中转化生长因子β1（TGF-β1）的含量升高，TGF-β1不仅促进纤连蛋白、胶原蛋白、糖蛋白等基质成分的合成，并分泌沉积到细胞外基质中，还能减少胶原的降解，增加细胞外基质的合成，是目前公认的强效致纤维化因子，过表达TGF-β1则是导致组织纤维化及器官功能失调的重要原因[17-18]。许红飞等[18]将10例AS活动期男性患者及10例健康男性纳入对比研究，10例AS患者均行经后路腰椎截骨矫形术或腰椎骨折内固定术，取腰椎L1~L2节段椎旁肌为标本，均见大量胶原纤维增生，肌纤维萎缩直径普遍偏小，以及大量细胞质TGF-β1蛋白；而对照组肌纤维排列规整，未见萎缩肌纤维，TGF-β1蛋白呈阴性表达，因而推测AS致脊柱后突畸形后，椎旁肌受到过度牵拉及牵张力刺激，引起TGF-β1的过表达，从而导致组织纤维化改变，但还有哪些因素参与了TGF-β1的过表达，尚需进一步研究。

基质金属蛋白酶（MMP）是一组几乎参与所有细胞外基质水解的内源性蛋白水解酶，代表性分子包括MMP-3、MMP-9。MMP不仅直接参与骨基质成分的降解，同时介导成熟破骨细胞的活化、迁移等过程，其异常表达可能在AS病理机制中占据重要地位[19]。Zhang等[20]研究发现在AS的发展过程中，MMP-3、TGF-β1水平的升高可能导致黄韧带棘上韧带变性及纤维化，认为MMP-3、TGF-β1水平可作为预测AS病情进展的标志物，并且抑制MMP-3可能是AS新疗法的理想靶点。

上述病理学研究从细胞分子水平上，论证了AS早期患者椎旁肌已经出现炎性细胞、脂肪浸润以及肌坏死，也表明了肌内TGF-β1、MMP-3能够促进AS患者椎旁肌纤维化，但具体机制仍有待进一步研究。

三、AS椎旁肌的影像学研究

通常椎旁肌横截面积、密度、脂肪浸润是评价椎旁肌常用的影像学参数，正常人群的椎旁肌横截面积随年龄增加而减少；脂肪浸润则随年龄增加而增加，尤以腰椎下段最为明显[22-23]；而椎旁肌脂肪浸润相比于椎旁肌横截面积，与严重的腰痛和腰椎残疾有更强的关联性[24]。目前针对AS椎旁肌的影像学研究多以MRI（磁共振）常规扫描为主，而运用CT扫描、超声检查进行的研究则罕见报道，MRI功能成像亦尚未见报道。CT可以提供诸如肌肉横截面积、密度、脂肪浸润等信息，可重复性好且扫描时间短，能减少由于患者制动困难所引起的运动伪影；但存在软组织对比度差、产生电离辐射等缺点。超声检查操作简便、经济、无创、无辐射，可实时动态观察；但存在分辨率低、可重复性差且受限于操作者水平等缺点。MRI则可以在没有电离辐射的情况下对椎旁肌的脂肪浸润进行可视化和分级，具有良好的软组织分辨率，在评估肌肉横截面积、脂肪含量方面比CT有更高的可靠性；但由于扫描时间长且存在热效应及噪音干扰，不利于患者制动且容易产生运动伪影[5,21]。

1、应用CT常规扫描评估AS椎旁肌：

目前应用CT评估椎旁肌的研究，主要是探究椎旁肌与脊柱退行性变之间的关系，而针对AS患者椎旁肌的研究则鲜有报道。Gordon等[25]应用CT常规扫描对14例AS患者的椎旁肌进行研究，发现其中8例脊柱强直者的竖脊肌、多裂肌出现了异常萎缩，但并没有出现骨赘、呈方椎改变或骶髂关节强直；椎旁肌萎缩的CT评分则与其病程及脊柱活动受限的临床参数呈显著正相关，有3例髋关节单侧受累者的腰大肌萎缩且不对称，这说明AS患者脊柱运动减少或缺乏可能与椎旁肌萎缩存在一定关系。

2、应用MRI常规扫描评估AS椎旁肌：

Akgul等[26]运用MRI常规扫描研究AS患者与放射学阴性中轴型脊柱关节炎（nr-axSpA）患者之间椎旁肌的差异，结果显示在腰椎L4椎间盘层面，两组患者的椎旁肌均已发生脂肪变性，但是在AS患者中表现得更为明显，而两组患者椎旁肌的肌肉横截面积则无显著差异。Resorlu等[27]运用MRI常规扫描对51例AS患者和50例对照组的椎旁肌进行研究，在腰椎L1~L5之间测量了竖脊肌、多裂肌的表面积，并对这些肌肉的脂肪变性进行了评分，结果表明AS患者的竖脊肌、多裂肌发生了脂肪变性和萎缩，且脂肪变性与其病程呈正相关，而肌肉横截面积与其病程呈负相关。上述研究虽然表明AS患者椎旁肌在影像学上存在脂肪变性，但并未讨论椎旁肌脂肪浸润、肌肉横截面积与脊柱后凸畸形的关系。Bok等[28]发现无脊柱畸形AS患者的椎旁肌体积减少，并且椎旁肌体积减少与AS的后凸畸形显著相关，但仍需进一步研究来证明两者的因果关系。虽然MRI常规扫描软组织分辨率高，对脂肪浸润显示比较明确，但是根据Goutallier分级只能对脂肪浸润进行半定量，无法更精确定量评估脂肪浸润、肌肉萎缩等情况[29]。

3、应用MRI功能成像评估AS椎旁肌：

MRI功能成像诸如化学位移编码水脂分离磁共振（CSE-MRI）、磁共振弥散张量成像（DTI）、磁共振化学位移成像的非对称回波的最小二程估算法迭代水脂分离技术（IDEAL）、磁共振T2-mapping成像，均是较新的磁共振成像技术，可以定量检查椎旁肌的硬度、萎缩、脂肪浸润等情况，近年来多见于健康志愿者椎旁肌的研究报道[29-32]。

CSE-MRI通过后处理可重建出质子密度脂肪分数[33-34]，Schlaeger等[31]通过探究椎旁肌的质子密度脂肪分数、肌肉横截面积在预测等长肌力方面的表现，表明CSE-MRI可以用来检测椎旁肌肉中的成分细微变化。Klupp等[30]通过进一步研究发现，DTI可以识别肌肉横截面积、质子密度脂肪分数所无法反映的与竖脊肌功能相关的肌肉微结构差异，表明DTI在预测肌肉力量方面比肌肉横截面积、质子密度脂肪分数表现得更好，这可能有助于背部肌肉相关疾病和背部疼痛的早期诊断。王玉锦等[29]采用T2-mapping抑脂序列与非抑脂序列所得到的脂肪T2值定量检测正常椎旁肌肉中的少量脂肪，同时采用IDEAL对脂肪分数进行定量研究，表明T2-mapping、IDEAL技术均能用于肌肉内少量脂肪的定量，能够为以脂肪浸润为主要病理过程的多种慢性骨骼肌疾患提供诊断及疗效评价的客观依据。蒋元明等[32]研究显示腰椎L3~L4椎体上缘水平双侧髂肋肌、腰椎L4椎体上缘水平双侧多裂肌运动前后的肌肉横截面积差值与T2值差值呈正相关，但其他肌肉并无相关性。上述研究表明了MRI功能成像相对于MRI常规扫描的优势，能够对椎旁肌进行更精确地定量检测及分析，能够更早发现椎旁肌内微结构差异以及运动前后的细微差异；但上述研究对象均为健康志愿者，而针对AS患者椎旁肌的研究尚未见报道。

四、结语

近年来针对AS早期患者椎旁肌的生物力学特性、病理学、影像学研究虽处于初始阶段，但已经证实了AS早期患者椎旁肌的相关改变，对其准确有效的评估有助于临床医师尽早干预并设计针对椎旁肌的个性化运动疗法方案，联合应用抗肿瘤坏死因子-α（TNF-α）治疗，能更有效增加肌肉力量并延缓脊柱强直的进程[5,35]。尤其是影像学研究除了能够无创性整体评估脊柱及骶髂关节附着点炎、骨与骨髓炎症情况，还能对椎旁肌脂肪浸润进行半定量分级。其中MRI功能成像有望在AS椎旁肌的研究中发挥重要作用，能更早进一步定量分析椎旁肌的微结构差异及生化成分微变化，为早期定量评估AS椎旁肌提供可能，从而尽早为临床提供相关治疗依据。

本文作者为广东省汕头市汕头大学医学院第一附属医院放射科杨宏武、黄瑞滨、刘源。

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