初探大鼠腰椎终板Modic改变的发生与低毒性细菌感染的关系

梅正峰，黄东辉，叶 辛，韩志伟

（浙江中医药大学附属杭州市第三人民医院骨科，浙江 杭州 310000）

腰椎在日常生活中的活动范围较大。腰椎间盘在脊柱的各项活动中常需处于压缩、拉伸、侧弯或扭曲等多种复杂的运动状态中，其损伤及退变比较常见。约60%的成人及30%的青少年有下腰痛病史。腰部疼痛的病因较为复杂。急性腰部疼痛主要是由急性外伤、骨折、急性腰部扭伤等引起的。慢性腰部疼痛主要是由软组织损伤（如筋膜炎等）、腰椎间盘突出、腰椎退行性改变（如腰椎不稳、椎管狭窄等）引起的。近年来，腰椎终板Modic改变的发病率呈持续升高的趋势。据统计，腰椎终板Modic改变的人群整体发病率约为5.8%，其发生风险及病灶的影响面积随年龄的增大而升高[1]。腰椎终板Modic改变的致病因素包括外伤因素、腰椎退行性改变因素、自身免疫因素等。近年来有报道称，低毒性感染因素也是腰椎终板Modic改变的致病因素之一。在本文中，笔者主要是探讨大鼠腰椎终板Modic改变的发生与低毒性细菌感染的关系。

1 材料与方法

1.1 实验动物

成年大鼠12只，体重约（200±10）g。在进行实验前，对大鼠进行腰椎影像学检查（主要是MRI检查），以确认其无脊柱疾病。实验过程中对大鼠进行的操作均按照中华人民共和国科学技术部发布的《关于善待实验动物的指导性意见》中的相关规范执行。

1.2 实验方法

采用耳缘静脉推注戊巴比妥钠(15 mg/kg)的方式对这些大鼠进行麻醉，然后将其固定在手术台上。对其进行无菌备皮后，经腰椎前外侧入路，分离皮下脂肪及肌肉筋膜，暴露L4-L5椎间盘和L3-L4椎间盘。使用16号针穿刺至髓核位置，向L4-L5椎间盘髓核内注射10 μL的痤疮丙酸杆菌(propionibacterium acnes，P.acnes)溶液。在L3-L4椎间盘髓核内注射10 μL的生理盐水。逐层缝合肌肉、皮下组织及皮肤。手术全程严格执行无菌操作，术后前1周定时对手术切口进行清洁消毒。在切口愈合后，拆除缝线。

1.3 观察指标

在术后1个月、3个月、4个月、5个月、6个月对这些大鼠进行腰椎MRI检查，观察其腰椎椎间盘及终板在T1、T2像中的变化情况，并予以记录。由同一组放射科医生及临床医生完成阅片。根据腰椎椎间盘退变的改良Pfirrmann分级和腰椎终板Modic改变分型对大鼠腰椎椎间盘、终板的退变及改变情况进行评价。

1.4 统计学方法

采用SPSS 17.0统计软件对研究数据进行统计学分析，计量资料用均数±标准差（±s）表示，采用t检验，计数资料用百分比（%）表示，采用χ²检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

对这些大鼠的腰椎椎间盘进行MRI检查的结果显示，在术后1个月，有1只大鼠的L4-L5椎间盘检出2级退变；在术后3个月，有1只大鼠的L4-L5椎间盘检出3级退变，有2只大鼠的L4-L5椎间盘检出2级退变；在术后4个月，有3只大鼠的L4-L5椎间盘检出3级退变，有3只大鼠的L4-L5椎间盘检出2级退变；在术后6个月，有2只大鼠的L4-L5椎间盘检出2级退变，有3只大鼠的L4-L5椎间盘检出3级退变，有1只大鼠的L4-L5椎间盘检出4级退变。这些大鼠中，仅有2只大鼠在术后3个月检出L3-L4椎间盘的2级退变。对这些大鼠的腰椎终板进行MRI检查的结果显示，在术后1～4个月，其均未出现显著的终板信号变化；在术后5个月时，有1只大鼠的L4-L5椎间盘节段出现上终板信号改变，有3只大鼠的L4-L5椎间盘节段出现下终板信号改变，有1只大鼠的L4-L5椎间盘节段出现似ModicⅡ型改变。这些大鼠均未出现L3-L4椎间盘节段的终板信号改变。

3 讨论

腰椎退行性改变及其引发的腰背痛在临床上十分常见。此类疾病的病因较为复杂，通常综合了炎症反应、自身免疫、生物力学变化等多方面的因素。近年来，随着MRI检查的普及，腰椎终板Modic改变的检出率逐渐升高，由其引发的下腰部疼痛在临床上逐渐受到重视。腰椎终板Modic改变是指腰椎终板及终板下骨质在MRI影像上的异常信号改变，主要分为以下3种类型：1）Ⅰ型腰椎终板Modic改变：表现为腰椎终板的T1信号降低，T2信号增高，提示腰椎终板急性炎症反应、骨组织轻微损伤及微骨折；2）Ⅱ型腰椎终板Modic改变：表现为腰椎终板的Tl及T2信号均增高，提示腰椎终板损伤及炎性改变；3）Ⅲ型腰椎终板Modic改变：表现为腰椎终板区域的T1及T2信号均减低，提示腰椎终板区域骨化[1-4]。据统计，腰椎终板Modic改变的人群整体发病率约为5.8%，其发生风险及影响面积随年龄的增大而升高。其中，以单纯Ⅱ型腰椎终板Modic改变最为多见(占64.2%)，其次为Ⅰ/Ⅱ混合型腰椎终板Modic改变(占18.1%)及单纯Ⅰ型腰椎终板Modic改变(占16%)。绝大多数的腰椎终板Modic改变都发生于下腰椎部位(L4-L5及L5-S1，约占83%)。有77.9%的腰椎终板Modic改变在同一椎间盘的上/下方成对出现[5-6]。目前，临床上对腰椎终板Modic改变的病因及病理特点尚未完全阐明。三种类型的腰椎终板Modic改变可以相互转化，其不同分型可能代表着相同病理进程的不同阶段。近年来有研究表明，腰椎间盘低毒性细菌感染与腰椎终板Modic改变及腰椎间盘退变之间存在关联[3-4]。其中，引发腰椎间盘低毒性细菌感染的代表性菌种为P.acnes。P.acnes是一种革兰染色阳性厌氧短杆菌，为皮肤正常菌群，寄居于皮肤毛囊及皮脂腺中，在刷牙牙龈破裂、皮肤破损时可随血液进入椎间盘组织[5]。Albert等[4]对腰椎间盘突出症患者进行研究发现，当突出的髓核组织内含有细菌时，相邻椎体的终板区域易发生Modic改变，而感染髓核最主要的细菌即为P.acnes。使用阿莫西林-克拉维酸钾对腰椎终板Modic改变患者进行治疗证实，进行抗生素治疗可显著减小腰椎终板Modic改变患者病灶的体积，且效果呈剂量依赖性[5]。这表明，腰椎终板Modic改变的发生、发展与P.acnes感染密切相关[6-8]。本研究的结果表明，腰椎间盘P.acnes感染与腰椎间盘退变的发生、发展密切相关。对本研究中大鼠的腰椎椎间盘进行MRI检查的结果显示，在术后1个月，仅有1只大鼠的L4-L5椎间盘检出2级退变。随后这些大鼠检出L4-L5椎间盘退变的情况逐渐增多，且以3级椎间盘退变为主。至术后6个月时，共有6只大鼠检出不同程度的椎间盘退变（包括2级退变2只、3级退变3只、4级退变1只）。这12只大鼠中，仅有2只大鼠在术后3个月检出L3-L4椎间盘的2级退变。且随着时间的延长，退变并未加重。考虑这2只大鼠发生的椎间盘退变与手术操作损伤有关。椎间盘无供血组织，损伤后不易恢复。对本研究中大鼠的腰椎终板进行MRI检查的结果显示，在术后1～4个月，其均未出现显著的终板信号变化；在术后5个月时，有1只大鼠的L4-L5椎间盘节段出现上终板信号改变，有3只大鼠的L4-L5椎间盘节段出现下终板信号改变，有1只大鼠的L4-L5椎间盘节段出现似ModicⅡ型改变。这些大鼠均未出现L3-L4椎间盘节段的终板信号改变。这表明，腰椎终板Modic改变的发生、发展与P.acnes感染密切相关[9-10]。

综上所述，大鼠腰椎终板Modic改变的发生与低毒性细菌感染密切相关。临床医生应对上述情况予以关注。本研究存在一定的局限性，首先实验动物数量偏少，观察时间不长。其次，本研究仅基于影像学开展，没有对组织中病原微生物及其相关代谢因子进行研究。对于上述问题，我们将在后续的研究中予以调整。