西安市紅十字會(huì)醫(yī)院(西安 710054) 郝定均 陳明霞 賀寶榮 楊小彬 樊小軍 王 鵬 劉衍晟

腰椎間盤(pán)突出癥是常見(jiàn)病、多發(fā)病,核磁共振(MRI)是最常用的檢查方法,其信號(hào)強(qiáng)度的不同,可間接反映椎間盤(pán)髓核的病理改變[1]。我們通過(guò)對(duì)退變性腰椎間盤(pán)進(jìn)行了 MRI檢查,并對(duì)信號(hào)強(qiáng)度不同的髓核細(xì)胞進(jìn)行超微結(jié)構(gòu)觀察,了解相互關(guān)系以指導(dǎo)臨床診療及判斷預(yù)后。

材料與方法

1 一般資料 2006年 1月至 2008年 12月臨床確診退變性腰椎間盤(pán)突出癥患者中,隨機(jī)抽取經(jīng) MRI檢查信號(hào)不同的 108例患者,其中男 57例,女 51例,年齡 32～69歲,平均 47.2歲,平均病程 12.6年。

2 方 法 ①M(fèi)RI檢測(cè)及數(shù)據(jù)采集:MRI檢測(cè)均采用德國(guó) Siemens公司生產(chǎn)的超導(dǎo)型磁共振成像儀,磁場(chǎng)強(qiáng)度 1.5T,T1加權(quán) T R/T E=500/12,T2加權(quán) TR/TE=4000/112。矢狀面層厚 4mm。測(cè)量 T2加權(quán)像矢狀面上髓核的灰度值、象素值,以及相鄰腦脊液的灰度值(photoshop8.0軟件處理),計(jì)算髓核的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度(RSI)。分級(jí) RSI=SIa×Na+ SIb×Nb/(Na+ Nb)× SICSF,其中 SIa、SIb分別為髓核赤道部低信號(hào)區(qū)上、下區(qū)域的平均灰度值;Na、Nb分別為髓核赤道部低信號(hào)區(qū)上、下區(qū)域的像素值;SICSF為相鄰腦脊液的平均灰度值。②髓核組織的制備:患者在硬膜外麻醉下行椎間盤(pán)切除術(shù),迅速取刮出的髓核組織,置 2.5% 戊二醛+1.5% 多聚甲醛混合固定液中,4℃固定 2h以上,1%四氧化鋨后固定,乙醇、丙酮梯度脫水,環(huán)氧樹(shù)脂 Epon812包埋,超薄切片后經(jīng)醋酸鈾和枸櫞酸鉛雙重染色,于日本日立 H-600透射電鏡下觀察、拍照。

3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 應(yīng)用醫(yī)用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件 SPSS 13.0版,采用秩相關(guān)分析方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,評(píng)估髓核MRI相對(duì)強(qiáng)度與椎間盤(pán)超微結(jié)構(gòu)中髓核細(xì)胞和膠原原纖維之間的關(guān)系。P＜0.05表示有相關(guān)性。

結(jié) 果

1 M RI髓核信號(hào)強(qiáng)度分級(jí) 根據(jù) Tertt等[2～4]研究分類法,將髓核的 MRI相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度分為 4級(jí):0級(jí),M RI相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度＞0.82;Ⅰ級(jí),MRI相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度為 0.73～ 0.82;Ⅱ 級(jí),MRI相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度為 0.64～0.72;Ⅲ級(jí),MRI相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度 ＜0.64。其中 0級(jí)為正常髓核,1級(jí)為輕度退變髓核,Ⅱ級(jí)為中度退變髓核,Ⅲ級(jí)為嚴(yán)重退變髓核。結(jié)果本組退變性腰椎間盤(pán)度出癥患者分型情況為:0級(jí)患者 0例,Ⅰ級(jí)患者 21例,Ⅱ級(jí)患者 33例,Ⅲ級(jí)患者 54例。見(jiàn)表 1。從 MRI影像學(xué)上 T2WI信號(hào)強(qiáng)度:Ⅰ級(jí),椎間盤(pán)髓核顯示較高信號(hào),較正常椎間盤(pán)稍降低;Ⅱ級(jí),椎間盤(pán)髓核顯示中低信號(hào);Ⅲ級(jí),椎間盤(pán)髓核顯示低信號(hào),整體變黑。

表1 各組相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度

2 不同的 M RI信號(hào)強(qiáng)度的髓核超微結(jié)構(gòu)改變

髓核細(xì)胞退變程度超微結(jié)構(gòu)。輕度:基本正常的軟骨樣細(xì)胞及少量形態(tài)異常的軟骨樣細(xì)胞均可見(jiàn)到,細(xì)胞多呈橢圓形或不規(guī)則形,有完整細(xì)胞膜,周?chē)斐鲈S多長(zhǎng)短不一的絨毛狀突起,細(xì)胞質(zhì)內(nèi)可看到橢圓形的線粒體,數(shù)量不多;高爾基復(fù)合體、溶酶體和粗而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可見(jiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊池略擴(kuò)張,核糖體散在分布于細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi),空泡和微絲少見(jiàn),細(xì)胞核多為橢圓形,核膜完整.核內(nèi)異染色質(zhì)占優(yōu)勢(shì),形態(tài)異常的軟骨樣細(xì)胞內(nèi)空泡較多(見(jiàn)圖 1)。中度:髓核組織中細(xì)胞數(shù)量較少,胞膜尚完整,細(xì)胞質(zhì)內(nèi)細(xì)胞器減少,線粒體數(shù)量少或分辨不清,見(jiàn)少量擴(kuò)張明顯的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),較多的空泡、溶酶體散在分布于胞質(zhì)內(nèi).并見(jiàn)部分微絲。核膜完整.胞核清晰可見(jiàn)。退變細(xì)胞外周的巢增厚呈多層排列,致密顆粒增多(見(jiàn)圖 2)。重度:電鏡下髓核組織中細(xì)胞數(shù)量稀少,多數(shù)呈現(xiàn)不同程度的退變或死亡,僅見(jiàn)到的軟骨樣細(xì)胞體積縮小,細(xì)胞核消失,呈現(xiàn)出退變或固縮樣壞死的形態(tài)學(xué)表現(xiàn)。胞質(zhì)模糊不清,細(xì)胞質(zhì)內(nèi)細(xì)胞器減少、消失,細(xì)胞的電子密度增加,在致密的無(wú)定形基質(zhì)中見(jiàn)一些粗顆粒狀物或空泡,胞膜不完整或缺如。退變細(xì)胞外周的巢狀結(jié)構(gòu)增厚呈多層排列,致密顆粒增多(見(jiàn)圖 3)。

3 M RI相對(duì)強(qiáng)度與髓核細(xì)胞退變程度的關(guān)系見(jiàn)表 2。MRI相對(duì)強(qiáng)度越低其髓核細(xì)胞退變程度越嚴(yán)重,且 M RI相對(duì)強(qiáng)度與髓核細(xì)胞退變程度呈正相關(guān)(rs=0.497,P＜0.05)。

表2 MRI相對(duì)強(qiáng)度與髓核細(xì)胞退變程度的關(guān)系

4 髓核膠原原纖維退變程度超微結(jié)構(gòu) 輕度:細(xì)胞周?chē)哪z原原纖維排列較規(guī)則,長(zhǎng)短不一,有的膠原原纖維呈細(xì)絲狀,未見(jiàn)周期性橫紋,著色淺;有的纖維直徑明顯增粗,橫紋明顯,著色深。少數(shù)粗細(xì)不等的膠原原纖維交織在一起,少部分膠原纖維融合、鈣化(見(jiàn)圖 4)。中度:細(xì)胞周?chē)哪z原原纖維排列基本有序,有些纖維直徑明顯增粗,一些粗細(xì)不等的膠原原纖維交織在一起,聚集成堆或成束。部分變性的膠原原纖維融合成斑塊,甚至成團(tuán),內(nèi)部含較高或中等電子密度的無(wú)定形基質(zhì)、細(xì)顆?；螂S機(jī)排列的細(xì)纖維。有的變性膠原原纖維纏繞盤(pán)旋而扭結(jié)成團(tuán)。另外可見(jiàn)高電子密度細(xì)顆粒的鈣化點(diǎn)沿膠原原纖維縱軸排列或沉積其上,亦可見(jiàn)少量斑塊狀(見(jiàn)圖 5)。重度:壞死細(xì)胞的空隙由膠原原纖維和致密顆粒充填,周?chē)z原纖維短小、變性,排列紊亂。多數(shù)粗細(xì)不等的膠原原纖維交織在一起聚集成堆,排列較緊密,其間出現(xiàn)較大的裂隙狀空白區(qū)或稀疏帶。大量變性的膠原原纖維融合成斑塊,甚至成團(tuán)或巨塊,內(nèi)部含較高或中等電子密度的無(wú)定形基質(zhì)、細(xì)顆粒或隨機(jī)排列的細(xì)纖維。大量扭結(jié)呈團(tuán)的膠原原纖維,內(nèi)部含較高電子密度的細(xì)顆粒的鈣化點(diǎn),邊緣變粗糙模糊,橫紋消失,內(nèi)部結(jié)構(gòu)亦模糊不清(見(jiàn)圖 6)。

5 M RI相對(duì)強(qiáng)度與髓核膠原原纖維退變程度的關(guān)系 見(jiàn)表 3。M RI相對(duì)強(qiáng)度越低其髓核膠原原纖維退變程度越嚴(yán)重,且 M RI相對(duì)強(qiáng)度與髓核膠原原纖維退變程度呈正相關(guān)(rs=0.425,P＜0.05)。

表3 M RI相對(duì)強(qiáng)度與髓核膠原原纖維退變程度的關(guān)系

圖1 大致正常的軟骨樣細(xì)胞成對(duì)排列(M RI影像Ⅰ 級(jí) ,Bar=3 μm)

圖2 軟骨樣細(xì)胞形態(tài)不完整,細(xì)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)細(xì)胞器減少(MRI影像Ⅱ 級(jí) ,Bar=3μm)

圖3 軟骨樣細(xì)胞固縮、壞死,細(xì)胞形態(tài)消失(MRI影像Ⅲ 級(jí) ,Bar=3μm)

圖4 膠原纖維細(xì)長(zhǎng),排列較規(guī)則,部分區(qū)域有溶解、鈣化(M RI影像Ⅰ 級(jí) ,Bar=6μm)

圖5 細(xì)胞周?chē)z原纖維短小、變性,排列紊亂,出現(xiàn)致密顆粒(MRI影像Ⅱ 級(jí) ,Bar=6μm)

圖6 膠原纖維排列紊亂、稀少、鈣化(M RI影像Ⅲ 級(jí) ,Bar=6 μm)

討 論

退變性椎間盤(pán)突出癥是臨床上的常見(jiàn)病及多發(fā)病,其正確的診治很重要。椎間盤(pán)突出癥的病變本質(zhì)為:軟骨樣細(xì)胞減少,出現(xiàn)不同程度地退變、壞死,細(xì)胞器數(shù)目減少,細(xì)胞外周致密顆粒增多;基質(zhì)中膠原纖維發(fā)生不同程度的變性、融合、扭結(jié)或鈣化,膠原纖維束間裂隙增大。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者從觀察 M RI信號(hào)變化角度對(duì)其病理學(xué)進(jìn)行研究,部分學(xué)者利用電鏡來(lái)觀察其退變的微觀結(jié)構(gòu),但均未見(jiàn)將 MRI信號(hào)改變與微觀結(jié)構(gòu)觀察相結(jié)合來(lái)研究退變性椎間盤(pán)突出癥的報(bào)道。本研究首次將 MRI的逐級(jí)改變加以超微結(jié)構(gòu)的觀察,進(jìn)一步證實(shí)了各級(jí)椎間盤(pán)突出癥的病變本質(zhì)。

MRI作為是臨床上評(píng)價(jià)椎間盤(pán)疾病最敏感的檢查方法,具有無(wú)創(chuàng)、安全等優(yōu)點(diǎn),可很好地顯示椎間盤(pán)的退行性改變[5～7]。本研究根據(jù) Tertt等[2]的研究進(jìn)行 M RI分級(jí)有一定的科學(xué)依據(jù)。目前許多研究證實(shí)椎間盤(pán)超微結(jié)構(gòu)的改變與椎間盤(pán)退變程度相關(guān)[8],且椎間盤(pán)突出癥超微結(jié)構(gòu)病理改變的嚴(yán)重程度對(duì) M RI信號(hào)強(qiáng)度有著直接的影響[9～10]。本研究中,椎間盤(pán) MRI高信號(hào)(Ⅰ級(jí))的髓核細(xì)胞數(shù)量稍多,細(xì)胞完整,結(jié)構(gòu)基本接近正常,僅有少量的細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)形態(tài)異常,死亡細(xì)胞較少,在 MRI上表現(xiàn)出較高信號(hào),較正常椎間盤(pán)髓核的信號(hào)強(qiáng)度稍低;椎間盤(pán) M RI低信號(hào)(Ⅲ級(jí) )的多數(shù)髓核細(xì)胞明顯退變或死亡,在 M RI上反映出低信號(hào)(黑間盤(pán));椎間盤(pán) M RI中低信號(hào)(Ⅱ級(jí))的髓核細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)病理改變介于Ⅰ級(jí)和Ⅲ級(jí)二者之間。以往研究表明髓核組織細(xì)胞數(shù)量稀少,且為退變和死亡的軟骨樣細(xì)胞,退變細(xì)胞外周多層排列的巢增厚,在退變細(xì)胞周?chē)|(zhì)中致密顆粒的增多,可作為判斷髓核退變程度的一個(gè)間接指標(biāo)。膠原原纖維的退變是髓核超微結(jié)構(gòu)改變的另一個(gè)重要方面,通過(guò)觀察膠原原纖維的斷裂、溶解及鈣化的數(shù)量,可以判斷其退變的程度。本實(shí)驗(yàn)中椎間盤(pán)髓核 MRI高信號(hào)(Ⅰ級(jí))膠原原纖維的退變程度較輕,其超微結(jié)構(gòu)明顯好于 MRI低信號(hào)(Ⅲ級(jí))的膠原原纖維結(jié)構(gòu)。與相關(guān)研究中腰椎間盤(pán)髓核組織退變表現(xiàn)為細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能及基質(zhì)膠原原纖維的變化以及蛋白多糖、水含量的改變,進(jìn)而表現(xiàn)在 M RI信號(hào)上的改變結(jié)果一致。本研究證實(shí)椎間盤(pán)髓核組織中細(xì)胞及膠原原纖維的超微結(jié)構(gòu)與 M RI髓核信號(hào)強(qiáng)度等級(jí)有相關(guān)性,且隨著 MRI信號(hào)強(qiáng)度的降低,退變、壞死結(jié)構(gòu)增多,退變?cè)絿?yán)重。本研究主要針對(duì)不同等級(jí)信號(hào)髓核的超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察,其樣本量有限,且未進(jìn)行性別、年齡、病程等相關(guān)性分析,此類缺陷需在進(jìn)一步的研究中完善。

總之,引起椎間盤(pán)組織異常退變的原因是多方面的。我們將直觀的 MRI觀察分級(jí)與退變椎間盤(pán)的超微結(jié)構(gòu)結(jié)合研究,相互支持,有助于進(jìn)一步探討椎問(wèn)盤(pán)突出癥的發(fā)病機(jī)制,為臨床防治及判斷預(yù)后提供理論依據(jù)。

[1] Paajanen H,Erkintalo M,Kussela T,et al.Magnetic resonance study of disc degeneration in young low back pain patients[J].Spine,1989,14:982-985.

[2] Tertt M,Paajanen H,Laato M,et al.Disc degeneration in magnetic resonance imaging a compar-ative biochemical histologic and radiologic study in cadaver spines[J].Spine,1991,16:629-634.

[3] Louma K,Vehmas T.Disc height and signal intensity of the nucleus pulposuson magnetic resonance imaging as indication of lumbar disc degeneration[J].Spine,2001,26:680-686.

[4] 樓才俊,陳其昕,李方才,等.腰椎間盤(pán)髓核退變的 M RI表現(xiàn)與病理學(xué)的相關(guān)性研究[J].中華骨科雜志,2003,23:531-535.

[5] Milette PC.Classification,diagnostic imaging,and imaging characterization of a lumbar herniated disc[J].Radiol Clin N Am,2000,38(11):1267-1292.

[6] Kerttula L,Kaapa E,Kurunlahti M,et al.M RI findings afteran experimentaldisc lesion[J].Journalof Musculoskeletal Res,2001,5(1):95-104.

[7] 余文昌,楊建勇,莊文權(quán),等.腰椎間盤(pán)退行性變的 M RI與病理學(xué)評(píng)估對(duì)照研究 [J].中國(guó)臨床醫(yī)學(xué)影像雜志,2005,16:468-470.

[8] 李晨光,王擁軍,施 杞,等.動(dòng)靜力失衡性大鼠頸椎問(wèn)盤(pán)組織形態(tài)學(xué)及超微結(jié)構(gòu)[J].中國(guó)矯形外科雜志,2006,14(5):356-359.

[9] 賀寶榮,郝定均,許正偉,等.腰椎間盤(pán)突出癥髓核的超微結(jié)構(gòu)與臨床對(duì)照研究 [J].骨科,2010,1(1):33-36.

[10] 朱同銀,周士枋,沈家維,等.腰椎間盤(pán)分子量級(jí)的超微結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)研究 [J].中華外科雜志,1996,34:754-757.