定量CT研究成年女性腰部椎后肌群體質成分與腰椎骨密度的相關性

李新彤 王玲 王晨 蔡韋 錢占華 程曉光

北京積水潭醫院放射科，北京 100035

肌肉減少癥(sarcopenia)是指與增齡相關的進行性、廣泛性肌肉含量減少、肌力下降和肌肉功能減退[1]，造成人體機能減退，增加身體殘疾的風險并影響生活質量。腰部椎后肌群的肌肉含量與脂肪浸潤程度是診斷肌肉減少癥的重要指標之一[2]。骨質疏松癥(osteoporosis，OP)是一種以單位體積骨組織中骨量減少和骨組織顯微結構退化為特征的全身性代謝骨病，會導致骨的脆性增加、正常負載功能減低，易發生骨折[3]。目前主要通過檢測骨密度(bone mineral density，BMD)診斷OP。隨著年齡的增長，骨骼肌與骨骼的退變程度不斷增加，肌肉減少癥與骨質疏松癥經常伴隨發生[4,5]。筆者應用定量CT(quantitative computed tomography，QCT)測量成年女性腰部椎后肌群的肌肉脂肪含量及腰椎骨密度，探討腰部椎后肌群體質成分與腰椎骨密度的相關性。

1 材料和方法

1.1 一般資料

本組研究對象來自于北京積水潭醫院2013年12月至2016年1月參與我國人群骨科退行性疾病病因學研究的募集者及2016年3月至6月參加一項大樣本多中心城鄉流行病學前瞻性研究(prospective urban rural epidemiology，PURE)中的北京地區人群樣本共518名，均為成年中國女性，年齡范圍21～81歲，平均45.3歲。根據年齡將受檢者分為青中年組(≤50歲)和老年組(>50歲)。所有受試者進行腰椎CT檢查，測量身高、體重并計算體重指數(body mass index，BMI)。所有受檢者均排除因暴力外傷導致骨折，多發性骨髓瘤、淋巴瘤、轉移瘤等伴有骨質破壞，嚴重器質性疾病，脂肪萎縮癥，甲狀腺功能異常等代謝性疾病及服用激素、鈣片等藥物。本研究經北京積水潭醫院倫理委員會批準，僅對受檢者腰椎CT圖像進行分析，不額外接受射線，所有受檢者簽署知情同意書。

1.2 掃描參數

CT掃描設備采用Toshiba Aquilion 64排CT(掃描參數為電壓120kV，電流250mAs，床高73 cm，層厚1.00 mm， SFOV400 mm)及Toshiba Aquilion 80排CT(掃描參數為電壓120 kV， 電流250 mAs，床高120 cm，層厚1.00 mm，SFOV500 mm)。采用美國Mindways公司的5樣本QCT固體體模墊于受檢者腰部下方，從T12椎體下緣螺旋掃描至S1椎體上緣水平，測量前常規校準。將獲得的容積數據傳至Mindways公司的QCT骨密度測量分析軟件(QCT PRO)工作站進行測量。

1.3 測量方法

參照以往研究[2,6]，如圖1，使用QCT PRO軟件的“tissue composition”功能測量椎后肌群的脂肪肌肉面積。選取L3椎體中部層面的薄層軸位圖像為測量層面，沿多裂肌及豎脊肌邊緣人工圈畫感興趣區(ROI)，軟件按預設閾值自動區分ROI內的脂肪與肌肉組織并得出各自面積(cm2)，計算二者比值得到椎后肌群脂肪肌肉比。此測量方法準確可靠，詳見文獻[6,7]。參照以往研究[3]，如圖2，使用QCT PRO軟件的“3D spine exam analysis”功能測量L2～L4椎體BMD。在椎體中心位置標記ROI，避開骨皮質和椎體后中央靜脈溝而包括盡可能多的骨松質，必要時手動調節。軟件自動處理得出L2～L4椎體BMD(mg/cm3)，并計算平均值作為本次研究的數據。所有測量均由一名有3年以上肌骨放射診斷經驗、且經培訓的醫師完成。

圖1 腰部椎后肌群體質成分測量Fig.1 Measurement of posterior vertebral muscle composition

1.4 統計學處理

2 結果

2.1 一般資料及組間比較

本研究納入的518名成年女性的BMI、BMD及L3水平椎后肌群體質成分情況具體見表1。結果顯示，青中年組的BMI、椎后肌群脂肪面積及脂肪肌肉比低于老年組，而BMD及椎后肌群肌肉面積高于老年組，差異有統計學意義(P<0.001)。

圖2 腰椎骨密度測量Fig.2 Measurement of BMD of the lumbar vertebrae

項目所有受檢者(n=518)青中年組(n=350)老年組(n=168)t值P值BMI(kg/m2)24.42±3.8923.88±3.8425.55±3.784.661<0.001BMD(mg/cm3)147.64±48.32170.78±33.7899.43±37.2121.763<0.001椎后肌群脂肪面積(cm2)4.95±3.303.71±32.227.54±3.6812.436<0.001椎后肌群肌肉面積(cm2)38.39±6.8839.63±6.6535.81±6.666.111<0.001椎后肌群脂肪肌肉比(×10-2)13.66±10.679.63±6.9022.04±12.1712.298<0.001

2.2 偏相關分析結果

控制年齡、BMI因素，采用偏相關分析受檢者L3水平椎后肌群體質成分與BMD的相關性。結果顯示青中年組及老年組的BMD與椎后肌群脂肪面積及脂肪肌肉比呈一定負相關(P<0.05)，且老年組相關系數稍高。兩組中BMD與椎后肌群肌肉面積均無顯著相關性(P>0.05)。具體見表2。

表2 腰椎BMD與腰部椎后肌群體質成分的相關性

2.3 多元線性回歸分析

將BMD作為因變量，將椎后肌群脂肪面積(X1)、肌肉面積(X2)、脂肪肌肉比(X3)、年齡(X4)、BMI(X5)作為自變量進行多元逐步回歸分析(P>0.1為排除標準，P<0.05為進入標準)，建立回歸方程。結果顯示椎后肌群脂肪面積、年齡、BMI是BMD的主要影響因素，而椎后肌群肌肉面積、脂肪肌肉比無統計學意義。具體見表3。

表3 腰部椎后肌群體質成分、年齡及BMI對BMD影響的回歸分析Table 3 Regression analysis of posterior vertebral muscles composition, age, and BMI with lumbar spine BMD

標準化回歸方程：QCT BMD=-3.060X1-2.300X4+1.102X5+239.955。

3 討論

肌骨系統由骨、骨骼肌和關節組成，其中骨骼為人體提供支架和支撐作用，骨骼肌提供運動的動力，兩者在人體發育達到峰值后都會隨著年齡的增加而逐漸發生退變，出現骨量減少、肌肉體積減少和脂肪浸潤。這在50歲以后更加明顯，且對女性的影響大于男性[8]，嚴重時則形成骨質疏松癥和肌肉減少癥[9-11]。骨質疏松癥和肌肉減少癥常同時發生，并互為影響[12]，Binkley等[13]首次將肌肉與骨量減少同時存在的病癥定義為肌肉減少性骨質疏松。此類患者人體機能明顯減退，摔倒、骨折及身體殘疾的風險顯著增加，嚴重影響患者身體健康和生活質量，并增加死亡率。

骨密度測量是目前診斷骨質疏松、進行療效監測及預測骨折風險的主要測量指標。與雙能X線骨密度儀(dual X-ray absorbtiometry，DXA)相比，QCT可進行三維骨密度測量，不易受脊柱退變、體位、血管鈣化等的影響，根據ISCD的診斷標準能更敏感準確的發現骨質疏松癥[11]，在國際上得到廣泛認可并使用。椎后肌群在維持脊柱穩定性、保持體位及協調軀干運動等方面發揮著重要作用[14]， 其退變程度是診斷肌肉減少癥的重要指標之一。以往研究中常以L3椎體中部層面的整體肌量或單獨椎后肌群肌量作為診斷依據[2]，故本研究亦選取了相同層面進行測量。利用QCT可以精確測量椎后肌群的肌肉及脂肪面積，評價肌肉的脂肪浸潤程度，從而反映椎后肌群的退變程度，其結果準確性高。

本研究中，在比較成年女性不同年齡組間差異時發現，老年組BMD均值明顯低于青中年組，表明年齡是影響BMD的重要因素，與以往年齡與腰椎BMD呈負相關的研究結果相一致[15]。在椎后肌群體質成分方面，青中年組椎后肌群脂肪面積及脂肪肌肉比的均值低于老年組，而椎后肌群肌肉面積的均值高于老年組，這在一定程度上說明了隨著年齡增大，椎后肌群會出現肌肉萎縮、脂肪含量增加，與Fortin等[16]的研究結果一致。但是與Crawford等[17]的研究結果卻有所出入，其認為椎后肌群肌肉脂肪浸潤程度隨年齡而增加，但肌肉面積卻無明顯降低，筆者考慮這可能與研究人群及樣本量不同有關。

在本研究中，由于年齡、BMI是影響BMD和椎后肌群體質成分的重要因素[6,15]，故在進一步分析BMD與椎后肌群體質成分的相關關系時，對年齡、BMI因素進行了控制。結果顯示青中年組及老年組的BMD與椎后肌群脂肪面積、脂肪肌肉比呈一定負相關，且老年組的相關系數稍高，而BMD與肌肉面積在兩組均無顯著相關性。這表明隨著年齡增加，BMD與椎后肌群脂肪含量及肌肉脂肪浸潤程度的相關性會有所增加。在多元線性回歸分析中，椎后肌群脂肪面積進入回歸方程，表明椎后肌群脂肪面積是BMD的影響因素，但肌肉面積及脂肪肌肉比對BMD無明顯影響。此前已有文獻報道了肌肉退變與骨密度的相關關系。Ormsbee等[18]認為肌肉減少癥是骨質疏松癥重要的危險因素之一，同齡的肌肉減少癥患者發生骨質疏松的風險高于非肌肉減少癥患者。而Sinaki等[19]比較了女性絕經后伴或不伴骨質疏松的椎后伸肌群力量，發現伴有骨質疏松的椎后伸肌群力量明顯減低，且椎后伸肌群力量減低與骨質疏松、姿勢異常相關。侯雪、代永亮等[20,21]研究發現女性腰椎BMD與腰部椎后肌群的平均CT值呈正相關，而與椎后肌群的橫截面積無明顯相關，雖然與本文椎后肌群的測量方法不同，但結果卻存在一致性。

綜上所述，成年女性椎后肌群退變是腰部骨質疏松的重要危險因素，BMD與椎后肌群的脂肪面積、脂肪肌肉比呈負相關，且相關性隨年齡增大而有所增加。然而本研究尚存在一定的局限性，測量時僅對腰部椎后肌群做單一層面的測量，只能對椎后肌群的肌肉含量及脂肪浸潤程度做出初步觀察和判斷，不能全面準確地評估椎后肌群退變程度。此外，職業、運動鍛煉等均可對BMD及椎后肌群體質成分產生影響，而本研究中缺乏這些具體信息，會對研究結果產生一定影響。今后還需要改良測量方法，并收集受檢者全面信息進行進一步研究。