引用本文： 王偉, 李危石. 健康人椎旁肌退變的影像學參數及其影響因素. 中國修復重建外科雜志, 2024, 38(7): 880-888. doi: 10.7507/1002-1892.202402060 復制
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脊柱的穩定性依賴于主動亞系統、被動亞系統和神經亞系統的整體調節[1]。作為主動亞系統的組成成分，椎旁肌肉在維持脊柱穩定性中的作用不容忽視。近年來，很多研究結果表明椎旁肌肉量減少、脂肪含量增加和多種腰椎疾病發生密切相關[2-6]。Wan等[7]發現慢性腰背痛患者患側多裂肌及豎脊肌橫截面積與健側相比明顯減小；Danneels等[8]比較了慢性腰背痛患者和健康人椎旁肌CT表現，發現前者L4水平多裂肌橫截面積明顯較小。在腰椎間盤突出癥等退變性疾病的研究中，椎旁肌退變程度與其癥狀、預后也緊密相關[9-11]。
椎旁肌的作用受到越來越多學者關注，但僅有少數研究報道健康人椎旁肌的特點及變化規律。Crawford等[12]通過分析80名健康人資料，發現椎旁肌脂肪浸潤程度隨年齡增長而增加，女性及下腰椎水平椎旁肌受影響程度最大。但是其研究納入人群最大年齡為62歲，缺少老年人相關資料，而老年人恰恰是腰椎退變性疾病的好發人群。Dahlqvist等[13]分析了53名志愿者頸、胸、腰椎旁肌和大腿肌肉情況，也發現年齡及性別會影響腰椎旁肌的脂肪浸潤程度。目前健康人椎旁肌研究主要以白種人為主，而關于中國健康人椎旁肌特點及變化規律的研究很少。種族差異可能會導致椎旁肌特點存在差異，因此探究中國健康人椎旁肌特點和變化規律具有重要參考價值。
近年有研究采用定量CT方法測量我國女性人群的椎旁肌參數，發現椎旁肌脂肪浸潤率和年齡及身體質量指數（body mass index，BMI）相關[14]，但缺乏我國男性人群數據。也有研究[15]通過MRI測量椎旁肌脂肪浸潤比，發現其受年齡、性別等因素影響；但并未測量椎旁肌橫截面積等參數，對椎旁肌評估不夠全面。影像學方法評估椎旁肌的退變情況，主要表現為椎旁肌橫截面積減小、密度下降或脂肪浸潤程度增加[16-19]。目前尚缺乏全面評估中國健康人椎旁肌特點的研究。
鑒于此，本研究通過全面測量健康人椎旁肌影像學參數，總結椎旁肌的特點及各腰椎層面椎旁肌參數變化規律，探究椎旁肌退變的影響因素，為開展國人椎旁肌退變相關研究提供參考。
1 資料與方法
1.1 研究對象
本研究為橫斷面研究，2020年2月—11月于北京地區前瞻性招募健康志愿者。納入標準：① 年齡18～80歲；② 無脊柱疾病史；③ 無脊柱手術史；④ 過去3個月無腰背痛、腰背部外傷史等。排除標準：① 伴有神經肌肉疾病。② 有MRI相關禁忌證。③ 無法完成腰背部肌肉耐力測試，該測試要求志愿者俯臥于檢查床上，在下腹部放置一無彈性墊子或枕頭，高度10 cm左右；志愿者需將胸部或上半身盡量抬高，雙上肢和身體軸線保持平行，雙下肢保持伸直，而頸部處于水平位置[20]。
共82名健康志愿者符合選擇標準納入研究。其中男36名，女46名；年齡21～75歲，平均48.0歲。身高150～183 cm，平均165.6 cm；體質量43～100 kg，平均65.4 kg；BMI 16.7～32.4 kg/m2，平均23.7 kg/m2。18人有規律鍛煉習慣，64人無規律鍛煉習慣。男性志愿者身高、體質量及BMI顯著大于女性志愿者，差異有統計學意義（P<0.05）；而年齡及是否規律鍛煉男女性之間比較差異無統計學意義（P>0.05）。見表1。
表表 1
男女性健康志愿者一般情況比較
Table表 1.
Comparison of general condition of male and female healthy volunteers
1.2 椎旁肌參數及測量方法
所有志愿者均進行腰椎MRI檢查，檢查時囑志愿者保持仰臥位，雙下肢伸直，腰椎處于自然中立位，檢查過程中身體保持平靜狀態。檢查儀器為美國GE公司的Signa HDxt 3.0T，測試序列包括T2加權像（重復時間2 500～4 000 ms，回波時間 80～120 ms），層厚3 mm，每個層面間隙3 mm；掃描及測量層面（以L3～L5層面為主）平行于腰椎椎體下終板，每個志愿者均測量L3、L4、L5 3個層面的影像學參數。
應用Image J軟件測量腰椎MRI T2加權像上椎旁肌，包括多裂肌、豎脊肌及腰大肌的相關參數（各肌肉均進行雙側測量）。測量參數：① 肌肉總橫截面積（total cross-sectional area，tCSA）：橫斷面上肌肉的總面積；② 脂肪橫截面積（fatty cross-sectional area，fCSA）：橫斷面上除純肌肉以外的面積，通過閾值技術測量（圖1）；③ 脂肪浸潤比（fatty infiltration，FI）：橫斷面上脂肪面積與總面積的比值（fCSA/tCSA）；④ 肌肉信號強度（signal intensity，SI）：MRI上肌肉的平均信號值；⑤ 相應層面皮下脂肪SI。為了減小個體身高、體質量、體型對椎旁肌參數的影響，采用肌肉相對總橫截面積（relative total cross-sectional area，rtCSA；tCSA與相應層面椎體面積的比值）、相對脂肪橫截面積（relative fatty cross-sectional area，rfCSA；fCSA與相應層面椎體面積的比值）以及相對信號強度（relative signal intensity，rSI；肌肉SI與相應層面皮下脂肪SI的比值）進行分析。
1.3 統計學方法
采用SPSS24.0統計軟件進行分析。計量資料經Kolmogorov-Smirnov正態性檢驗，符合正態分布的數據以均數±標準差表示，不同腰椎層面間各參數比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD檢驗；不同性別之間各參數比較采用獨立樣本t檢驗。不符合正態分布的數據以M（Q1，Q3）表示，不同腰椎層面間各參數比較采用Kruskal-Wallis檢驗，兩兩比較采用Mann-Whitney U檢驗；不同性別之間各參數比較采用Mann-Whitney U檢驗。通過Pearson或Spearman相關分析椎旁肌參數與年齡、身高、體質量、BMI之間的關系；檢驗水準取雙側α=0.05。
2 結果
2.1 不同腰椎層面椎旁肌參數比較
從L3至L5層面，多裂肌、腰大肌rtCSA、rfCSA及豎脊肌rfCSA逐漸增加，豎脊肌rtCSA逐漸減小；各椎旁肌的FI、rSI均逐漸增加，說明越接近脊柱軸線尾端，椎旁肌退變程度越重。L4、L5層面各椎旁肌各參數與L3層面比較差異均有統計學意義（P<0.05）。而L4層面與L5層面比較，多裂肌rtCSA、rfCSA，豎脊肌rtCSA、FI、rSI，以及腰大肌rtCSA、rfCSA、FI差異均有統計學意義（P<0.05）；其余參數差異無統計學意義（P>0.05）。見表2、3。
表表 2
不同腰椎層面椎旁肌參數比較（n=82）
Table表 2.
Comparison of paraspinal muscle parameters at different lumbar levels（n=82）
2.2 不同性別椎旁肌參數比較
不同腰椎層面椎旁肌參數比較示，女性各腰椎層面的多裂肌rfCSA和FI、豎脊肌FI、腰大肌FI高于男性，腰大肌rtCSA低于男性；此外，女性L3層面多裂肌rSI、L5層面豎脊肌rfCSA、rSI高于男性，L3層面豎脊肌rtCSA低于男性；上述差異均有統計學意義（P<0.05）。其余各腰椎層面各椎旁肌參數男女性之間比較差異均無統計學意義（P>0.05）。見表4。
表表 4
各腰椎層面椎旁肌參數在不同性別間比較
Table表 4.
Comparison of paraspinal muscle parameters between males and females on different lumbar levels
考慮到單一層面椎旁肌參數可能無法全面反映椎旁肌整體情況，遂采用各腰椎層面椎旁肌參數均值來反映椎旁肌整體情況，并比較了不同性別間椎旁肌參數的差異。結果顯示，女性多裂肌rfCSA、FI和rSI，豎脊肌rfCSA和FI，以及腰大肌FI高于男性，腰大肌rtCSA低于男性，差異均有統計學意義（P<0.05）；其余各椎旁肌參數男女性之間比較差異均無統計學意義（P>0.05）。見表5。
表表 5
各腰椎層面椎旁肌參數均值在不同性別間比較
Table表 5.
Comparison of mean value of paraspinal muscle parameters of each lumbar level between males and females
2.3 椎旁肌參數與年齡等因素的關系
年齡與各椎旁肌rtCSA成負相關（P<0.05），與各椎旁肌FI以及多裂肌和豎脊肌rfCSA、rSI成正相關（P<0.05）；但與腰大肌rfCSA和rSI無相關性（P>0.05）。
身高與各椎旁肌的rfCSA、FI以及多裂肌和豎脊肌rSI成負相關（P<0.05），與豎脊肌和腰大肌rtCSA成正相關（P<0.05）；但與多裂肌rtCSA和腰大肌rSI無相關性（P>0.05）。體質量與豎脊肌和腰大肌rtCSA成正相關（P<0.05），與腰大肌FI成負相關（P<0.05），與其余指標無相關性（P>0.05）。BMI除了與豎脊肌rfCSA和rSI成正相關（P<0.05）外，與其余指標無相關性（P>0.05）。見表6。
表表 6
椎旁肌參數與年齡等因素的相關性分析
Table表 6.
Correlation analysis of paraspinal muscle parameters with age and other factors
表表 3
不同腰椎層面椎旁肌參數兩兩比較
Table表 3.
Pairwise comparison of paraspinal muscle parameters at different lumbar levels
3 討論
椎旁肌是維持脊柱穩定性的重要結構，其退變在腰椎疾病中的作用受到許多研究者關注[2，4，21]。但既往研究主要集中于歐美人群，關于中國健康人椎旁肌特點的研究較少。僅有的一些研究也因研究對象年齡及性別限制、影像學參數單一而無法全面體現椎旁肌特點。鑒于此，本研究詳細描述了不同腰椎水平及整體椎旁肌參數，比較不同性別之間椎旁肌參數差異，探究年齡等因素對椎旁肌退變的影響，為進一步研究健康國人椎旁肌退變提供了一定參考。
3.1 椎旁肌影像學參數特點及變化規律
本研究通過腰椎MRI檢查收集并分析了82名健康國人椎旁肌影像學參數，發現椎旁肌存在一定變化規律。按照脊柱軸線從頭端至尾端，多裂肌及腰大肌的rtCSA逐漸增加，而豎脊肌rtCSA逐漸減小。Menezes-Reis等[22]前瞻性招募了93名志愿者，年齡為20～40歲，通過分析其椎旁肌參數，發現從頭端至尾端多裂肌橫截面積逐漸增加，而豎脊肌橫截面積逐漸減小，本研究結果與其一致。Hyun等[23]在研究退變性腰椎后凸患者椎旁肌參數時納入了20名健康志愿者，其中19名為女性，研究了多裂肌及豎脊肌相對橫截面積的變化情況，本研究結果與其相似。盡管本研究納入人群年齡分布、性別比例與上述研究存在較大差異，但不同層面椎旁肌橫截面積變化規律展示出一定相似性。
此外，多裂肌、豎脊肌和腰大肌的FI及rSI從頭端至尾端逐漸增加。相較于L3層面，L4、L5層面多裂肌、豎脊肌及腰大肌的FI及rSI均存在顯著性差異；而L4層面與L5層面相比，豎脊肌的FI以及rSI也明顯不同。這可能與既往研究提出的“懸臂假說”相關[24]。脊柱是固定在骶骨骨盆上的懸臂，越接近骶骨骨盆所承受的負荷越大[25]，超出生理承受范圍負荷會導致肌肉脂肪化。Menezes-Reis等[22]的研究也發現豎脊肌的脂肪比例從L3至L5層面逐漸增加，多裂肌L5層面的脂肪比例明顯高于L3和L4層面，但其并未發現L3與L4層面多裂肌脂肪比例存在明顯差異。我們的研究結果與之相比存在一定差異，究其原因可能與納入人群年齡、測量方法不同相關。本研究納入人群年齡高于Menezes-Reis等的研究，而既往研究顯示40～60歲人群椎旁肌FI會顯著增加[15]，納入人群年齡差異可能導致退變程度存在差異；測量方法上，本研究選取MRI T2加權像進行測量，而Menezes-Reis等采用T1加權像，測量選取的層面也略有差異。但值得注意的是，椎旁肌的FI及rSI整體呈現出較為一致的變化規律，即頭端至尾端椎旁肌的FI及rSI增加，椎旁肌脂肪化逐漸加重，從側面反映出椎旁肌退變程度逐漸加重。
盡管不同研究納入人群的人種、性別、年齡及測量方法可能存在差異，但是椎旁肌參數沿脊柱軸線方向的變化規律是一致的，多裂肌及腰大肌rtCSA逐漸增加，而豎脊肌rtCSA逐漸減小，多裂肌、豎脊肌及腰大肌的rfCSA、FI以及rSI均逐漸增加。
本研究及既往文獻[2，16-17，21，24]均表明，不同測量平面的椎旁肌參數存在顯著差異。對于測量平面的選擇，目前暫無統一標準，多數以L3至L5層面為主。我們以L3至L5層面測量椎旁肌參數，保證了研究數據的可比性，能夠為后續研究提供更加可靠詳細的參考。采用單一層面數據能夠準確反映局部椎旁肌情況，而采用L3至L5層面椎旁肌參數均值進行分析，能夠體現整體椎旁肌情況。研究者需綜合考慮，選取合適的測量方法和測量指標。
3.2 年齡等因素與椎旁肌退變的關系
既往研究發現年齡[12-13]、性別[16，26]、慢性腰痛[27-28]等因素會影響肌肉組織變化，但是關于健康國人椎旁肌退變的影響因素研究很少。有研究發現椎旁肌FI和年齡及BMI相關[14]，但是其研究對象均為女性，并未對男性國人椎旁肌特點進行研究；其僅測量整塊椎旁肌參數，而未單獨分析多裂肌及豎脊肌的變化情況。為了進一步詳細探究椎旁肌退變情況，本研究對正常人椎旁肌退變的影響因素進行分析，發現年齡、性別、BMI等因素和椎旁肌退變存在一定相關性。
年齡和多裂肌及豎脊肌的rtCSA成顯著負相關，與多裂肌及豎脊肌的rfCSA、FI及rSI成明顯正相關。說明隨著年齡增長，多裂肌及豎脊肌肌肉含量明顯下降，功能面積減少，脂肪化加重，椎旁肌退變程度增加。Lee等[24]發現，和年輕人相比，中老年人的多裂肌和豎脊肌肌肉密度明顯下降；Crawford等[12]研究結果顯示多裂肌及豎脊肌的脂肪信號比例和年齡相關，隨著年齡增長，多裂肌及豎脊肌的脂肪信號比例逐漸增加，但是多裂肌及豎脊肌的體積和年齡無關。對于腰大肌，本研究發現年齡與其FI成顯著正相關，但與其rtCSA成顯著負相關，表明隨著年齡增長，腰大肌含量下降，脂肪化加重，退變程度增加。Dallaway等[29]通過比較12對老年男性和青年男性發現，老年男性的腰大肌FI顯著較高，但是兩組肌肉體積無顯著差異。盡管不同研究關于年齡和椎旁肌參數關系的結果存在一些差異，但均表明年齡和椎旁肌退變相關，并且隨著年齡增長，椎旁肌FI增加，椎旁肌退變程度加重。
此外，我們對不同性別健康人的椎旁肌參數進行分析，結果顯示不同性別之間椎旁肌參數存在顯著差異。和男性相比，女性的腰大肌rtCSA較小，表明女性腰大肌含量更低；而女性的多裂肌及豎脊肌rfCSA，多裂肌、豎脊肌及腰大肌FI和多裂肌rSI顯著較大，提示女性的椎旁肌質量更低、退變程度更重。這與既往研究結果相符。Shahidi等[16]發現女性椎旁肌橫截面積比男性小；Schlaeger等[26]通過分析26名青年志愿者資料也發現了相同結果，女性椎旁肌橫截面積比男性小，脂肪分數比男性高。這些研究結果提示女性椎旁肌退變程度較男性更加顯著。
BMI也是一個潛在影響椎旁肌退變的因素。有研究發現椎旁肌橫截面積與BMI成明顯正相關[6，26]。我們的研究結果顯示BMI與豎脊肌的rfCSA及rSI成顯著正相關，而與椎旁肌的rtCSA雖然無顯著相關，但也呈現出正相關趨勢，與前述研究結果相近。本研究還發現身高與豎脊肌的rtCSA成顯著正相關，而Boissière等[30]通過測量整體椎旁肌體積，發現椎旁肌體積和身高相關。盡管測量方法不同，但是結果都反映出身高可能影響椎旁肌含量。身高還與椎旁肌的FI以及rSI成顯著負相關，提示身高較高者椎旁肌退變程度可能較低。我們的研究結果還發現，體質量與豎脊肌及腰大肌的rtCSA成顯著正相關，體質量較大者椎旁肌含量也較高。為了進一步探究身高、體質量、BMI等因素的影響，需要更大樣本量的試驗驗證本研究結果。
健康志愿者鍛煉情況可能影響椎旁肌退變程度。我們根據其是否規律鍛煉進行分組比較，結果顯示在年齡、性別、身高、體質量、BMI無顯著差異的情況下，椎旁肌參數也無顯著差異。如何客觀統一地量化評價鍛煉強度、制定合理有效的鍛煉計劃有待進一步研究。此外，近來研究發現椎旁肌退變與骨密度相關，Yang等[31]的研究結果顯示骨密度與椎旁肌的FI獨立相關，而非椎旁肌橫截面積；而Han等[32]的研究也發現骨質疏松患者的FI更高。肌肉與骨骼是相輔相成的兩部分，對于椎旁肌退變嚴重者，需注意是否合并骨質疏松；二者之間的關系仍需要深入研究。
3.3 本研究優勢及不足
本研究通過前瞻性招募健康志愿者，分析其椎旁肌影像學參數，全面闡述了健康國人椎旁肌變化特點及影響因素，為進一步開展中國人群椎旁肌相關研究提供了參考。但本研究也存在一些局限和不足。第一，本研究招募人群以北京地區常住人口為主，研究結果可能會受到地域、環境及生活習慣等因素的影響；第二，本研究相較于既往研究樣本量已有所擴大，但仍有限，需要進一步擴大樣本量驗證結果，但；第三，椎旁肌影像學參數均通過手動測量，有一定主觀性，但本研究采用方法的一致性已得到相關研究證實，較為可靠[33-35]，未來可采用深度學習方法，有望簡化椎旁肌參數測量方法；第四，盡管本研究參照既往研究及自身特點制定納入排除標準，但可能存在未知因素會影響研究結果。
綜上述，健康人椎旁肌影像學參數沿脊柱軸線從頭端至尾端呈現一定變化規律，多裂肌及腰大肌rtCSA逐漸增加，豎脊肌rtCSA逐漸減小，而多裂肌、豎脊肌和腰大肌的rfCSA、FI以及rSI逐漸增加；沿脊柱軸線從頭端至尾端，椎旁肌退變程度逐漸增加；年齡、身高、性別與椎旁肌退變相關，而體質量、BMI和椎旁肌退變的關系需要進一步研究。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突
倫理聲明 研究方案經北京大學第三醫院醫學科學研究倫理委員會批準（M2019400）；志愿者均簽署知情同意書
作者貢獻聲明 李危石：提供研究資料，對文章內容作批評性審閱及修改；王偉：研究設計、數據收集整理、統計分析及文章撰寫
脊柱的穩定性依賴于主動亞系統、被動亞系統和神經亞系統的整體調節[1]。作為主動亞系統的組成成分，椎旁肌肉在維持脊柱穩定性中的作用不容忽視。近年來，很多研究結果表明椎旁肌肉量減少、脂肪含量增加和多種腰椎疾病發生密切相關[2-6]。Wan等[7]發現慢性腰背痛患者患側多裂肌及豎脊肌橫截面積與健側相比明顯減小；Danneels等[8]比較了慢性腰背痛患者和健康人椎旁肌CT表現，發現前者L4水平多裂肌橫截面積明顯較小。在腰椎間盤突出癥等退變性疾病的研究中，椎旁肌退變程度與其癥狀、預后也緊密相關[9-11]。
椎旁肌的作用受到越來越多學者關注，但僅有少數研究報道健康人椎旁肌的特點及變化規律。Crawford等[12]通過分析80名健康人資料，發現椎旁肌脂肪浸潤程度隨年齡增長而增加，女性及下腰椎水平椎旁肌受影響程度最大。但是其研究納入人群最大年齡為62歲，缺少老年人相關資料，而老年人恰恰是腰椎退變性疾病的好發人群。Dahlqvist等[13]分析了53名志愿者頸、胸、腰椎旁肌和大腿肌肉情況，也發現年齡及性別會影響腰椎旁肌的脂肪浸潤程度。目前健康人椎旁肌研究主要以白種人為主，而關于中國健康人椎旁肌特點及變化規律的研究很少。種族差異可能會導致椎旁肌特點存在差異，因此探究中國健康人椎旁肌特點和變化規律具有重要參考價值。
近年有研究采用定量CT方法測量我國女性人群的椎旁肌參數，發現椎旁肌脂肪浸潤率和年齡及身體質量指數（body mass index，BMI）相關[14]，但缺乏我國男性人群數據。也有研究[15]通過MRI測量椎旁肌脂肪浸潤比，發現其受年齡、性別等因素影響；但并未測量椎旁肌橫截面積等參數，對椎旁肌評估不夠全面。影像學方法評估椎旁肌的退變情況，主要表現為椎旁肌橫截面積減小、密度下降或脂肪浸潤程度增加[16-19]。目前尚缺乏全面評估中國健康人椎旁肌特點的研究。
鑒于此，本研究通過全面測量健康人椎旁肌影像學參數，總結椎旁肌的特點及各腰椎層面椎旁肌參數變化規律，探究椎旁肌退變的影響因素，為開展國人椎旁肌退變相關研究提供參考。
1 資料與方法
1.1 研究對象
本研究為橫斷面研究，2020年2月—11月于北京地區前瞻性招募健康志愿者。納入標準：① 年齡18～80歲；② 無脊柱疾病史；③ 無脊柱手術史；④ 過去3個月無腰背痛、腰背部外傷史等。排除標準：① 伴有神經肌肉疾病。② 有MRI相關禁忌證。③ 無法完成腰背部肌肉耐力測試，該測試要求志愿者俯臥于檢查床上，在下腹部放置一無彈性墊子或枕頭，高度10 cm左右；志愿者需將胸部或上半身盡量抬高，雙上肢和身體軸線保持平行，雙下肢保持伸直，而頸部處于水平位置[20]。
共82名健康志愿者符合選擇標準納入研究。其中男36名，女46名；年齡21～75歲，平均48.0歲。身高150～183 cm，平均165.6 cm；體質量43～100 kg，平均65.4 kg；BMI 16.7～32.4 kg/m2，平均23.7 kg/m2。18人有規律鍛煉習慣，64人無規律鍛煉習慣。男性志愿者身高、體質量及BMI顯著大于女性志愿者，差異有統計學意義（P<0.05）；而年齡及是否規律鍛煉男女性之間比較差異無統計學意義（P>0.05）。見表1。
表表 1
男女性健康志愿者一般情況比較
Table表 1.
Comparison of general condition of male and female healthy volunteers
1.2 椎旁肌參數及測量方法
所有志愿者均進行腰椎MRI檢查，檢查時囑志愿者保持仰臥位，雙下肢伸直，腰椎處于自然中立位，檢查過程中身體保持平靜狀態。檢查儀器為美國GE公司的Signa HDxt 3.0T，測試序列包括T2加權像（重復時間2 500～4 000 ms，回波時間 80～120 ms），層厚3 mm，每個層面間隙3 mm；掃描及測量層面（以L3～L5層面為主）平行于腰椎椎體下終板，每個志愿者均測量L3、L4、L5 3個層面的影像學參數。
應用Image J軟件測量腰椎MRI T2加權像上椎旁肌，包括多裂肌、豎脊肌及腰大肌的相關參數（各肌肉均進行雙側測量）。測量參數：① 肌肉總橫截面積（total cross-sectional area，tCSA）：橫斷面上肌肉的總面積；② 脂肪橫截面積（fatty cross-sectional area，fCSA）：橫斷面上除純肌肉以外的面積，通過閾值技術測量（圖1）；③ 脂肪浸潤比（fatty infiltration，FI）：橫斷面上脂肪面積與總面積的比值（fCSA/tCSA）；④ 肌肉信號強度（signal intensity，SI）：MRI上肌肉的平均信號值；⑤ 相應層面皮下脂肪SI。為了減小個體身高、體質量、體型對椎旁肌參數的影響，采用肌肉相對總橫截面積（relative total cross-sectional area，rtCSA；tCSA與相應層面椎體面積的比值）、相對脂肪橫截面積（relative fatty cross-sectional area，rfCSA；fCSA與相應層面椎體面積的比值）以及相對信號強度（relative signal intensity，rSI；肌肉SI與相應層面皮下脂肪SI的比值）進行分析。
1.3 統計學方法
采用SPSS24.0統計軟件進行分析。計量資料經Kolmogorov-Smirnov正態性檢驗，符合正態分布的數據以均數±標準差表示，不同腰椎層面間各參數比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD檢驗；不同性別之間各參數比較采用獨立樣本t檢驗。不符合正態分布的數據以M（Q1，Q3）表示，不同腰椎層面間各參數比較采用Kruskal-Wallis檢驗，兩兩比較采用Mann-Whitney U檢驗；不同性別之間各參數比較采用Mann-Whitney U檢驗。通過Pearson或Spearman相關分析椎旁肌參數與年齡、身高、體質量、BMI之間的關系；檢驗水準取雙側α=0.05。
2 結果
2.1 不同腰椎層面椎旁肌參數比較
從L3至L5層面，多裂肌、腰大肌rtCSA、rfCSA及豎脊肌rfCSA逐漸增加，豎脊肌rtCSA逐漸減小；各椎旁肌的FI、rSI均逐漸增加，說明越接近脊柱軸線尾端，椎旁肌退變程度越重。L4、L5層面各椎旁肌各參數與L3層面比較差異均有統計學意義（P<0.05）。而L4層面與L5層面比較，多裂肌rtCSA、rfCSA，豎脊肌rtCSA、FI、rSI，以及腰大肌rtCSA、rfCSA、FI差異均有統計學意義（P<0.05）；其余參數差異無統計學意義（P>0.05）。見表2、3。
表表 2
不同腰椎層面椎旁肌參數比較（n=82）
Table表 2.
Comparison of paraspinal muscle parameters at different lumbar levels（n=82）
2.2 不同性別椎旁肌參數比較
不同腰椎層面椎旁肌參數比較示，女性各腰椎層面的多裂肌rfCSA和FI、豎脊肌FI、腰大肌FI高于男性，腰大肌rtCSA低于男性；此外，女性L3層面多裂肌rSI、L5層面豎脊肌rfCSA、rSI高于男性，L3層面豎脊肌rtCSA低于男性；上述差異均有統計學意義（P<0.05）。其余各腰椎層面各椎旁肌參數男女性之間比較差異均無統計學意義（P>0.05）。見表4。
表表 4
各腰椎層面椎旁肌參數在不同性別間比較
Table表 4.
Comparison of paraspinal muscle parameters between males and females on different lumbar levels
考慮到單一層面椎旁肌參數可能無法全面反映椎旁肌整體情況，遂采用各腰椎層面椎旁肌參數均值來反映椎旁肌整體情況，并比較了不同性別間椎旁肌參數的差異。結果顯示，女性多裂肌rfCSA、FI和rSI，豎脊肌rfCSA和FI，以及腰大肌FI高于男性，腰大肌rtCSA低于男性，差異均有統計學意義（P<0.05）；其余各椎旁肌參數男女性之間比較差異均無統計學意義（P>0.05）。見表5。
表表 5
各腰椎層面椎旁肌參數均值在不同性別間比較
Table表 5.
Comparison of mean value of paraspinal muscle parameters of each lumbar level between males and females
2.3 椎旁肌參數與年齡等因素的關系
年齡與各椎旁肌rtCSA成負相關（P<0.05），與各椎旁肌FI以及多裂肌和豎脊肌rfCSA、rSI成正相關（P<0.05）；但與腰大肌rfCSA和rSI無相關性（P>0.05）。
身高與各椎旁肌的rfCSA、FI以及多裂肌和豎脊肌rSI成負相關（P<0.05），與豎脊肌和腰大肌rtCSA成正相關（P<0.05）；但與多裂肌rtCSA和腰大肌rSI無相關性（P>0.05）。體質量與豎脊肌和腰大肌rtCSA成正相關（P<0.05），與腰大肌FI成負相關（P<0.05），與其余指標無相關性（P>0.05）。BMI除了與豎脊肌rfCSA和rSI成正相關（P<0.05）外，與其余指標無相關性（P>0.05）。見表6。
表表 6
椎旁肌參數與年齡等因素的相關性分析
Table表 6.
Correlation analysis of paraspinal muscle parameters with age and other factors
表表 3
不同腰椎層面椎旁肌參數兩兩比較
Table表 3.
Pairwise comparison of paraspinal muscle parameters at different lumbar levels
3 討論
椎旁肌是維持脊柱穩定性的重要結構，其退變在腰椎疾病中的作用受到許多研究者關注[2，4，21]。但既往研究主要集中于歐美人群，關于中國健康人椎旁肌特點的研究較少。僅有的一些研究也因研究對象年齡及性別限制、影像學參數單一而無法全面體現椎旁肌特點。鑒于此，本研究詳細描述了不同腰椎水平及整體椎旁肌參數，比較不同性別之間椎旁肌參數差異，探究年齡等因素對椎旁肌退變的影響，為進一步研究健康國人椎旁肌退變提供了一定參考。
3.1 椎旁肌影像學參數特點及變化規律
本研究通過腰椎MRI檢查收集并分析了82名健康國人椎旁肌影像學參數，發現椎旁肌存在一定變化規律。按照脊柱軸線從頭端至尾端，多裂肌及腰大肌的rtCSA逐漸增加，而豎脊肌rtCSA逐漸減小。Menezes-Reis等[22]前瞻性招募了93名志愿者，年齡為20～40歲，通過分析其椎旁肌參數，發現從頭端至尾端多裂肌橫截面積逐漸增加，而豎脊肌橫截面積逐漸減小，本研究結果與其一致。Hyun等[23]在研究退變性腰椎后凸患者椎旁肌參數時納入了20名健康志愿者，其中19名為女性，研究了多裂肌及豎脊肌相對橫截面積的變化情況，本研究結果與其相似。盡管本研究納入人群年齡分布、性別比例與上述研究存在較大差異，但不同層面椎旁肌橫截面積變化規律展示出一定相似性。
此外，多裂肌、豎脊肌和腰大肌的FI及rSI從頭端至尾端逐漸增加。相較于L3層面，L4、L5層面多裂肌、豎脊肌及腰大肌的FI及rSI均存在顯著性差異；而L4層面與L5層面相比，豎脊肌的FI以及rSI也明顯不同。這可能與既往研究提出的“懸臂假說”相關[24]。脊柱是固定在骶骨骨盆上的懸臂，越接近骶骨骨盆所承受的負荷越大[25]，超出生理承受范圍負荷會導致肌肉脂肪化。Menezes-Reis等[22]的研究也發現豎脊肌的脂肪比例從L3至L5層面逐漸增加，多裂肌L5層面的脂肪比例明顯高于L3和L4層面，但其并未發現L3與L4層面多裂肌脂肪比例存在明顯差異。我們的研究結果與之相比存在一定差異，究其原因可能與納入人群年齡、測量方法不同相關。本研究納入人群年齡高于Menezes-Reis等的研究，而既往研究顯示40～60歲人群椎旁肌FI會顯著增加[15]，納入人群年齡差異可能導致退變程度存在差異；測量方法上，本研究選取MRI T2加權像進行測量，而Menezes-Reis等采用T1加權像，測量選取的層面也略有差異。但值得注意的是，椎旁肌的FI及rSI整體呈現出較為一致的變化規律，即頭端至尾端椎旁肌的FI及rSI增加，椎旁肌脂肪化逐漸加重，從側面反映出椎旁肌退變程度逐漸加重。
盡管不同研究納入人群的人種、性別、年齡及測量方法可能存在差異，但是椎旁肌參數沿脊柱軸線方向的變化規律是一致的，多裂肌及腰大肌rtCSA逐漸增加，而豎脊肌rtCSA逐漸減小，多裂肌、豎脊肌及腰大肌的rfCSA、FI以及rSI均逐漸增加。
本研究及既往文獻[2，16-17，21，24]均表明，不同測量平面的椎旁肌參數存在顯著差異。對于測量平面的選擇，目前暫無統一標準，多數以L3至L5層面為主。我們以L3至L5層面測量椎旁肌參數，保證了研究數據的可比性，能夠為后續研究提供更加可靠詳細的參考。采用單一層面數據能夠準確反映局部椎旁肌情況，而采用L3至L5層面椎旁肌參數均值進行分析，能夠體現整體椎旁肌情況。研究者需綜合考慮，選取合適的測量方法和測量指標。
3.2 年齡等因素與椎旁肌退變的關系
既往研究發現年齡[12-13]、性別[16，26]、慢性腰痛[27-28]等因素會影響肌肉組織變化，但是關于健康國人椎旁肌退變的影響因素研究很少。有研究發現椎旁肌FI和年齡及BMI相關[14]，但是其研究對象均為女性，并未對男性國人椎旁肌特點進行研究；其僅測量整塊椎旁肌參數，而未單獨分析多裂肌及豎脊肌的變化情況。為了進一步詳細探究椎旁肌退變情況，本研究對正常人椎旁肌退變的影響因素進行分析，發現年齡、性別、BMI等因素和椎旁肌退變存在一定相關性。
年齡和多裂肌及豎脊肌的rtCSA成顯著負相關，與多裂肌及豎脊肌的rfCSA、FI及rSI成明顯正相關。說明隨著年齡增長，多裂肌及豎脊肌肌肉含量明顯下降，功能面積減少，脂肪化加重，椎旁肌退變程度增加。Lee等[24]發現，和年輕人相比，中老年人的多裂肌和豎脊肌肌肉密度明顯下降；Crawford等[12]研究結果顯示多裂肌及豎脊肌的脂肪信號比例和年齡相關，隨著年齡增長，多裂肌及豎脊肌的脂肪信號比例逐漸增加，但是多裂肌及豎脊肌的體積和年齡無關。對于腰大肌，本研究發現年齡與其FI成顯著正相關，但與其rtCSA成顯著負相關，表明隨著年齡增長，腰大肌含量下降，脂肪化加重，退變程度增加。Dallaway等[29]通過比較12對老年男性和青年男性發現，老年男性的腰大肌FI顯著較高，但是兩組肌肉體積無顯著差異。盡管不同研究關于年齡和椎旁肌參數關系的結果存在一些差異，但均表明年齡和椎旁肌退變相關，并且隨著年齡增長，椎旁肌FI增加，椎旁肌退變程度加重。
此外，我們對不同性別健康人的椎旁肌參數進行分析，結果顯示不同性別之間椎旁肌參數存在顯著差異。和男性相比，女性的腰大肌rtCSA較小，表明女性腰大肌含量更低；而女性的多裂肌及豎脊肌rfCSA，多裂肌、豎脊肌及腰大肌FI和多裂肌rSI顯著較大，提示女性的椎旁肌質量更低、退變程度更重。這與既往研究結果相符。Shahidi等[16]發現女性椎旁肌橫截面積比男性小；Schlaeger等[26]通過分析26名青年志愿者資料也發現了相同結果，女性椎旁肌橫截面積比男性小，脂肪分數比男性高。這些研究結果提示女性椎旁肌退變程度較男性更加顯著。
BMI也是一個潛在影響椎旁肌退變的因素。有研究發現椎旁肌橫截面積與BMI成明顯正相關[6，26]。我們的研究結果顯示BMI與豎脊肌的rfCSA及rSI成顯著正相關，而與椎旁肌的rtCSA雖然無顯著相關，但也呈現出正相關趨勢，與前述研究結果相近。本研究還發現身高與豎脊肌的rtCSA成顯著正相關，而Boissière等[30]通過測量整體椎旁肌體積，發現椎旁肌體積和身高相關。盡管測量方法不同，但是結果都反映出身高可能影響椎旁肌含量。身高還與椎旁肌的FI以及rSI成顯著負相關，提示身高較高者椎旁肌退變程度可能較低。我們的研究結果還發現，體質量與豎脊肌及腰大肌的rtCSA成顯著正相關，體質量較大者椎旁肌含量也較高。為了進一步探究身高、體質量、BMI等因素的影響，需要更大樣本量的試驗驗證本研究結果。
健康志愿者鍛煉情況可能影響椎旁肌退變程度。我們根據其是否規律鍛煉進行分組比較，結果顯示在年齡、性別、身高、體質量、BMI無顯著差異的情況下，椎旁肌參數也無顯著差異。如何客觀統一地量化評價鍛煉強度、制定合理有效的鍛煉計劃有待進一步研究。此外，近來研究發現椎旁肌退變與骨密度相關，Yang等[31]的研究結果顯示骨密度與椎旁肌的FI獨立相關，而非椎旁肌橫截面積；而Han等[32]的研究也發現骨質疏松患者的FI更高。肌肉與骨骼是相輔相成的兩部分，對于椎旁肌退變嚴重者，需注意是否合并骨質疏松；二者之間的關系仍需要深入研究。
3.3 本研究優勢及不足
本研究通過前瞻性招募健康志愿者，分析其椎旁肌影像學參數，全面闡述了健康國人椎旁肌變化特點及影響因素，為進一步開展中國人群椎旁肌相關研究提供了參考。但本研究也存在一些局限和不足。第一，本研究招募人群以北京地區常住人口為主，研究結果可能會受到地域、環境及生活習慣等因素的影響；第二，本研究相較于既往研究樣本量已有所擴大，但仍有限，需要進一步擴大樣本量驗證結果，但；第三，椎旁肌影像學參數均通過手動測量，有一定主觀性，但本研究采用方法的一致性已得到相關研究證實，較為可靠[33-35]，未來可采用深度學習方法，有望簡化椎旁肌參數測量方法；第四，盡管本研究參照既往研究及自身特點制定納入排除標準，但可能存在未知因素會影響研究結果。
綜上述，健康人椎旁肌影像學參數沿脊柱軸線從頭端至尾端呈現一定變化規律，多裂肌及腰大肌rtCSA逐漸增加，豎脊肌rtCSA逐漸減小，而多裂肌、豎脊肌和腰大肌的rfCSA、FI以及rSI逐漸增加；沿脊柱軸線從頭端至尾端，椎旁肌退變程度逐漸增加；年齡、身高、性別與椎旁肌退變相關，而體質量、BMI和椎旁肌退變的關系需要進一步研究。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突
倫理聲明 研究方案經北京大學第三醫院醫學科學研究倫理委員會批準（M2019400）；志愿者均簽署知情同意書
作者貢獻聲明 李危石：提供研究資料，對文章內容作批評性審閱及修改；王偉：研究設計、數據收集整理、統計分析及文章撰寫
