杨曦 | Modic改变对椎间融合术的影响及其处理措施研究进展

肖洋，杨曦 

四川大学华西医院骨科 骨科研究所（成都  610041）

通信作者：杨曦

关键词：腰椎；Modic改变；椎间融合；处理措施

引用本文： 肖洋, 杨曦. Modic改变对椎间融合术的影响及其处理措施研究进展. 中国修复重建外科杂志, 2023, 37(8): 1026-1030. doi: 10.7507/1002-1892.202302007  

摘要

目的 

综述Modic改变及其对椎间融合术影响的相关研究进展。 

方法

广泛查询国内外关于Modic改变及其对椎间融合术影响的文献，总结Modic改变的病因，并探讨Modic改变对椎间融合术不良影响的处理措施。 

结果

Modic改变的病因尚不明确，可能与机械因素、自身免疫因素、低毒性感染因素以及遗传因素有关。Modic改变可能导致椎间融合术后融合失败、融合器下沉。可通过术前评估终板硬化、减少医源性终板损伤、精细处理椎间隙、管理骨质疏松及选择合适融合器等措施，预防或减少融合失败或融合器下沉。

结论

Mo-dic改变在椎间融合术后可能导致融合失败、融合器下沉，围术期采取积极措施干预Modic改变有助于改善临床预后。

正　文

Modic改变是指软骨终板下骨性终板和相邻骨髓在MRI上的信号强度变化。Modic改变多见于中老年脊柱退行性变患者，也可见于长期服用激素及长期姿势不良的中青年人群。研究已证实Modic改变在腰椎退行性疾病患者中的发病率（19%～59%）高于正常人群（6%）[1-4]。目前腰椎退行性疾病（如腰椎管狭窄、腰椎滑脱等）主要治疗方式为椎间融合，但Modic改变可能导致此类患者椎间融合术后出现融合失败、融合器下沉。本文将对Modic改变的发生、发展，对腰椎融合的影响及其处理措施等方面进行综述。

1、Modic改变的病因及分型

Modic改变的病因目前仍不清楚，可能与机械因素、自身免疫因素、低毒性感染因素以及遗传因素等密切相关。有研究[5-6]认为椎间盘退变与Modic改变密切相关。当椎间盘中的蛋白聚糖丢失后，椎间盘逐渐发生退变，从而无法缓冲及提供椎体间活动能力，终板承受应力随之增加，反复的力学负荷使终板发生微骨折，骨折处形成肉芽组织，软骨下骨髓血管化，改变骨髓微环境后出现椎体脂肪浸润、纤维化和钙化以及松质骨等病理改变，导致Modic改变。此外，当终板发生微骨折后，若终板承受的压力超过其阈值会导致终板骨小梁发生骨折，这也可能导致Modic改变。尤其是骨质疏松患者，骨质丢失、骨骼脆性增加，终板承受纵向压力和横向剪切力的阈值更低，更易发生微骨折。另外有研究[6-7]认为，髓核暴露于自身免疫系统触发的自身免疫反应是Modic改变形成的原因。髓核自胎儿期开始便不再与机体免疫系统接触，形成免疫耐受，当外周椎间盘损伤及终板微骨折后，髓核可通过上、下终板进入循环系统被自身免疫系统识别，触发免疫反应，引发辅助性T细胞分化为Th2细胞，释放IL-6、IL-8、TNF-α等细胞因子，诱导Modic改变形成。部分学者还认为椎间隙的低毒性细菌感染也可能导致Modic改变。当椎体终板被破坏后，低毒性细菌（如痤疮丙酸杆菌）通过血液运输到达椎间盘并在椎间盘的无氧环境中定植，诱导Modic改变发生。Dudli等[8]利用大鼠模型，通过向椎间盘注射痤疮丙酸杆菌，在MRI上成功观察到Modic改变。另外，Applebaum等[6]发现IL-1A和基质金属蛋白酶3（matrix metalloproteinase 3，MMP-3）与Ⅱ型Modic改变相关，但二者导致Modic改变的机制尚未可知。

腰痛是全球范围内残障负担的重要原因之一，而Modic改变是导致腰痛的潜在因素之一。随着影像技术的进步以及人口老龄化加剧，Modic改变发病率正逐年增加，了解Modic改变发生的危险因素对其预防和治疗至关重要。其发生的危险因素可分为椎间盘或终板损伤、全身因素以及脊柱负荷过载。椎间盘或终板损伤因素包括椎间盘退变、突出、椎间隙狭窄、终板缺损以及Schmorl结节[6，9]。全身因素包括年龄、吸烟以及遗传因素等。脊柱负荷过载因素则囊括了肥胖、脊柱畸形、高职业负荷等[7]。值得注意的是，因Modic改变的机制尚未阐明，上述因素可能既参与Modic改变的发病过程，又是Modi改变的危险因素。

Modic改变目前最常用的分型方法为Modic分型[10-12]：①Ⅰ型（炎症水肿期）：终板破裂后，纤维血管组织长入终板及终板下骨质，形成局部炎症、水肿反应，在MRI上表现为T1WI低信号、T2WI高信号；②Ⅱ型（脂肪期或黄骨髓期）：黄骨髓替代原有红骨髓，同时终板及终板下骨质有大量脂肪组织沉积，在MRI上表现为T1WI高信号、T2WI等信号或轻度高信号；③Ⅲ型（骨质硬化期）：硬化的骨组织替代正常软骨或骨组织，在MRI上表现为T1WI低信号、T2WI低信号。此外，Ⅲ型Modic改变是典型的硬化骨，可以在腰椎CT三维重建上充分显像。因此，腰椎CT三维重建也可作为Modic改变的辅助诊断手段。

2、Modic改变的临床意义 

Modic改变能够影响椎间盘退变程度。Teichtahl等[13]招募72例患者，通过MRI评估椎间盘退变程度，发现椎间盘严重退变均与Modic改变相关。Özcan-Ekşi等[14]研究发现在Modic改变的患者中椎间盘严重退变更常见，尤以Ⅰ型Modic改变和累及整个终板的Modic改变为甚。Xiao等[15]筛选了345例下腰痛和腿痛患者完善腰椎MRI检查，对椎间盘退变程度、Modic改变、Modic改变面积进行评估，发现椎间盘退变程度与Modic改变面积成正相关，并进一步提出可通过Modic改变面积来反映腰椎间盘退变程度。

Modic改变与腰痛显著相关[16]。与无腰痛患者相比，腰痛患者的Modic改变发生率更高，并且Ⅰ、Ⅱ型Modic改变与下腰痛程度显著相关[17]。研究发现，与无Modic改变患者相比，Modic改变患者发生下腰痛频率更高，且腰痛症状持续时间更长[18]。发生Modic改变时，受损终板可通过机械和化学刺激对痛觉感受器进行刺激，从而引发疼痛[7]。此外，研究还发现Modic改变面积与Oswestry功能障碍指数（ODI）成正相关[19]。

Modic改变与腰椎矢状位失衡相关。Mu等[9]和Lan等[20]分别测量了Modic改变患者及无Modic改变患者的腰椎矢状位参数，发现前者腰椎矢状位参数（尤其是腰椎前凸角和骶骨倾斜角）显著低于后者。Wu等[21]进一步验证了Modic改变患者的骨盆入射角和腰椎前凸角低于无Modic改变患者，并通过多因素分析得出低骨盆入射角是Modic改变发生的危险因素。此外，还有研究证实Ⅰ型Modic改变、重度Modic改变（受累范围更广）、多节段Modic改变与腰椎矢状位失衡显著相关[22]。

综上，Modic改变与椎间盘退变、腰痛、腰椎矢状位失衡相关，但目前无关于Modic改变的具体诊疗指南。目前，腰椎退行性疾病多选择椎间融合手术治疗，这不仅能给大多数腰椎退行性疾病患者带来理想疗效，也对Modic改变有益。腰椎退行性疾病合并Modic改变行椎间融合术可以在术中对终板进行处理，冲洗椎间隙、减少炎症介质，减少由Modic改变引发的腰痛，还可以恢复椎体间稳定性，防止终板进一步损伤。但Modic改变因其椎间隙炎症环境及部分存在的终板硬化，可能会对椎间融合效果产生不利影响，从而影响患者预后。Modic改变对椎间融合术的影响也因椎间融合术式不同存在差异。

3、Modic改变对腰椎椎间融合的影响 

3.1融合失败 

Modic改变可以通过影响融合区血供、释放炎症介质影响成骨，从而导致融合失败。Kwon等[23]的研究显示，Modic改变组经后路腰椎椎间融合术（posterior lumbar interbody fusion，PLIF）术后融合率低于无Modic改变组。此外，伴有终板硬化的Modic改变也可通过影响植骨融合区的营养和血供，从而影响植骨融合[24]。既往研究[10-11，25]普遍认为终板硬化只存在于Ⅲ型Modic改变中，Ⅰ、Ⅱ型不存在终板硬化，因此在相关报道中，Ⅲ型Modic改变融合率显著低于Ⅰ、Ⅱ型。但之后相关研究[26-27]对伴有Modic改变的椎体行CT扫描发现，终板硬化可发生在任何类型Modic改变中，以Ⅱ型居多，而Ⅲ型则是终板硬化程度更高。Li等[24]的研究显示，PLIF术后伴终板硬化的Ⅱ型Modic改变组融合率显著低于无终板硬化的Ⅱ型Modic改变组和无Modic改变组。周兴等[28]研究显示，Modic改变与以TNF-α为代表的炎症反应显著相关，而TNF-α可通过调控非编码小RNA影响BMSCs的成骨分化过程，进而影响融合。以上研究表明，融合区血供变少及炎症介质等均是Modic改变引起融合失败的危险因素，这为如何避免椎间植骨融合失败提供了思路。

3.2融合器下沉 

融合器的弹性模量和人体骨相差较大，其本身就可能导致终板切割、下沉，即在融合过程中这种弹性模量差异会导致融合器出现轻微下沉，属于正常现象。但若植入融合器处的终板被破坏，将导致融合器下沉速率增加，在骨性融合之前便完全陷入椎体内。马辉[29]的研究显示，Ⅰ、Ⅱ型Modic改变组在PLIF术后出现终板塌陷的比例高于无Modic改变组。王牧一等[30]的研究发现，Modic改变可显著增加经椎间孔椎间融合术后融合器下沉风险，尤其是Ⅰ、Ⅱ型Modic改变。Liu等[31]的研究发现，斜外侧腰椎椎间融合术后无Modic改变组融合器下沉发生率高于Modic改变组，伴有终板硬化的Modic改变有一定防止融合器下沉作用。上述研究表明，Modic改变对融合器下沉的影响可能与病变终板、术式及术中操作有关。另外，有研究表明[32-33]Modic改变对融合器下沉的影响还可能与骨密度、身体质量指数等因素有关，二者之间的相关性还需进一步探索。

4、Modic改变不良影响的干预措施 

4.1术前评估Modic改变是否伴有终板硬化 

不同分型的Modic改变均可伴随终板硬化，以Ⅱ型Modic改变居多，伴终板硬化的Ⅱ型Modic改变融合率显著低于不伴终板硬化的Ⅱ型Modic改变[24]。但因终板硬化在MRI T1WI、T2WI上表现为反应性低信号，可被脂肪的高信号覆盖，MRI检查可能无法准确判断是否存在终板硬化[34]。因此，对于Modic改变患者，术前准确评估是否伴有终板硬化非常必要。可在术前行三维CT检查评估Modic改变患者是否存在终板硬化，若为局部轻微终板硬化，仍可行椎间融合，同时推荐在非硬化区域椎间加强植骨；若为广泛且程度较重的终板硬化，则推荐术前充分与患者沟通融合失败风险，术中仔细处理椎间隙，并增加椎间植骨质量，必要时可取自体髂骨辅助椎间植骨[24]。

4.2减少医源性终板损伤 

椎间融合术中对病变终板进行处理，可消除疼痛根源、恢复椎体间稳定性。术中去除病变终板时可稍增加清理程度，减少终板表面渗血，增加植骨区的营养和血供，促进融合[35]。但若术中对终板过度清理，则可能导致医源性终板损伤，从而增加融合器下沉速率及融合失败风险。另外，终板损伤可导致Modic改变发生[7，36]，故在椎间融合术中需谨慎处理病变节段终板，尽可能减少医源性终板损伤，切勿过多切除骨性终板，避免未合并Modic改变的患者术后出现Modic改变。

4.3椎间隙的处理 

TNF-α可促进Modic改变的发生。髓核暴露引发自身免疫反应而产生的TNF-α在局部扩散，在Modic改变形成过程中扮演着重要角色，故TNF-α抗体对Modic改变具有一定疗效。类固醇激素具有抗炎作用，于椎间盘使用还能起到止痛效果。尽管目前TNF-α抗体、类固醇激素治疗Modic改变的远期疗效尚未明确，但椎间融合术中反复冲洗椎间隙或局部应用皮质醇激素浸润，可能有助于减轻此类患者Modic改变的炎症反应，从而起到促进融合的作用[37]。

已有研究证实，椎间融合术中使用重组人BMP-2可提高短期融合率并缩短融合时间，同时可避免自体髂骨移植带来的供区并发症和同种异体骨移植带来的免疫排斥反应[38-39]。虽然重组人BMP-2对腰椎椎间融合能起到较好促进作用，但目前尚无直接证据证明其对Modic改变患者的椎间融合有直接影响，还需要更多研究明确。

4.4抗骨质疏松治疗 

骨质疏松与Modic改变具有相关性。有研究指出Modic改变的发生率随椎体骨密度降低而升高[40]。Yu等[41]报道显示，与无骨质疏松患者相比，骨质疏松患者融合器下沉和融合失败风险更高。故在椎间融合术前应完善骨密度检查，对合并骨质疏松患者需在围术期积极抗骨质疏松治疗，以减少术后融合器下沉及融合失败的发生[42]。

4.5融合器的选择 

椎间融合术中需植入融合器或骨替代物来重建椎体序列、维持椎体间稳定性以及促进融合。目前临床上运用较为广泛的植入物是聚醚醚酮融合器，但其本身为生物惰性融合器，植入体内后易出现融合器-骨界面纤维瘢痕增生，引起融合器松动导致融合失败。此外，由于缺乏生物活性，聚醚醚酮融合器在Modic改变的椎间隙中达到骨性融合所需时间可能更长。因此，具有生物活性的融合器有更广阔的临床应用前景。为提高融合器的生物相容性或成骨活性，以3D打印钛合金、纳米羟基磷灰石/聚酰胺66以及生物活性玻璃为代表的新型融合器相继应用于临床[43-46]，这些融合器能否对合并Modic改变的椎间融合起到促进作用，还需要更多研究予以证实。

5、小　结

腰椎退行性疾病合并Modic改变患者行椎间融合术时，Modic改变会对椎间融合产生不良影响，如融合失败、融合器下沉等。尽管产生这些不良影响的具体原因并未完全明确，但术前仔细评估选择恰当治疗方案、与患者充分沟通、加强抗骨质疏松治疗等措施，对于避免患者术后出现融合失败和融合器下沉具有积极意义。对于此类患者，加强椎间隙术中处理，提高椎间植骨质量能够有效减少术后融合失败并发症的发生，而使用重组人BMP-2或新型生物活性融合器是否有助于提高治疗效果，有待进一步研究探索。

参考文献：略

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