椎旁肌脂肪浸润与下肢骨性关节炎的因果关系

The Causal Relationship Between Paraspinal Muscle Fat Infiltration and Lower Limb Osteoarthritis

摘要: 背景：椎旁肌脂肪浸润(PMFI)是椎旁肌退行性变的重要表现，可能导致肌肉力量下降和脊柱稳定性变差，进而引发多种疾病。骨性关节炎(OA)是全球最常见的关节疾病之一，其主要病因之一是关节长期负荷过重。目前尚缺乏探讨PMFI与下肢骨性关节炎联系的研究。本研究旨在探讨椎旁肌脂肪浸润与下肢骨性关节炎之间的关系，为下肢骨性关节炎的预防和治疗提供新的视角。方法：本研究为回顾性单中心研究，选取2021~2023年就诊于中国云南省某大型三甲医院骨科的患者。采用Goutallier分期标准评估椎旁肌脂肪浸润程度，依据Kellgren-Lawrence分级标准评估下肢骨性关节炎程度。利用SPSS 23.0进行数据分析，包括t检验和多因素回归分析。结果：共纳入4018名患者，45岁以下患者占22.08%，46~60岁患者占47.83%，60~75岁患者占21.55%，75岁以上患者占8.54%。男性患者占49.43%，女性患者占50.57%。椎旁肌脂肪浸润0~4期的分布比例分别为9.53%、18.02%、21.90%、29.99%和20.56%；下肢骨性关节炎0~4级的分布比例分别为12.59%、15.31%、17.00%、29.54%和25.56%。t检验结果显示患PMFI的患者群体中，OA患病率显著高于未患PMFI的患者群体(90.98% vs 53.52%, P < 0.001)。多因素回归分析结果显示椎旁肌脂肪浸润分期对是否患OA有显著正向影响(OR = 3.17, P < 0.001)，年龄对是否患OA也有显著正向影响(OR = 1.04, P < 0.001)，而性别对是否患OA的影响不显著(P = 0.093)。结论：椎旁肌脂肪浸润是下肢骨性关节炎的强危险因素，年龄也是其显著正向影响因素，而性别影响不显著。

Abstract: Background: Paraspinal muscle fatty infiltration (PMFI) is an important manifestation of paraspinal muscle degeneration, which may lead to decreased muscle strength and impaired spinal stability, thereby triggering various diseases. Osteoarthritis (OA) is one of the most common joint diseases globally, with one of its main causes being long-term excessive joint load. Currently, there is a lack of research exploring the relationship between PMFI and lower limb osteoarthritis. This study aims to investigate the relationship between paraspinal muscle fatty infiltration and lower limb osteoarthritis, providing a new perspective for the prevention and treatment of lower limb osteoarthritis. Methods: This study is a retrospective single-center study, selecting patients who visited the orthopedic department of a large tertiary hospital in Yunnan Province, China, from 2021 to 2023. The degree of paraspinal muscle fatty infiltration was assessed using the Goutallier classification, and the severity of lower limb osteoarthritis was evaluated according to the Kellgren-Lawrence grading criteria. Data analysis was conducted using SPSS 23.0, including t-tests and multiple regression analysis. Results: A total of 4,018 patients were included, with 22.08% aged under 45, 47.83% aged 46~60, 21.55% aged 60~75, and 8.54% aged over 75. Male patients accounted for 49.43%, and female patients accounted for 50.57%. The distribution proportions of paraspinal muscle fatty infiltration stages 0~4 were 9.53%, 18.02%, 21.90%, 29.99%, and 20.56%, respectively; the distribution proportions of lower limb osteoarthritis grades 0~4 were 12.59%, 15.31%, 17.00%, 29.54%, and 25.56%, respectively. T-test results showed that the prevalence of OA in patients with PMFI was significantly higher than in those without PMFI (90.98% vs 53.52%, P < 0.001). Multiple regression analysis results indicated that the stage of paraspinal muscle fatty infiltration had a significant positive effect on the likelihood of developing OA (OR = 3.17, P < 0.001), and age also had a significant positive effect on the likelihood of developing OA (OR = 1.04, P < 0.001), while the effect of gender on developing OA was not significant (P = 0.093). Conclusion: Paraspinal muscle fatty infiltration is a strong risk factor for lower limb osteoarthritis, and age is also a significant positive influencing factor, while the effect of gender is not significant.

1. 引言

椎旁肌(Paraspinal Muscle, PM)指附着于脊柱周围的肌肉群，在维持脊柱的稳定性和支持脊柱运动方面发挥着重要作用[1]。椎旁肌的退行性变会影响其功能，进而可能导致多种疾病的发生[1]。椎旁肌脂肪浸润(Paraspinal Muscle Fatty Infiltration, PMFI)是椎旁肌退行性变的重要表现之一，其病理变化主要表现为脂肪细胞出现在椎旁肌肌肉间质中[2]。椎旁肌的退变不仅会导致肌肉力量下降，还可能影响脊柱的稳定性，进而引发一系列相关疾病[2]。

骨性关节炎(Osteoarthritis, OA)是全球范围内最常见的关节疾病之一，且其患病率仍呈逐年上升趋势[3]。骨性关节炎可以导致患者出现关节疼痛、僵硬、功能障碍等症状，严重影响其生活质量，增加医疗负担[3]。因此，探索骨性关节炎的危险因素，对于制定有效的预防和治疗策略具有重要意义。

有研究表明，椎旁肌脂肪浸润与多种下肢骨科疾病相关，包括腰痛[4]、腰椎滑脱[5]、腰椎管狭窄[6]、腰间盘突出[7]等。多数研究认为，椎旁肌脂肪浸润引起这些疾病的主要原因是脂肪浸润导致椎旁肌力量下降，脊柱稳定性变差，进而导致下肢负荷过重[8]-[10]，而关节长期负荷过重是骨性关节炎的主要病因[11]。据此，可以推知，椎旁肌脂肪浸润可能是导致下肢骨性关节炎的危险因素。然而目前已经发表的文献中，缺乏探讨椎旁肌脂肪浸润和下肢骨性关节炎联系的研究。因此，本研究将通过分析这两种疾病之间的相关性，旨在为下肢骨性关节炎的预防和治疗提供新的视角。

2. 方法

2.1. 研究设计

本研究为回顾性单中心研究，旨在探讨椎旁肌脂肪浸润与下肢骨性关节炎之间的关系。选取2021~2023年就诊于中国云南省某大型三甲医院骨科的患者作为研究对象。

2.2. 评估方法

(1) 椎旁肌脂肪浸润评估：调取患者的MRI结果，判断其椎旁肌有无脂肪浸润。由于缺乏用于评估椎旁肌脂肪浸润的诊断标准和相关指南，我们借鉴了用于评估肩袖损伤后脂肪浸润程度的Goutallier分期法，将椎旁肌脂肪浸润分为0~4期：0期为肌肉中未见脂肪组织；1期为肌肉中可见少量脂肪组织；2期为肌肉组织中可见少于50%的脂肪浸润；3期为肌肉组织中可见50%脂肪浸润；4期为肌肉组织中可见超过50%脂肪浸润。

(2) 下肢骨性关节炎评估：依据Kellgren-Lawrence分级标准，将下肢骨性关节炎分为0~4级：0级为无病变的正常关节；1级为可疑关节腔狭窄及微小骨赘；2级为明确可见小骨赘；3级为可见中等骨赘，明确可见关节腔狭窄及软骨下骨硬化；4级为可见大量骨赘，关节腔严重狭窄及明显的软骨下骨硬化。

2.3. 数据分析

采用SPSS 23.0进行数据分析，比较不同椎旁肌脂肪浸润程度患者的下肢骨性关节炎发病率和严重程度，分析两者之间的相关性。采用多因素回归分析法，控制混杂因素，评估椎旁肌脂肪浸润对下肢骨性关节炎的独立影响。

3. 结果

3.1. 患者基线数据

分析患者基线数据，45岁以下患者共有887名，占总人数的22.08%；46~60岁共有1922名患者，占比最高，达到47.83%；60~75岁患者有866名，占21.55%；75岁以上患者有343名，占比8.54%。性别分布上，男性患者共有1986名，占总人数的49.43%；女性患者共有2032名，占比略高于男性，为50.57%。详见表1。

3.2. 患者患病情况

患者的患病情况如表2所示。分析FI分期情况，有383名患者处于0期，占比9.53%；有724名患者处于1期，占比18.02%；有880名患者处于2期，占比21.90%；有1205名患者处于3期，占比最高，达到29.99%；有826名患者处于4期，占比20.56%。对于OA分级情况，有506名患者处于0级，占比12.59%；有615名患者处于1级，占比15.31%；683名患者处于2级，占比17.00%；1187名患者处于3级，占比29.54%；1027名患者处于4级，占比25.56%。

Table 1. Baseline data of patients

表1. 患者基线数据

		人数	百分比(%)
年龄	45岁以下	887	22.08
	46~60岁	1922	47.83
	60~75岁	866	21.55
	75岁以上	343	8.54
性别	男性	1986	49.43
	女性	2032	50.57

Table 2. Patient disease status

表2. 患者患病情况

		人数	百分比(%)
FI分期	0	383	9.53
	1	724	18.02
	2	880	21.90
	3	1205	29.99
	4	826	20.56
OA分级	0	506	12.59
	1	615	15.31
	2	683	17.00
	3	1187	29.54
	4	1027	25.56

3.3. Student-t检验

利用Student-t检验比较患FI和未患FI的患者患OA的情况。由表3可知，所有患者中共有383人未患FI，其中205人患OA，178人未患OA，OA患病率为53.52%；共有3635人患FI，其中3307人患OA，328人未患OA，OA患病率高达90.98%。t检验结果显示，未患FI群体和患FI群体中，OA患病率有显著差异(P < 0.001)。

Table 3. Results of t-test

表3. t检验结果

	人数	患OA人数	未患OA人数	OA患病率(%)	P值
未患FI	383	205	178	53.52	<0.001
患FI	3635	3307	328	90.98

3.4. 多因素回归分析

为了进一步确定患OA风险的影响因素，以是否患OA为因变量，年龄、性别、FI分期为自变量进行了多因素回归分析(见表4及图1)。模型整体检验显示，对4018条有效数据进行分析，似然比卡方检验的统计量为899.74，P值 < 0.001，说明模型中所有自变量整体对因变量的影响显著。其调整R²为0.2957，表示模型解释了因变量变异的29.57%，说明该模型的拟合效果较好，能够解释因变量变异的较大比例。

Table 4. Results of multivariate regression analysis

表4. 多因素回归分析结果

变量	OR	标准误	95%CI	z值	P值
年龄	1.04	0.007	1.03~1.05	6.52	<0.001
性别	1.2	0.133	0.96~1.49	1.68	0.093
FI分期	3.17	0.189	2.82~3.56	19.32	<0.001

Figure 1. Results of multivariate regression analysis

图1. 多因素回归分析结果

分析各自变量对因变量的影响，其中年龄的优势比(Odds Ratio, OR)为1.04，P值 < 0.001，优势比大于1且P值小于0.001，说明年龄对是否患OA的影响显著正向。年龄每增加1岁，患OA的优势比增加约4.54%，即年龄越大，患OA的风险相对增加。性别的P值为0.093P值大于0.05，说明性别对是否患OA的影响不显著。FI分期的OR为3.17，P值 < 0.001。优势比大于1且P值小于0.001，说明椎旁肌脂肪浸润程度对是否患OA有显著正向影响。患者的FI分期每增加1期，患OA的风险增加2.17倍，表明脂肪浸润是患OA的强危险因素。

综上所述，椎旁肌脂肪浸润分期对是否患OA有显著正向影响，是患OA的强危险因素；年龄对是否患OA有显著正向影响，即年龄越大，患OA的风险相对增加；性别对是否患OA的影响不显著。整体模型的拟合效果较好，能够解释较大比例的因变量变异。

4. 讨论

椎旁肌脂肪浸润是椎旁肌退行性病变的典型表现之一，其可能导致肌肉力量减弱、椎体稳定性变差，进而导致下肢负荷增加，引起诸多下肢骨科疾病[12]-[14]。下肢骨性关节炎是骨科常见疾病，其主要病因之一是下肢长期负荷过重，导致关节磨损、骨赘生成、关节腔变窄，引起疼痛、肿胀、关节活动受限等症状[15] [16]。据此，可推知椎旁肌脂肪浸润可能通过影响椎体稳定性、增加下肢关节负荷，导致下肢骨性关节炎的风险增加，但目前发表的文献中依然缺乏相关的研究。因此，我们进行了本研究，旨在探明椎旁肌脂肪浸润与下肢骨性关节炎之间的关系，为下肢骨性关节炎的预防和治疗提供新的视角。

研究结果显示，椎旁肌脂肪浸润是下肢骨性关节炎的强危险因素，多因素回归分析显示其OR高达3.17，即椎旁肌脂肪浸润每增加一期，患下肢骨性关节炎的风险增加2.17倍。有文献表明，椎旁肌脂肪浸润可导致肌肉功能下降，影响脊柱和下肢稳定性，导致下肢力线偏移，增加关节负荷[17]。长期处于超负荷状态下的关节会发生关节磨损、软骨骨化等病变，进而导致骨赘生成、关节腔变窄，最终导致关节发生肿胀、疼痛、活动受限，即为骨性关节炎。这可能是椎旁肌脂肪浸润增加下肢骨性关节炎患病风险的主要潜在机制。

此外，通过对其他因素的回归分析，我们还发现，年龄对下肢骨性关节炎也存在影响。研究结果显示，随着年龄的增长，下肢骨性关节炎的风险也相应增加，年龄每增长1岁，下肢骨性关节炎的风险增加4.54%。这与已发表的多数研究结果一致[18]。其潜在机制可能是年龄增长所造成的一系列退行性病变，如关节软骨退化、骨质增生、骨密度下降等[18]-[20]。骨质增生可直接导致骨赘形成，关节腔变窄，引发骨性关节炎[21]；关节软骨退化和骨密度下降则可能通过关节受力情况改变[22] [23]、关节负荷加重[24] [25]等途径，导致关节腔内病变，进而发生骨性关节炎。

与以往研究不同，我们的研究结果显示，性别对骨性关节炎发病风险的影响并不显著。以往的研究大多认为，由于女性绝经后雌激素水平下降，导致大量骨质被分解入血，进而引发骨质疏松等疾病，因此绝经期女性的骨关节炎发病率应当高于同年龄段男性。然而这一现象在本研究中并未发现，这可能是由于本研究所选取的研究对象位于云南，该地区地处中国西南边陲，地形多山，大量人群的主要经济来源依赖农业。患者日常从事高强度的农业活动所导致的关节磨损较为严重，掩盖了因雌激素波动所导致的骨性关节炎发病率变化。

在发病机制方面，椎旁肌浸润与脊柱生物力学变化密切相关。椎旁肌是脊柱稳定系统的重要组成部分，在维持脊柱结构和功能稳定中起到重要作用[26]。椎旁肌脂肪浸润是肌肉退变的重要标志，可导致肌肉收缩能力降低，进而削弱其对脊柱的支撑和稳定作用，导致脊柱生物力学的改变[26]。此外，生物力学负荷也可能是椎旁肌脂肪浸润的加重因素。有研究表明，靠近椎间盘旋转中心的多裂肌更容易出现脂肪浸润[27]，研究者认为，这可能与局部生物力学负荷有关。椎旁肌脂肪浸润与脊柱生物力学变化相互影响，进一步加重病情，引发椎间盘压力分布不均、脊柱曲度改变等多种症状。

脊柱的生物力学变化，尤其是矢状面的失衡，会对下肢关节产生显著影响。有研究表明，严重的脊柱矢状面失衡会导致膝关节角度的显著改变，进而增加膝关节骨关节炎的风险[28]。此外，盆骨和膝关节在这种失衡状态下会参与代偿，导致盆骨后倾和膝关节屈曲，进而增大关节负荷，导致骨关节炎发生[28]。

本研究具有较为重要的临床意义。研究强调，在临床实践中，对于存在椎旁肌脂肪浸润的患者，尤其是中老年人群，应当加强早期识别和干预，以减缓骨性关节炎的发病。结合骨性关节炎的其他危险因素，如肥胖、高强度体力活动、关节损伤史等，对高危人群开展定期检查和早期干预，以改善肌肉功能，延缓骨性关节炎的发生发展。

本研究具有多项优点。首先，本研究是所有我们所搜索到的文献中，首例将椎旁肌脂肪浸润和下肢骨性关节炎联系到一起，证明了椎旁肌脂肪浸润是下肢骨性关节炎的危险因素，并提出了可能的潜在机制的文章。其次，本研究为回顾性单中心研究，有利于统一数据收集和处理的标准，减少不同中心之间的差异对研究结果的影响，确保数据的同质性和可比性，提高研究结果的内部一致性。此外，本研究纳入了4018条有效数据，样本量较大，能够提高统计分析的稳定性和结果的可靠性，使得研究结论更具代表性和说服力。本研究采用多因素回归分析方法，同时考虑了年龄、性别、椎旁肌脂肪浸润分期等多个潜在的影响因素，能够更全面地评估各因素对下肢骨性关节炎的影响，揭示不同因素之间的相互作用和相对重要性，为理解骨性关节炎的复杂病因提供更深入的见解。多因素回归模型的调整R²为0.2957，说明模型能够解释因变量变异的较大比例，拟合效果较好，这为研究结论的可靠性和外推能力提供了有力支持，使得研究结果更具有实际应用价值。

本研究也不可避免地存在局限性。本研究为单中心研究，虽然具有数据同质性和可比性较高的优势，但由于单中心研究所选择的样本均来自同一个医院，可能导致一定的选择偏倚，导致研究结果外推至其他地区、民族、文化背景的人群时说服力有限。且本研究为回顾性研究，无法排除混杂因素的影响，例如患者职业、运动习惯、BMI等。此外，本研究缺乏对患者长期随访的数据，无法全面评估椎旁肌脂肪浸润和下肢骨性关节炎的长期发展过程及其相互关系，限制了对疾病自然病程和预后因素的深入理解。

对于未来的研究方向，我们呼吁学者们对椎旁肌脂肪浸润导致下肢骨性关节炎的细胞和分子机制进行进一步深入探讨，以深化我们对这两项疾病之间相关机制的了解。在临床研究方面，我们建议开展与椎旁肌脂肪浸润相关的骨性关节炎防治措施的研究，以优化现有防治方案，提高临床效果。此外，我们强调进行多中心、大样本研究的必要性，以提高研究结果的外推能力，惠及更多人群。

5. 结论

本研究通过对患者基线数据和患病情况的详细分析，结合统计学方法，揭示了椎旁肌脂肪浸润与下肢骨性关节炎之间的关系，并探讨了其他相关因素对下肢骨性关节炎的影响。

椎旁肌脂肪浸润是下肢骨性关节炎的关联的强危险因素。t检验结果显示，患FI和未患FI的患者群体中，OA患病率有显著差异(P < 0.001)。多因素回归分析结果显示，椎旁肌脂肪浸润分期对是否患OA有显著正向影响，是患OA的强危险因素。FI分期每增加1期，患OA的风险增加2.17倍。

年龄对下肢骨性关节炎风险有显著正向影响。多因素回归分析显示，年龄每增加1岁，患OA的风险增加4.54%。

性别对下肢骨性关节炎患病风险的影响不显著。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。