脊柱结核与化脓性脊柱炎全身与局部骨结构比较△
时间：2023-02-18 22:40:04 来源：千叶帆 本文已影响人
李石磊，张宏其*，李 韬，袁小港，郭超峰，唐明星，刘少华，李艳冰，易小平，高琪乐
（中南大学湘雅医院 a:骨科脊柱外科；
b:检验科；
c:放射科，湖南长沙 410008）
脊柱结核（spinal tuberculosis,STB）是肺外结核最常见的形式，占所有结核病的1%～2%，它是最常见的骨关节结核，约占骨关节结核的50%[1，2]。化脓性脊柱炎（pyogenic spondylitis,PS）是一种相对罕见的非特异性脊柱感染，近年来其发病率因慢性消耗性疾病患者的预期寿命提高而增加。PS多为单一病原菌感染致病，其中金黄色葡萄球菌感染的发生率约为30%～80%，而革兰氏阴性菌感染的发生率约为25%[3，4]。脊柱感染的诊断一般通过综合考虑患者的临床表现、实验室检验、组织病理学检查以及包括MRI在内的放射影像学检查[5]。然而STB和PS在临床表现上相似，普通血清学指标也缺乏良好的特异性，一些针对结核分枝杆菌的特异性检查，如干扰素-γ释放实验、T-SPOT、结核菌素试验等在鉴别诊断上，灵敏度与特异度也往往无法满足临床需求[6，7]。同时STB与PS的影像学检查都可以出现骨质破坏、死骨、病灶周围硬化骨、椎旁脓肿[6～8]等表现，因此，如何早期、快速、无创地对二者进行鉴别诊断是困扰临床医师的一大难题。这直接影响临床医生早期制定更有效的治疗方案以及减少耐药事件的发生。
CT成本较低、普及面大、无创高效，且在评估脊柱骨质破坏和死骨形成方面有独特优势[8]。目前国内外对不同感染因素造成的全身及局部骨密度变化报道较少，更缺乏不同感染之间病灶骨微结构变化的对比研究；
因此作者拟通过观察STB和PS患者的骨密度、椎体CT值及病灶周围骨小梁情况，比较这两类患者病灶骨质的影像学差异，以期为临床上对二者的鉴别诊断提供新的靶标。
1.1 纳入与排除标准
纳入标准：（1）影像学示脊柱骨质破坏并经手术治疗者；
（2）病灶组织标本经培养、PCR或者病原学宏基因检测确定致病菌为结核分枝杆菌和非特异性化脓性细菌者；
（3）临床资料完整。
排除标准：（1）脊柱肿瘤患者；
（2）致病因素为其他特异性感染，包括布鲁氏杆菌、病毒和真菌感染，所致的脊柱骨质破坏患者；
（3）多重感染和免疫缺陷者。
1.2 一般资料
2018—2020年，就诊于湘雅医院脊柱外科的36例患者，符合以上标准，纳入本研究。病变部位累及颈椎3例、胸椎5例、腰椎20例，同时累及胸腰椎6例，同时累及腰骶椎2例。其中，STB 18例，PS 18例，包括革兰氏阳性9例，革兰氏阴性9例。两组一般资料见表1，两组年龄、性别、BMI、病程的差异均无统计学意义（P＞0.05）。本研究得到中南大学伦理委员会的批准，所有患者均知情同意。
表1 两组患者一般资料与比较
1.3 骨密度检测
术前应用双能X线骨密度仪检查，测量股骨颈部、腰椎、股骨转子区及股骨Ward三角区的骨密度，并用这些指标代表患者全身骨密度情况。
1.4 CT检查
CT检查仪扫描患者病灶骨及病灶周围骨，测量病灶椎体及其相邻椎体的CT灰度值（随机取硬化部位、正常邻椎骨部位4个点，测其CT值，以平均值作为该病例该部位的CT值）[9]。比较两组CT灰度值。
1.5 组织获取与显微CT检测
所有患者接受病灶清除术，术中获取病灶周围块状硬化骨。通过性别匹配，获得STB和PS病灶硬化骨各3例；
用micro-CT扫描仪对病灶硬化骨进行扫描，比较两组病灶硬化骨的骨小梁体积分数、骨小梁厚度、骨小梁分离度。
1.6 统计学方法
采用SPSS 25.0统计软件包进行数据分析。计量资料以±s表示，资料呈正态分布时，两组间比较采用独立样本t检验；
资料呈非正态分布时，采用Mann-whitney U检验。计数资料采用x2检验或Fisher精确检验。P＜0.05为差异有统计学意义。
2.1 骨密度检查结果
36例患者中，共12例STB和12例PS术前进行全身骨密度检查。骨密度检查结果见表2，STB组与PS组腰椎总和骨密度、股骨颈部骨密度、转子区骨密度、Ward三角区骨密度的差异均无统计学意义（P＞0.05）。
表2 STB与PS两组骨密度检测结果（g/cm3，xˉ±s）与比较
PS的12例患者中，革兰染色阳性6例，革兰染色阴性6例，两组骨密度检查结果见表3，两组间腰椎总和骨密度、股骨颈部骨密度、转子区骨密度、Ward三角区骨密度的差异均无统计学意义（P＞0.05）。
表3 PS患者革兰氏阳性与阴性的骨密度检测结果（g/cm3， ±s） 与比较
表3 PS患者革兰氏阳性与阴性的骨密度检测结果（g/cm3， ±s） 与比较
部位P值腰椎总合股骨颈部股骨转子区股骨Ward三角区革兰阳性组（n=6)0.87±0.12 0.73±0.09 0.59±0.12 0.54±0.13革兰阴性组（n=6)0.85±0.07 0.70±0.12 0.67±0.12 0.58±0.15 0.719 0.698 0.292 0.625
2.2 CT影像检查结果
36例患者均进行了术前CT扫描，CT检查所见见图1，CT灰度值测量结果见表4。测量术前CT结果显示：STB组的病椎CT灰度值明显大于PS组，差异有统计学意义（P＜0.05）；
STB组与PS组的相邻正常椎体CT灰度值差异无统计学意义（P＞0.05）；
与相邻正常椎体相比，两组病灶周围硬化骨质的CT灰度值均显著增高（P＜0.05），STB组的病灶周围硬化骨质CT灰度值显著高于PS组（P＜0.05）。
图1 CT检查所见 1a:STB患者，女，57岁，病程4个月 1b:PS患者，女，57岁，病程3个月 1c:STB患者，男，63岁，病程2个月 1d:PS患者，男，57岁，病程4个月。STB与PS患者病灶周围CT灰度值均增高，而邻近椎体的CT灰度值变化不明显，但STB患者病灶周围CT灰度值显著高于PS患者，表明STB患者病灶周围的病理性成骨作用显著高于PS患者，且STB与PS患者的邻椎骨密度不受病灶成骨的影响
表4 两组CT灰度值测量结果（HU，±s）与比较
表4 两组CT灰度值测量结果（HU，±s）与比较
部位STB组（n=18)PS组（n=18)P值病椎408.62±105.04271.46±109.33＜0.001上邻椎168.47±52.15160.73±101.160.775下邻椎158.68±51.37175.85±69.020.403病灶硬化骨710.95±76.07445.32±78.520.003
2.3 局部骨组织显微CT测量结果
共对6例标本，包括STB 3例，PS 3例，进行了显微CT扫描，影像见图2，测量结果见表5。STB组的组织体积骨量（bone volume/tissue volume,BV/TV）和骨小梁厚度（thickness of trabecular bone,Tb.Th）均显著大于STB组（P＜0.05），而STB组的骨小梁分离度（sparse density of trabecular,Tb.Sp）显著小于 PS组（P＜0.05）。
图2 两组患者局部骨组织显微CT扫描 2a:患者，女，57岁，STB病程4个月，病灶周围硬化骨显微CT扫描显示骨小梁结构致密 2b:患者，女，57岁，PS病程4个月，病灶周围硬化骨显微CT扫描显示骨小梁结构相对疏松
表5 术中取出病灶硬化骨组织micro-CT检测结果（±s）与比较
表5 术中取出病灶硬化骨组织micro-CT检测结果（±s）与比较
指标B T/T V T b.T h（μ m）T b.S p（μ m）S T B组（n=3）0.7 7±0.0 2 9 6.5 0±6.1 8 5 1.3 7±1.3 7 P S组（n=3）0.6 7±0.0 2 6 4.9 5±4.2 8 5 6.3 8±1.0 1 P值0.0 0 3 0.0 0 2 0.0 0 7
脊柱感染起病隐匿，临床表现缺乏特异性，故而早期诊断较为困难[7]。本研究的36例患者中，除了3例颈椎结核患者外，均因腰背部疼痛就诊，就诊时病灶已经发生骨质破坏，部分已经发生神经系统损伤，出现神经症状。因此，早期诊断和鉴别脊柱感染，对临床治疗意义重大。
CT对椎体早期病变、骨质破坏、死骨形成以及钙化灶识别率高，是一种重要的影像学检查[8，10]。脊柱感染的骨质破坏分为3个阶段，即椎间隙变窄阶段，骨质破坏及椎体塌陷阶段，最后是新骨形成、骨质硬化阶段[7，11]，已有研究表明STB的骨质破坏机制与病灶内NF-κβ的受体激活剂和NF-κβ受体激活剂配体通路激活以及骨钙素降低有关[12]。本研究发现STB和PS的病椎骨密度都较正常邻椎高，而STB的病椎骨密度更高，表明STB病灶内的成骨作用更强；
在病程相同的两种脊柱感染人群中，这种结果可能与二者免疫病理的差异有关；
化脓性细菌引起机体的非特异性免疫反应，结核分枝杆菌引起细胞免疫，化脓性脊柱感染的病理表现为中性粒细胞、单核细胞浸润为主，而STB早期的病理表现为淋巴细胞浸润为主，Th-17细胞是一种重要的参与炎症反应的淋巴细胞[13，14]；
有研究表明炎性因子可上调Th-17细胞分化[15]，而Th-17细胞对成骨细胞的修复与增殖有促进作用，STB病灶骨中Th-17细胞数量多于正常骨组织；
普通化脓性感染的病理表现为非特异性，而STB的特征性病理表现有结节、肉芽肿、干酪样坏死、多核巨细胞、急性炎症浸润[16]。
STB与PS患者病灶周围都有明显骨质硬化现象，这与高琪乐等[17]在小鼠上建立的STB模型结果相同；
硬化骨的形成过程及机制比较复杂，它是一种反应性成骨增强；
整体上看，当脊柱受到致病菌入侵时，机体未能调动足够防御导致骨质破坏，在急性感染逐渐转变为慢性感染过程中，机体为了局限感染病灶，动员机体钙质促进新骨形成对病灶形成包绕，经过长期的骨小梁重塑最终形成硬化骨。其具体机制可能是炎症反应使局部产生大量的炎性因子，这些炎性因子可以影响细胞的信号传递，最终导致病灶的成骨-破骨失衡。目前已知的成骨破骨机制很多，涉及多个信号传导通路，通路中的许多蛋白起着关键作用，例如骨硬化蛋白、DKK-1、RunX2、骨保护蛋白、骨保护蛋白配体、内皮素-1等可调节成骨和破骨细胞增值与分化[18～22]，何玉泽等[23，24]的研究表明骨保护素和骨保护素配体表达的动态不平衡导致了STB病灶周围硬化骨的产生，目前，还未见PS的病灶成骨有关报道。
全身骨代谢情况可能会对病灶局部骨小梁厚度及密度产生影响，但本研究中，两组患者的全身骨密度结果差异并无统计学意义，相邻正常椎体的CT灰度值在两组人群中差异也无统计学意义。而micro-CT扫描结果进一步证实了化脓性感染病灶中硬化骨的骨小梁体积更小、分离度更大，即成骨能力更弱，这与作者观察的CT影像学结果相符，与Lee[6]及Liu[7]等报道的硬化骨现象一致，也证明了CT影像学中病灶周围的高CT灰度值部分并不是其他非骨组织成分造成。
综上所述，PS与STB病灶硬化骨的形成机制可能是局部炎症反应的差异、成骨-破骨反应失衡等综合作用的结果。
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