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脊柱疼痛在北美非常普遍，影响所有年龄的患者，包括既往健康的患者以及急性和慢性环境下的慢性和终末期患者。下腰痛是全球残疾的主要原因，影响全球多达10%的人口。它是工作年龄成人职业性残疾的原因之一，给个人、家庭谎言、社区、行业和政府带来高昂的医疗费用和巨大的经济负担。 在本文中，我们提供了一个与LBP相关的当前知识的广泛回顾。脊柱疼痛的类型分为机械（宏观)和非机械（微观）机制（2–12)。我们着重于每一类疼痛的详细解剖和显微机制的作用。为了帮助进一步指导诊断性检查或下一步的治疗，放射科医师应熟悉疼痛的机制以及他们在影像学上提供的诊断和治疗线索。
椎间盘和关节突关节内背根神经节、神经根和神经末梢的解剖：疼痛信号传导机制示意图 每条脊神经的一个分支叫做灰色交通支，来自相邻的交感神经干的椎旁神经节（图1)。窦椎神经是由灰色支与脊神经腹支近端分支融合而来的椎间盘分支之一。窦椎神经是一种多节段混合神经，由躯体纤维和自主纤维组成，它们重新进入椎管，并分为上行和下行支，这些支分布在后外侧纤维环、椎体后部、骨膜和腹侧硬膜。窦椎神经与进入点上方和下方的神经根水平的分支相连接。此外，椎间盘的分支与对侧的分支吻合。神经连接的复杂性使精确定位疼痛的水平和辨别变得困难。 小关节突关节接受来自背支内侧分支的双水平神经支配，该神经支配包括躯体神经成分和自主神经成分。躯体传入传递明确的局部疼痛，而自体传入传递牵涉疼痛。在评估LBP时必须考虑到这种双重神经支配。背根神经节包含在脊柱的每一级感觉神经纤维的细胞。伤害感受器是位于背根神经节内的伪初级躯体感觉神经元。疼痛是由伤害感受器介导的，伤害感受器是一种特殊的外周感觉神经元，它将损伤性刺激转变为电信号，并传递到高级大脑中枢。二级神经元投射到中脑和丘脑。中脑和丘脑分别投射到躯体感觉皮层和前单点皮层。如果有害刺激持续存在，可发生外周和中枢敏化过程，将疼痛从急性转化为慢性。中枢敏化的特征是中枢神经系统神经元兴奋性的增加，从而使正常的输入开始产生异常反应，如疼痛。这一过程是慢性疼痛或精神性疼痛的原因之一。疼痛信号不仅由突出的椎间盘、退化的骨或其他刺激产生的直接机械压力引起，而且还由化学物质（如促炎细胞因子）引起的炎症引起。 研究发现促炎细胞因子可刺激神经，通过疼痛信号链引起疼痛，并且由神经、组织和椎间盘损伤产生（图2)。这些化学物质是由受损的血管组织、神经纤维、交感神经纤维和各种免疫细胞产生的，包括神经肽(P物质，血管活性多肽）、缓动球蛋白、白细胞介素（IL)-1、肿瘤坏死因子（TNF)-α、IL-1α、IL-1β、IL-4、IL-6、IL-8、神经递质（血清素、去甲肾上腺素、组胺、谷氨酸）、神经生长因子（NGF)、花生四烯酸级联的元素（磷脂酶A2、环氧化酶、前列腺素、血栓素、脂氧合酶，白三烯，血小板活化因子）和一氧化氮。环氧化酶和脂氧合酶催化产生血栓素、前列腺素和细胞信号转导剂的反应途径，这些反应途径导致疼痛和炎症。
图2.图中显示了疼痛的生化途径和治疗方法。 非甾体抗炎药（nsaid）阻断环氧化酶并减少全身前列腺素。类固醇引起磷脂酶A2和环加氧酶的抑制，从而阻止前列腺腺体的生成。其他相关的促炎性细胞因子有IL-17、干扰素γ、血管内皮生长因子、血小板源生长因子和成纤维细胞生长因子2等。利多卡因通过减少干扰素γ相关炎症作为抗炎镇痛药。 椎间盘源性疼痛 为了理解疼痛从最初的损伤到临床表现的演变，了解脊柱的基本解剖和组成，以及它们如何促进和受炎症和损伤的分子环境的影响是重要的。椎间盘由一个胶状核心（髓核）和一个称为纤维环的纤维组织外环组成。髓核主要由II型胶原蛋白和蛋白聚糖组成，其中可能含有丰富的水，使髓核能够发挥减震器的作用。另一方面，纤维环主要由I型胶原组成，形成板层结构，使纤维环能够将髓核保留在椎间盘内，同时也具有平衡屈曲、压力和扭转等机械载荷的作用。 椎间盘内的感觉神经纤维由灰色交通支的分支、窦椎神经和交感神经干支配。在健康的椎间盘中，感觉神经纤维分布在纤维环的外三分之一，含有Aγ和C纤维，传递疼痛感（图1）。然而，神经生长深入病变的椎间盘已被证实。 背根神经节有不同类型的感觉神经元，它们连接外椎间盘的神经纤维和脊髓背角，并在将疼痛信号从外周传递到中枢神经系统中起重要作用。例如，来自病变椎间盘的突出髓核对背根神经节、背根神经或周围组织的直接机械压力，以及局部产生的炎症物质的间接刺激被认为参与引起疼痛。正常间盘的髓核来源于脊索，与免疫系统分离；因此，它被认为是一种具有特殊免疫的组织。髓核细胞表达Fas配体，该配体被认为在与巨噬细胞接触时产生促炎细胞因子方面很重要。一旦衰老、组织损伤或椎间盘突出、纤维环破裂等病理改变引起退变，髓核内的细胞暴露于周围的巨噬细胞。椎间髓核和巨噬细胞之间的相互作用被认为会引起炎症反应，并导致疼痛通路的激活。 椎间盘退变是LBP的主要来源之一，占慢性LBP病例的39%。这种疼痛是非特异性的，不是根性疼痛，并且在没有脊柱畸形或不稳定的情况下发生。它通常是一种排除其他类型下背痛的诊断。病理上以椎间盘内髓核基质的降解为特征。为了了解椎间盘源性疼痛的疼痛机制，进一步了解椎间盘组织细胞外基质的定性结构变化是很重要的病理过程。椎间盘组织的退变被认为是由合成细胞外基质的能力下降和涉及降解细胞外基质的酶的稳态机制破坏引起。基质金属蛋白酶- 1、基质金属蛋白酶- 13和含血小板反应蛋白基序的解整合素和金属蛋白酶具有降解ⅰ型胶原、ⅱ型胶原和蛋白聚糖的能力，并且据报道，它们在退变的椎间盘中表达增加。 临床诊断为退变椎间盘的LBP患者存在神经纤维延伸至纤维环和髓核，提示神经支配至椎间盘内部可能与椎间盘源性LBP有关。NGF在神经支配中起着重要作用。髓核细胞具有产生NGF的潜能。NGF的表达由巨噬细胞产生的IL-1β、一氧化氮、TNF-α、磷脂酶A2等促炎细胞因子诱导。在病变的椎间盘中，IL-1β，TNF-α及其受体的表达随着病变程度的加重而增加。从这些研究来看，椎间盘源性疼痛的机制似乎是由机械刺激和轻微的炎症触发的，受刺激的椎间盘产生IL-1，然后刺激的椎间盘细胞本身和周围的细胞。 除了这种自分泌机制外，受刺激的椎间盘细胞产生的NGF还可诱导外椎间盘周围细胞的神经支配。此外，在退变的椎间盘中已证实这些细胞具有巨噬细胞的功能。虽然巨噬细胞从血流穿透进入突出的椎间盘，但据报道，退变椎间盘本身的细胞分化为巨噬细胞样细胞，表达C-C趋化因子受体7型、CD 163和CD 206。这些细胞表面标记物不仅可能作为炎症介质，还可能作为组织修复的再生体。虽然巨噬细胞从血流穿透进入突出的椎间盘，但据报道，退变椎间盘本身的细胞分化为巨噬细胞样细胞，表达C-C趋化因子受体7型、CD 163和CD 206。这些细胞表面标记物不仅可能作为炎症介质，还可能作为组织修复的再生体。了解椎间盘中巨噬细胞的确切功能、炎症介质的表型和细胞表面标志物，可以提高我们对椎间盘异常的认识，并可能有助于识别未来椎间盘源性疼痛的治疗靶点。 椎间盘环裂以前也称为环状撕裂。然而，由于撕裂一词可不准确地将创伤作为原因，最近的建议避免使用这个词。环状裂隙是环状纤维之间的分离，或者是环状纤维与椎体附件之间的分离。环状撕裂在t2加权MR图像上表现为环部的局灶性高信号（图3)。成像时环状裂与疼痛的相关性可能具有挑战性，因为它们可能在很长一段时间内都很明显，并且可能不一定与成像时的疼痛相关。
图3。20岁男性患者L5-S1椎间盘环状裂，表现为急性LBP。（a）轴位t2加权MR图像显示环状裂隙为环内的高信号灶（箭头）。（b）矢状位短T1反转恢复（STIR) MR图像显示环状裂为环内的局灶性高信号区（箭头）。（c）图像显示，宏观或微观椎间盘完整性的破坏可导致椎间盘物质弥散到邻近的神经末梢或神经根，从而使磷脂酶A2 (PL-A2)、IL-1β (IL-1β）和一氧化氮（NO）刺激神经炎症、神经兴奋和疼痛反应（椎间盘源性疼痛）。 环状裂分为三种类型，1型同心圆裂隙与连接构成纤维环的板层的短横纤维断裂有关。在t2加权MRI上表现为新月体或椭圆形高信号带，充满液体或黏液样物质。2型放射状裂隙与贯穿纤维环各层（从纤维环的外周到髓核）的纵向纤维断裂有关。3型横裂发生在Sharpey纤维与环状突起的连接处附近。3型横裂发生于Sharpey纤维与环状骨突附着处附近的断裂。它们在环的周边表现为不规则的充满液体的空洞。t2加权MRI的高信号区明显增加了受累椎间盘是疼痛真正来源的可能性。并非所有3型环状裂患者都有疼痛，但3型环状裂隙似乎是椎间盘疼痛的必要条件。对于无裂隙或仅有1型或2型裂隙的患者，椎间盘疼痛并不常见。疼痛的机制被认为与促炎细胞因子刺激椎间盘的伤害性受体有关。 椎间盘突出的广义定义为椎间盘材料的局部移位超过了椎间盘空间的极限（即，椎体终板定义为头部和尾部，以及椎体环顶突的外缘，不包括骨赘）。根据定义，在轴向平面上，椎间盘突出的椎间盘材料的延伸小于椎间盘周边的90度。周围椎间盘突出在t2加权MRI中表现为高信号区伴或不伴增强。这可能是炎症过程、新生血管形成或两种机制共同作用的结果，这些机制可能有助于椎间盘突出的自发吸收（图4)。
图4。36岁男性急性椎间盘突出，表现为急性下腰痛和左腿麻木。（a）矢状位t2加权MR图像显示突出的椎间盘突出（箭头）。（b）轴位脂肪饱和对比增强t1加权MR图像显示椎间盘突出部分的周边增强（箭头）等信号，这可能代表局部炎症。（c）图解表明，来自神经根撞击、窦椎神经损伤和释放的椎间盘生化成分的机械因素导致了椎间盘源性和神经病理性疼痛的产生。在实验室环境中，当髓核接触和压迫神经和神经根（曲线箭头）时，其内在的促炎细胞因子可引起神经根炎症、神经兴奋、神经水肿和疼痛反应。PL-A2 =磷脂酶A2, IL- 1β =IL- 1β，NO =一氧化氮。 神经病理性疼痛的发生机制不仅与椎间盘突出对神经根的机械压力有关，还与促炎细胞因子和神经递质对神经的刺激有关。在动物实验中，即使将未受压的髓核置于神经根上也会引起神经纤维组织学改变和神经传导速度降低。引起神经性疼痛的炎症介质被认为来源于髓核细胞和入侵的巨噬细胞，髓核突出含有TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-17、干扰素γ、NGF、血管内皮生长因子、血小板源生长因子和成纤维细胞生长因子2.虽然关键的炎症介质尚未被分离出来，但英夫利西单抗（抗tnf -α抗体）对急性椎间盘突出相关疼痛的疗效已得到证实（图2)。此外，托珠单抗（抗il -6受体抗体）对腰椎管狭窄引起的神经病理性疼痛的疗效已得到证实。因此，细胞因子在神经病理性疼痛机制中的重要性日益被认识。传统上，抗抑郁药和抗惊厥药等药物治疗被用于神经病理性疼痛。背根神经节被认为是慢性神经病理性疼痛的治疗靶点，因为它是与疼痛信号链相关的重要结构，可被促炎细胞因子致敏。神经调控如背根神经节刺激是一种新的治疗方法，可降低背根神经节的过度兴奋性，减轻慢性神经病理性疼痛。 骨（代谢性、感染性或肿瘤性）疼痛 椎体终板由软骨和骨性成分组成。透明软骨终板位于椎体骨性终板和髓核之间。椎体骨终板是椎体皮质的一部分，包含从椎体中央到软骨终板的小动脉吻合网络，使骨髓与软骨终板直接接触。这有助于营养物质在椎体骨髓血管和邻近椎间盘细胞之间的转移.上终板较尾终板薄且弱，两者均在其中心区最薄且最弱。 Modic Type 1。终板modic改变在文献和影像学报告中已被广泛报道。1型modic改变的微观环境至今仍是一个有争议的问题。Modic 1型改变在t1加权MRI上表现为低信号，在t2加权MRI和STIR MRI上表现为高信号，并且在注射钆造影剂后通常观察到强化。
图5。一例59岁女性急性下背痛患者的Modic I型改变（a - c）矢状位t1加权MR图像（a）显示低信号（箭头），STIR MR图像（b）显示高信号（箭头），对比剂增强t1加权MR图像（c）显示L3-L4和L4-L5的骨水肿（箭头）对应的微骨折。（d）图示表明，随后的血管增生和神经发生伴随着神经末梢密度和促炎因子的增加，包括IL-1β (IL-1β)。Modic 1型与疼痛的关联被认为是最初微骨折引起机械性损伤后这些过程的结果。 Modic 1型表现为骨髓水肿和血管增生的炎症反应。在Modic 1型发生的力学理论中，Modic改变的生化基础源于骨性终板的初始损伤。随着剪切力的增加，无论是由于施加在正常终板上的载荷增加，还是由于施加在老化终板上的法向力增加，都会发生不同程度的微创伤和骨折。这种终板损伤的反应似乎与身体其他部位的骨折相似；即由IL-1β等多种细胞因子介导的炎症，是血管增生（angiogenesis）的结果（图5)。 靠近损伤终板的骨髓逐渐被纤维组织所取代。随着与终板距离的增加，这些改变突然停止，并被正常的骨髓和骨基质所取代，这反映出影像学上通常界限清楚的Modic改变。组织学标本显示，这些受损和改变的终板含有更多的感觉神经纤维。由于传入神经纤维的新生神经支配，这些影像学上的炎症和纤维化改变可能导致慢性LBP。关于这些影像学和组织学改变起源的第二种理论是椎间盘破坏是由反复剪切和压缩力引起的主要损伤。最终，来自髓核的物质扩散到椎体终板，并作为主要的炎症刺激，引发神经末梢和血管增殖的下游效应，这些在微观水平上是Modic 1型改变的特征。第三种理论认为，某些低毒力菌株的暂时性菌血症在椎间盘或椎体终板定植和增殖。这些烟雾状感染临床上是隐匿性的，但免疫系统的局部炎症反应会引发同样的血管增生、神经增生和终板纤维化等下游效应（图5）。这些变化对病人的症状表现为疼痛。非甾体抗炎药、抗生素和物理治疗通常适用于Modic 1 型改变引起的疼痛。 Modic2型Modic2型改变表现为T1和t2加权MRI的高强度（图6）。这些区域的红骨髓转化为脂肪黄色骨髓。没有炎症级联反应，因此，没有血管生成或神经发生参与这种转化；因此，Modic 2型改变较Modic 1型改变伴发LBP的可能性更小。大多数Modic 1型转换为Modic 2型，但2型可以恢复为1型。推测2型的急性持续炎症过程引起黄骨髓向红骨髓转化，并导致1型改变。此外，还出现了1型和2型混合型。有人认为它们可以从一种类型交换到另一种类型，并表现为共同病理过程的不同阶段。
图6 Modic 2 型在一名无腰痛的53岁男性中发生变化。矢状面T1加权 （a）、T2加权 （b） 和 STIR（c）MR图像显示代表脂肪的高信号（箭头），该脂肪在l 4-L5 处在c上受到抑制。Modic 2型变化代表红骨髓变性为脂肪黄骨髓，被认为是由于干细胞耗竭所致。没有炎症级联反应，因此，这种转化不涉及血管增生或神经增生。因此，Modic 2 型改变不太可能伴有LBP。 Modic 3 型—Modic 3 型改变在T1和T2加权以及STIR MRI时表现为低信号。这些变化显示终板硬化性变化。没有炎症级联反应，因此，这种转化不涉及血管生成或神经发生。还报告了混合型1和2以及2和3。 骨髓炎-椎间盘炎是由感染引起的骨和椎间盘的炎症。骨髓炎-椎间盘炎出现在两个相邻的椎体上，在t1加权MRI上为低信号，在t2加权MRI上为高信号。钆增强图像显示椎体和椎间盘增强（图7）。
图7。一名59岁男性急性LBP患者的椎间盘炎-骨髓炎。（a）矢状面t1加权Mr图像显示两个相邻椎体的椎间盘炎-脊髓炎为低信号强度（箭头）。（b)矢状面t2加权Mr图像显示与骨髓水肿相关的不均匀的高信号强度（箭头）。（c）矢状面脂肪饱和对比增强t1加权Mr图像显示L4和L5椎体（黄色箭头）、L4-L5椎间盘和腹侧硬膜外间隙明显增强相同水平（红色箭头）提示炎症或感染。先天免疫和适应性免疫反应中的炎症因子直接导致脊柱疼痛，而椎间盘内容物的渗漏直接导致类似于急性椎间盘突出症和环状裂的炎症和急性疼痛。因此，在获得提示感染或发热的实验室数据之前，急性疼痛可能是患者的唯一表现症状。感染后的血管增生和纤维化导致椎间盘和神经根上炎性细胞因子和纤维化机械应力的增加。免疫介导的炎症反应在感染治疗后可能持续存在，导致尽管感染已消退，但症状仍持续存在。 骨髓炎-椎间盘炎是一组特异性疾病。大多数病例由远端感染病灶的轴向骨骼血行播散引起。有些病例是由脊柱内固定过程中的直接感染或因压疮卧床患者的播散引起的。感染诱导的固有或适应性免疫反应中产生的促炎细胞因子如TNF-α或IL-1β直接导致LBP，而椎间盘炎症导致椎间盘内容物渗漏，诱导类似腰椎间盘突出症的炎症。感染后导致的血管增生和纤维化导致炎性细胞因子（TNF、IL-1）增加，以及椎间盘、神经根和脊髓本身的纤维化机械应力。免疫介导的炎症反应可能在感染治疗后持续存在，导致感染消退但症状持续时间长。标准治疗是使用抗生素，但微生物通常生长在生物膜中，生物膜保护微生物免受抗生素治疗和宿主免疫反应的影响。如果抗生素治疗不成功，则采用手术方法，例如感染部位深部清创。 声明：本文仅供医学专业人士阅读参考，不代表骨今中外平台观点，希望大家理性判断，有针对性地应用。 |
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来自： martinbigbird > 《腰椎》
