《Frontiers in Neurology》：MRI abnormal patterns of lumbar paraspinal muscles in patients with amyotrophic lateral sclerosis and lumbosacral radiculopathy: a comparative study
编辑推荐：
这篇研究比较了肌萎缩侧索硬化症（ALS）与寡症状性腰骶神经根病（LR）患者腰椎旁肌的磁共振（MRI）影像特征。研究发现，ALS患者在症状起始侧的腰椎旁肌相对横截面积（rCSA）显著小于对侧，且存在病理性自发电活动（PSA）的ALS患者脂肪浸润（FI）更严重。此外，MRI参数（如rCSA）有助于区分下肢起病的ALS与LR患者，并与ALS功能评分量表-下肢（ALSFRS-lower）评分相关。研究提示，腰椎旁肌的MRI参数可能是监测ALS进展及辅助鉴别诊断的有用工具。
引言
肌萎缩侧索硬化症（ALS）是一种进行性的神经退行性疾病，其特征是上下运动神经元的变性，导致球部、胸部和肢体肌肉无力。肌肉失神经支配是ALS的主要临床特征，使得在体研究疾病传播模式成为可能。尽管已有研究探讨了ALS中支配椎旁肌的运动神经元群的受累情况，但专门针对ALS患者椎旁肌磁共振（MRI）的研究较少，且结论不一致。本研究旨在通过比较受累椎旁肌的模式和严重程度，评估ALS患者和寡症状性腰骶神经根病（LR）患者之间MRI衍生的异质性。选择腰椎旁肌是因为它们负责控制节段间运动，并具有独特的结构和功能。多裂肌（MF）和竖脊肌（ES）是两个主要的椎旁肌群，在腰椎稳定和活动中起关键作用。腰大肌（PM）虽不归类为椎旁肌，但具有相似的特征和功能，有助于稳定腰椎。
方法
研究对象
这项横断面初步研究纳入了38名新诊断的很可能或确诊的ALS患者，以及32名寡症状性LR患者用于MRI分析。ALS的诊断依据El Escorial标准。LR患者被定义为具有腰骶神经根受压或炎症的病理证据，但仅表现为肌肉无力、肌肉萎缩和腱反射减弱或消失等运动症状，缺乏典型的严重放射痛、感觉改变等功能障碍。在ALS和LR组中，症状起始侧被定义为最初受运动缺陷影响的一侧，并经肌电图（EMG）异常证实。所有参与者均提供了书面知情同意书。
标准电诊断检查
使用同心针电极进行肌电图检查。在每块椎旁肌中，评估四个不同部位的自发电活动。纤颤电位（fibs）和正锐波（PSWs）被认为是病理性自发电活动（PSA）的表现。使用数字分级系统对这些自发电活动进行半定量分级。本研究未考虑椎旁肌运动单位电位形态和募集模式。评估了椎旁肌主动失神经与临床指标之间的关联。
磁共振成像
患者接受了3T MRI腰椎检查，包括以脊柱为中心的轴向TSE T2序列。使用图像归档和通信系统（PACS）收集和分析所有参与者的MRI数据。在每个节段的MRI中间层测量肌肉参数。
图像分析和MRI数据获取
采用阈值法测量椎旁肌的脂肪浸润（FI）程度。为了提高数据处理效率，开发了Python脚本来自动计算FI。首先，使用LabelMe软件标记感兴趣肌肉（MF、ES、PM）和椎间盘的轮廓。MRI图像被加载为像素灰度值矩阵。选择阈值50来区分代表正常肌肉和脂肪组织的像素。通过定义横截面图像中每块椎旁肌边界内的感兴趣区域来计算椎旁肌横截面积。相对横截面积是椎旁肌CSA与同一节段椎体CSA的比值，该测量值用于消除可能影响结果的个体肌肉体积差异。所有参数均由两位专攻神经肌肉疾病的神经科医生独立验证，并使用两次测量的平均值进行分析。
统计分析
使用SPSS Statistics进行统计分析。采用Kolmogorov–Smirnov检验评估数据的正态性。采用独立样本t检验和Mann-Whitney U检验评估数值数据的差异，采用卡方检验比较两组间的分类数据。采用偏相关分析探讨FI和rCSA与临床变量（控制年龄和身体质量指数）之间的相关性。统计学显著性设定为p值<0.05。使用组内相关系数评估评估者间的一致性。
结果
研究对象
ALS组包括16名女性和22名男性，平均年龄为55.4±11.7岁，平均BMI为24.3±2.9。LR组包括14名女性和18名男性，中位年龄为61岁，平均BMI为23.2±4.1。两组在年龄、性别和BMI方面无显著差异。临床和人口统计学数据总结于表1。
组内FI和rCSA差异
在ALS患者中，L3-L5节段症状起始侧MF、ES和PM的平均rCSA显著小于对侧。而在LR组中，L1-L5节段未发现显著差异。所有38名ALS患者根据椎旁肌中是否存在PSA分为两组。在症状起始侧，存在PSA的患者其ES（L1-L4节段）、MF（L4节段）和PM（L1、L2、L4节段）的FI显著高于无PSA的患者。有趣的是，在LR患者中，L1-L5节段两组的ES、MF和PM的FI无显著差异。
组间FI和rCSA差异
在L3-L5节段，LR患者症状起始侧MF、ES和PM的平均rCSA显著高于ALS患者。进一步的比较显示，下肢起病的ALS患者与LR患者之间，MF、ES和PM的rCSA存在显著差异。总体而言，ALS患者、下肢起病ALS患者和LR患者在症状起始侧L3–L5节段观察到显著差异。当差异达到临界阈值时，在ALS、下肢起病ALS和LR患者之间观察到MF（L3）和PM（L3–L4）的rCSA存在显著的双侧差异。然而，ALS组和LR组之间MF、ES和PM的FI未观察到差异。有趣的是，当这些数据通过除以BMI值进行标准化后，ALS患者症状起始侧PM的FI在L4-L5节段显著高于LR患者。
FI和rCSA与临床变量的相关性
采用偏相关分析评估ALS患者疾病严重程度与椎旁肌MRI参数之间的相关性（控制年龄和BMI）。观察到ALSFRS-lower评分与MF（L1节段）和PM（L1、L2节段）的rCSA，以及MF（L1、L2、L3、L4节段）和ES（L1、L2节段）的FI之间存在轻度关联。
MRI参数测量的一致性和可重复性
rCSA的观察者内变异系数对于所有感兴趣区域均<5%：MF、ES和PM。rCSA测量的观察者间信度也很高。
讨论
在本探索性研究中，比较了ALS患者和LR患者T2 MRI上腰椎旁肌的rCSA和FI。我们证明了在ALS患者中，L3-L5节段症状起始侧MF、ES和PM的平均rCSA小于对侧。然而，MF、ES和PM的FI未观察到差异。与之前的一些研究结果不同，我们发现LR患者在症状起始侧L3-L5节段的MF、ES和PM的rCSA显著高于ALS患者。但ALS组和LR组之间MF、ES和PM的FI未观察到差异。此外，关于BMI的影响，影像数据通过除以BMI值进行标准化，结果显示在症状起始侧L4-L5节段，ALS患者的PM FI显著高于LR患者。这表明ALS患者和LR患者之间椎旁肌受累存在异质性。
在临床实践中，虽然ALS的诊断可能看起来很简单，但早期区分下肢起病的ALS患者和寡症状性LR患者可能具有挑战性。在我们的队列中，下肢起病ALS患者症状侧MF、ES和PM的rCSA在L3-L5节段显著低于LR患者。这表明，与其他腰椎节段相比，ALS病变可能增加了L3-L5节段的易损性。基于这些发现，rCSA成为区分下肢起病ALS患者和LR患者的关键指标。
有趣的是，统计分析中未观察到ALS组和LR组之间MF、ES和PM的FI差异。原因尚不清楚，但已有充分证据表明，肌纤维类型比例的差异及其支配运动轴突的长度可能导致受累椎旁肌之间的差异。在之前的一项研究中，使用组织化学方法分析了活检标本中的肌纤维类型，结果显示2C型纤维在ALS中似乎更为突出。然而，在LR患者中，纤维汇聚前的一个或多个背侧神经根受损可导致感觉异常、感觉减退、麻木、无力和萎缩。在ALS中，肌肉萎缩比LR更容易受到运动神经元变性的影响，这可能反映了运动神经元变性的主要贡献大于神经根受累。肌肉体积损失可能先于脂肪替代，这在腰椎旁肌的MRI中可以更灵敏地检测到。关于ALS患者症状侧和对侧的比较，我们发现症状侧L3-L5节段的MF、ES和PM的rCSA显著更小，这表明肌肉萎缩发生在症状起始侧更早。因此，结合组织形态学改变的MRI参数可用于研究体内病理生理机制，并确定肌肉体积异常是否是ALS中解剖学一致且敏感的标记物。
我们最近的生理学研究证明，椎旁肌中的PSA与ALS的临床残疾相关。通过根据椎旁肌中是否存在PSA对ALS患者进行分层，我们发现，在症状侧，存在PSA的患者ES（L1-L4节段）、MF（L4节段）和PM（L1、L2、L4节段）的FI显著高于无PSA的患者，而未观察到rCSA的差异。此外，在症状侧，LR患者中有PSA和无PSA的患者之间，L1-L5节段ES、MF和PM的FI未观察到显著差异。ALS患者和LR患者之间脂肪浸润的差异是显著的，可能归因于不同的疾病特征和肌肉受累模式。因此，我们推测，伴有PSA的椎旁肌中更高的脂肪浸润对ALS更具特异性。同时，PSA可能是评估ALS患者椎旁肌脂肪替代而非肌肉萎缩的一个有价值且敏感的标记物。
最后，在ALS患者中观察到了疾病严重程度与肌肉MRI参数之间的相关性。发现ALSFRS-lower评分的下降与MF和PM的rCSA减少之间存在轻度关联。此外，较低的ALSFRS-lower评分与MF和ES的FI增加相关。这些发现表明，腰椎MRI参数可能成为评估ALS下肢受累情况的有前途的工具。
局限性与未来方向
这项初步研究的局限性包括参与者数量较少，以及可能受病前因素（如肌肉效率）的影响。这些复杂性可能无法被当前的MRI评估完全捕捉。此外，需要采用Dixon方法进行高分辨率、三维采集，以研究检测ALS早期病理生理变化的更敏感方法。
结论
总之，在ALS疾病进展过程中，肌肉萎缩更早发生在症状起始侧，并且椎旁肌中PSA的存在是评估脂肪替代的一个有价值且敏感的标记物。椎旁肌的MRI参数可能有助于监测ALS的疾病进展，并区分ALS（尤其是下肢起病病例）与寡症状性LR。
