中老年男性和绝经后女性骨密度与腰椎间盘退变的相关性

doi:10.12307/2025.747

中国组织工程研究 ›› 2025, Vol. 29 ›› Issue (24): 5079-5085.doi: 10.12307/2025.747

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中老年男性和绝经后女性骨密度与腰椎间盘退变的相关性

王润政，付苏，董超，李东哲，王永魁

郑州大学第一附属医院骨科，河南省郑州市 450000

收稿日期:2024-07-23 接受日期:2024-09-21 出版日期:2025-08-28 发布日期:2025-01-23
通讯作者: 王永魁，博士，副主任医师，副教授，郑州大学第一附属医院骨科，河南省郑州市 450000
作者简介:王润政，男，1995年生，河南省南阳市人，汉族，郑州大学在读硕士，主要从事脊柱微创、骨髓基质干细胞的研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(81802128)，项目负责人：王永魁

Relationship between bone mineral density and lumbar disc degeneration in middle-aged and elderly men and postmenopausal women

Wang Runzheng, Fu Su, Dong Chao, Li Dongzhe, Wang Yongkui

Department of Orthopedics, the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou 450000, Henan Province, China

Received:2024-07-23 Accepted:2024-09-21 Online:2025-08-28 Published:2025-01-23
Contact: Wang Yongkui, PhD, Associate professor, Associate chief physician, Department of Orthopedics, the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou 450000, Henan Province, China
About author:Wang Runzheng, Master candidate, Department of Orthopedics, the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou 450000, Henan Province, China
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China, No. 81802128 (to WYK)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
腰椎间盘退变：一种常见的退行性脊柱疾病，是导致腰痛的主要原因，多由衰老、创伤、生活方式相关因素引发的，常伴髓核水分的丢失、细胞外基质组成的改变、过度氧化应激和炎症。
相关性研究：以人群组为基本单位收集和分析资料，进而暴露与疾病关系的研究，用来描述某些因素与疾病的关系。

背景：腰椎间盘退变病理改变与腰椎骨密度的相关性存在争议。
目的：分析中老年男性和绝经后女性腰椎骨密度与腰椎间盘退变之间的相关性。
方法：纳入2018-01-01/2019-01-01在郑州大学第一附属医院郑东院区骨科就诊的腰椎间盘退变患者208例，包括64例中老年男性和144例绝经后女性，平均年龄(62.10±7.74)岁，平均体质量指数(24.71±3.50) kg/m2，采用双能X射线吸收仪测量L1-L4骨密度，通过MRI成像评估椎间盘退变程度，通过Spearman相关分析评价腰椎骨密度与腰椎间盘退变的相关性。
结果与结论：①中老年男性与绝经后女性的腰椎骨密度均随着腰椎节段的降低而增加，中老年男性L1-L4骨密度与腰椎平均骨密度均高于绝经后女性(P < 0.05)；②中老年男性与绝经后女性的腰椎间盘退变程度都随着腰段节段的降低而加重，中老年男性和绝经后女性相同节段的腰椎间盘退变等级无显著差异(P > 0.05)；③Spearman相关分析显示，每个节段(L1-L4)的腰椎间盘退变等级与相邻椎体骨密度之间的相关性存在性别差异，绝经后女性各节段腰椎间盘退变等级与相邻椎体骨密度呈正相关(P < 0.05)，椎间盘退变等级与下位椎体骨密度的相关性高于椎间盘退变等级与上位椎体骨密度的相关性；中老年男性各节段椎间盘退变等级与相邻椎体骨密度无相关性(P > 0.05)；④结果表明，绝经后女性腰椎间盘退变等级与邻近椎体骨密度呈正相关，尤其是与相邻下位椎体骨密度相关性更强，但中老年男性腰椎间盘退变等级与邻近椎体骨密度无明显相关性。
https://orcid.org/0009-0009-8490-0738(王润政)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 骨密度, 椎间盘退变, 腰椎间盘退变, 改良Pfirrmann分级系统, 绝经后女性, 中老年男性, 腰痛, 坐骨神经痛, 骨质疏松

Abstract: OBJECTIVE: To investigate the relationship between lumbar disc degeneration and lumbar bone mineral density in middle-aged and elderly men and postmenopausal women.
METHODS: This study enrolled 208 patients with lumbar disc degeneration, including 64 middle-aged and elderly males and 144 postmenopausal females, with a mean age of (62.10±7.74) years and a mean body mass index of (24.71±3.50) kg/m2, who admitted at the Department of Orthopedics of Zhengdong Hospital, the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University from January 1, 2018 to January 1, 2019. The bone mineral density of L1-L4 was measured using a dual energy X-ray absorptiometry. Magnetic resonance imaging was taken to grade the severity of lumbar disc degeneration in each segment. The correlation between lumbar bone mineral density and lumbar disc degeneration was evaluated by Spearman correlation analysis.
RESULTS AND CONCLUSION: The lumbar bone mineral density of both middle-aged and elderly men and postmenopausal women increased with the lowering of lumbar spine segments, and the L1-L4 bone mineral density and the average lumbar bone mineral density of middle-aged and elderly men were higher than those of postmenopausal women (P < 0.05). The lumbar intervertebral disc degeneration of both middle-aged and elderly men and postmenopausal women increased with the lowering of lumbar spine segments, and there was no significant difference in the grades of lumbar disc degeneration of the same segments in middle-aged and elderly men and postmenopausal women (P > 0.05). Spearman correlation analysis showed that there were sex differences in the correlation between the lumbar disc degeneration grade and the adjacent vertebral bone mineral density in each segment (L1-L4). The lumbar disc degeneration grade of each segment was positively correlated with the adjacent vertebral bone mineral density in postmenopausal women (P < 0.05), and the correlation between the disc degeneration grade and the lower vertebral bone mineral density was higher than that between the disc degeneration grade and the upper vertebral bone mineral density. However, there was no correlation between lumbar disc degeneration grade of each segment and the adjacent vertebral bone mineral density in middle-aged and elderly men (P > 0.05). To conclude, the grade of lumbar disc degeneration is positively correlated with adjacent vertebral bone mineral density in postmenopausal women and the correlation coefficient of adjacent lower vertebral body is higher, but no significant correlation is found in middle-aged and elderly men.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: bone mineral density, intervertebral disc degeneration, lumbar disc degeneration, modified Pfirrmann grading system, postmenopausal women, middle-aged and elderly men, low back pain, sciatica, osteoporosis

中图分类号:

王润政, 付苏, 董超, 李东哲, 王永魁. 中老年男性和绝经后女性骨密度与腰椎间盘退变的相关性[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(24): 5079-5085.

Wang Runzheng, Fu Su, Dong Chao, Li Dongzhe, Wang Yongkui. Relationship between bone mineral density and lumbar disc degeneration in middle-aged and elderly men and postmenopausal women[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2025, 29(24): 5079-5085.

图/表（结果） 7

2.1 参与者数量分析 208例患者全部进入结果分析。
2.2 试验分组流程见图1。

2.3 中老年男性与绝经后女性患者的基线资料比较中老年男性组与绝经后女性组患者的年龄、体质量指数比较差异无显著性意义(P > 0.05)，中老年男性组患者的体质量、L1-L4骨密度与腰椎平均骨密度均高于绝经后女性组
(P < 0.05)，并且两组患者腰椎骨密度随着腰椎节段的降低而增加，见表2。

2.4 中老年男性与绝经后女性患者腰椎间盘退变等级评估结果根据改良Pfirmann分类系统，1级腰椎间盘有1椎体(0.12%)，2级腰椎间盘83椎体(9.98%)，3级腰椎间盘251椎体(30.17%)，4级腰椎间盘 201椎体(24.16%)，5级腰椎间盘 192椎体(23.07%)，6级腰椎间盘 49椎体(5.89%)，7级腰椎间盘 41椎体(4.93%)，8级腰椎间盘 14椎体(1.68%)，见图2。中老年男性与绝经后女性患者腰椎间盘退变等级分布如表3所示，显示腰椎间盘退变等级多集中在Ⅲ-Ⅴ级，不同节段腰椎间盘退变等级分布不同。

研究结果显示，中老年男性与绝经后女性患者腰椎间盘退变程度都随着腰段节段的降低而增加，中老年男性和绝经后女性相同节段的腰椎间盘退变等级比较无显著差异(P > 0.05)，见图3，表4。

2.5 中老年男性和绝经后女性患者腰椎间盘退变等级与腰椎骨密度的关系腰椎骨密度和腰椎间盘退变等级的Spearman相关分析结果，见表5。

每个节段(L1-L4)的腰椎间盘退变等级与相邻椎体骨密度之间的相关性存在显著性别差异，绝经后女性患者各节段腰椎间盘退变等级与相邻椎体骨密度呈正相关(P < 0.05)，腰椎间盘退变等级与下位椎体骨密度的相关性高于腰椎间盘退变等级与上位椎体骨密度的相关性，见图4；中老年男性患者各节段腰椎间盘退变等级与相邻椎体骨密度无相关性(P > 0.05)，见图5。

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引言

腰椎间盘退变是一种常见的退行性疾病，可导致腰椎间盘突出、腰椎椎管狭窄和腰椎退行性滑脱，引起腰痛和坐骨神经痛，并可能导致运动障碍甚至残疾[1-3]。腰痛反复发生且无法治愈，给患者带来巨大痛苦，给社会带来沉重负担[4]。研究表明腰椎间盘退变在腰痛中起着重要作用，椎间盘退变严重程度与慢性腰痛症状的严重程度有相关性[5-8]。
脊柱的各种退行性变化(椎间盘变性、小关节疾病、骨赘)伴随着脊柱及周围区域骨密度的增加[9]。一些研究表明，腰椎间盘退变和腰椎骨密度之间呈正相关，研究者认为较高的腰椎骨密度加速腰椎间盘退变[10-11]；另一种解释是骨赘和腰椎骨折可能导致骨密度测量值过高[12]。还有学者认为，较高的脊柱骨密度不是继发于椎间盘变性，而可能与遗传因素有关联，并成为椎间盘退变的原因[13]。另一些研究发现，骨质疏松症患者的椎间盘退变更为严重[14-15]，研究者认为腰椎骨密度降低会导致脊椎高度损失和脊椎不稳定，进一步导致小关节和椎间盘退变[16]。有研究数据显示，骨质疏松症和颈椎间盘退变之间的关系与遗传因素有关联[17]，但其他文献对骨质疏松症与颈椎间盘退变之间的相关性支持不足[18-19]。同时，腰椎骨密度与腰椎间盘退变之间的关系也存在争议。
腰椎间盘退变的放射学特征包括椎间盘间隙变窄、骨赘增生和终板硬化[20-21]。许多研究使用Pfirrmann分类系统的T2加权MRI成像图像来评估椎间盘退化程度[22]，然而，当使用Pfirrmann分类系统评估老年受试者腰椎退变程度时，尚未证明它在区分椎间盘退变严重程度方面具有特异性。改良Pfirrmann分类系统将椎间盘退变的分类从5级提高到了8级，可以更好地区分退行性变中的微小差异，更适合于确定老年人椎间盘退化严重程度[23]。
此次研究使用改良Pfirrmann分类系统分析中老年男性和绝经后女性腰椎骨密度与椎间盘退变之间的相关性，以提供新的病情评估角度。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1 对象和方法 Subjects and methods
1.1 设计横断面研究，相关性研究，独立双样本t检验，Mann-Whitney U检验，Kruskal-Wallis检验。
1.2 时间及地点试验于2018-01-01/2019-01-01在郑州大学第一附属医院郑东院区骨科完成。
1.3 对象纳入2018-01-01/2019-01-01在郑州大学第一附属医院郑东院区骨科因腰痛和/或腿痛寻求医疗护理的中老年患者208例，包括64例中老年男性和144例绝经后女性，年龄48-88岁，平均年龄(62.10±7.74)岁；体质量指数16.65-39.76 kg/m2，平均体质量指数(24.71±3.50) kg/m2。
根据临床检查和MRI成像图像，所有患者均诊断为腰椎间盘退变。临床检查由脊柱外科医生进行。
208例患者对试验知情同意并签署了知情同意书。所有试验计划和方法都是按照相关指南和法规进行的，并遵循《赫尔辛基宣言》的原则。研究已获得郑州大学第一附属医院医学伦理委员会审批(2018-KY-84)。
纳入标准：腰痛和/或腿痛症状持续至少3个月；MRI成像图像显示腰椎退行性改变；以往没有进行脊柱手术或其他可能使腰椎变形的治疗。
排除标准：新发的腰椎骨折、肿瘤和其他导致腰椎骨质破坏的疾病；代谢性骨病、慢性肝炎或肾病及其他影响骨代谢的疾病；继发性骨质疏松，如患有严重糖尿病、甲状腺功能亢进等内分泌疾病的患者；6个月内使用过雌激素、钙等抗骨质疏松药物或其他影响骨代谢的药物；患有低骨量代谢性疾病和其他严重心脑血管疾病的患者。
1.4 方法
1.4.1 腰椎骨密度测量由专业人员使用GE LUNAR(美国)制造的双能X射线吸收仪测量腰椎(L1-L4)骨密度。
1.4.2 MRI成像 MRI成像检查和双能X射线吸收仪检查在同一周进行。使用3.0T全身成像系统(Gyroscan，9.1.2版；荷兰飞利浦医疗系统公司)收集MRI成像数据，定位图像后获得腰椎的标准T2加权(TR=3 500 ms，TE=120 ms)涡轮旋转回波矢状面图像，使用以下参数：矩阵=512×512；视场=160 mm×250 mm；切片厚度=4.0 mm；层间间隙=0.4 mm；信号采集次数=2次。MRI成像图像中完全可见所有腰椎(L1-L4)和相邻椎间盘，根据MRI成像图像评估椎间盘退化程度 [24]。
1.4.3 腰椎间盘退变程度评估使用改良Pfirrmann分级系统评估从L1-L2到L4-L5的椎间盘退变，其中每个级别代表从1级到8级的渐进过程(表1) [23]。退变分级基于髓核和内环的信号强度、后环内外部信号强度的差异以及椎间盘高度。根据报道，使用改进Pfirrmann分级系统，观察者之间具有良好的一致性(加权kappa范围为0.79-0.91)，观察者内部具有良好的连贯性(加权kappa范围为0.65-0.67)。由2名具有5年以上工作经验同年资的放射科医生在MRI图像上确定腰椎间盘退变椎体数量和程度。如果评分不一致，请另一名具有20年以上工作经历的放射科医师一起分析和评估。

1.5 主要观察指标 208例患者腰椎骨密度、椎间盘退变程度以及腰椎骨密度与腰椎间盘退变的相关性。
1.6 统计学分析数据采用SPSS 21.0版(SPSS，Chicago，Illinois，USA)进行分析。数据表示为x±s。连续数据进行独立双样本t检验，有序变量进行Mann-Whitney U检验或Kruskal-Wallis检验。通过Spearman相关分析评价腰椎骨密度与腰椎间盘退变的相关性。P < 0.05被认为差异有显著性意义。该文统计学方法已经郑州大学生物统计学专家审核。

讨论

此次研究结果显示，绝经后女性患者腰椎骨密度与腰椎间盘退变等级呈正相关，除L1/2外，其他腰椎间盘退变等级与相邻椎体骨密度的相关性自上而下增加，同水平腰椎间盘与下位椎体骨密度的相关性大于腰椎间盘与上位椎体的相关性。中老年男性和绝经后女性患者的腰椎骨密度在各个水平上都有显著的统计差异，绝经后女性患者在各个水平的骨密度都低于同龄男性患者，这与绝经后女性骨密度下降速度远快于同龄男性的客观情况相一致[25]。
此次研究结果显示，中老年男性和绝经后女性患者相同节段的腰椎间盘退变等级比较没有显著的统计学差异。尽管绝经后女性因腰椎间盘退变引起的腰椎间盘突出症的发生率高于中老年男性[26]，但TERAGUCHI等[27]的研究表明，性别与椎间盘退变发生率之间没有显著相关性，这也表明腰椎间盘退变等级和相邻腰椎骨密度之间的关系可能因性别而异。
此次研究结果显示，绝经后女性患者每个腰椎间盘与其相邻的下位椎体骨密度之间的相关性高于腰椎间盘与上位椎体骨密度的相关性。有趣的是，除了L2/3椎间盘，其他腰椎间盘的位置越低，腰椎间盘退变等级与相邻椎体骨密度的相关系数越高，或者可以说L1/2 椎间盘与邻近椎体骨密度之间的异常相关性过高。在此基础上提出了一个假设，即这种相关性受到椎间盘负荷的影响，负荷越大相关性越强。同时，椎体活动性也在椎间盘退变中起着至关重要的作用，相邻上椎体的活动度越低越能传递压力，活动度大的椎体可以减少负荷对椎间盘的影响。当然，这一推测仅限于更年期女性群体，可惜的是由于测量方法有限，无法获得L5骨密度的准确值。
对于骨密度与椎间盘退变等级之间的关系，学者们众说纷纭，结果未完全统一甚至矛盾。腰椎间盘退变性疾病通常伴有腰椎间盘钙化增加和骨密度增加，无血管结构的椎间盘依赖终板的厚度和孔隙率与椎体进行物质交换，终板的钙化降低了营养物质向椎间盘的扩散水平，加速了椎间盘退化[28-30]。一些学者认为较高的脊柱骨密度不是继发于椎间盘退变，较高的脊椎骨密度可能与遗传因素相关[31]。不管上述研究结果如何，人们认为椎间盘退变与较高的骨密度呈正相关，这与此次研究中绝经后女性的数据结果一致。
ZHONG等[32]的动物实验结果表明，骨质疏松症还会积聚软骨终板钙化、减少软骨终板血管生成、加剧椎间盘退变。尽管文章指出骨质疏松症与椎间盘变性之间没有显著相关性，但骨质疏松症可能会加剧椎间盘退变程度。一些学者认为，椎体骨密度降低和椎体骨质疏松可能导致或加剧邻近椎间盘退变[33-35]。尽管此次研究中的数据不支持上述观点，但不能排除这是导致两组数据得出不同结论的一个因素。
使用双能X射线吸收仪测量骨密度是一种常见的方法，但对于骨密度测量是否准确反映骨骼健康仍存在争议。骨赘形成、骨硬化、椎间盘间隙狭窄和脊椎滑脱等疾病会影响腰椎骨密度测量结果[36]。骨质疏松症和骨关节炎是不相关的疾病过程，在患有严重脊柱骨关节炎的骨质疏松症患者中，显著削弱了通过腰椎骨密度值评估骨骼健康的能力[37]。椎外钙化(椎旁结构的矿化，如血管和结缔组织)也会影响脊柱的整体骨密度测量结果[19]。WANG等[38]的尸检研究发现，椎骨骨密度与邻近腰椎间盘退变等级之间没有相关性。然而，在切除棘突并去除骨赘和软骨终板后，发现椎骨骨密度与相邻腰椎间盘退变等级之间存在显著的正相关。与动物实验和尸检研究相比，受试者骨密度测量受到太多因素的影响，这可能解释了此次研究中两组受试者骨密度测量结果的差异。
该研究存在几个局限性：①改良Pfirrmann分级系统是一种相对主观的测量标准，可能包含人为错误，导致结果出现偏差。②研究人群是在郑州大学第一附属医院寻求腰痛和/或腿痛治疗的中老年患者，所选人群是绝经后女性和同龄的中老年男性，这可能会导致没有其他腰痛症状的腰椎间盘退变患者数据缺失。一些研究建议将年轻人纳入腰椎间盘退变的研究，因为腰椎间盘退变也发生于20多岁人群中[39]，并且从腰椎退行性变的早期阶段起，退行性变水平和骨密度是相互关联的[13]。③没有研究参与者的职业、生活习惯和慢性疾病等因素对腰椎骨密度和腰椎间盘退变的影响，这将对研究结果产生特殊影响[40-45]。因此，未来的研究应该进行大规模、多中心的研究，并在必要时引入动物实验，为临床研究提供更好的循证医学信息。
排除年龄和体质量因素的影响，中老年男性患者腰椎骨密度高于绝经后女性患者，但两组间腰椎间盘退变等级无明显异常。绝经后女性患者各节段腰椎间盘退变等级与相邻椎体骨密度呈正相关，并且腰椎间盘退变等级与相邻下位椎体骨密度的相关系数较高，而同龄男性各节段腰椎间盘退变等级与相邻椎体骨密度无显著相关性。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

中老年男性和绝经后女性骨密度与腰椎间盘退变的相关性

Relationship between bone mineral density and lumbar disc degeneration in middle-aged and elderly men and postmenopausal women

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