Abstract

Lumbar degenerative bone marrow changes, Modic changes (MC), are visible in the bone marrow adjacent to the degenerated intervertebral discs in magnetic resonance imaging (MRI). MC are categorized into three types: Type 1 (MC1) appears as inflamed bone marrow and is composed mainly of fibrovascular tissue proliferation, Type 2 (MC2) appears as fat and is composed of yellow fat replacement, and Type 3 (MC3) appears as dense bone and is composed of highly mineralized, sclerotic bone marrow.

This thesis investigated the associations of MC with bone turnover in bone scintigraphy and with prospective low back symptoms, and the treatment response of MC to a single intravenous infusion of zoledronic acid (ZA), an osteoporosis drug.

Bone scintigraphy is a method of nuclear imaging which shows active bone turnover as increased tracer uptake in the skeleton. Patients who had undergone lumbar MRI and bone scintigraphy within six months of each other in 2007–2008 were included in the study. Bone turnover was increased in the area of MC1 more often than in other MC types. This reflects the inflammatory nature of MC1 and is consistent with increased vascularity and bone turnover.

Patients with MC and low back symptoms were followed for over a two-year period. MC1 was associated with pain intensity and disability, whereas the same correlation was not found for MC2.

In a randomized controlled trial, the effect of ZA on MC was compared with that of intravenous saline. MRI was examined at baseline and approximately 12 months after the infusion. A trend of MC1 converting to MC2, and a reduction in the volume of MC1 was noted as a result of ZA.

In conclusion, MC1 is more consistently associated with increased bone turnover and low back symptoms than other MC types. ZA may offer an alternative treatment for MC1. However, more research must be conducted to confirm the benefits of ZA.

Tiivistelmä

Selkärangan välilevyrappeumaan liittyvät selkänikamien luuydinmuutokset näkyvät magneettikuvauksessa (MK) ja niitä kutsutaan Modic-muutoksiksi. Modic-muutokset jaetaan kolmeen tyyppiin: tyyppi 1 (MC1) on tulehduksellisen näköinen ja sisältää korostunutta verisuonitusta ja luuturvotusta, tyyppi 2 (MC2) sisältää rasvoittunutta luuydintä ja tyyppi 3 (MC3) sisältää mineraalipitoisuudeltaan korostunutta, skleroottista luuydintä.

Tämä väitöskirjatutkimus sisältää kolme osatyötä, joissa on tutkittu Modic-muutosten yhteyttä luun aineenvaihduntaan luustokartassa, yhteyttä kipuun ja toimintakyvyn laskuun kahden vuoden seurantatutkimuksessa sekä hoitovastetta suonensisäiseen kerta-annoshoitoon tsoledronihapolla.

Luustokartta on isotooppitutkimuksen muoto, joka osoittaa kiihtyneen luun aineenvaihdunnan korostuneena merkkiainekertymänä. Tutkimusotoksen potilailta oli kuvattu alaselän MK ja luustokartta 6kk sisällä toisistaan vuosina 2007–2008. Tutkimuksessa havaittiin MC1:n alueella muita Modic-tyyppejä useammin kiihtynyttä luun aineenvaihduntaa, joka sopii muutoksen tulehdukselliseen ilmiasuun ja kudosnäytteissä aiemmin todettuun verisuonituksen lisääntymiseen.

Kahden vuoden seurantatutkimuksessa potilailla oli alaselkäoireita ja Modic-muutoksia. Tutkimuksessa havaittiin MC1:n olevan yhteydessä alaselkäkipuun ja toimintakyvyn laskuun, kun taas vastaavaa yhteyttä ei todettu MC2:n suhteen.

Satunnaistetussa kaksoissokkotutkimuksessa verrattiin tsoledronihappoa lumelääkkeeseen Modic-muutosten hoidossa alaselkäkipuisilla potilailla. 12 kuukautta kerta-annoshoidon jälkeen tehdyssä MK:ssa todettiin tsoledronihapporyhmässä MC1:n muuttumista MC2:n suuntaan ja MC1:n tilavuuden pienentymistä, mutta muutokset eivät olleet tilastollisesti merkitseviä.

Tutkimusten yhteenvetona voidaan todeta, että MC1 liittyy muita MC- tyyppejä useammin kiihtyneeseen luun aineenvaihduntaan ja alaselkäoireisiin. Tsoledronihappo saattaa tarjota hoitovaihtoehdon MC1:lle, mutta tämän vahvistaminen vaatii lisää laadukkaita tutkimuksia tulevaisuudessa.

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

1. Järvinen, J., Niinimäki, J., Karppinen, J., Takalo, R., Haapea, M., & Tervonen, O. (2020). Does bone scintigraphy show Modic changes associated with increased bone turnover? European Journal of Radiology Open, 7, 100222. https://doi.org/10.1016/j.ejro.2020.100222

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

2. Järvinen, J., Karppinen, J., Niinimäki, J., Haapea, M., Grönblad, M., Luoma, K., & Rinne, E. (2015). Association between changes in lumbar Modic changes and low back symptoms over a two-year period. BMC Musculoskeletal Disorders, 16(1). https://doi.org/10.1186/s12891-015-0540-3

3. Koivisto, K., Järvinen, J., Karppinen, J., Haapea, M., Paananen, M., Kyllönen, E., … Niinimäki, J. (2017). The effect of zoledronic acid on type and volume of Modic changes among patients with low back pain. BMC Musculoskeletal Disorders, 18(1). https://doi.org/10.1186/s12891-017-1632-z

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version