The heritability and morphology of lumbar Modic changes and their association with pain

Abstract

<div lang="en" class="abs"><p class="abs_header">Abstract</p><p>Low back pain (LBP) causes enormous costs to society. Certain magnetic resonance imaging (MRI) findings, including disc degeneration and disc herniation, have been associated with LBP in epidemiologic studies. Even though LBP should be considered a biopsychosocial condition, there is a need to define the possible existence of specific pathological conditions beyond LBP. One of these possible conditions is Modic change (MC). Modic changes are subchondral and vertebral bone marrow changes revealed by MRI. Although their association with LBP has been previously studied, some results remain contradictory, and we need to explore MC more thoroughly and to determine whether they are a feature of intervertebral disc degeneration or whether they exist in isolation. Moreover, it is unknown whether heritability is a contributing factor to MC.</p><p>This study explored the heritability and morphology of MC and their association with severe, prolonged and disabling LBP. The data consisted of two general population samples, TwinsUK from the United Kingdom (mainly female), and the Hong Kong Disc Degeneration Cohort (HKDDC) from Hong Kong, China. The TwinsUK sample included a longitudinal ten-year follow-up, whereas the HKDDC sample was cross-sectional.</p><p>The heritability of MC was found to be 30%. Modic changes were associated with other MRI findings such as disc degeneration, disc displacement and Schmorl’s nodes. A greater size of MC increased these associations. Type 1 MC were more strongly associated with disc displacement and disc degeneration than Modic type 2 change. Modic changes appeared to be independently associated with disabling LBP; severe, prolonged LBP; and back-related disability. Posterior MC and MC in the whole antero-posterior (AP) length of the vertebral body were more strongly associated with severe, prolonged LBP than other MC. A greater number and size of MC increased this association. In terms of disc degeneration, MC were independently associated with loss of disc height and disc signal intensity. Incident MC were independently associated with loss of disc height and disc bulge in a ten-year follow-up.</p><p>Modic changes are heritable, and are associated with severe and disabling LBP. The location, size and number of MC affect the association of MC with other MRI findings, LBP and back-related disability.</p></div>

<div lang="fi" class="abs"><p class="abs_header">Tiivistelmä</p><p>Alaselkäkivusta aiheutuu valtavat kustannukset yhteiskunnalle. Tietyt magneettikuvauslöydökset, kuten välilevyrappeuma ja välilevytyrä, on yhdistetty alaselkäkipuun epidemiologisissa tutkimuksissa. Alaselkäkipua arvioidaan yleensä biopsykososiaalisen mallin avulla, koska sen syytekijät tunnetaan huonosti. Lannerangan Modic-muutoksia pidetään yhtenä mahdollisena alaselkäkivun syytekijänä. Modic-muutokset ovat rustonalaisia, nikaman luuytimen muutoksia, jotka näkyvät magneettikuvantamisella. Tulokset Modic-muutosten ja alaselkäkivun yhteydestä ovat kuitenkin ristiriitaisia. Modic-muutosten sijainnin, koon ja muodon vaikutus alaselkäkipuun tunnetaan edelleen puutteellisesti. Lisäksi niiden perinnöllisyys on epäselvä.</p><p>Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin Modic-muutosten perinnöllisyyttä ja tarkempaa morfologiaa, kuten sijaintia ja kokoa lannerangassa, sekä selvitettiin niiden yhteyttä haittaavaan ja voimakkaaseen alaselkäkipuun. Tutkimus perustui kahteen väestöperäiseen aineistoon: TwinsUK-kaksosaineistoon (pääosin naisia) Yhdistyneistä kuningaskunnista ja Hong Kong Disc Degeneration -kohorttiin Hongkongista, Kiinasta. TwinsUK-aineisto sisälsi seurantatietoja 10 vuoden ajalta, ja Hongkongin aineisto oli kerätty yhdestä aikapisteestä.</p><p>Modic-muutosten perinnöllisen osuuden todettiin olevan 30 %. Modic-muutokset olivat yhteydessä muihin magneettikuvauslöydöksiin kuten välilevyrappeumaan, välilevypullistumaan ja Schmorlin keräsiin. Tyypin 1 Modic-muutokset olivat voimakkaammin yhteydessä välilevypullistumiin ja -rappeumaan kuin tyypin 2 muutokset. Modic-muutokset olivat yhteydessä toimintakykyä alentavaan ja voimakkaaseen, pitkittyneeseen alaselkäkipuun. Koko nikaman läpimitan käsittävät ja nikaman takaosassa sijaitsevat muutokset olivat voimakkaammin yhteydessä alaselkäkipuun. Muutosten suurempi koko ja yhteislukumäärä lannerangassa voimistivat sen yhteyttä alaselkäkipuun. Modic-muutokset olivat yhteydessä välilevyn madaltumiseen ja signaali-intensiteetin laskuun. Kymmenen vuoden seuranta-aikana ilmaantuneet Modic-muutokset olivat yhteydessä välilevyn madaltumiseen ja välilevypullistumaan.</p><p>Modic-muutokset ovat perinnöllisiä ja ne ovat yhteydessä voimakkaaseen sekä toimintakykyä heikentävään alaselkäkipuun. Muutosten tyypin lisäksi niiden sijainti, koko ja lukumäärä tulee huomioida alaselkäkipua arvioitaessa.</p></div>