The effect of obesity on paraspinal muscle morphology in patients undergoing lumbar fusion surgery

Abstract-Text deutsch

Einleitung

Adipöse Patienten, die einer wirbelsäulenchirurgischen Operation unterzogen werden, haben ein erhöhtes Risiko für postoperative Komplikationen, wenn auch die funktionellen Ergebnisse nach lumbalen Fusionsoperationen jenen von nicht adipösen Patienten nicht unterlegen sind. Ziel dieser Studie war es, den Einfluss von Adipositas auf die Muskelmorphologie des Psoas und der lumbalen Extensoren von Patienten zu untersuchen, die einer lumbalen Fusionsoperation unterzogen werden.

Material/Methode

Patienten, die zwischen 2014-2017 einer lumbalen Fusionsoperation unterzogen wurden und innerhalb von 6 Monaten vor der Operation eine lumbale Magnetresonanztomographie (MRT) hatten, wurden retrospektiv eingeschlossen. Muskelmessungen wurden durchgeführt vom Psoas und von den posterioren paraspinalen Muskeln (PPM; Erector spinae und Multifidus) nach Segmentierung und unter Verwendung einer automatisierten Messmethode basierend auf Pixelintensitäten. Untersucht wurden die funktionelle Querschnittsfläche (FQF) und die prozentuale Fettinfiltration (FI) dieser Muskeln. Beziehungen zwischen Variablen wurden mittels der Kendall-Korrelation (τ_b) untersucht. Die multivariable lineare Regressionsanalyse mit Adjustierungen für Alter und Ethnie wurde angewendet, um den Einfluss von Adipositas auf die genannten Muskelparameter zu untersuchen. Sämtliche Analysen wurden nach biologischem Geschlecht stratifiziert. Statistische Signifikanz wurde definiert als p < 0.05.

Ergebnisse

114 Patienten (60.5% Frauen, 92.1% Kaukasier, medianes Alter 68.8 Jahre, Body Mass Index (BMI) 28.2 kg/m²) wurden in die Analyse eingeschlossen. Die Prävalenz von Adipositas betrug 46.7% bei Männern und 36.2% bei Frauen (p = 0.330). Für beide Geschlechter zeigte das Alter eine signifikante negative Korrelation mit der FQF der PPM auf L3-L5, sowie eine signifikante positive Korrelation mit der FI der PPM auf L3-L5. In der multivariablen Analyse zeigte Adipositas bei den Männern einen positiven Einfluss auf die FQF der PPM auf L3 (β = 5.941; 95% CI 0.375 – 11.507; p = 0.037). Bei den Frauen zeigte Adipositas einen negativen Einfluss auf die FQF der PPM auf L3 (β = -0.006; 95% CI -0.011 − -0.001; p = 0.012), aber einen positiven Einfluss auf die FQF der PPM auf L4 (β = 1.253; 95% CI 1.138 – 1.380; p < 0.001) und L5 (β = 1.186 95% CI 1.013 – 1.388; p = 0.034). Für beide Geschlechter zeigten sich in der adjustierten Analyse weder die Muskelparameter des Psoas noch die FI der PPM durch Adipositas beeinflusst.

Diskussion

Adipositas hat für beide Geschlechter und unabhängig von Alter und Ethnie einen signifikanten Einfluss auf die FQF der PPM, nicht aber auf die FI der PPM. Weitere Studien sind notwendig, um zu untersuchen, ob diese Erkenntnis einer vergrößerten paraspinalen Muskelmasse in dieser Patientengruppe einen protektiven Effekt gegenüber mechanischen Komplikation nach lumbalen Fusionsoperationen hat.

Abstract-Text englisch

Introduction

Obese patients who undergo spine surgery have a higher risk of developing postoperative complications, although functional outcomes after lumbar fusion are not inferior when compared to non-obese patients. This study aimed to investigate the effect of obesity on the psoas and lumbar spine extensor muscle morphology in patients undergoing lumbar spinal fusion, with a particular emphasis on sex-related differences.

Material and Methods

Patients undergoing lumbar fusion surgery between 2014-2017 at a single academic institution who had a preoperative lumbar magnet resonance imaging (MRI) scan performed within 6 months before surgery were retrospectively included. Muscle measurements were conducted of the psoas and posterior paraspinal muscles (PPM; erector spinae and multifidus) at the superior endplate of vertebral bodies L3-L5 using manual segmentation and an automated pixel intensity threshold method. Outcome parameters included the functional cross-sectional area (FCSA) and the percentage of fat infiltration (FI). Kendall's correlation coefficient (τ_b) was calculated to assess crude relationships among variables. Multivariable linear regression analyses with adjustments for age and race were conducted to investigate the influence of obesity on outcome parameters. All analyses were stratified by biological sex. Statistical significance was defined as p < 0.05.

Results

114 patients (60.5% female, 92.1% Caucasian, median age 68.8 years, body mass index (BMI) 28.2 kg/m²) were included in the final analysis. The prevalence of obesity was 46.7% in men and 36.2% in women (p = 0.330). For both sexes, age showed a significant negative correlation with the FCSA of PPM at L3-L5 and a significant positive correlation with the FI of PPM at L3-L5. In men, BMI showed a significant positive correlation with the FCSA of psoas at L3 and L5, and with the FCSA of PPM at L3. In women, BMI showed a significant positive correlation with the FCSA of psoas and PPM at L3 and L4. In the multivariable analysis, obesity was positively associated with the FCSA of the PPM at L3 in men (β = 5.941; 95% CI 0.375 – 11.507; p = 0.037). In women, obesity was negatively associated with the FCSA of the PPM at L3 (β = -0.006; 95% CI -0.011 − -0.001; p = 0.012), and positively associated with the FCSA of the PPM at L4 (β = 1.253; 95% CI 1.138 – 1.380; p < 0.001) and L5 (β = 1.186 95% CI 1.013 – 1.388; p = 0.034). For both sexes, neither were the muscle parameters of the psoas, nor the FI of PPM affected by obesity in the adjusted analysis.

Discussion

This study demonstrated that obesity significantly affects the FCSA but not the FI of PPM in men and women who undergo lumbar fusion surgery, irrespective of age and race. Further studies are needed to investigate whether these findings of increased paraspinal lean muscle mass are protective against mechanical complications after lumbar fusion surgery.