綿羊椎體骨質(zhì)疏松性生物力學(xué)模型的建立及評價.pdf

1、自1959年Boucher首次采用長螺釘經(jīng)椎板、椎弓根達(dá)椎體固定腰骶關(guān)節(jié)取得良好的臨床效果以來,椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)取得了迅速的發(fā)展，并被廣泛的應(yīng)用于脊柱外科的常見臨床疾病。目前，椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)已經(jīng)成為脊柱外科領(lǐng)域最常用的脊柱后路內(nèi)固定方法。研究發(fā)現(xiàn):椎弓根螺釘?shù)姆€(wěn)定性取決于骨質(zhì)螺釘界面的把持力。然而，椎弓根螺釘內(nèi)固定技術(shù)在臨床的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，隨著患者骨質(zhì)疏松程度的加重，椎弓根螺釘松動率顯著增高。為解決這一問題，目前臨床上常用的方法

2、包括：改進(jìn)椎弓根螺釘設(shè)計(jì)；應(yīng)用的釘?shù)拦袒夹g(shù)。然而，針對各種新型螺釘以及釘?shù)拦袒夹g(shù)的臨床前實(shí)驗(yàn)研究，由于獲取骨質(zhì)疏松標(biāo)本比較困難，大多限于在正常骨質(zhì)的動物或健康的成人椎體上進(jìn)行研究，較少應(yīng)用骨質(zhì)疏松或嚴(yán)重骨質(zhì)疏松的動物或人椎體。
　　因此，建立用于骨質(zhì)疏松生物力學(xué)研究的模型是進(jìn)行各種新型螺釘以及釘?shù)拦袒夹g(shù)的臨床前實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)。目前用于骨質(zhì)疏松情況下生物力學(xué)研究的動物模型，最常選用的動物為成年綿羊(山羊)，其建模的方法主要有：

3、去勢法，激素誘導(dǎo)，低鈣飲食三種方法，它們存在的缺點(diǎn)：
　　1、建模周期長且費(fèi)用高，至少需要6個月飼育，延長了實(shí)驗(yàn)的研究周期；
　　2、建模過程繁瑣；
　　3、模型的可靠性差。
　　BMD、生化、骨組織形態(tài)學(xué)等指標(biāo)受生育、營養(yǎng)狀況、健康狀況、接受光照情況等不確定因素影響。但是,如果要針對骨質(zhì)疏松新開發(fā)的器械及實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行生物力學(xué)的初步評估，應(yīng)用骨質(zhì)疏松動物活體模型并不是一個合理的選擇，使用動物活體模型不僅耗時而且無

4、法及時將實(shí)驗(yàn)的結(jié)果反饋給研究者,延長了研究周期。所以建立一個快速、簡便、骨質(zhì)疏松程度可控,且滿足脊柱生物力學(xué)研究需要的骨質(zhì)疏松性標(biāo)本模型就顯得非常有必要。
　　研究目的：
　　1、運(yùn)用微量注射泵向椎體內(nèi)灌注鹽酸及椎體整體浸泡的脫鈣方法，快速、可控的建立不同骨密度水平的骨質(zhì)疏松性生物力學(xué)模型；
　　2、首次從“宏觀-微觀，二維-三維，定性-定量”等多個角度對骨質(zhì)疏松性生物力學(xué)模型進(jìn)行全面評價，并分析該模型力學(xué)性能下降的原

5、因。
　　研究方法：
　　1）設(shè)計(jì)一款可擰入椎弓根帶側(cè)孔的圓柱形灌注連接器，作為椎體內(nèi)部與注射泵的橋接裝置；
　　2）采用完全隨機(jī)的設(shè)計(jì)方法，3±0.5歲新鮮綿羊腰椎68個，完全隨機(jī)分配至4個處理組：A組(0小時脫鈣,即空白組)、B組(2小時脫鈣)、C組(4小時脫鈣)、D組(6小時脫鈣)。每組17個椎體；
　　3）首次從“宏觀-微觀，二維-三維，定性-定量”全面的對骨質(zhì)疏松性生物力學(xué)模型進(jìn)行評價，包括：X線、螺旋

6、CT，MicroCT，硬組織切片；BMD；生物力學(xué)測試：最大軸向拔出力、最大抗壓強(qiáng)度；骨計(jì)量學(xué)分析。從多個角度觀察各組骨質(zhì)流失情況，并分析骨質(zhì)力學(xué)性能下降的原因。
　　研究結(jié)果：
　　1）模型的評價：
　?、倜撯}前后BMD檢測：經(jīng)0、2、4、6小時脫鈣后A、B、C、D各組椎體的BMD分別下降約0、18％、28％、39％；
　?、谕ㄟ^X線、CT觀察可見經(jīng)0、2、4、6小時脫鈣椎體密度逐漸減低，椎體邊緣皮質(zhì)骨逐漸變薄

7、，椎體中央松質(zhì)骨逐漸稀疏增寬；
　?、跰icroCT三維重建顯示：B、C、D各組椎弓根釘?shù)兰白刁w中央處松質(zhì)骨骨小梁較A組骨小梁間距增寬、骨小梁部分連接中斷，且隨著脫鈣時間的延長而下降。B、C、D組椎弓根釘?shù)劳饪诩白刁w前壁皮質(zhì)骨厚度、粗細(xì)程度均明顯低于A組，同時其骨質(zhì)的完整性明顯要差于A組，A、B、C、D各組間的空間結(jié)構(gòu)隨BMD的下降而變化；A、B、C、D各組椎弓根釘?shù)兰白刁w骨空間結(jié)構(gòu)參數(shù)顯示：Tb.th,Tb.N,Cor.th,B

8、V/TV隨脫鈣時間延長而下降，Tb.sp隨脫鈣時間延長而增寬,而椎弓根處BS/BV在各組間無顯著變化，椎體骨質(zhì)的BS/BV隨脫鈣時間延長而增大；
　　④硬組織切片顯示：A組椎弓根及椎體中央處松質(zhì)骨骨小梁排列緊密,相互交連成網(wǎng)狀；B、C、D組骨小梁較A組骨小梁變薄,數(shù)目減少,聯(lián)結(jié)處部分出現(xiàn)斷裂,間距增寬,骨髓腔擴(kuò)大。其中明顯可見隨脫鈣時間的延長，B、C、D各組骨質(zhì)丟失依次加重，骨小梁間距亦依次增寬，骨小梁形態(tài)基本保持正常；
　

9、?、萆锪W(xué)測試示：B、C、D處理組的Fmax、εult及其能量吸收值均值均低于A組(P<0.05),且隨脫鈣時間的延長依次降低，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）。
　　2)相關(guān)性分析：
　　經(jīng)脫鈣后椎體的Fmax和σult與BMD及脫鈣時間的相關(guān)性最大，與骨質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)參數(shù)（Tb.th、Tb.N、tb.sp、BV/TV、BS/BV、Cor.th）也有明顯的相關(guān)性。這與臨床骨質(zhì)疏松情況下人椎體力學(xué)的變化情況類似。
　　結(jié)