綿羊椎體骨質疏松性生物力學模型的建立及評價.pdf

1、自1959年Boucher首次采用長螺釘經椎板、椎弓根達椎體固定腰骶關節(jié)取得良好的臨床效果以來,椎弓根螺釘內固定技術取得了迅速的發(fā)展，并被廣泛的應用于脊柱外科的常見臨床疾病。目前，椎弓根螺釘內固定技術已經成為脊柱外科領域最常用的脊柱后路內固定方法。研究發(fā)現:椎弓根螺釘的穩(wěn)定性取決于骨質螺釘界面的把持力。然而，椎弓根螺釘內固定技術在臨床的應用中發(fā)現，隨著患者骨質疏松程度的加重，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：改進椎弓根螺釘設計；應用的釘道固化技術。然而，針對各種新型螺釘以及釘道固化技術的臨床前實驗研究，由于獲取骨質疏松標本比較困難，大多限于在正常骨質的動物或健康的成人椎體上進行研究，較少應用骨質疏松或嚴重骨質疏松的動物或人椎體。
　　因此，建立用于骨質疏松生物力學研究的模型是進行各種新型螺釘以及釘道固化技術的臨床前實驗研究的基礎。目前用于骨質疏松情況下生物力學研究的動物模型，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，低鈣飲食三種方法，它們存在的缺點：
　　1、建模周期長且費用高，至少需要6個月飼育，延長了實驗的研究周期；
　　2、建模過程繁瑣；
　　3、模型的可靠性差。
　　BMD、生化、骨組織形態(tài)學等指標受生育、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,如果要針對骨質疏松新開發(fā)的器械及實驗技術進行生物力學的初步評估，應用骨質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、法及時將實驗的結果反饋給研究者,延長了研究周期。所以建立一個快速、簡便、骨質疏松程度可控,且滿足脊柱生物力學研究需要的骨質疏松性標本模型就顯得非常有必要。
　　研究目的：
　　1、運用微量注射泵向椎體內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疏松性生物力學模型；
　　2、首次從“宏觀-微觀，二維-三維，定性-定量”等多個角度對骨質疏松性生物力學模型進行全面評價，并分析該模型力學性能下降的原

5、因。
　　研究方法：
　　1）設計一款可擰入椎弓根帶側孔的圓柱形灌注連接器，作為椎體內部與注射泵的橋接裝置；
　　2）采用完全隨機的設計方法，3±0.5歲新鮮綿羊腰椎68個，完全隨機分配至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”全面的對骨質疏松性生物力學模型進行評價，包括：X線、螺旋

6、CT，MicroCT，硬組織切片；BMD；生物力學測試：最大軸向拔出力、最大抗壓強度；骨計量學分析。從多個角度觀察各組骨質流失情況，并分析骨質力學性能下降的原因。
　　研究結果：
　　1）模型的評價：
　?、倜撯}前后BMD檢測：經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0、2、4、6小時脫鈣椎體密度逐漸減低，椎體邊緣皮質骨逐漸變薄

7、，椎體中央松質骨逐漸稀疏增寬；
　?、跰icroCT三維重建顯示：B、C、D各組椎弓根釘道及椎體中央處松質骨骨小梁較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組椎弓根釘道外口及椎體前壁皮質骨厚度、粗細程度均明顯低于A組，同時其骨質的完整性明顯要差于A組，A、B、C、D各組間的空間結構隨BMD的下降而變化；A、B、C、D各組椎弓根釘道及椎體骨空間結構參數顯示：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，椎體骨質的BS/BV隨脫鈣時間延長而增大；
　?、苡步M織切片顯示：A組椎弓根及椎體中央處松質骨骨小梁排列緊密,相互交連成網狀；B、C、D組骨小梁較A組骨小梁變薄,數目減少,聯結處部分出現斷裂,間距增寬,骨髓腔擴大。其中明顯可見隨脫鈣時間的延長，B、C、D各組骨質丟失依次加重，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)計學差異（P＜0.05）。
　　2)相關性分析：
　　經脫鈣后椎體的Fmax和σult與BMD及脫鈣時間的相關性最大，與骨質的空間結構參數（Tb.th、Tb.N、tb.sp、BV/TV、BS/BV、Cor.th）也有明顯的相關性。這與臨床骨質疏松情況下人椎體力學的變化情況類似。
　　結