不对称力脊柱侧凸模型椎体终板微结构的实验研究

发布时间：2020-08-22 12:09

【摘要】：研究背景特发性脊柱侧凸(Idiopathic Scoliosis, IS)是青少年最常见的脊柱畸形之一,其发病原因目前尚未明确,研究显示人体直立状态下脊柱承受的不对称力是侧凸发展的重要因素之一。椎体终板由椎体的骨骺骨化形成,其对椎体的生长及椎间盘的营养都起着重要的作用,脊柱侧凸畸形导致终板承受不正常的应力,研究此病理情况下终板结构的改变有利于进一步揭示脊柱侧凸畸形进展的机制。建立脊柱侧凸动物模型是探索IS发病机制及研究新的侧凸治疗方法的重要手段,经过半个多世纪的探索,多种脊柱侧凸模型已成功建立,极大的推动了脊柱侧凸相关病理学研究及外科治疗的进展,特别是脊柱不对称栓系模型,由于建模方法可靠,可重复性强,目前已成为侧凸研究首选的模型之一,但由于其侧凸的进展主要依靠动物的生长潜力,当严重侧凸形成后动物已接近成熟,对研究新的侧凸治疗方法的应用价值不大,所以也有一定的缺陷。对目前的栓系建模方法进行改良,加速侧凸的进展速度,不但可提供更理想侧凸研究对象,其建模方式还可能进一步发展成为新的脊柱侧凸的外科治疗方法,具有重要的临床意义。研究目的对大鼠椎体骨性终板及内部孔道结构进行3D重建,并分析成年大鼠椎体骨性终板结构特点及随鼠龄变化的情况；使用镍钛合金弹簧建立新型大鼠不对称力脊柱侧凸模型,观察不对称力对脊柱生长的调节作用；使用MicroCT (Micro-computed tomography)对大鼠不对称力脊柱侧凸模型椎体终板结构的变化进行观察,进一步揭示脊柱侧凸的进展机制。研究方法使用MicroCT对3月龄、9月龄、16月龄SD大鼠(各15只)腰椎进行扫描,对正常椎体终板骨性结构及内部孔道结构进行3D重建并计算骨体积分数。另选取5周龄雌性SD大鼠55只,手术将钛钉由大鼠L2、L5右侧横突根部置入椎体,并连结镍钛弹簧建立腰椎不对称力侧凸模型。55只实验大鼠随机分为两组：A组(n=15),术后7周(鼠龄12周)大鼠达体成熟时行手术取出镍钛弹簧,使用MicroCT对侧凸顶点处终板进行扫描分析,mimics软件对终板骨性结构及内部孔道结构进行3D重建,并从组织学对顶椎间盘及椎体终板进行观察；B组(n=40)按术后取出弹簧的时间再分为5组：初次术后1周(B1组)、2周(B2组)、3周(B3组)、4周(B4组)、5周(B5组)行手术取出镍钛弹簧。所有实验大鼠随访观察7周至大鼠达体成熟,并定期行正侧位X线检查,评估侧凸畸形的变化情况。研究结果正常SD大鼠腰椎骨性终板是一层具有孔道的骨性结构,其内部孔道形成一环形的管网结构,腹侧椎体终板BV/TV显著小于背侧椎体终板(腹侧：79.9±7.3%,背侧：90.6±6.2%,P0.05),且椎体终板BV/TV随鼠龄增长显著增大。 A组中所有实验大鼠均出现了逐渐进展凸向左侧的结构性侧凸畸形,7周后大鼠脊柱腰段侧凸Cobb角由术后即刻平均25.7±2.4°进展至平均61.5±5.4。,L3及L4椎体均向栓系侧发生楔形变。MicroCT平扫重建数据显示凹侧椎体终板较凸侧明显变薄,其内部孔道结构稀疏,骨体积分数(BV/TV)明显增加。B组大鼠施加不对称力后侧凸畸形逐渐进展,手术去除弹簧后侧凸角度逐渐减小,其中B1-B3组大鼠去除弹簧后(性成熟前去除弹簧)侧凸逐渐减小,直至性成熟后(初次手术4周后)侧凸达到稳定；B4-B5组大鼠去除弹簧后(性成熟后去除弹簧)侧凸仅在术后1周出现减小,而后即达到稳定。随访7周至大鼠达体成熟后,除B1组大鼠平均冠状面Cobb角为7.8±1.3。外,其它各组大鼠均保留10。的脊柱侧凸畸形。各组大鼠弹簧去除术后即刻行X线检查,显示侧凸的角度减小,说明本实验大鼠模型形成的侧凸畸形并非僵硬性脊柱侧凸,其侧凸柔韧性随弹簧栓系时间的延长而降低。研究结论大鼠腰椎骨性终板内的孔道结构分布并非杂乱无章,而是由若干环形管道、交通支及腹背侧的主干管道组成的环形管网,此孔道结构为其内部走行的血管提供了通道,其在椎体终板内的体积比例随鼠龄的增长而减小。本实验成功建立了一种新型不对称力大鼠侧凸模型,能在更短的时间内形成侧凸畸形,并进一步验证了不对称力可以调节脊柱的生长,从而引起脊柱侧凸。本实验大鼠侧凸模型保留了侧凸节段脊柱的活动性,但其柔韧性随弹簧栓系时间的延长而降低,不对称力导致凹侧椎体终板趋向形成一致密的薄骨板,这种病理改变可能对凹侧椎体的生长及椎间盘的营养会产生不利的影响。
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R-332;R687.3

【参考文献】