[center]腰椎终板骨折特点及相关因素的实验研究[/center]
[center]（来自中华外科杂志2006年8月第44卷第16期）
赵凤东 范顺武
作者单位：310016杭州，浙江大学医学院附属邵逸夫医院骨科 浙江大学骨科研究所[/center]
【摘要】目的探讨腰椎椎体终板压迫骨折的特点及其影响因素。方法19个尸体标本的腰椎运动节段(rsu)，根据x线检查来确定椎间盘的退变分级，在双能x线吸收仪器上测量椎体和椎体终板的骨密度(bmd)和骨矿含量(bmc)，然后分别承受过度负荷导致终板骨折，根据力-位移曲线来确定终板骨折和终板的极限负荷(fl)。终板骨折后，运动节段解剖为单独的椎体，观察终板骨折情况。结果19个fsu标本中，16个发生肉眼可见的终板骨折，骨折仅仅发生在下位椎体的上终板，比率为84．2％，骨折均位于终板的中央部分或前部，表现为星形放射状、阶梯状、局部突入型等；终板的fl与椎体及终板的bmd、bmc呈正相关。同一个椎体内，上终板的bmd、bmc显著低于下终板，而同一个椎间盘周围，上终板的bmd高于下终板者，bmc却无差异。结论终板压迫骨折易发生于椎体的上终板；不同退变程度椎间盘邻近终板骨折的特点不同，但这种骨折在x线片上很难显现，终板的极限负荷与椎体终板的bmd、bmc呈正相关。
【关键词】 脊柱骨折；骨密度；椎间盘退变
椎体的终板在维持椎间盘的结构与功能的完整性和传导分散应力中起到很大作用，有研究显示终板骨折会导致明显的椎间盘退变，也有研究表明，终板骨折是诱发椎间盘源性腰痛的因素之一。实际上椎体终板骨折并不鲜见，尤其在人口老龄化的现代社会中，临床上椎体终板骨折愈发多见。由于常规x线检查并不能显示或不能完全显示终板骨折，因此至今尚未有确切的流行病学报道。本实验通过在计算机控制下，于腰椎脊柱运动节段上施加压迫性负荷来模拟椎体终板的骨折，以揭示终板骨折的特点和相关因素。
材料与方法
1．尸体标本材料：16例死亡标本中获得单节段的腰椎运动节段19个，所应用的脊柱运动节段取自l1-5，包括：l1-2(2个)，l2-3(6个)，l3-4(6个)，l4-5{(5个)。标本均为低温(一20℃)冰箱内储存不超过3个月。其死亡原因与脊柱病理无关，其中男性10个，女性9个；年龄48～77岁，平均56岁。椎体和椎间盘为黏附性薄膜包绕以使其表面湿润。骨密度(bmd)和骨矿含量(bmc)测量完毕后，运动节段被固定于适度充填牙科石膏的金属杯内，应用螺丝钉和钩插入关节突和棘突上以加强固定。椎间盘退变的级别按照mimura标准确定：i级2例，ⅱ级13例，ⅲ级4例。
2．bmd和bmc的测量：剔除了周围软组织的腰椎运动节段被置于一dexa系统的lunar pixi．runslm骨密度测定仪(美国ge medical system)进行bmd、bmc测定，先行测量一个椎体整体的bmd、bmc，然后应用软件程序来选择兴趣区(roi)，主要选择连续的头侧和尾侧终板区域；选好兴趣区域后，进行测量。结果为椎体或椎体终板的bmd和bmc。
3．力学测量：每一个固定于金属杯内的运动节段被放置于计算机控制的液压物质测定仪上(英国leominster zwick—roell dartec)。通过一个或两个低摩擦力的滚轴来施加复杂的弯曲和压迫负荷。当两
个滚轴高度相等时，标本承受纯压迫力；当后侧滚轴较低时，标本开始承受前侧滚轴的弯曲负荷，这样标本就会前屈直至后侧滚轴与压迫板接触为止；反之则为后伸。这样标本就承受压迫和弯曲负荷。
4．初步蠕变实验：在中立位上，每个标本均承受300n的单纯压迫力达15 min，以防止过度吸收水分而导致膨胀。
5．模拟终板骨折损伤：每个运动节段都置于轻度屈曲位，以模拟常人从地上抬起重物时的平背状态。机器的撞击锤会按照2．5 mm／s的速度匀速上升，直至在计算机上实时描画的力一变形曲线上出现以曲线斜率轻度降低为标准的损伤初步征象为止。然后负荷就会被迅速去除。损伤会通过第二次压迫来证实，表现为在力一变形曲线上的残存的位移。这是一个测量椎体终板损伤的很好的方法。终板骨折后，描绘负荷一位移曲线，在每个标本曲线上，通过thomas等的方法来确定极限负荷(或破坏负荷，fl)。
6．解剖观察：在力学测试前、后，标本均进行x线影像学检查，拍摄前后位和侧位片。力学测试完成后，标本运动节段被解剖为椎体和椎间盘，以观察骨折发生部位及程度。
7．统计学分析：应用spss 11．5统计软件对数据进行处理。采用独立样本t检验比较不同性别标本之间的bmd、bmc；采用配对t检验比较同一个椎体内部的上下终板bmd、bmc和一个椎间盘上下方的终板的bmd、bmc的差异；bmd、bmc与fl之间行相关性分析。
结果
19个运动节段中，肉眼可见16个终板骨折，骨折均集中于一个运动节段内的下位椎体的上终板，占总数的84．2％。骨折集中于终板的中心或前部一分，伴随终板下骨的塌陷。以终板中央为中心的星形破裂骨折10例，阶梯骨折2例，局部凸入型骨折(schmorl’s结节)2例，凹陷型骨折1例，“y”型压陷骨折1例。3例未发生骨折者，经解剖发现，虽然骨性终板未发生骨折，软骨终板却发生破裂，与所附着的骨性终板发生分离，但与椎问盘的附着却仍然紧密。对比椎间盘退变的级别和终板骨折的类型，可以发现，i级者2例，年龄均为48岁，均未骨折，ⅱ级者共13例，其中10例发生星形放射状骨折，2例为schmorl’s结节，1例未骨折；m级者4例，2例发生阶梯骨折，1例发生凹陷型骨折，1例“y”型压陷骨折(图1～5)。
本组标本中，性别之间的bmd无显著差异(p>0．05)，但bmc却存在显著差异，男性高于女性(尸<0．05)。
19个脊柱运动节段，经解剖分解为38个椎体，上下终板各38个，椎体总bmd为(0．49±0．08)g／cm2，总bmc为(15．47±2．93)g。在一个椎体内部，上终板bmd为(0．63±0．09)g／cm2，下终板bmd(0．81±0．10)g／cm2，下终板显著高于上终板(p=0．00)；上终板bmc为(2．37±0．75)g，下终板为(4．58±0．75)g，下终板明显高于上终板(p=0．006)。
围绕运动节段的椎间盘的骨性终板，上下终板各19个，上方的bmd为(0．69±0．10)g／em2，bmc为(3．37±0．64)g；下方的分别为(0．53±0．09)g／cm2和(3．30土0．60)g。统计表明，椎间盘上方终板的bmd显著高于下方终板(p=0．00)，但bmc却相近(p=0．197)。
在一个运动节段中，fl和bmd、bmc之间的pearson相关性分析显示：骨折椎体的上终板的bmd和fl的相关系数是0．689；相应地，bmc和fl的相关系数为0．698。
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图1 以椎体终板中心为中心的星形放射状终板骨折
图2终板骨折后schmorl’8结节形成(箭头示)
图3阶梯状骨折(箭头示)
图4 凹陷型骨折图5 y型压陷骨折(箭头示)
讨论
椎体被软骨终板覆盖的部分为骨性终板或软骨下骨，它是椎体的一部分，影响到终板时力学紊乱往往同时影响到骨性和软骨终板。事实上，无论在临床还是基础研究中，骨性终板和软骨终板往往相互影响，相互作用，有时被看做一个单位，例如力学研究中，有时又分开来，例如生物学或生物化学研究中[9|。
edwards等研究发现，骨性终板包含几个明显的功能分区，以传导从椎间盘到椎体的机械压力；终板厚度有很大差异，终板中央部有显著降低，而皮质骨壳与终板交汇处则明显增厚，在轴向载荷反复作用下，终板及其下的骨小梁会发生相应的变形。pamela等的研究表明：腰椎下终板与骶1上终板强度和刚度无显著差异，而腰椎上终板无论是强度还是刚度均明显弱于下终板。老年人脊柱内部应力分布的变化，使得椎体承受的负荷也产生变化，正如同pollintine等报道，椎体的前部骨小梁数量减少，空间构型也会改变，骨密度也会降低，从而强度降低。
本研究结果与以上的研究结果基本相符，即骨折基本发生于同一个运动节段的下位椎体的上终板，位于终板的中央或者中央靠近前方的部分，虽然骨折形态从星形放射状到阶梯状以及schmorl'；s结节的局部凸入型不等，但发生部位基本以终板中央为中心，然后再延及周围，其类型与椎体以及终板的bmd和椎间盘状态之间的关系尚不完全清楚。但本实验表明，椎体终板的fl与椎体终板的bmd呈正相关，说明骨折的发生必然和bmd有关。当然，按照adams等。11进行的椎间盘内部应力分布测定结果，可以发现，终板骨折的部位和类型，与椎间盘的退变程度应该存在一定程度的相关性，即正常的或退变程度轻的椎间盘，其内部平均分配应力的能力就强，那么在承受压迫应力且运动节段又处于中立位时候，上下终板承受的应力就较为均衡，这样，各个部位受力就接近于均等，按照前述的edwards和pamela等u0’11 o的测量结果，当承受过度应力时，薄弱的中央区首先受到破坏而骨折，呈以终板中央为中心向周围放散的放射状骨折；而同样按照adams等的结果，退变的椎间盘内部分配应力的能力就不均衡，是因为髓核和纤维环都发生了退变，即髓核纤维化而导致功能区域减小，向上下终板均匀传递应力的能力降低，而且髓核一旦退变，就会出现几个应力分布不同的功能区，这样在承受过度应力时，就会在不同部位出现不同的应力作用，而非均衡性应力，那么骨折就会呈现为不同的特点。由于本研究标本数量有限，并不能给出关于椎间盘退变和终板骨折之间的明确相关性的答案，但是按照mimura分级标准，本组i级者共2例，年龄均为48岁，可能因为其bmd均较大之故，均未骨折；ⅱ级者共13例，其中10例发生星形放射状骨折，schmorl’s结节2例，未骨折1例，ⅲ级者共4例，其中，阶梯骨折2例，凹陷型骨折1例，“y”型压陷骨折1例，均符合adams等的发现；说明在椎体终板骨折和椎间盘退变之间可能存在某种关联，具体尚需要进一步研究。
本研究中，在一个椎体内部，椎体下终板的bmd和bmc显著高于其上终板(p=0．00，p=0．006)；对于一个运动节段中围绕一个椎间盘的骨性结构，即骨性终板的bmd和bmc，进行上下相互比较，结果显示，椎间盘上方骨性终板的bmd显著高于下方终板(p=0．00)，但是bmc却相近(p=0．197)。以上两种结果相结合，就可以清楚解释为何本实验中骨折均集中于下位椎体的上终板，而上位椎体的下终板却几乎完好无损。从而使pamela等的结果从bmd角度得到了进一步证明。
本研究的另一个发现是，3例未发生骨折者，经解剖发现，虽然骨性终板未发生骨折，但软骨终板却发生破裂，与所附着的骨性终板发生部分分离，但与椎间盘的附着却仍然紧密。在退变椎间盘，tanaka等也发现了类似的病理表现。
因为本组标本量较少，所以尚需进一步的研究，以明确终板骨折的规律性特点及其相关因素。
[本贴已被 翁志蓬 于 2009-3-29 23:44:27 修改过] | 
发表于 2009-3-27 19:27
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