颈脊柱姿势及预负荷对颈椎间盘扭转强度的影响

颈脊柱姿势及预负荷对颈椎间盘扭转强度的影响 颈脊柱姿势及预负荷对颈椎间盘扭转强度 的影响 实用医学杂志2010年第26卷筮1l期 颈脊柱姿势及预负荷对颈椎间盘扭转强度的影响 孙麟马迅赵斌李满牛建鹏 摘要目的:研究颈脊柱姿势及预负荷对颈椎间盘扭转强度的影响.方法:选用10具新鲜成人尸体颈 脊柱标本,解剖出C,,C共20个运动单位(包括上下两个椎骨和椎间盘),仅保留完整前,后纵韧带及榷 间盘.模拟颈脊柱两种姿势(中立位和屈曲位)和两种预负荷状态(晨起高度水化和劳作后脱水状态),施以 扭转载荷.测量颈椎间盘的极限扭转强度.分离颈椎间盘并制备组织学切片,观察颈椎间盘的损伤情况.结 果:水化状态下.颈脊柱中立位时颈椎间盘极限扭转强度比屈曲位时低(p<0.01); 而脱水状态下,颈脊柱中 立位时颈椎间盘极限扭转强度高于屈曲位时(P<0.01).中立位和屈曲位时,水化状态下颈椎间盘极限扭转 强度均比脱水状态下低(P<0.叭).可明显观察到软骨终板和纤维环处损伤.结论:水化状态下颈脊柱中立位 时较屈曲位时颈椎间盘易受扭转暴力损伤.而脱水状态下相反:不同姿势下晨起颈椎间盘高度水化状态下受 到扭转暴力时颈椎间盘均更易损伤.扭转暴力作用后损伤以软骨终板和纤维环处最显着. 关键词脊柱:颈椎间盘;扭转载荷;极限强度;生物力学 Anexperimentalstudyofcervicalspinalpostureandpriorloadinghistoryaffectinginterverte braldiscs intortionstrengthSUNLin,MAXun,ZHA0Bin,LIMan,NIUJian— peng.DepartmentofOrthopaedics,the SeCOndHospitalofShanxiMedicalUniversity,Taiyuan030001,China 【Abstract】 0bjecfiveToinvestigatetheeffectofcervicalspinalpostureandpriorloadinghistoryon intervertebraldiscsintortionstrength.MethodTenhumancadavercervicalspineweredissectedinto20motion segmentscontaining2vertebraeandintervertebraldiscs(C34andC5, 6)andintegrativeanteriorlongitudinal ligament,theposteriorlongitudinalligamentandtheintervertebraldiscs.Intortionloadswereexecutedfor assessmentsoftheeffectsof2postures(neutraltrunk,flexed)and2loadingconditions(dehydratedaftercrafts, hydratedinearlymorning).Thetissueinjurywasdeterminedbyhistopa 【hologicalmethods.ResultUnderthe hydratedconditions,specimenshadalowerultimateintortionstrengthinneutraltrunkposturethanthatinflexed posture(尸 <0.O1).However,underthedehydratedconditions,specimenshadahigherultimateintortion strengthinneutraltrunkposturethanthatinflexedposture(P<0.01).Inbothpostures,hydratedspecimens hadalowerultimateintortionstrengththanthatofdehydratedspecimens(P<O.01).Theendplateandthe annualfibrousofthediscsareinjuriedseriously.ConclusionInthehydratedstate,thecervicalintervertebral discsmaybemorepronetobeinjuriedinthepositionofneutraltrunk.whileinthedehydratedstatethe consequencewillnothappen.Inbothpositions,thediscsaremorepronetobeinjuriedwhentheyareathighest levelofhydrationineadymorning.Aftertheloadingoftheultimateintortionstrength,theend plateandthe annualfibrousofthediscswillbeinjuriedseriously. 【Keywords】Spine;Intervertebraldisc;Intortion;Ultimatestrength;Biomechanics 颈椎间盘的损伤原因复杂.涉及解剖,生物力 学及颈椎不同功能状态下的内部变化.颈椎间盘的 主要力学功能是对抗压缩力,其抗压能力很大,但 对扭曲力的耐受力较差.因此,扭转暴力是造成颈 椎间盘损伤的主要原因.此外,颈椎间盘的损伤还 受到其本身解剖结构,生化成分及不同功能状态的 影响,其中,部分改变常见于Et常生活,如伏案工作 doi:10.3969/j.issn.1006—5725.2010.11.013 作者单位:030001太原市,山西医科大学第--N院骨科 时颈椎的前屈姿势,睡眠与劳作后椎间盘含水量的 变化等.本实验选用10具新鲜成人尸体颈脊柱标 本,研究颈脊柱姿势及预负荷对颈椎间盘扭转强度 的影响. 1材料与方法 1.1标本及制备选用l0具成人新鲜尸体颈椎 标本.x线检查排除颈椎骨折及肿瘤病变,双层塑 料袋密封,一80?超低温冰箱保存.各组实验前室温 下自然解冻12,15h.小心剔除颈椎周围肌肉等组 织,解剖出C,C,运动单位(同时获得C正常 椎问盘),切断两椎弓间棘上,棘间和黄韧带.切除 实用医学杂志2010年第26卷第11期 相邻上下关节突,去除脊髓,保留完整前,后纵韧 带及椎间盘 调配牙托粉,固定标本试件上下端于特制铝 板上,标本中立位,铝板位置:中立位组上下方铝 板相互平行,屈曲位组上下方铝板两平面成1O, 15.夹角(保持椎体侧上下方铝板间距大而椎弓侧 间距小).标本制作和实验过程中用生理盐水始终 保持标本表面湿润 1.2实验设计本实验采用析因设计,设计2种 颈脊柱姿势(中立位和屈曲位)及2种预负荷状态 [椎间盘水化和脱水状态(说明:获得水化标本后, 从标本固定到加载结束约10min;获得脱水标本 后,加载过程约2min.时间均较短,对椎间盘内部 水分含量影响小,不需要特殊保持水化和脱水状 态 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 .)].20具标本试件随机分为4组,每组5 具标本试件. 中立位标本试件10具.生理最大屈曲位标本 试件l0具:屈曲10,15..水化处理标本试件10 具:获得保留有完整前,后纵韧带及椎间盘的颈脊 柱运动单位后,置其于水平位(模拟人体睡眠时颈 椎体位),不加压缩负荷,生理盐水浸泡6h,之后 调配牙托粉固定标本试件上下端于特制铝板.脱 水处理标本试件l0具:获得保留有完整前,后纵 韧带及椎间盘的颈脊柱运动单位后,调配牙托粉 固定标本试件上下端于特制铝板上,置其于垂直 位(模拟人体工作时颈椎体位)并保持标本试件中 立位,在INSTRON5544材料性能试验机(英国 INSTRON公司)上加载压缩负荷500N,持续3h【. 这两种预负荷状态用来模拟人体颈椎的不同状 况,即椎间盘水化程度的不同,从起床(水化状态) 到长时间繁重工作之后(脱水状态). 1.3加载及测量用特制的夹具将标本试件固定 于INSTRON5544材料性能试验机(英国INSTRON 公司)上,所有标本试件均使其上,下两铝板保持 平行,从而使原上,下铝板向椎弓侧成角的标本试 件(即屈曲位组标本试件)产生前屈动作,而且也 利于准确加载.加载旋转载荷,15./minE.记录载 荷一变形曲线,通过载荷一变形曲线得到各自的极 限载荷,极限载荷值以载荷一变形曲线突然偏离为 标准,极限载荷值乘以力臂得到极限扭矩值.解剖 分离出颈椎间盘后.数码摄像横截面并用ACDSee v5.0软件测量计算出面积,根据扭转力学原理极 限扭矩值除以颈椎间盘横截面面积值的3/2次 方.得出极限扭转强度值. 1.4形态学观察扭转实验后观察标本试件损伤 情况.完整取下颈椎间盘.4%多聚甲醛固定,5% 硝酸脱钙,常规处理后石蜡包埋,正中矢状切面切 片,HE染色,光镜观察损伤情况. 1.5统计学处理资料用均数?标准差表示.数 据结果采用统计软件SPSS11.5中两因素析因设计 资料的方差分析进行统计分析. 2结果 2.1颈椎间盘扭转强度的力学测定统计分析 结果显示.颈脊柱姿势及颈椎间盘水化程度两因 素间存在交互作用(F=60.129,P<0.01). 颈脊柱姿势中立和屈曲位,对颈椎问盘扭转强 度影响的单独效应如下:水化状态下,颈脊柱中立 位时颈椎问盘极限扭转强度比屈曲位时低,二者差 异存在显着性(一6.387,P<0.01);而脱水状态 下,颈脊柱中立位时颈椎间盘极限扭转强度高于屈 曲位时,差异有显着性(=4.782,P<0.01). 颈脊柱不同预负荷状态即颈椎间盘水化和脱 水状态,对颈椎间盘扭转强度也有很大影响:中立 位时,水化状态下颈椎间盘极限扭转强度比脱水状 态下低,二者差异存在显着性(=一21.559,P< 0.01);屈曲位时,水化状态下颈椎间盘极限扭转强 度比脱水状态下低,二者差异存在显着性(t=一 6.901,P<0.01).颈椎间盘极限扭转强度值见表1. 表1不同状态下颈椎间盘极限扭转强度值?,Mp 2.2颈椎间盘形态学观察扭转实验后,肉眼可 见全部标本试件发生较为明显的损伤,尤其是终 板处发生明显骨折. 制备颈椎间盘正中矢状位组织学切片后,用 OLYMPUS显微镜(日本)进行观察.正常颈椎间盘 由软骨板,纤维环及髓核构成,软骨板结构完整, 与纤维环结合紧密.纤维环纤维排列紧密有序,髓 核完整(图1).受到极限扭矩作用后的颈椎间盘局 部软骨板断裂,与纤维环部分脱离,纤维环出现多 个较大裂隙,纤维有断裂,髓核较完整,无明显突 出趋势(图2). 3讨论 颈椎间盘的主要力学功能是对抗压缩力,其 抗压能力很大.但椎间盘对扭曲力的耐受力较差, 因此.扭转暴力是造成颈椎间盘损伤的主要原因, 颈椎间盘的损伤还受到其解剖结构,生化成分及 不同功能状态的影响. 3.1颈脊柱姿势与颈椎间盘扭转强度许多研究 表明,颈脊柱姿势与颈椎间盘的生物力学功能密 1902实用医学;2010年第26卷第11 一图1正常颈椎问盘形态(HEx40)图2扭转作用后颈椎间盘形态(HEx40) 切相关.Punnett等[3]流行病学调查表明长期低头姿 势与承载能力的降低有关.在完全屈曲状态下,持 续负荷也能降低承载能力[.Allan等[j报道成年猪 颈脊柱在屈曲状态下压缩时,其极限强度大幅下 降.应航等6j观察了长时间(3个月)屈曲姿势下兔 颈椎间盘的生物力学性能变化,发现随着屈曲姿势 持续时间的延长.颈椎间盘抗压缩及抗扭转力学性 能明显下降,但是,在维持兔颈椎屈曲姿势1个月 时,颈椎间盘的抗扭强度却较正常组增高. 本实验采用人体颈脊柱运动单位作为研究对 象,结果表明颈脊柱姿势能够明显影响颈椎间盘扭 转强度,水化状态下,颈脊柱中立位时颈椎问盘极 限扭转强度比屈曲位时低;而脱水状态下,颈脊柱 中立位时颈椎间盘极限扭转强度高于屈曲位时. 水化状态下,由于颈椎后方结构限制及颈椎 问盘本身解剖因素.颈椎间盘高度的增加以前方 为主,颈脊柱中立位时椎问盘前高后低,颈脊柱运 动单位形成明显向后的角度,这与人体晨起颈椎 问盘状态相似:此种状态下,颈脊柱屈曲位将使向 后的角度变直或略有前倾.脱水状态下,颈椎间盘 高度的丢失也以前方为主,颈脊柱中立位时颈脊 柱运动单位角度变直.类似于人体劳作后颈椎问 盘状态:而此时颈脊柱屈曲位将形成明显向前的 角度.颈椎间盘纤维环的各层纤维以30,60.角 交叉编织排列,根据力学分析我们可知在这种排 列状态下,当存在向后或向前的角度时发生扭转, 颈椎问盘纤维环的纤维受到的作用力较角度变直 时受到的作用力大,更容易被破坏. 3.2颈椎间盘水化程度与颈椎间盘扭转强度 水分对维持颈椎间盘正常力学功能有重要作用, 颈椎间盘水化程度与颈椎预负荷史有关.预负荷 史即人体日常活动中的正常负荷,为120,1200 N[7].在一天的日常生活中,椎间盘的含水量变动 较大,当椎间盘承受长时期高水平的轴向载荷时, 比如长时期的直立体位,组织实体会将问质水分 挤出椎间盘,当椎间盘上的载荷消失或减少时.比 如睡眠时的横卧位,水分会流进椎间盘Malko 等[s]报道,3h卧床休息后椎间盘体积增加了5-4%, 液体增加了7%;一晚8h卧床休息后椎间盘体积 增加了10.6%,液体增加了14%.这与本实验所模 拟的颈椎间盘水化程度是一致的….此外,水分的 丢失也见于退变的椎间盘. 许多研究表明l1.引,椎间盘的高度水化状态导 致其体积增加,髓核和纤维环的预张力过高,影响 J'bD~载荷的分散,使其压缩强度较脱水状态明显 降低.本实验采用人体颈脊柱运动单位研究不同 水化状态下颈椎间盘的扭转强度,表明高度水化 状态也影响椎间盘扭转载荷的分散,其扭转强度 较脱水状态明显降低.需要说明的是,退变的颈椎 间盘也是处于脱水状态,但由于其同时存在细胞, 蛋白多糖,胶原等多方面改变[10-12].因而其力学强 度较正常水化状态的颈椎间盘低. 3.3颈椎问盘在极限扭矩作用后的形态学改变 应航等观察了长时间(3个月)屈曲姿势下兔颈 椎间的形态学改变,光镜下见纤维环出现多个较大 裂隙.与软骨终板部分脱离,髓核有明显向纤维环 后部突出趋势,终板结构破坏.本实验对人体颈脊 柱运动单位施加极限扭矩后.肉眼看到全部标本试 件发生较为明显的损伤,尤其是终板处发生明显骨 折.组织学切片可见损伤颈椎间盘局部软骨板断 裂,与纤维环部分脱离,纤维环出现多个较大裂隙. 纤维有断裂,髓核较完整,无明显突出趋势.这种损 伤状况的出现是由于颈椎问盘所受扭转应力主要 集中于与应力方向一致走形的纤维,以及局部软骨 板,因没有压缩应力,髓核无突出趋势. 总之,水化状态下颈脊柱中立位时较屈曲位 时颈椎间盘易受扭转暴力损伤,而脱水状态下相 反;不同姿势下晨起颈椎间盘高度水化状态下受 到扭转暴力时颈椎问盘均更易损伤.颈椎间盘在 受到扭转暴力作用后损伤以软骨终板和纤维环处 最显着. 4参考文献 [1]马迅,李钦亮,范永贵.颈脊柱姿势及预负荷史对压缩强度 影响的生物力学研究[J].中华外科杂志,2004,42(21): l322—1324. [2]陆斌,罗卓荆,李明全,等颈椎间盘摘除对颈椎稳定性及其 生物力学变化的研究[J.中国临床康复,2004,8(5): 882—883 3jPunnettIf'neJL,KeyserlingWM.eta1.Backdisorder [4] [5] [6] [7j [8] 用医掌杂志2010年第26卷第11 andnonneutraltrunkposturesofautomobileassemblyworkers [J].SeandJWorkEnvionHealth,1991,17(5):337—346. BrinekmannP,FrobinW.HierholzerE.eta1.Deformationof theve~ebralendplateunderaxialloadingofthespine[J]. Spine,1983,8(8):851—856. AllanDG,RussellGG.MoreauMJ.eta1.Vertebralend— platefailureinporcineandbovinemodelsofspinalfracture instrumentation[J].JOrthopRes,1990,8(1):154-156. 应航,陈立,詹红生,等.颈椎间盘退变的形态学观察和生物 力学研究[J].中国医学物力学杂志,2005,22(2):460—486. PatwardhanAG,HaveyRM.GhanayemAJ.eta1.Load. carryingcapacityofthehumancervicalspineincompressionis increasedunderafollowerload[J].Spine,2000,25(12):1548. MalkoJA,HuttonWC,FajmanWA.Aninvivomagnetic resonanceimagingstudyofchangesinthevolume(andfluid content)ofthelumbarinterverbraldiscduringasimulated 1903 diurnalloadcycle[J].Spine,1999,24(10):1015—1022. 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(收稿:2009—11—28编辑:袁宁) 组织因子途径抑制物一2在非小细胞肺癌中的 表达及其与细胞凋亡的关系 董永强纪涛张晓明朱水波徐家行殷桂林 摘要目的:探讨非小细胞肺癌中组织因子途径抑制物一2(TFPI一2)的表达及其与细胞凋亡的关系.评价 其与肺癌恶性程度的关系.方法:收集非小细胞肺癌石蜡标本,临床资料和临床分期.采用免疫组化法检测 TFPI一2蛋白在60例非小细胞肺癌和15例正常肺组织中的表达水平,并应用末端脱氧核苷酸转移酶介导的 标记染色法(TUNEL法)检测细胞凋亡,计算凋亡指数(AI).结果:TFPI.2在非小细胞肺癌中的表达指数为 60.0%,低于正常肺组织的89.5%.I,?期及无转移的非小细胞肺癌组织中TFPI一2表达指数(70.9%)及AI 值[(9.58?4.52)%]均高于?,?期[48.3%,(6.364-1.98)%]及有转移的非小细胞肺癌组织[57.1%,(6.104- 2.68)%],差异有统计学意义(P<0.05).结论:TFPI一2在正常肺组织中的表达水平明显高于非小细胞肺癌组 织,TFPI一2可能在诱导非小细胞凋亡中起到重要作用. 关键词癌.非小细胞肺:组织因子途径抑制物一2;细胞凋亡 TFPI-2expressioninnon-smallcelllungcancerandapoptosisDONGYong-qiang,JlToo,ZH ANGXiao— ming,ZHUShui—bo,XUJia—xing,YINGui—lin.DepartmentofCardiothoracicSurgery,WuhanGeneralHospital, GuangzhouMilitaryCommand.Wuhan43oo7oChina 【Abstract】objectiveToinvestigatetherelationshipbetweentissuefactorpathwayinhibitor-2(TFPI一2) expressionandapoptosisinnon—smallcelllungcancer(NSCLC),andtoevaluatetheassociationofTFPI一2with themalignancydegreeoflungcancer.MethodsParaffinsamplesofNSCLCandclinicaldataa ndstagingwere collected.TheexpressionlevelsofTFPI一 2proteinweredetectedbyimmunohistochemistryin60patientsand15 healthysubjects.ApoptosiswasdetectedbyTUNELassayandapoptotieindex(AI)wascalcu lated.ResultsThe expressionindexofTFPI一 2waslowerinNSCLCthaninnormallungtissues(60.0%5.89.5%);Theexpression indexofTFPI一2andA1were~ignificantlyhigherinstageIto?diseaseornon— metastaticdiseasethaninstagem to1vormetastaticdisease『70.9%口s.48.3%and(9.58?4.52)%s.(6.36? 1.98)%,70.9%us.57.1%and (9.58?4.52)%us.(6.1O?2.68)%;P<0.05].ConclusionsTheexpressionlevelofTFPI一2issignificantly higherinnormallungtissuesthaninNSCLC.TFPI一 2mayplayanimportantroleininducingapoptosisinNSCLC. 【Keywords】Carcinoma,non—small— celllung;Tissuefactorpathwayinhibitor?2;Apoptosis doi:103969/j.issn.1006—5725.2010.11.Ol4 作者单位:430070广州军区武汉总医院心胸外科 肺癌是当今世界上对人类健康威胁最大的恶 性肿瘤,组织因子途径抑制物一2(tissuefactor m? rlr?rlrL