青年與老年胸椎松質骨應力松弛特性對比分析

青年與老年胸椎松質骨應力松弛特性對比分析

張翹張淑娟1李新穎

(吉林大學中日聯誼醫院，吉林長春130031)

摘要〔〕目的探討老年尸體胸椎松質骨和青年尸體胸椎松質骨是否具有不同的應力松弛力學性質。方法人死后24 h之內解剖取出死者胸椎T3～T12標本，將T3～T12標本沿縱向切成長30 mm，寬5 mm，高5 mm的試樣每組各10個。在電子萬能試驗機上進行應力松弛實驗，實驗時間為7 200 s，以歸一化分析的方法處理實驗數據。結果青年組胸椎松質骨7 200 s應力松弛量為 0.155 Mpa，老年組為0.083 Mpa，兩組比較差異顯著(P<0.05)。應力松弛曲線是以對數關系變化的。結論青年組T3～T12胸椎松質骨和老年組T3～T12胸椎松質骨具有不同的應力松弛特性，老年組胸椎松質骨由于骨質疏松應力松弛力學特性發生改變。

關鍵詞〔〕脊柱;胸椎松質骨;應力松弛

中圖分類號〔〕R318.01〔

1長春理工大學醫院

第一作者：張翹(1977-)，男，博士，主治醫師，主要從事骨科臨床與生物力學研究。

脊柱骨折多見于頸段及胸腰段，而發生于胸椎者少見。就解剖學結構及生物力學功能而言，胸段與頸椎及胸腰段相比具有其特殊性。因此，有必要對其損傷特性及治療選擇進行探討以提高認識〔1〕。近年由于骨質疏松、重建、骨再造、矯形外科開展的人工關節置換術等都需要了解松質骨的力學特性〔2〕。鑒于臨床實際的需要，作者對國人老年和青年新鮮尸體胸椎松質骨進行應力松弛實驗研究，對比分析老年和青年新鮮尸體胸椎松質骨的應力松弛特性，為臨床提供黏彈性基礎。

1材料與方法

1.1材料實驗標本取自正常國人新鮮尸體4具，年齡24歲、30歲、76歲、78歲各一具。由吉林大學解剖教研室提供，人死亡后1 h之內，解剖尸體取出胸段脊柱T3～T12標本。立即裝入塑料袋中密封后置于20℃冰箱內保存。

1.2試樣加工和測量方法標本存放了3 d后，取出標本，在常溫下解凍后，以骨據沿T3～T12標本縱向切割，每組各10個，試樣長30 mm，寬5 mm，高5 mm，利用讀數顯微鏡測量試樣的長度、寬度和高度。

1.3儀器、設備長春市第三光學儀器廠生產的讀數顯微鏡，日本島津制作所生產的電子萬能試驗機。

1.4應力松弛實驗方法取青年組和老年組各10個T3～T12胸椎松質骨試樣進行壓縮應力松弛實驗，將試樣的原始尺寸輸入到控制機器的計算機內。按參考文獻〔2,3〕的方法對標本預調處理后正式實驗。

將試樣裝入裝有pH值為7.4的生理鹽水的有機玻璃缸內，將有機玻璃缸置于試驗機工作臺上，本實驗在(36.5±1)℃的溫度場下進行，以50%/min的應變增加速度對標本施加應變，當青年組胸椎松質骨試樣應變達到 0.38%，老年組胸椎松質骨試樣應變達到 0.31%，青年組胸椎松質骨試樣應力達到 0.38 MPa，老年組胸椎松質骨試樣應力達到0.38 MPa時使應變保持恒定，應力隨時間改變不斷下降。設定試驗時間為7 200 s，達到設定時間后，打印機自動打印出實驗數據和曲線。

2結果

青年組胸椎松質骨試樣7 200 s應力松弛量(0.155 MPa)顯著大于老年組(0.083 MPa)(P<0.05)，兩組胸椎松質骨試樣應力松弛曲線是以對數關系變化的。應力松弛實驗最初600 s應力下降較快，之后應力緩慢下降，達到設定的實驗時間7 200 s時，應力松弛曲線基本趨于水平。兩組胸椎松質骨試樣應力松弛曲線見圖1，應力松弛函數曲線見圖2。

圖1　青年組與老年組應力松弛曲線

圖2　青年組與老年組歸一化應力松弛函數曲線

3討論

胸椎松質骨應力松弛初期變化較快，說明胸椎松質骨內固有的膨脹壓小于局部壓力，水分向外溢出的速度快，隨著胸椎松質骨內液不斷流出， 膨脹壓與局部壓力減小，因此后期壓力下降緩慢。

實驗結束后，大體觀察青年組和老年組胸椎松質骨試樣的組織形態，青年組胸椎松質骨骨小梁排列細密，老年組胸椎松質骨骨小梁排列稀疏，孔隙較大，具有骨質疏松的特征。研究表明〔5〕，骨小梁的三維微細結構的改變也影響骨的生物力學特性。分析認為由于老年胸椎松質骨組試樣的骨小梁排列稀疏，孔隙較大，組織形態發生了改變，所以其應力松弛特性也發生了改變。關于胸椎骨折基礎與臨床研究國內外學者進行了大量的研究〔5～7〕，但胸椎生物力學研究報道較少，臧虎等〔2〕表明，青年組胸椎松質骨沖擊功、沖擊韌性均顯著大于老年組。胸椎松質骨沖擊實驗斷口多數為粉碎性斷口，少數為橫斷口或斜斷口。得出了青年組脊柱胸椎松質骨和老年組脊柱胸椎松質骨具有不同的沖擊力學特性，老年組試樣由于骨質疏松導致沖擊力學特性發生改變的結論。彭傳剛等〔3〕表明，青年組7 200 s 蠕變量0.31%，老年組量為0.2%，蠕變曲線是以指數關系變化的。得出了青年組T3～T12胸椎松質骨和老年組具有不同的蠕變特性的結論。本實驗內容雖然與參考文獻〔2,3〕不同，但結果表現出良好的一致性，即青年組胸椎松質骨的力學性能指標均大于老年組。

調查結果發現， 65歲后的男性普遍存在不同程度的骨質疏松，70歲以后出現較快的骨丟失〔8〕。預防的主要措施有飲食療法、運動療法和藥物療法，老年人應多攝取鈣和維生素D ,如多食用動物蛋白，牛奶、牛肉和雞蛋、維生素和鈉鹽等；改變不良生活習慣，如吸煙、飲酒和飲用咖啡等；同時還要經常堅持適度體育鍛煉,如體操、慢跑和散步等,堅持體育鍛煉不僅對于骨量的積累和減少骨量的丟失有積極作用而且還有助于提高機體的靈活性和敏感性,從而減少意外受傷的機會〔9〕。

4參考文獻

1戴力揚，茆振華，沈建中,等.胸椎骨折〔J〕.中國矯形外科雜志，2002;9(5)：424-6.

2臧虎，張翹，馬洪順.T3～12胸椎松質骨沖擊力學特性：青年與老年的差異比較〔J〕.中國組織工程研究與臨床康復，2010;14(9)：1599-62.

3彭傳剛,楊琦,羅民,等.青年與老年尸體T3～T12胸椎松質骨蠕變特性對比〔J〕.中國老年學雜志，2014；34(1)：29-30.

4馬洪順，陸有，王曉晨，等.骨質疏松對骨生物力學影響的實驗研究〔J〕.中國生物醫學工程學報，2003;22(4)：364-9.

5戴力揚.胸腰椎爆裂性骨折的診斷〔J〕.骨與關節損傷雜志,1999;14(4):232-3.

6Ebraheim NA,Xu R,Ahmad M,etal. The quantitative anatomy of the thoracic facet and the posterior projection of its inferior facet〔J〕.Spine,1997;22(16):1811-8.

7El-Khoury GY,Whitten CG.Trauma to the upper thoracic spine:anatomy,biomechanics,and unique imaging features〔J〕.Am J Roentgenol,1993;160(1):95-102.

8劉忠厚.骨質疏松學〔M〕.北京：科學出版社，1998:553.

9李佳.老年人與骨質疏松〔J〕. 首都醫藥,2000;7(9):58.

〔2013-11-09修回〕

(編輯袁左鳴)