椎體成形術對鄰近椎間盤影響的動物實驗研究

南少奎，阮狄克

(海軍總醫院骨科，北京 100048)

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實驗研究

椎體成形術對鄰近椎間盤影響的動物實驗研究

南少奎，阮狄克

(海軍總醫院骨科，北京 100048)

目的 通過構建椎體成形術(vertebrolplasty，VP)動物模型，觀察手術對鄰近椎間盤(intervertebral disc，IVD)的影響。方法 選擇12只健康的新西蘭兔子，將每只兔子的腰椎間盤分為三組：以其L4～5、L5～6為手術椎間盤(operative intervertebral disc，OPD)，以L3～4、L6～7為假手術椎間盤(sham operative intervertebral disc，SOPD)，以L2～3、L7S1為對照椎間盤(control intervertebral disc，CD)。每只兔子分別在術前、術后當天、12周、24周時行腰椎X線、MRI檢查。分別于術后12周、24周時處死6只兔子，行椎間盤組織形態學檢查；取椎間盤髓核使用硫酸咔唑法行葡萄糖醛酸含量的測定。結果 術后12周及24周，OPD、SOPD、CD的MRI檢查與術前相比其髓核在T2WI上信號強度均未見明顯減弱；術后12周及術后24周兔子OPD、SOPD、CD的HE染色切片均未見明顯椎間盤退變跡象。術后12周及24周時，兔子OPD、SOPD、CD髓核內葡萄糖醛酸含量之間差異均無統計學意義(P>0.05)。結論 本實驗成功構建椎體成形術兔子動物模型；且行椎體成形術后，其鄰近椎間盤未發現明顯退變跡象。

椎體成形術；椎間盤；營養途徑

隨著我國進入到老齡化社會，骨質疏松人群逐漸增多。經皮椎體成形術是目前治療老年骨質疏松性壓縮骨折、脊柱椎體血管瘤、椎體轉移瘤等疾病的常用手段，已取得了良好的臨床效果。

有學者在臨床觀察中發現椎體成形術可以加速鄰近手術椎體鄰近椎間盤的退變，其分析可能是骨水泥的注入造成鄰近椎間盤受到的壓力增大[1-2]。我們推斷椎間盤退變的原因是因為椎體成形術骨水泥的注入減少了椎間盤營養支持，從而造成椎間盤退變[3-4]。本研究試圖構建椎體成形術動物模型，通過觀察椎體成形術鄰近椎間盤影像學、組織學、生化成分改變等手段，試圖更進一步驗證椎體成形術是否引起手術椎體鄰近椎間盤(intervertebral disc，IVD)退變，進而更進一步探討其產生機制。

1 資料與方法

1.1 主要的實驗材料與試劑 選取新西蘭兔子12只，雄性，6～8個月齡，體重在3～4 kg之間。核磁共振掃描儀(GE公司)、TU-1900雙光束紫外可見分光光度計(北京普析通用器械儀器公司)、PMMA材料(天津市合成材料工業研究所)、蘇木精-伊紅染色試劑(北醫三院病理科提供)咔唑(阿法埃莎(天津)化學有限公司)、D-葡萄糖醛酸標準品(中檢所)。

1.2 建立動物模型 以L4～5、L5～6為手術組椎間盤(operative intervertebral disc，OPD)，其兩側椎體均注入骨水泥，以L3～4、L6～7為假手術組椎間盤(sham operative intervertebral disc，SOPD)，其兩側椎體鑿出骨缺損但不注入骨水泥，以L2～3、L7S1為空白組椎間盤(control intervertebral disc，CD)，其兩側椎體均不作任何處理。

動物稱重后，以戊巴比妥鈉30 mg/kg靜脈注射麻醉，取左側臥位，四肢固定，術區剃毛備皮。常規消毒、鋪巾，經橫突側腹入路顯露兔子腰椎[5]。選擇L4～5椎體，用克氏針在兩側椎體距終板約5 mm處各鑿開直徑約3 mm大小骨缺損，按2 g︰1 mL(粉劑︰液劑)的比例調制骨水泥，計時，在4.5 min后用1 mL注射器將骨水泥填充入骨缺損，量約0.1 mL。同法于L5～6椎間盤兩側終板下注入骨水泥。同法在L3～4、L6～7椎間盤兩側椎體鑿出骨缺損，不注入骨水泥。逐層縫合關閉切口。術后80萬單位青霉素每日注射一次，連續注射5日。

1.3 X線檢查 新西蘭兔子均需在術前、術后當天、術后12周及24周(6只兔子在術后12周處死，其余6只兔子在術后24周處死)拍攝腰椎正側位片。

1.4 腰椎MRI檢查 分別于術前、術后12周及24周行腰椎核磁檢查。

1.5 組織學觀察 在實驗終點時，使用空氣栓塞法處死動物，獲取脊柱標本后，將各椎間盤分離，從兔子體內取出椎間盤標本，將標本使用10%甲醛固定24 h，再使用5%硝酸溶液脫鈣。將標本石蠟包埋后切片，脫蠟后行HE染色，然后使用光學顯微鏡觀察。

1.6 髓核內葡萄糖醛酸含量的測定 取出髓核組織稱重后，加入木瓜蛋白酶消化液消化7 h、離心、取上清，使用間苯三酚分光光度法[6-7]各椎間盤髓核內葡萄糖醛酸含量。對其數據進行對比分析。

2 實驗結果

2.1 X線檢查 兔子術前均攝片顯示所有新西蘭兔子腰椎序列及各椎體形態均正常。術后12周及24周X線片顯示兔椎間盤高度未見明顯變化(見圖1)。

2.2 核磁檢查 術后12周與術后24周所攝腰椎核磁顯示：手術椎間盤兩側骨水泥位置與術后3 d核磁圖像所示一致。其手術椎間盤、手術椎間盤及空白對照椎間盤髓核區域信號特征與術前、術后3 d所攝腰椎核磁對比未見明顯信號減低表現(見圖2)。

2.3 組織形態學觀察 術后12周和24周OPD、SOPD、CD的HE染色切片，均可見椎間盤纖維環排列整齊清晰，內層纖維環可見軟骨樣細胞，纖維環與髓核分界清晰；髓核內可見大量脊索細胞，均未見明顯退變跡象(見圖3)。

a 術前 b 術后12周 c 術后24周

注：圖中箭頭所指為注入的骨水泥

圖1 兔手術前后X線片對比，顯示椎間盤高度未見明顯變化

a 術前 b 術后12周 c 術后24周

注：圖中箭頭所指為注入的骨水泥

圖2 兔手術前后腰椎MRI(T2WI)對比，可見術后手術節段椎間盤髓核信號較術前無明顯變化

2.4 椎間盤髓核內葡萄糖醛酸含量測定 術后12周時，OPD、SOPD、CD髓核內葡萄糖醛酸含量差異均無統計學意義(P>0.05)；術后24周時OPD、SOPD髓核內葡萄糖醛酸含量平均值都小于CD髓核內葡萄糖醛酸含量，但其差異均無統計學意義(P>0.05，見表1)。

表1 兔子術后12周及24周椎間盤髓核葡萄糖醛酸含量

a 術后12周手術椎間盤 d 術后24周手術椎間盤

b 術后12周假手術椎間盤 e 術后24周假手術椎間盤

c 術后12周對照椎間盤 f 術后24周對照椎間盤

3 討 論

目前對椎體成形術后相關并發癥的研究最多的是術后鄰近椎體再骨折相關問題，對于其術后鄰近椎間盤相關并發癥的研究目前相對較少。Qian等[1]通過臨床研究發現椎體成形術可以加速鄰近手術椎體椎間盤的退變。椎體成形術后鄰近椎間盤退變的原因可能有以下幾點：a)椎間盤受到的軸向壓力增大，文獻報道[8]椎體成形術后椎體剛度較術前增加5～6倍，在脊柱受到軸向壓力時，會在強化的椎體鄰近形成明顯的應力集中，這種應力集中不僅可以使鄰近節段椎體再骨折風險增加，而且長時間的應力也可能會造成椎間盤退變；b)椎間盤營養障礙，椎間盤是一種無血管組織，主要依靠椎體-終板途徑和纖維環途徑對其進行營養支持，其中椎體-終板途徑是其中主要的途徑[9]。椎體內注射骨水泥會干擾椎體-終板營養途徑，降低其鄰近椎間盤營養支持，進而導致椎間盤退變。由于兔子絕大多數時間都處于非直立狀態，填充骨水泥的椎體，其鄰近椎間盤不會受到明顯的軸向應力集中，如果在本實驗中發現了骨水泥植入后鄰近椎間盤產生了退變現象，我們可以推斷這種退變產生的原因是骨水泥的注入降低了椎間盤的營養供應。

本實驗中的各項結果均顯示：在椎體成形術后的12周或24周后，鄰近的椎間盤內并未發現明顯退變的跡象。分析其可能的原因是本實驗觀察時間長度不足，24周的時間可能不足以使剛開始處于營養障礙狀態的椎間盤發生退變，抑或是退變已經發生，但是正處于椎間盤退變的早期，沒有發生明顯的脊索細胞凋亡、細胞外基質降解等表現，其退變程度不足以通過核磁檢查、組織形態學等手段檢測出來。Hutton等[10]對單側或雙側終板下注射骨水泥的犬椎間盤進行觀察，最長觀察時間為70周，但仍未發現明顯的椎間盤退變現象。椎間盤退變是一個緩慢的過程，數周或數月的營養狀態改變或許不足以引起較為明顯的可檢測到的椎間盤退變。在本實驗中，24周組兔子手術椎間盤髓核內葡萄糖醛酸含量明顯大于空白椎間盤，雖然其差異并無顯著意義，但其或許提示椎間盤正處于退變的早期，如果延長觀察時間，或許能夠得到相反的結果。

另外一個原因可能是我們的實驗模型并未使椎體鄰近椎間盤的營養供應降低到足以使其發生退變的程度，雖然骨水泥的作用可以使得椎體供應椎間盤的能力降低，但其可能不能足夠多的影響到椎體-終板營養通路。候昌龍等[11]將平陽霉素注射入新西蘭兔子椎體內，以構造椎間盤缺血模型，其術后第3～4周便在椎體內發現了缺血現象，術后第5周開始出現較為明顯的椎間盤退變，椎間盤退變程度與椎體缺血區域面積正相關。因此如果能夠阻斷大部分乃至全部的終板營養通路，椎間盤營養出現明顯障礙時，其退變將會更快、更為明顯[12-14]。在終板通路供應減少的同時，纖維環通路的作用可能會代償性增強，這將使得本動物模型中骨水泥對椎間盤營養造成的影響進一步減少。Kauppila等[15-16]研究表明，在椎體-終板對髓核的營養供應減少的時候，纖維環營養通路將會代償性增加。這種代償機制進一步降低了本實驗模型椎間盤退變的可能。

綜上所述，本實驗成功構建了椎體成形術動物模型，術后影像學檢查提示骨水泥在椎體內的位置、體積等均符合實驗要求，該動物模型與人體的椎體成形術具有相似性和可比擬性。本實驗中，并未在手術椎間盤內發現明顯的退變現象，這提示椎體成形術可能不會對鄰近椎間盤的營養產生影響；也可能這種影響確實存在，但是由于觀察時間較短、影響程度較小、代償機制等原因，這種影響并沒有產生明顯的椎間盤退變。

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The Effects of Vertebrolplasty to the Adjacent Intervertebral Disc in a Rabbit Model

Nan Shaokui，Ruan Dike

(Department of Orthopeadics，Navy General Hospital，Beijing 100048，China)

Objective To establish vertebrolplasty animal model to observe the effects of Vertebroplasty to adjacent intervertebral disc(IVD) degeneration.Methods 12 healthy mature New Zealand Rabbits were chosen.For every rabbit L4～5and L5～6were treated as operative IVD (OPD)；L3～4and L6～7were treated as sham-operative IVD (SOPD)；L2～3and L7/S1 were treated as control IVD (CD).X-ray and MRI examinations were taken for each rabbit before the surgery，right after the surgery，12 weeks and 24 weeks later.We euthanized 6 rabbits at 12 weeks and another 6 rabbits at 24 weeks postoperative，took histopathology test (HE stain)，determined the content of Glycuronic acid in nucleus pulposus with Sulfuric Acid Carbazole.Results MRI examination results：The nucleus pulposus area signals of 12 weeks postoperative for OPD，SOPD and CD were no significant changes compared with signals of the preoperative image.The nucleus pulposus area signals of 24 weeks postoperative for OPD，Sham-OPD and CD were same too.Organization morphological results (HE staining)：The HE staining slice of OPD，SOPD and CD did not show signs of intervertebral disc degeneration at 12 weeks or 24 weeks later.12 and 24 weeks after the surgery，the Glycuronic acid content of OPD，SOPD respectively compared with the control disc.The difference there were no significant(P>0.05).Conclusion In the experiment VP animal model was established successfully.In this animal model，no significant sign of degeneration was observed in adjacent IVD.

vertebroplasty；intervertebral disc；nutrition pathway

1008-5572(2017)06-0519-04

海軍總醫院創新培育基金(CXPY201612)

R683.2

B

2017-03-19

南少奎(1987- )，男，主治醫師，海軍總醫院骨科，100048。

南少奎，阮狄克.椎體成形術對鄰近椎間盤影響的動物實驗研究[J].實用骨科雜志，2017，23(6)：519-521；533.