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頸椎旁肌和韌帶異常對頸椎退行性變影響的實驗研究

2010-03-21 07:28孫先澤申勇李鋒任亮顧振芳
河北醫(yī)藥 2010年15期
關(guān)鍵詞:椎間盤頸椎韌帶

孫先澤 申勇 李鋒 任亮 顧振芳

頸椎病的起始病因是頸椎間盤退變,在退變的不同時期可出現(xiàn)一些不同病理改變。頸椎不穩(wěn)是其早期的一個表現(xiàn)[1]。一些因素影響著頸椎間盤的退變和頸椎不穩(wěn)的發(fā)生,但具體機制仍不是很清楚。我們擬在動物模型上重現(xiàn)頸椎退變的過程,從而對頸椎病的發(fā)病機制有更深入的了解。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及分組 實驗選用新西蘭大白兔36只,雌雄不限,6~9個月齡,體重 2.5~3.0 kg,購于河北醫(yī)科大學(xué)實驗動物中心(醫(yī)動字第DK0507-0102)。將36只動物隨機分為實驗組與對照組2組,實驗組20只,對照組16只,每組再分為4個月(10~13個月齡)和10個月(16~19個月齡)2個亞組,實驗組每個亞組10只,對照組每個亞組8只。

1.2 實驗儀器 Leica-Rm2152石蠟切片機和Olympus BH-2生物顯微鏡。

1.3 實驗方法

1.3.1 實驗準(zhǔn)備:術(shù)前1 d禁食水,枕后及頸背部備皮。

1.3.2 手術(shù)方法:參照文獻(xiàn)報道方法造模[2]。將實驗動物頸后部剪毛及清潔后,用氯氨酮0.1 g/kg肌內(nèi)注射麻醉,麻醉成功后將動物俯臥于手術(shù)臺上,消毒鋪巾,從環(huán)枕關(guān)節(jié)至第二胸椎棘突切開長約7 cm皮膚后,暴露棘突,將附著于棘突、椎板及小關(guān)節(jié)的肌肉全部分離開,然后切斷C1棘上和棘間韌帶,縫合皮膚。對照組動物同樣切開皮膚,但不作肌肉分離和韌帶切除。

1.3.3 術(shù)后處理:所有實驗動物同房間單籠喂養(yǎng),光照時間及飲食、飲水時間相同,所用飼料由動物實驗室標(biāo)準(zhǔn)配置,術(shù)后讓動物在籠中自由活動,切口以無菌敷料包扎,每日肌內(nèi)注射青霉素40萬U,共3 d,傷口均甲級愈合,縫線于2周時自行脫落。

1.3.4 術(shù)后檢查及取材:觀察組在術(shù)后4個月分別作頸椎正側(cè)位、過伸過屈側(cè)位X線攝片,檢查完畢后將動物處死,完整取下包含上下終板的C4,5和C5,6椎間盤,標(biāo)本經(jīng)10%中性甲醛固定。10個月觀察組檢查方法及取材方法同上。

1.3.5 切片的制備:經(jīng)甲醛固定24 h后,切除一側(cè)軟骨終板,然后置于乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)溶液中,每隔2 h換液浸泡,直至另一側(cè)軟骨終板能被針頭刺入,脫鈣成功;將脫鈣后的椎間盤浸泡Bouin氏液固定;采用80%、90%、95%、100%乙醇各1 h行梯度乙醇脫水;二甲苯透明2 h;浸蠟2 h;石蠟包埋并修整蠟塊后,沿所取椎間盤的矢狀切面制作石蠟切片,厚度為5~6μm,將切片分別裱于涂有蛋白甘油的載玻片上,置37℃溫箱內(nèi)干燥24 h;常規(guī)方法鐵蘇木素及伊紅行HE染色,中性樹膠封片。

1.4 觀察指標(biāo)

1.4.1 X 線片分析:根據(jù) Guigui等[3]介紹的方法進(jìn)行劃線測量水平移位,角位移為經(jīng)過相鄰兩椎體下緣直線間的夾角。根據(jù)White等[4]在生物力學(xué)實驗研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)相鄰椎體移位超過椎體矢狀徑的20%作為診斷前后不穩(wěn)的標(biāo)準(zhǔn),相鄰椎體之間的角位移超過11°時診斷為成角不穩(wěn)。采用誤差為0.02mm的油標(biāo)卡尺及多用角尺測量椎體的水平位移和角位移。

1.4.2 椎間盤退變程度分級:在Olympus BH-2生物顯微鏡下觀察每個椎間盤矢狀切面情況并進(jìn)行分級。Miyamoto法對頸椎間盤退變程度作分級評定[5]:Ⅰ級:正常椎間盤結(jié)構(gòu),外周由規(guī)則排列的纖維環(huán)和中央大的髓核組成;Ⅱ級:軟骨增生,纖維環(huán)前部板層狀結(jié)構(gòu)的破壞;Ⅲ級:髓核縮小或消失;Ⅳ級:纖維環(huán)破裂或出現(xiàn)裂隙;Ⅴ級:髓核突出或有骨化形成。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析 應(yīng)用SPSS 11.0統(tǒng)計軟件,計數(shù)資料采用四格表確切概率法,P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 影像學(xué)檢查結(jié)果 對照組4個月未見椎間隙狹窄、骨贅形成和序列異常。實驗組4個月無骨贅形成,但有不穩(wěn)定存在。對照組10個月與實驗組4個月基本相同。實驗組10個月可見椎間隙狹窄、骨贅形成,多見于 C4,5、C5,6、C6,7,且有不穩(wěn)定存在,不穩(wěn)定均存在于 C4,5和 C5,6,出現(xiàn)不穩(wěn)定的節(jié)段數(shù)。4個月實驗組與對照組相比出現(xiàn)不穩(wěn)的節(jié)段數(shù)的陽性率無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),10個月實驗組與對照組相比出現(xiàn)不穩(wěn)的節(jié)段數(shù)的陽性率有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表1。

表1 2組頸椎不穩(wěn)定陽性率比較 個(%)

2.2 頸椎間盤退變的組織學(xué)表現(xiàn) 4個月對照組動物的組織學(xué)無明顯變化,椎間盤的中央是大的髓核,周圍是規(guī)則的纖維環(huán),終板包括一層薄的透明軟骨。10個月對照組可見椎間盤退變,包括髓核的縮小和纖維環(huán)板層結(jié)構(gòu)的紊亂。4個月實驗組椎間盤的退變較明顯,主要包括髓核的縮小或消失和纖維環(huán)出現(xiàn)裂隙,部分椎間盤可以突出。10個月實驗組椎間盤退變更加明顯,以椎間盤突出和骨贅形成為特點。對照組10個月Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級退變率與4個月比較,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。4個月時實驗組Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級退變率與對照組相比退變明顯(P <0.05),10個月時實驗組Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級退變率與對照組相比退變更加明顯(P<0.05)。見表2。

表2 2組兔頸椎間盤光鏡下退變程度分級情況比較個(%)

3 討論

頸椎的活動節(jié)段是頸段脊柱的基本功能單位,它由上下相鄰的兩節(jié)頸椎及其附著的軟組織組成,是頸椎最小的功能單位。正常人體頸椎穩(wěn)定性由兩大部分來維持[6]:一是內(nèi)源性穩(wěn)定,包括椎體、附件、椎間盤和相連的韌帶結(jié)構(gòu),為靜力性平衡,二是外源性穩(wěn)定,主要為頸部肌肉的調(diào)節(jié)與控制,它是脊柱運動的原始動力,為動力性平衡。本實驗通過剝離椎旁肌,切除棘上、棘間韌帶,使正常的內(nèi)外源穩(wěn)定系統(tǒng)均遭到破壞,引起兔的下頸椎退變來模擬人的下頸椎退變,對下頸椎退變的發(fā)病機制進(jìn)行研究,通過4~10個月的觀察,出現(xiàn)了頸椎退行性不穩(wěn)的表現(xiàn),4個月實驗組與對照組相比出現(xiàn)不穩(wěn)的節(jié)段數(shù)的陽性率差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),說明即使存在力學(xué)的不穩(wěn),4個月也不足以引起明顯的頸椎的節(jié)段不穩(wěn)。10個月實驗組與10個月對照組相比出現(xiàn)不穩(wěn)的節(jié)段數(shù)的陽性率有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),說明10個月出現(xiàn)了明顯的頸椎不穩(wěn),力學(xué)的不穩(wěn)加速了頸椎退行性不穩(wěn)的出現(xiàn),進(jìn)一步說明肌肉和韌帶對維持頸椎穩(wěn)定性的重要性。

椎間盤由4層同心圓形排列的組織組成,由外向內(nèi)依次是:(1)外層纖維環(huán):是一層環(huán)形的高密度包裹膠原纖維,主要由成纖維樣細(xì)胞、纖維細(xì)胞組成。(2)內(nèi)層纖維環(huán)——纖維軟骨層。(3)過渡區(qū):介于纖維環(huán)和髓核間,內(nèi)層纖維環(huán)和過渡區(qū)細(xì)胞酷似軟骨細(xì)胞。(4)中央的髓核,髓核中包含原始的脊索細(xì)胞,到成年后脊索細(xì)胞逐漸消失,只剩余軟骨樣細(xì)胞[7-9]。椎間盤體積和形狀隨成長而變化,待骨骼成熟以后又發(fā)生相反的變化,而且人與人之間,同一人的不同椎間盤之間生長和退變的速度和程度也不一樣,但過程是相似的,而且在很大程度上退變發(fā)生在髓核。髓核中的細(xì)胞數(shù)、蛋白多糖及水均減少,同時出現(xiàn)蛋白多糖碎片的聚集[7-10]。總之,椎間盤的完整性有所減弱,椎間盤的容量和形態(tài)開始變化,椎間盤突出的可能性增大,隨著年齡的增大,外層纖維環(huán)內(nèi)的組織變成硬的軟骨盤,椎間盤的高度降低,中心部位碎裂的椎間盤及裂隙更加明顯,髓核變得更小,周圍膠原纖維的密度及排列方式發(fā)生改變,幾乎沒有什么細(xì)胞存在,椎間盤高度和組成成份的改變影響了脊柱的穩(wěn)定性,改變了脊柱的力線,關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)、韌帶及椎旁肌承擔(dān)了更多的載荷,所有這些變化與脊柱的穩(wěn)定性、椎管狹窄和關(guān)節(jié)突的退變有一定關(guān)系。由于頸椎骨的剛度明顯大于椎間盤的剛度,在載荷的作用下,因椎間盤變形使頸椎發(fā)生位移和旋轉(zhuǎn),因此頸椎不穩(wěn)和椎間盤退變互相影響,互為因果。本實驗通過剝離兔頸椎旁肌和切除棘上棘間韌帶來改變頸椎的力學(xué)性能,通過4~10個月的觀察,并進(jìn)行光鏡檢查,對照組10個月與4個月比較發(fā)現(xiàn)隨著增齡頸椎間盤的退變明顯,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。4個月時實驗組與對照組相比退變明顯,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),10個月時實驗組與對照組相比退變更加明顯(P<0.05)。從以上發(fā)現(xiàn)可以得出頸椎肌肉和韌帶的異常所導(dǎo)致的力學(xué)的不穩(wěn)誘發(fā)和加速了頸椎間盤的退變。

本項研究的局限性在于不能對頸椎不穩(wěn)所引起的臨床癥狀進(jìn)行研究,只能得出頸椎椎旁肌及韌帶的異??梢约铀兕i椎間盤退變和頸椎不穩(wěn)過程。提示我們要重視肌肉和韌帶異常對頸椎穩(wěn)定性的影響。

1 Dai L.Disc degerative and cervical instability.Correlation of magnetic resonance imaging with radiography.Spine,1998,23:1734-1738.

2 彭寶淦,施杞,沈培芝,等.一個新的實驗性頸椎病動物模型.中國中醫(yī)骨傷科雜志,1996,4:10-15.

3 Guigui P,Benoist M,Deberge A.Spinal deformitry and instability after multilevel cervical laminectomy for spondilotic myelopathy.Spine,1998,23:440-447.

4 White AA,Southwick WO,Panjabi MM.Clinical instability in the lower cervical spine:a review of past and current concepts.Spine,1976,1:15-27.

5 Thompson JP,Pearce RH,Schechter MT,et al.Preliminary evaluation of a scheme for grading the grossmorphology of the human intervertebral disc.Spine,1990,15:411-5.

6 王以進(jìn),王介麟文編.骨科生物力學(xué).第1版.北京:人民軍醫(yī)出版社,1989.156-191.

7 Buckwalter JA.Fine structural studies of human intervertebral disc.In:White AA,Gordon SL,eds.Idiopathic Low Back Pain.St.Louis:CV Mosby,1982.108-143.

8 Trout JJ,Buckwalter JA,Moore KC.Ultrastructure of human intervertbral disc Ⅱ.Cells of the nucleus pulposus.Anat Rec,1982,204:307-14.

9 Trout JJ,Buckwalter JA,Moore KC,et al.Ultrastructure of human intervertbral disc Ⅱ.Cells of the nucleus pulposus.Anat Rec,1982,204:307-314.

10 Buckwalter JA,Roughley PJ,Rosenberg LC.Agerelated changes in cartilage proteoglycans:Quantitative electron microscopic studies.Microscopy Research and Techniques,1994,28:398-408.

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