累积性轴向载荷及复合运动无创性构建犬腰椎间盘退变动物模型

来源：中华骨科杂志2023年第21期北京时间：

作者：顾韬,阮狄克,万趸,邓轩赓,石华刚,宋偲茂,侯伟,崔伟,孙育良

单位：四川省骨科医院,中国人民解放军总医院第六医学中心,四川省骨科医院,四川省骨科医院,四川省骨科医院,四川省骨科医院,四川省骨科医院,四川省骨科医院,四川省骨科医院

摘要：目的 探讨应用自主研发的腰椎复合运动机对直立体位犬腰椎施加累积性轴向载荷和六位相复合运动构建犬腰椎间盘退变模型的可行性。方法 成年雌性草犬20只，体重（10.0±0.5） kg，随机分为两组，每组10只。模型组：将实验动物以垂直坐位固定于运动机上，在持续轴向载荷下（245 N）进行一定周期的腰椎六位相（前屈后伸、左右侧屈、左右旋转各45°）复合运动；对照组：将实验动物以垂直坐位固定于运动机上，不予任何干预。模型组动物在进行复合运动前、运动2、5、10及15万次时行腰椎影像学检查，侧位X线片测定椎间盘高度指数（disc height index，DHI），MRI T2-mapping成像定量分析椎间盘退变程度，当MRI T2WI显示椎间盘出现明显退变（改良pfirrmann分级系统>V级）时停止复合运动。取两组动物腰椎各节段椎间盘标本，通过Micro-CT定量分析上、下终板骨密度（bone mineral density，BMD）及骨小梁结构，组织学染色（HE染色、番红"O"染色、天狼猩红染色）验证及评价椎间盘退变程度。结果 模型组动物5万次复合运动后L 、L S 椎间盘MRI T2WI呈轻度退变，随着运动负荷累积其退变程度逐渐加重；至复合运动10万次时达到中度退变，表现为DHI开始降低，同时L 椎间盘也出现轻度退变；当复合运动量15万次时，L 、L 、L S 椎间盘高度进一步降低，椎间盘呈严重退变（改良pfirrmann分级系统Ⅳ~Ⅵ级），而上位L 椎间盘也级联出现轻度退变。L 椎间盘组织学评分为（8.2±0.8）分、L 为（9.5±0.7）分、L S 为（10.3±0.5）分。退变程度表现为L <L <L S 。HE及番红"O"染色证实L 、L 、L S 椎间盘高度塌陷，髓核组织严重皱缩，内部结构松散、紊乱，几乎未见空泡样髓核细胞；天狼猩红染色示椎间盘前后环纤维均存在明显褶皱、排列紊乱、明显多处断裂，椎间盘后环明显重于前环，且骨性终板厚度及骨小梁密度变得更为菲薄和稀疏。Micro-CT定量分析进一步证实模型组L 、L 、L S 节段上、下终板BMD及骨小梁数目明显低于模型组其他节段和对照组，骨小梁分离度明显大于模型组其他节段和对照组。 结论 应用"腰椎复合运动机"可模拟人类腰椎间盘生物力学及运动学特点，对直立体位犬腰椎累积性施加轴向载荷和六位相复合运动能诱发犬腰椎椎间盘发生与运动负荷量相关的不同程度慢性退变，尤以L 、L 、L S 椎间盘退变最为明显。

关键词：椎间盘退行性变;生物力学现象;模型，动物;无创

基金资助：四川省科技计划项目2019YJ0615