青年與老年胸椎松質(zhì)骨應(yīng)力松弛特性對比分析

張翹張淑娟1李新穎

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院，吉林長春130031)

摘要〔〕目的探討老年尸體胸椎松質(zhì)骨和青年尸體胸椎松質(zhì)骨是否具有不同的應(yīng)力松弛力學(xué)性質(zhì)。方法人死后24 h之內(nèi)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(yīng)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(shù)據(jù)。結(jié)果青年組胸椎松質(zhì)骨7 200 s應(yīng)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(yīng)力松弛曲線是以對數(shù)關(guān)系變化的。結(jié)論青年組T3～T12胸椎松質(zhì)骨和老年組T3～T12胸椎松質(zhì)骨具有不同的應(yīng)力松弛特性，老年組胸椎松質(zhì)骨由于骨質(zhì)疏松應(yīng)力松弛力學(xué)特性發(fā)生改變。

關(guān)鍵詞〔〕脊柱;胸椎松質(zhì)骨;應(yīng)力松弛

中圖分類號〔〕R318.01〔

1長春理工大學(xué)醫(yī)院

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

脊柱骨折多見于頸段及胸腰段，而發(fā)生于胸椎者少見。就解剖學(xué)結(jié)構(gòu)及生物力學(xué)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(zhì)疏松、重建、骨再造、矯形外科開展的人工關(guān)節(jié)置換術(shù)等都需要了解松質(zhì)骨的力學(xué)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(zhì)骨進行應(yīng)力松弛實驗研究，對比分析老年和青年新鮮尸體胸椎松質(zhì)骨的應(yīng)力松弛特性，為臨床提供黏彈性基礎(chǔ)。

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(xué)解剖教研室提供，人死亡后1 h之內(nèi)，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(nèi)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(jù)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(shù)顯微鏡測量試樣的長度、寬度和高度。

1.3儀器、設(shè)備長春市第三光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的讀數(shù)顯微鏡，日本島津制作所生產(chǎn)的電子萬能試驗機。

1.4應(yīng)力松弛實驗方法取青年組和老年組各10個T3～T12胸椎松質(zhì)骨試樣進行壓縮應(yīng)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(nèi)。按參考文獻〔2,3〕的方法對標本預(yù)調(diào)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(nèi)，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(yīng)變增加速度對標本施加應(yīng)變，當青年組胸椎松質(zhì)骨試樣應(yīng)變達到 0.38%，老年組胸椎松質(zhì)骨試樣應(yīng)變達到 0.31%，青年組胸椎松質(zhì)骨試樣應(yīng)力達到 0.38 MPa，老年組胸椎松質(zhì)骨試樣應(yīng)力達到0.38 MPa時使應(yīng)變保持恒定，應(yīng)力隨時間改變不斷下降。設(shè)定試驗時間為7 200 s，達到設(shè)定時間后，打印機自動打印出實驗數(shù)據(jù)和曲線。

2結(jié)果

青年組胸椎松質(zhì)骨試樣7 200 s應(yīng)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(zhì)骨試樣應(yīng)力松弛曲線是以對數(shù)關(guān)系變化的。應(yīng)力松弛實驗最初600 s應(yīng)力下降較快，之后應(yīng)力緩慢下降，達到設(shè)定的實驗時間7 200 s時，應(yīng)力松弛曲線基本趨于水平。兩組胸椎松質(zhì)骨試樣應(yīng)力松弛曲線見圖1，應(yīng)力松弛函數(shù)曲線見圖2。

圖1　青年組與老年組應(yīng)力松弛曲線

圖2　青年組與老年組歸一化應(yīng)力松弛函數(shù)曲線

3討論

胸椎松質(zhì)骨應(yīng)力松弛初期變化較快，說明胸椎松質(zhì)骨內(nèi)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(zhì)骨內(nèi)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(jié)束后，大體觀察青年組和老年組胸椎松質(zhì)骨試樣的組織形態(tài)，青年組胸椎松質(zhì)骨骨小梁排列細密，老年組胸椎松質(zhì)骨骨小梁排列稀疏，孔隙較大，具有骨質(zhì)疏松的特征。研究表明〔5〕，骨小梁的三維微細結(jié)構(gòu)的改變也影響骨的生物力學(xué)特性。分析認為由于老年胸椎松質(zhì)骨組試樣的骨小梁排列稀疏，孔隙較大，組織形態(tài)發(fā)生了改變，所以其應(yīng)力松弛特性也發(fā)生了改變。關(guān)于胸椎骨折基礎(chǔ)與臨床研究國內(nèi)外學(xué)者進行了大量的研究〔5～7〕，但胸椎生物力學(xué)研究報道較少，臧虎等〔2〕表明，青年組胸椎松質(zhì)骨沖擊功、沖擊韌性均顯著大于老年組。胸椎松質(zhì)骨沖擊實驗斷口多數(shù)為粉碎性斷口，少數(shù)為橫斷口或斜斷口。得出了青年組脊柱胸椎松質(zhì)骨和老年組脊柱胸椎松質(zhì)骨具有不同的沖擊力學(xué)特性，老年組試樣由于骨質(zhì)疏松導(dǎo)致沖擊力學(xué)特性發(fā)生改變的結(jié)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(shù)關(guān)系變化的。得出了青年組T3～T12胸椎松質(zhì)骨和老年組具有不同的蠕變特性的結(jié)論。本實驗內(nèi)容雖然與參考文獻〔2,3〕不同，但結(jié)果表現(xiàn)出良好的一致性，即青年組胸椎松質(zhì)骨的力學(xué)性能指標均大于老年組。

調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 65歲后的男性普遍存在不同程度的骨質(zhì)疏松，70歲以后出現(xiàn)較快的骨丟失〔8〕。預(yù)防的主要措施有飲食療法、運動療法和藥物療法，老年人應(yīng)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(xí)慣，如吸煙、飲酒和飲用咖啡等；同時還要經(jīng)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(zhì)骨沖擊力學(xué)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(fù)，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(zhì)骨蠕變特性對比〔J〕.中國老年學(xué)雜志，2014；34(1)：29-30.

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

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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(zhì)疏松學(xué)〔M〕.北京：科學(xué)出版社，1998:553.

9李佳.老年人與骨質(zhì)疏松〔J〕. 首都醫(yī)藥,2000;7(9):58.

〔2013-11-09修回〕

(編輯袁左鳴)