小關(guān)節(jié)切除導致的頸椎間盤退變和骨質(zhì)疏松對其影響的實驗研究.pdf

1、背景:
　　椎間盤退變是一種普遍存在的疾病，是造成肩頸痛和腰痛的主要病因，嚴重的影響人們的生活質(zhì)量。老齡化是椎間盤退變的一個重要因素，在60歲以上的人群中，有60-80％在影像學上出現(xiàn)骨贅、椎間隙狹窄。椎間盤退變作為一系列脊柱退行性變疾病的前提和病理基礎(chǔ)，對脊柱疾病發(fā)生發(fā)展的研究至關(guān)重要。造成椎間盤退變的機制包括脊柱異常的生物力學、椎間盤組織細胞的改變以及椎間盤細胞外基質(zhì)的異常。脊柱的穩(wěn)定性與椎間盤受到異常機械負荷密切相關(guān)，是造成

2、椎間盤退變的因素之一。穩(wěn)定脊柱的結(jié)構(gòu)分為被動穩(wěn)定子系統(tǒng)和主動穩(wěn)定子系統(tǒng)，被動穩(wěn)定子系統(tǒng)包括椎體、椎間盤以及韌帶，而主動穩(wěn)定子系統(tǒng)包括脊柱的周圍肌肉。
　　骨質(zhì)疏松也是一種年齡相關(guān)性疾病，尤其是絕經(jīng)后的女性最為明顯。骨質(zhì)疏松是由于骨基質(zhì)和骨礦物質(zhì)的丟失而引起的骨組織微結(jié)構(gòu)退變的疾病。在絕經(jīng)后的女性人群中，雌激素缺乏引起骨組織微結(jié)構(gòu)的改變可能是造成骨質(zhì)疏松的一個重要因素。脊柱退行性變與骨質(zhì)疏松都是年齡相關(guān)的疾患，都會導致生活質(zhì)量下降，

3、增加傷殘率和死亡率，兩者之間存在緊密的聯(lián)系，臨床上常見患者同時罹患這兩種疾病，而這兩者之間相互作用仍不確定。
　　為了探究兩者之間的關(guān)系，本課題組前期制備了頸背部肌肉切除造成脊柱動靜力失衡的大鼠頸椎間盤退變的動物模型，觀察到典型的椎間盤退變，并同時制備了骨質(zhì)疏松復合椎間盤退變的復合模型，觀察到骨質(zhì)疏松可能通過影響軟骨終板來加重椎間盤退變。該模型通過切除主動穩(wěn)定脊柱的肌肉來造成椎間盤退變，觀察到典型的退變的現(xiàn)象。但是，動靜力失衡模型

4、會造成頸椎長節(jié)段的退變且節(jié)段位置與臨床不同，無法模擬臨床上常見節(jié)段退變。
　　切除頸背部肌肉破壞主動穩(wěn)定脊柱系統(tǒng)能造成頸椎間盤退變，是否破壞脊柱被動的穩(wěn)定系統(tǒng)也能造成椎間盤退變呢？因此，本研究切除頸椎小關(guān)節(jié)，破壞頸椎被動穩(wěn)定結(jié)構(gòu)來觀察是否同樣能夠造成椎間盤退變，同時觀察在復合骨質(zhì)疏松的情況下，能否加重椎間盤退變，并進一步對椎間盤組織生物化學方面指標進行研究。最后，本研究通過補充雌激素來驗證骨質(zhì)疏松對椎間盤退變的影響是否由雌激素缺乏

5、引起。
　　目的:
　　1.建立雙側(cè)小關(guān)節(jié)切除的大鼠頸椎間盤退變模型，對切除節(jié)段軟骨終板的形態(tài)、椎體骨小梁的微結(jié)構(gòu)、椎間盤組織學及生物化學指標進行評價;
　　2.探討在骨質(zhì)疏松情況下雙側(cè)小關(guān)節(jié)切除節(jié)段椎間盤退變的進程。
　　方法:
　　1.雙側(cè)小關(guān)節(jié)切除大鼠頸椎間盤退變模型的建立。
　　選取28只3月齡的雌性SD大鼠，體重230±20g，將動物隨機分為模型組（16只）和對照組（12只），分籠飼養(yǎng)。模型

6、組切除C4/5和C5/6雙側(cè)關(guān)節(jié)突，肌肉不予切除。對照組僅切開皮膚，暴露關(guān)節(jié)突后直接縫合。于術(shù)后12、24周兩個時間點分別獲取大鼠頸5/6節(jié)段和頸4/5椎間盤組織。對C5/6節(jié)段進行顯微CT掃描、番紅O固綠染色。對C4/5椎間盤組織內(nèi)基質(zhì)金屬蛋白酶的表達情況行RT-PCR檢測。測量C5/6椎間高度，并計算該節(jié)段上、下軟骨終板的磨損面積，并對C5/6椎間盤組織進行退變程度評分。測定C4/5椎間盤組織中蛋白聚糖(Aggrecan)、Ⅱ型膠原

7、(Col2α1)以及基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)3表達水平。
　　2.建立椎間盤退變復合骨質(zhì)疏松的動物模型，探討在骨質(zhì)疏松情況下椎間盤退變的進程。
　　另外選取44只3月齡的雌性SD大鼠，分為3組，加上前面2組實驗動物共分為5組:對照組（12只）、單純骨質(zhì)疏松組（12只）、單純退變組（16只）、骨質(zhì)疏松復合退變組（16只）和復合組雌激素補充組（16只），以研究骨質(zhì)疏松對椎間盤退變的影響。通過切除頸4/5和頸5/6雙側(cè)小關(guān)節(jié)制備椎

8、間盤退變模型。通過切除雙側(cè)卵巢來制備骨質(zhì)疏松模型。結(jié)合椎間盤退變和骨質(zhì)疏松模型制備復合組。雌激素補充組則是在復合組的基礎(chǔ)上，通過皮下注射雌二醇來補充雌激素。分別于術(shù)后12和24周兩個時間點獲取大鼠頸5/6節(jié)段和頸4/5椎間盤組織。顯微CT掃描方法同上。對C5/6節(jié)段，行石蠟包埋切片，番紅O快綠染色及Aggrecan、Col2α1和MMP-3免疫組化染色。對C4/5椎間盤組織行Aggrecan、Col2α1和MMP-3的PCR檢測。

9、>　　結(jié)果:
　　1.小關(guān)節(jié)切除后頸椎間盤的退變。
　　1.1 椎間高度、軟骨終板和骨微結(jié)構(gòu)的改變
　　在12周時，雙側(cè)小關(guān)節(jié)切除后椎間高度的明顯下降，較對照組降低0.4 mm，而在24周時，高度下降更加顯著，兩者間差異為0.6mm。兩個時間點間差異具有顯著性(P＜0.05)。12周時，雙側(cè)小關(guān)節(jié)切12周時除造成C5/6椎間盤上、下兩個軟骨終板明顯的磨損，并且在24周更加嚴重，兩者間差異均有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。

10、
　　在12周時，模型組C5椎體骨體積分數(shù)(BV/TV)和骨小梁間隙(Tb.Sp)與對照組相比均存在顯著差異(P＜0.05)，而骨小梁的厚度(Tb.Th)和骨小梁數(shù)目(Tb.N)較對照組有上升趨勢，但兩者間無明顯差異(P＞0.05)。而在24周時，模型組BV/TV、Tb.Th、Tb.N和Tb.Sp較對照組均無明顯差異(P＞0.05)。說明雙側(cè)小關(guān)節(jié)切除在早期能夠使切除節(jié)段椎體骨小梁的數(shù)目增加、骨小梁厚度變厚、骨小梁間隙變窄，增加了

11、椎體的骨體積分數(shù)，而到了后期骨小梁變化與對照組無明顯差別。
　　1.2 椎間盤組織學觀察及其退變評分
　　在12周時，模型組椎間盤的軟骨終板形態(tài)不規(guī)則、出現(xiàn)缺損及少許鈣化，髓核細胞出現(xiàn)聚集、數(shù)量減少和纖維環(huán)排列紊亂;而24周時，模型組軟骨終板出現(xiàn)明顯的缺損和和鈣化，髓核細胞數(shù)目顯著減少、聚集，纖維化出現(xiàn)較多的裂隙和斷裂。椎間盤退變評分較對照組明顯升高(P＜0.05)，在12周時模型組和對照組的評分分別為7.1±1.3分和5.

12、3±0.5分，而24周時分別為9.9±1.9分和6.2±1.2分，隨著時間的延長其退變評分越高。
　　1.3 椎間盤組織RT-PCR檢測
　　在12周時，模型組C4/5椎間盤組織Aggrecan、Col2α1的表達較對照組明顯下降(P＜0.05)，僅為對照組的0.45倍和0.44倍。而模型組中MMP-3也出現(xiàn)上升趨勢，但差異不顯著(P＞0.05)，為對照組的1.23倍。而24周時，其各項退變指標較對照組均出現(xiàn)顯著差異(P＜0

13、.05)。
　　2.骨質(zhì)疏松對椎間盤退變的影響。
　　在12周時，單純骨質(zhì)疏松組和復合組C5椎體均出現(xiàn)明顯的骨質(zhì)疏松，即在卵巢切除的大鼠中，BV/TV、Tb.Th、Tb.N和Tb.Sp均有骨質(zhì)疏松的表現(xiàn)，較未切除卵巢組有顯著性差異(P＜0.05)，說明在卵巢切除12周時，大鼠頸椎出現(xiàn)了骨質(zhì)疏松。而在雌激素補充組中，BV/TV、Tb.Th、Tb.N和Tb.Sp的變化較單純骨質(zhì)疏松組及復合組均有顯著性差異(P＜0.05)，而與對

14、照組和單純退變組差異不顯著(P＞0.05)，說明大鼠雙側(cè)卵巢切除后補充17-β雌二醇能有效的緩解卵巢切除導致的骨質(zhì)疏松。
　　2.1 軟骨終板形態(tài)和椎間高度的改變
　　單純退變組、復合組和雌激素補充組C5/6椎間盤上、下軟骨終板均出現(xiàn)明顯缺損，下終板主要以腹側(cè)磨損為主，而上終板磨損區(qū)域出現(xiàn)在正中及四周，且其磨損面積隨時間的延長加重，復合組的磨損率在不同時間點較單純退變組均明顯升高(P＜0.05)。復合組與雌激素補充組之間有顯

15、著性差異(P＜0.05)，而雌激素補充組與單純退變組之間差異不顯著(P＞0.05)。
　　2.2 椎間盤組織學觀察及其退變評分
　　與單純退變組相比，復合組在每個時間點上軟骨終板形態(tài)、磨損情況及髓核和纖維環(huán)退變程度均較嚴重。雌激素補充組與單純退變組變化不明顯。從椎間盤退變評分來看，在12周時，復合組與單純退變組之間差異不明顯(P＞0.05)，兩者評分分別為8.3±1.3分和7.1±1.3分，但與對照組相比均有統(tǒng)計學差異(P＜

16、0.05)。而24周時，復合組為11.6±1.9分，單純退變組為9.9±1.9分，對照組為6.2±1.2分，兩兩間均出現(xiàn)明顯差異(P＜0.05)，復合組退變評分明顯升高。雌激素補充組與單純退變組的趨勢相似，兩者間無顯著性差異。
　　2.3 椎間盤組織免疫組織化學
　　在12周時，髓核組織中，單純退變組與復合組Aggrecan和Col2α1的染色強度明顯低于對照組，且與單純退變組相比，復合組的染色強度更低;而MMP-3的染色強

17、度在單純退變組和復合組中明顯強于對照組，復合組染色強度最高;雌激素補充組，Aggrecan、Col2α1和MMP-3的染色強度與單純退變組相似。而在24周時，各項指標呈現(xiàn)相同的趨勢，且差異更加明顯。
　　2.4 椎間盤組織RT-PCR檢測
　　在12周時，Aggrecan的RT-PCR結(jié)果，單純退變組僅為對照組的0.54，而復合組為對照組的0.35;在Col2α1的表達中，單純退變組為對照組的0.26，復合組為對照組的0.1