腰椎间盘纤维环强度与椎间盘内压分布和相邻椎体终板强度的相关性

腰椎椎间盘纤维环、髓核和椎体终板的完整性和力学稳定对于维持椎间盘功能和脊柱各向活动具有重要的意义，但目前大多数研究较少涉及纤维环的力学及椎间盘内压的分布，且通常为各结构的独立整体性观察。申请人的前期研究已经发现椎间盘内压分布、终板强度随年龄、解剖区域的变化而变化，同样仅是宏观的整体研究；对于其相对应的区域性力学特性的相关性未深入探讨。根据前期成果我们提出假设，腰椎间盘纤维环区域性强度与相应区域的椎间盘内压以及椎体骨性终板强度之间具有一定的相关性。本课题拟采用80具人腰椎标本，通过MRI对腰椎间盘进行分级后，解剖为多个运动节段，分别测量椎间盘内压的区域性分布；复解剖为独立的椎间盘和椎体，分别测量椎间盘纤维环区域性的张力强度和相邻椎体终板区域性的抗压强度（压迹试验）。对各个参数之间的相关性进行分析，并对年龄、节段、性别等因素也进行分析。为临床问题的分析和各种脊柱内植物的设计提供理论支持。

腰椎椎间盘纤维环、髓核和椎体终板的完整性和力学稳定对于维持椎间盘功能和脊柱各向活动具有重要的意义，但目前大多数研究较少涉及纤维环的力学及椎间盘内压的分布，且通常为各结构的独立整体性观察。本研究分别对不同MRI分级下椎间盘纤维环、终板力学强度及椎间盘内压进行了研究。纤维环方面，研究结果显示纤维环纤维的抗拉伸弹性模量及极限强度由内层向外层逐层增高，同时最大应变逐层减低。各层次纤维弹性模量、极限应力与年龄、性别之间均不存在显著相关性。随着MRI椎间盘退变分级的升高，除中层纤维环极限应力外，各层纤维环弹性模量及极限应力均呈降低趋势；伴随邻近终板Modic改变的出现，椎间盘表现出明显的内层纤维环弹性模量及最大应力降低，而中层、外层纤维环仅表现为最大应力降低。终板方面，终板最大抗压力及抗压强度在中心位置最低，并由内向外逐渐增高，幅度分别为13%及17%。其中，内层终板最大抗压力与年龄表现出显著相关性，外层终板抗压强度与性别表现出显著相关性。椎体的下终板最大抗压力及抗压强度较上终板分别高5%和6%，且随着腰椎节段的降低而增高。当椎间盘严重退变时，终板最大抗压力及抗压强度可分别降低39-46%及21-30%；当终板区域发生Modic改变时，同时，终板最大抗压力及抗压强度与多项微观结构指标相关。椎间盘内压分布方面，在弯曲2-6°,恒定2kN轴向加压作用下，中度及重度退变的垂直方向椎间盘内压峰值及内压浮动范围明显增高，其程度与退变程度成正相关。水平方向内压分布情况与垂直方向类似。另一方面，Modic改变发生与否与垂直，水平方向上椎间盘内压峰值及内压浮动范围不表现出显著相关性。