研究背景骨质疏松症与椎间盘退变疾病是困扰中老人身心健康的常见疾病。两种疾病均可引起腰背部疼痛,日常活动受限,导致生活质量下降,增加伤残率和死亡率。骨质疏松症是一种以骨量减少,骨强度降低为主要特征的多因素疾病,严重的骨质疏松常常会导致骨折发生,其中以脊柱骨折最常见。在我国现有骨质疏松症患者8400万人,约占总人口的6.6%。骨质疏松症好发于女性,女性绝经后的骨质疏松症发生率随着年龄增长不断增高：50-59岁为30%,60-70岁为70%,75岁以上则高达80%,由此引起的骨折发生率为20%,死亡率为15%-30%,严重影响人们的生活质量。老年化是脊柱退行性变的主要原因,脊柱的退变主要包括椎间盘的退变,关节突的退变以及椎体自身的退变。其中椎间盘的退变是脊柱退变的始动因素和主要表现。影响椎间盘退变的因素很多：病理性的压力负荷、营养供给途径的破坏、炎症因素等是几种常见的原因。软骨终板的弥散功能是椎间盘营养供给的重要途径,终板损伤必然会引起营养供给障碍,导致椎间盘退变。临床上常常可以发现骨质疏松症与脊柱退行性病变共存的情况,严重的骨质疏松症易引起植入物松动,往往导致脊柱退变疾病的外科内固定治疗效果不佳。脊柱退行性病变是骨关节退行性病变的一种。流行病学调查研究显示：在四肢关节中,骨关节退行性病变与骨质疏松症之间具有明显的负相关性。但是在脊柱中,两种疾病的相互关系并不确定。有限元研究证实,椎体骨小梁的疏松程度与椎间盘退变之间应该相互匹配。早期的研究认为椎间盘退变多发生于高密度的椎骨,椎间盘退变程度与椎体骨质疏松程度具有明显的负相关性。也有学者持有不同意见：骨小梁越稀疏,椎间盘退变越严重。动物实验证明,模拟绝经后骨质疏松可以导致椎间盘退变的发生,骨质疏松所引起的软骨终板改变可能是椎间盘退变发生的重要因素。软骨终板是一层附着于椎体上、下表面的透明软骨,是椎间盘营养供给途径的重要组成部分。椎间盘作为人体中最大的无血供组织,其营养的供应主要依靠上、下软骨终板的弥散作用。软骨终板的损伤或破坏往往会导致椎间盘退变的发生。在正常人体中,软骨终板随着年龄的增长而逐渐变薄并发生钙化。尸体标本研究也证实,终板的损伤程度与椎间盘退变之间具有明显的量化关系。有学者报道：椎间盘退变动物模型中往往伴随终板细胞的凋亡和钙化；异常的应力负荷也会导致终板细胞的凋亡和钙化加速。骨质疏松症会导致骨的微结构改变、强度降低,椎体承受压力负荷的能力下降。在这种情况下,终板必然需要承担更多的负荷,从而加速终板的损伤和钙化,并最终导致椎间盘退变的发生。骨质疏松症与椎间盘退变之间的关系较为复杂,目前的研究论述主要集中于临床资料的回顾和分析,混杂因素较多,得出结论往往有所偏倚。需要设计一个合理的动物模型来研究骨质疏松与椎间盘退变的相互关系,并就两种疾病之间相互作用的方式进行探讨。研究目的1.分析动静力失衡大鼠颈椎退变模型中不同节段的椎间盘退变程度,并比较各节段包括软骨终板的形态和椎间盘的组织学。2.建立一种骨质疏松复合椎间盘退变的动物模型。利用该模型分析骨质疏松与椎间盘退变对终板形态学改变的影响。研究方法1.分析动静力失衡大鼠颈椎退变模型对节段的影响。选取24只3月龄雌性SD大鼠随机分为模型组(14只)和对照组(10只)。模型组的大鼠横向切断颈背部肌肉以及韧带,包括横向切断颈夹肌,头、颈、寰最长肌,颈髂肋肌与头半棘肌,切除C2-C7棘上和棘间韧带,制备动静力失衡的颈椎退变模型。于术后12、18和24周分三次取大鼠颈椎标本。标本取材后进行显微CT扫描以及番红O快绿染色。利用显微CT测量C4/C5、C5/C6、C6/C7三个节段的椎间高度,计算上述节段头尾侧的终板磨损率,取椎间盘头尾侧软骨终板磨损率的平均值作为该节段椎间盘的终板磨损率。并对各节段椎间盘退变程度进行组织学评分。2.建立一种新型的复合动物模型,分析骨质疏松与椎间盘退变对终板形态学改变的影响。56只3月龄雌性SD大鼠随机分为3个实验组(骨质疏松复合退变组、单纯退变组、单纯骨质疏松组)和1个正常对照组。实验组每组14只,正常对照组每组10只。通过横向切断大鼠颈背部肌肉与韧带制备椎间盘退变模型；采用双侧卵巢切除的方法制备骨质疏松模型。分别于术后12、18和24周分三次处死动物,取大鼠颈椎和胫骨标本。使用显微CT扫描大鼠胫骨标本和颈椎标本C6/C7节段,分别检测胫骨平台下方和C6椎体骨质疏松程度。于颈椎正中矢状位片,测量C6/C7椎间高度。使用显微CT中的IPL程序,分离C6、C7椎体,获取C6/C7椎间盘头尾侧软骨终板图像。利用IPP软件,计算C6尾侧和C7头侧软骨终板磨损面积率(缺损范围占整个软骨终板面积的比率)最后取C6/C7椎间盘,石蜡包埋切片,行番红O快绿染色,进行组织学评分。研究结果1.分析动静力失衡大鼠颈椎退变模型中节段因素的影响。12周时,C6/C7椎间盘最早出现明显的椎间高度降低。其中模型组C6/C7椎间高度为0.547±0.054mm,对照组0.637±0.005mm,两者之间差异有统计学意义(P<0.05),而其它节段未见明显高度降低。18周时,模型组C5/C6节段也开始出现明显的高度降低,均低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。显微CT扫描结果证实：模型组颈椎节段越高,终板磨损出现的越晚,磨损程度也较轻。我们利用IPP软件计算各个节段椎间盘头尾侧软骨终板磨损率,取两者的平均值作为该节段椎间盘的终板磨损率。12周时,模型组各节段头、尾侧软骨终板磨损率与对照组均无明显差异(P>0.05)。18周时,模型组C6/C7、C5/C6椎间盘软骨终板磨损率均显著高于对照组的相应节段(P<0.05)。术后12周实验组各个节段椎间盘评分(C4/C5:7.8±0.5;C5/C6:8.0±0.8; C6/C7:8.3±1.0)均显著高于对照组(C4/C5:5.0±0.1;C5/C6:5.7±0.6; C6/C7:5.3±0.6)(P<0.05).术后24周,模型组C4/C5组织学评分为11.5±1.0,C5/C6为11.8±1.0,而C6/C7为12.8±0.8。在各个时间上,终板磨损绿率与椎间盘组织学评分均有明显的相关性(12周：r=0.60,P<0.01；18周：r=0.76,P<0.01；24周：r=0.71,P<0.01)2.建立一种新型的复合动物模型,分析骨质疏松与椎间盘退变对终板形态学改变的影响。术后12周,骨质疏松复合退变组和单纯骨质疏松组的胫骨和椎体均发生了明显的骨质疏松,骨体积分数(BV/TV)和骨小梁相对数目(Tb.N)均明显低于单纯退变组和正常对照组(P<0.05)。结果表明在卵巢切除术后12周,大鼠即出现明显的骨质疏松表现。显微CT扫描发现在术后各个时间点上,骨质疏松复合退变组与单纯退变组C6/C7椎间盘头、尾侧软骨终板均可见明显磨损,终板缺损部位以椎体腹侧为主。随着时间的进展,磨损程度却呈现逐渐减轻的趋势。12周时骨质疏松复合退变组头侧终板磨损率为28.1±3.9%,尾侧为25.4±4.3%,均大于单纯退变组(头侧18.7±7.3%；尾侧16.9±6.6%),有统计学意义(P<0.05)。18周时骨质疏松复合退变组的头尾侧终板磨损仍均显著大于单纯退变组(P<0.05),但24周时两者的差异没有显著性(P>0.05)。单纯骨质疏松组与正常对照组的头尾侧终板磨损率之间在各个时间点上均无显著性差异(P>0.05)。术后12周时,骨质疏松复合退变组和单纯椎间盘退变组的椎间高度相对于正常对照组均出现明显下降(P<0.05)。术后24周,骨质疏松复合退变组C6/C7的椎间高度为0.44±0.06mm,单纯退变组的椎间高度为0.51±0.05mm,两组之间有明显的差异(P<0.05)。单纯骨质疏松组与正常对照组在各个时间点的椎间高度均无明显统计学差异(P>0.05)。组织学染色结果显示,术后12周骨质疏松复合退变组与单纯退变组均出现明显的椎间盘退变,在各个时间点两组之间的椎间盘退变评分均无明显差异。术后18和24周时,单纯骨质疏松组椎间盘评分明显大于正常对照组,有统计学意义(P<0.05)。各个时间点软骨终板的损伤面积大小与椎间盘的退变程度具有明显相关性。结论1.在大鼠动静力失衡颈椎退变模型中,C6/C7椎间盘高度降低出现较早,终板磨损率较高,组织学上椎间盘退变程度也较严重,是该模型椎间盘退变的主要节段。2.椎间盘退变与骨质疏松均会导致软骨终板的损伤。当两种因素同时存在时,终板的损伤程度更加明显,椎间盘的退变程度也更加严重。软骨终板的形态学改变早期以磨损为主,晚期则出现钙化的表现。软骨终板的磨损程度与椎间盘的退变严重性之间有明显的相关。