目的:定量分析Staple对侧凸脊柱椎体生长板生长率及其组织形态的影响,以及生长板改变程度同侧凸矫形的相关性,旨在探讨生长板在Staple矫正脊柱侧凸中的作用,为临床Staple技术治疗脊柱侧凸提供实验依据。背景:生物力学是脊柱侧凸疾病发生、发展的重要因素之一,不对称负荷可以造成脊柱侧凸进展的“恶性循环”。椎体的纵向生长和长骨类似,都是通过生长板的软骨内骨化过程完成的。“Hueter-Volkmann”定律认为增加生长板的压力会抑制生长,而压力减少或张力会促进生长。Staple技术以此为理论依据,对侧凸脊柱的凸侧加压以抑制其生长,以短节段的方式对脊柱生长进行调节。动物实验和临床研究表明Staple对于矫正脊柱侧凸有一定的疗效。但是侧凸矫形中有关Staple对椎体异常生长板的影响仍缺少定量分析,生长板改变程度同侧凸矫形的相关性也有待于进一步研究。方法:用单侧椎弓根钉不对称栓系的方法建立10只雌性幼年山羊侧凸模型。建模8-10周后,山羊随机分为对照组(n=5)和Staple治疗组(n=5)。两组山羊均取出后路栓系,Staple治疗组取出栓系后在最大弯曲椎体的凸侧前路植入4-5枚记忆合金Staple。继续观察8-13周,定期复查X线平片,测量Cobb角。处死前第18天和第3天分别给予土霉素和钙黄绿素以标记生长板的骨化前缘。完整获取顶椎上生长板、顶椎上一个椎体的下生长板以及两者之间的椎间盘,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包埋,不脱钙切片。荧光显微镜下测量两荧光标记线之间的距离,分别计算椎体两侧生长板的生长率,并根据生长率差异计算Staple对椎体的矫形度数。甲苯胺蓝染色后测量生长板生长方向上增殖层高度、肥大层高度、肥大软骨细胞高度增加量以及肥大软骨细胞的最终高度。结果:10只栓系山羊中有9只术后8-10周内进展为明显的脊柱侧凸。在后续8-13周治疗期内,Staple治疗组(n=5)Cobb角由术后即刻的34.8±12.4°矫正到最终的15.6±11.7°;对照组(n=4)术后Cobb角无明显变化。Staple对顶椎的日矫形度平均为0.017±0.006°,同主弯整体矫形度之间存在明显的相关性(r=0.970,P=0.006),顶椎矫形对整体矫形的贡献度为13.18±3.04%。假设每个Staple的矫形度相等,所有Staple椎体对矫形的贡献度为61.54±19.91%。Staple治疗组中,凹侧生长板平均生长率、肥大层高度、肥大软骨细胞高度增加量以及肥大软骨细胞最终高度均明显大于Staple侧,但增殖层两侧无差异。对照组中凹凸两侧所有测量值均无统计学差异。综合Staple组与对照组的数据,增殖层高度、肥大层高度、肥大软骨细胞高度增加量、肥大软骨细胞最终高度均与生长率明显正相关(相关系数分别为0.626[P=0.009],0.654[P=0.006],0.880[P＜0.001],0.848[P＜0.001])。增殖层高度及肥大软骨细胞最终高度对生长率的多元回归系数分别为0.023和0.247,回归模型和系数均有统计学意义。结论:1、Staple可以明显改变脊柱侧凸椎体生长板两侧的生长率,使凹侧生长率超过凸侧,以达到有效矫形。由此推算的Staple对顶椎的日矫形度平均为0.017°,其对整体矫形的贡献度为13.18%,所有Staple椎体的贡献度可能至少是61.54%。2、Staple矫正脊柱侧凸重要的细胞学机制可能是减小凸侧肥大层高度以及肥大软骨细胞的肥大程度,并逆转凹凸侧肥大层原有的差异。椎体生长板的生长率或许可以表示如下:R_growth=0.023~*Prolif-Z_ht+0.247~* H_final-2.670,其中R_growth为生长率,Prolif-Z_ht为增殖层高度,H_final为肥大软骨细胞最终高度。