DISKUSE
na podporu myšlenky, že trabekulární rozložení napětí vlastnosti spongiózní kosti vysvětlit, křehkost T12-L1 obratle, jsme zkoumali změny trabekulární stres rozsah a variabilita (stejně jako architektonické parametry) ve spongiózní kosti podél páteře., Prokázali jsme, že trabekulární rozdělení napětí způsobené jednotné komprese spongiózní tkáně a spongiózní mikrostrukturní parametry jsou spojené s páteří úrovni v lidské obratle kosti, výsledky jsou významné pro příčné vzorky pouze. V souladu s naší předběžné pozorování , když v průměru více než dva vzorky ze stejného obratle, maximální průměr trabekulární smykové napětí zesílení a minimální průměrné BV/TV byly nalezeny ve spongiózní tkáně z T12 umístění (Tabulka 1)., Minimální BV/TV a maximální trabekulární smykové napětí zesílení v tkáni od T12 obratle jsou v souladu se uvádí, že nejvyšší incidence zlomenin obratlů je pozorován v T12 a L1 obratle a naznačují, že spongiózní kosti z kritické T12-L1 místech je ze své podstaty slabá ve srovnání s spongiózní kosti od ostatních obratlů.
Když SI a TR vzorky byly analyzovány odděleně, jsme nenašli, na rozdíl od naší počáteční hypotéza, že spongiózní kostní struktury z centrální přední umístění obratlů byl rozdíl mezi páteře úrovně., Nicméně, my jsme zjistili, že architekturu spongiózní kosti z postero-laterální části obratlového těla se mění s páteře na úrovni takové, že minimální hodnoty BV/TV a MIL3 (průměrná délka zachytit v terciárním směru) a maximální hodnota smykové zesílení odpovídají T12 úrovni., Protože SI vzorky byly jádrem z přední umístění v supero-horší směru a TR vzorky byly jádrem z postero-laterální umístění v příčném směru, rozdíly mezi SI a TR vzorky může být vzhledem k anizotropii spongiózní kosti nebo v důsledku anatomické stránky, rozdíly v rámci obratle., Nicméně, mikrostrukturní parametry jsou nezávislé na orientaci vzoru, což znamená, že páteř úrovni-závislost mikrostruktury našel pro TR vzorků je vzhledem k v-obratle variabilita spongiózní tkáně vlastnosti. Silné vztahy našel mezi stresem zesílení a BV/TV (viz Obrázek 5), u obou SI a TR exempláře naznačují, že stres zesílení by sledovat trendy podobné BV/TV pro jiné kombinace vzorku orientaci a v-obratle umístění., Proto máme podezření, že stres zesílení v supero-nižší směrem by sledovat trendy podobné, že v příčném směru pro postero-laterální umístění v obratle. Proto, zatímco hodnoty modulu pružnosti a napětí by být různé mezi supero-nižší a příčné zatížení vzorku ze stejného místa, platné diskuse týkající se relativní rozdíly mezi do-obratel a mezi-obratle místech mohou být provedeny., Vysvětlující schopnost MIL2 pro významnou závislost napětí a ztuhlost vlastnosti na úrovni páteře naznačuje, že procesy, které ovlivňují trabekulární tloušťky a mezery v sekundární strukturální směru jsou důležité při určování strukturální organizace obratlů na každé úrovni. Jedním z těchto procesů by byla konverze trabekulární geometrie z desky podobné tyči., Deska-jako na tyč-jako přechod byl zaznamenán v jiné high-zlomeniny-riziko situacích, například při stárnutí proximální tibie , kosti kyčelní žen během transmenopausal období a v kyčelní kosti žen s vertebrální zlomeniny a pokračoval ztratit kosti na tři roky . Protože resorpční trabekuly v jejich nejtenčí směru (tj. resorbování v MIL3 směru) může mít za následek odpojení trabekulární sítě, zdá se, lepší adaptační strategie pro odstranění materiálu z tlusté směrech., Snížení MIL2 by však nakonec mohlo snížit odolnost konstrukce vůči vzpěrám i vůči zatížení mimo osu. Kromě toho mají deskové konstrukce předvídatelnější směry vzpěry. Změny v sekundární tloušťka směru spongiózní kosti by zborcení struktury více pravděpodobné, ve směrech, které by normálně být zabráněno., Další studie na toto téma by se měla zaměřit na parametry, které kvantifikovat anizotropní geometrie jednotlivých trabekul, jako jsou struktura, model index, který byl zaveden do quantitate jak deska nebo tyč-jako trabekuly jsou v objemu spongiózní kosti .
je Zajímavé, že když SI na TR poměr parametrů je považován za daný obratel, změny trabekulární architektury a zdůrazňuje, s páteře-úrovni byly takové, že spongiózní tkáně vlastnosti se stala více homogenní v rámci centra z T12-L1 než v ostatních obratlů., Klinická studie uvedla, že rozptyl hodnot hladiny CT-gray z obratlů L3-L4 by mohl oddělit ženy se zlomeninou od žen bez zlomeniny lépe než průměrná kostní minerální hustota (BMD) . V souladu s naším zjištěním, že obratlů z více nestabilních místech (T12-L1) mají více homogenní spongiózní tkáně, variabilita CT hodnot (pro danou BMD) v Dougherty studie byla nižší ve skupině s zlomenina, než že bez zlomeniny., Nicméně, spolu s naší nedávné zjištění, že se zvýšil v-obratle variabilita spongiózní tkáně vlastností je spojeno se snížením celý obratel sílu , tyto údaje naznačují, v souladu s předchozí zprávy , že T12-L1 obratle nemají menší pevnost než ostatní obratle a dále naznačují, že mechanické faktory jiné než jednoosé síly jsou zapojeny ve větší křehkost T12-L1 obratle.,
výpočty konečných prvků v jiných studiích odhadovaly, že rakovinná kost z osteoporotik byla tužší než u osteoporotik v převládajícím směru zatížení pro danou kostní hmotu . Zvýšená homogenita rakovinné kosti v T12-L1 může být způsobena zvýšenou snahou udržet tuhost celé kosti v převládajícím směru zatížení. Dárci v současné studii byli staří a ačkoli nebyli vyšetřeni na osteoporózu, pravděpodobně měli nízkou kostní hmotu ve srovnání s mladšími jedinci., V případě úbytku kostní hmoty by snaha udržet tuhost kostí v daném směru zatížení vyžadovala reorganizaci kostní struktury. To může mít několik důsledků týkajících se zlomenin kostí. Zachování tuhosti v (jmenovitém) primárním směru zatížení by stálo snížení tuhosti v jiných směrech zatížení a“ chybové “ zatížení v častých směrech zatížení by bylo potenciálním zdrojem křehkosti, jak bylo navrženo dříve . Tyto chybové zatížení může zahrnovat časté, ale velké zatížení ohybu, zejména ty, které jsou spojeny s zvedání těžkých předmětů .,
Případně, overadaptation pro celou kost tuhosti pomocí homogenizace spongiózní kostní vlastnosti by mohly způsobit zvýšení strukturální křehkost T12-L1 úrovních, což snižuje jejich toleranci k postupnému poškození, a to i pro stejné zatížení směrem. Údaje z literatury jsou v souladu s myšlenkou, že síla obratlů a únavový život (související s tolerancí progresivního poškození) jsou výrazně odlišné a konkurenční vlastnosti ., Progresivní poškození-související poruchy jsou zvláště důležité pro zlomeniny obratlů v tom, že jsem) obratlů ztrácejí část své tuhosti a pevnosti při zatížení nad rámec jejich maximální zatížení, ale stále udržují značnou tuhost a pevnost při zatížení podruhé v laboratorních experimentech , ii) klinická vertebrální zlomeniny se zdají být pomalu postupující, často si všiml až náhodně pozorován v x-ray rentgenové snímky pořízeny pro jiné účely, než zlomenina ., Pokud kost není křehký, biologické procesy mohou opravit škody způsobené přetížení a zpoždění vývoje klinicky pozorovatelné zlomeniny vzhledem k tomu, že příliš tuhé, pevné, ale také křehké obratle se bude rychle rozvíjet závažné klinické zlomeniny pokud je přetížen. Navrhujeme, že homogenita materiálu na středně pokročilé úrovni (tj. zjevné vlastnosti spongiózní kosti), a tedy strukturální křehkost obratlů je potenciálně důležitým faktorem při spinální křehkost.
je třeba poznamenat některá omezení., Modely FE využívaly homogenní a izotropní vlastnosti materiálu. Zdánlivý modul pružnosti vypočtený z FE modelů je ovlivněna tvrdé tkáně (prvek) modul distribuce určena šedá úrovni distribuce, a očekává, že ovlivní výpočet trabekulární rozdělení napětí. V současné době však neexistuje žádná zavedená metoda přeměny hodnot šedé úrovně na moduli tvrdé tkáně a variabilita modulí tvrdé tkáně závisí na vzorcích použitých při konverzi., Naše analýzy naznačují, že změny v zdánlivý modul pružnosti v důsledku modul variabilita, jen je malý v lidských obratlů spongiózní kosti, když až do třetího řádu, vztah se používá pro převod úrovní šedi na prvek moduly . Kromě toho byla variace hladin šedé mezi vzorky nízká a v současné studii nebyla pozorována významná závislost parametrů šedé úrovně na úrovni páteře. Hodnota homogenního modulu tvrdé tkáně nemá žádný vliv na závěry, protože modely jsou lineárně škálovány s touto hodnotou., To jsou stejné podmínky používané ve studiích, kde byly provedeny naše pozorování, která motivovala tuto studii . Očekává se, že použití homogenních vlastností bude mít menší vliv na naše výsledky, ale neovlivní naše závěry o rakovinné kosti.
Tato studie byla také omezena na šetření z houbovité tkáně, která byla fyzicky jádrem z obratlů z vybraných regionů. Existuje několik důvodů, proč to udělat, na rozdíl od analýzy celého obratlového těla nebo centra. Za prvé, naše počáteční pozorování a hypotéza zahrnovaly spíše kvalitu tkáně než kvalitu celé kosti., Zadruhé jsme nechtěli ohrozit rozlišení obrazu rozšířením rozsahu práce. I když některé studie považovány za µCT na bázi FE analýzy lidských obratlů, rozlišení obrazu musel být menší než optimální a analýzy byly omezeny na několik obratlů, pravděpodobně vzhledem k výpočetní náklady . V nedávné práci se začaly objevovat mikro-CT analýzy FE celých lidských těl obratlů používajících dostatečně malé voxely (~30µm), nicméně tyto studie jsou omezeny na hladiny páteře, které mají relativně malé obratle., Včetně největší obratle ve studii by vyžadovalo podstatně vyšší voxel velikostí v cone-beam systém udržet kvalitu obrazu konzistentní mezi vzorky z různých páteře úrovně v aktuální práci. S pokrokem v zobrazovacích technologiích bude možné v budoucích studiích rozšířit současnou práci tak, aby zahrnovala celá těla obratlů. Třetí důvod pro fyzicky coring z spongiózní kostní vzorky bylo naším záměrem zkoumat experimentální mechanické vlastnosti těchto vzorků ve vztahu s páteře úroveň. Tyto studie probíhají.,
vzorky cored z přední oblasti byly ve směru supero-inferior, zatímco vzorky cored z postero-laterálních oblastí byly v příčném směru. Původním důvodem pro to bylo studium anizotropie rakovinné kostní síly a rozložení stresu ve vztahu k úrovni páteře. Kvůli plánovaným mechanickým zkouškám byly vzorky válcové a radiální směry nemohly být přesně zaznamenány. To umožnilo analýzu FE každé oblasti pouze jedním směrem., Některé zobecnění by mohly být provedeny na základě vztahů mezi mikrostrukturou a parametry FE jak pro superoinferior, tak pro příčné zatížení. Další zkoumání vertebrálních regionálních vlastností je však nezbytné k získání vhledu do povahy anizotropie-anatomické interakce v místě.
v souhrnu jsme prokázali, že rakovinná tkáň T12-L1 má jedinečné vlastnosti, které podporují nejobecnější formu naší hypotézy., Dále jsme zjistili, že variace spongiózní kostní vlastnosti s páteře úroveň je závislá na místě v rámci obratle, což má za následek více homogenní spongiózní tkáně vlastnosti pro T12-L1 obratlů než ostatní obratle. Regionální rozdíly v trabekulární mikrostruktuře a zesílení stresu mezi hladinami obratlů mohou částečně vysvětlit vyšší výskyt vertebrálního kolapsu na kritických úrovních T12-L1.