DISKUSSION
til støtte for tanken om, at trabecular stress distribution egenskaber cancellous bone forklare den skrøbelige T12-L1 ryghvirvler, har vi undersøgt den variation af trabecular stress omfang og variation (samt arkitektoniske parametre) i cancellous bone langs den samme rygsøjlen., Vi har vist, at trabecular stress-distributioner, der er forårsaget af en ensartet komprimering af cancellous væv og cancellous mikrostrukturelle parametre er forbundet med rygsøjlen niveau i den menneskelige rygsøjlen ben, de resultater, der er væsentlige for den tværgående enheder kun. I overensstemmelse med vores foreløbige observation, når gennemsnit over to prøver fra den samme ryghvirvel, blev den maksimale gennemsnitlige trabekulære forskydningsspændingsforstærkning og minimum af gennemsnitlig BV/TV fundet i det cancelløse væv fra T12-lokationen (tabel 1)., Minimum BV / TV og maksimal trabekulær forskydningsspændingsforstærkning i vævet fra T12-ryghvirvlerne er i overensstemmelse med rapporter om, at den højeste forekomst af vertebrale frakturer observeres i T12-og L1-ryghvirvlerne og antyder, at den cancelløse knogle fra de kritiske T12-L1-placeringer i sagens natur er svag sammenlignet med cancelløs knogle fra andre ryghvirvler.
når SI-og TR-prøver blev analyseret separat, fandt vi ikke i modsætning til vores oprindelige hypotese, at den cancelløse knoglestruktur fra den centrale forreste placering af rygsøjler var forskellig mellem rygsøjleniveauer., Vi fandt imidlertid, at arkitekturen af den cancelløse knogle fra de postero-laterale dele af rygsøjlen varierer med rygsøjleniveauet, således at minimumsværdierne af BV/TV og MIL3 (middelafsnøringslængde i tertiær retning) og den maksimale værdi af forskydningsforstærkning svarer til T12-niveauet., Fordi SI-prøver blev kernehus fra forreste placering i supero ringere retning og TR-prøver blev kernehus fra den postero-lateral steder i tværgående retning, forskellene mellem SI og TR prøver kan være på grund af retningsafhængigheden af cancellous bone eller på grund af anatomiske websted forskelle inden for ryghvirvel., Imidlertid, de mikrostrukturelle parametre er uafhængige af orienteringen af prøven, hvilket indikerer, at rygsøjleniveauafhængigheden af mikrostruktur, der findes for TR-prøverne, skyldes den indre vertebravariabilitet af cancelløse vævsegenskaber. Stærke relationer findes mellem stress forstærkning og BV/TV (Figur 5) for både SI og TR-prøver tyder på, at stress forstærkning ville følge udviklingen svarer til, at BV/TV for andre kombinationer af objektorientering og inden for ryghvirvel placering., Vi formoder således, at spændingsforstærkning i supero-inferior retning ville følge tendenser svarende til den i tværretningen for de postero-laterale placeringer i ryghvirvlen. Derfor, mens værdien af modulus og understreger, ville være forskellige mellem supero ringere og tværgående læsning af et eksemplar fra samme lokalitet, gælder drøftelser om relative forskelle mellem inden-ryghvirvel og mellem-ryghvirvel steder kan gøres., De forklarende evne til MIL2 for den store afhængighed af stress og stivhed egenskaber på rygsøjlen niveau tyder på, at processer, der påvirker trabecular tykkelse og afstand i den sekundære strukturelle retning er vigtige i fastlæggelsen af den strukturelle organisering af ryghvirvler på hvert niveau. Konvertering af trabekulær geometri fra pladelignende til stanglignende ville være en af disse processer., Plade-gerne stang-lignende overgang er blevet bemærket i andre høj brud-risiko-situationer, såsom i den aldrende proksimale tibia , i hoftebenskammen af kvinder under transmenopausal periode og i hoftebenskammen af kvinder med udbredt vertebrale frakturer og fortsatte med at miste knogle i tre år . Fordi reabsorberingen trabeculae i deres tyndeste retning (dvs, reabsorberingen i MIL3 retning) kan resultere i afbrydelse af trabecular netværk, det synes at være en bedre tilpasnings strategi til at fjerne materiale fra den tykke retninger., Imidlertid kan reduktion i MIL2 i sidste ende reducere modstanden af strukturen til buckling samt off-a .is belastninger. Derudover har pladelignende strukturer mere forudsigelige buckling retninger. Ændringer i den sekundære tykkelsesretning af den annullerede knogle ville gøre buckling af strukturen mere sandsynlig i retninger, der normalt ville blive forhindret., Yderligere undersøgelser om dette emne bør fokusere på parametre, der kvantificerer anisotrop geometri af enkelt trabeculae, såsom structure model inde., som blev introduceret for at kvantificere, hvordan plade – eller stavlignende trabeculae er i et volumen af cancellous bone.
det er Interessant, når den SI til TR-forhold af parametre, der anses for en given ryghvirvel, variationen af trabecular arkitektur og understreger med ryg-niveau var sådan, at cancellous væv egenskaber bliver mere homogene i centrum af T12-L1 end i andre ryghvirvler., En klinisk undersøgelse rapporterede, at spredningen af CT-gråniveauværdier fra L3-L4-hvirvler kunne adskille kvinder med brud fra dem uden brud bedre end den gennemsnitlige knoglemineraltæthed (BMD) . I overensstemmelse med vores konklusion om, at ryghvirvler fra mere skrøbelige steder (T12-L1) har mere homogen cancellous væv, variabilitet af CT-værdier (for en given BMD) i Dougherty undersøgelse var lavere i gruppen med knoglebrud end den, der uden fraktur., Men sammen med vores seneste resultater, at den øgede inden-ryghvirvel variation af cancellous væv egenskaber er forbundet med nedsat hele ryghvirvel styrke , disse data viser, i overensstemmelse med tidligere rapporter , at T12-L1 ryghvirvler ikke har mindre styrke end andre ryghvirvler og yderligere tyder på, at mekaniske andre faktorer end uniaxial styrke er involveret i større skrøbelighed T12-L1 ryghvirvler.,Finite element beregninger i andre undersøgelser estimerede, at cancelløs knogle fra osteoporotika var stivere end hos non-osteoporotika i den dominerende belastningsretning for en given knoglemasse . Den øgede homogenitet af den cancelløse knogle i T12-L1 kan skyldes en øget indsats for at opretholde hele knoglestivhed i den overvejende belastningsretning. Donorerne i den aktuelle undersøgelse var gamle, og selvom de ikke blev undersøgt for osteoporose, havde sandsynligvis lav knoglemasse sammenlignet med yngre individer., I tilfælde af knogletab ville et forsøg på at opretholde knoglestivhed i en given belastningsretning kræve omorganisering af knoglestrukturen. Dette kan have flere konsekvenser vedrørende knoglefrakturer. Fastholdelse af stivhed i den (nominelle) primære belastningsretning ville komme til en pris af reduceret stivhed i andre belastningsretninger og “fejl” belastninger i ikke-hyppige belastningsretninger ville være en potentiel kilde til skrøbelighed som foreslået før . Disse fejlbelastninger kan omfatte de sjældne, men store bøjningsbelastninger, især dem, der er forbundet med at løfte tunge genstande .,
Alternativt, en overadaptation for hele knogle stivhed ved homogenisering af cancellous bone egenskaber kan forårsage en stigning i den strukturelle skørhed af T12-L1 niveauer, som reducerer deres tolerance over for progressive skade, selv for det samme ilægning retning. Litteraturdata er i overensstemmelse med ideen om, at rygsøjlens styrke og træthedsliv (relateret til tolerance for progressiv skade) er tydeligt forskellige og konkurrerende egenskaber ., En progressiv skade-relaterede svigt er særlig relevante for vertebrale frakturer i, at jeg) ryghvirvler mister en del af deres stivhed og styrke, når der er lagt ud over deres ultimative belastning, men stadig bevare væsentlig stivhed og styrke, når der indlæses en anden gang i eksperimenter i laboratoriet , ii) klinisk vertebrale frakturer synes at være langsomt frem, ofte ikke bemærket før et uheld, der er observeret i x-ray radiograms taget til andre formål end en fraktur ., Hvis knoglen ikke er skør, kan biologiske processer reparere skaden forårsaget af en overbelastning og forsinke udviklingen af en klinisk observerbar brud, mens en alt for stiv, stærk, men også skør ryghvirvel hurtigt vil udvikle en alvorlig klinisk brud, hvis den er overbelastet. Vi foreslår, at homogenitet af materialet på mellemniveau (dvs.tilsyneladende egenskaber ved cancelløs knogle) og følgelig strukturel skørhed af hvirvler er en potentielt vigtig faktor i spinal skrøbelighed.
nogle begrænsninger skal bemærkes., FE-modellerne anvendte homogene og isotrope materialeegenskaber. Det tilsyneladende modul beregnet ud fra FE-modeller påvirkes af de hårde vævsmodulfordelinger (element) bestemt af gråniveaufordelinger og forventes at påvirke beregningen af trabekulære spændingsfordelinger. Imidlertid er der i øjeblikket ingen etableret metode til konvertering af gråniveauværdier til hårdt vævsmodul, og variationen af hårdt vævsmodul afhænger af de formler, der anvendes i konverteringen., Vores analyser antyder, at ændringen i tilsyneladende modul på grund af modulvariabilitet kun er lille i human vertebral cancellous bone, når op til et tredje ordens forhold bruges til at konvertere grå niveauer til elementmoduli . Endvidere var variationen af gråniveauer mellem prøver lav, og en signifikant afhængighed af gråniveauparametre på rygsøjleniveau blev ikke observeret i den aktuelle undersøgelse. Værdien af det homogene hårde vævsmodul har ingen indflydelse på konklusionerne, fordi modellerne er lineært skaleret med denne værdi., Dette er de samme betingelser, der blev brugt i undersøgelser, hvor vores observationer, der motiverede denne undersøgelse, blev foretaget . Brug af homogene egenskaber forventes at have mindre virkninger på vores resultater, men påvirker ikke vores konklusioner om cancellous bone.
denne undersøgelse var også begrænset til en undersøgelse af det cancelløse væv, der var fysisk kerne ud af hvirvler fra udvalgte regioner. Der var flere grunde til at gøre dette i modsætning til at analysere en hel vertebral krop eller centrum. For det første involverede vores første observation og hypotese vævskvalitet snarere end hele knoglekvalitet., For det andet ønskede vi ikke at kompromittere billedopløsningen ved at udvide omfanget af arbejdet. Selvom nogle undersøgelser overvejede µCT-baseret FE-analyse af humane rygsøjler, måtte billedopløsningen være mindre end optimal, og analyserne var begrænset til nogle få ryghvirvler, sandsynligvis på grund af beregningsomkostninger . Micro-CT-baseret FE-analyser af menneskers hele rygsøjlen organer ved hjælp af tilstrækkelig lille voxels (~30µm) begyndte at dukke op i senere værker , men disse undersøgelser er begrænset til rygsøjlen niveauer, der har relativt små ryghvirvler., Inkludering af største ryghvirvler i undersøgelsen ville kræve væsentligt højere vo .elstørrelser i et keglebjælkesystem for at holde billedkvaliteten konsistent mellem prøver fra forskellige rygsøjler i det aktuelle arbejde. Med fremskridtene inden for billeddannelsesteknologier vil det være muligt at udvide det nuværende arbejde til at omfatte hele rygsøjler i fremtidige undersøgelser. En tredje grund til fysisk coring de cancellous knogle prøver var vores hensigt at undersøge de eksperimentelle mekaniske egenskaber af disse prøver i forhold til rygsøjlen niveau. Disse undersøgelser er i gang.,
prøverne cored fra det forreste område var i supero-inferior retning, mens prøverne cored fra postero-laterale regioner var i tværretningen. Den oprindelige grund til at gøre dette var at studere anisotropi af cancellous knogle styrke og stress fordelinger i forhold til rygsøjlen niveau. På grund af planlagt mekanisk test var prøverne cylindriske, og de radiale retninger kunne ikke registreres nøjagtigt. Dette gav mulighed for FE analyse af hver region i onlyn retning., Nogle generaliseringer kunne foretages på baggrund af de forhold, der findes mellem mikrostrukturen og FE-parametrene for både superoinferior og tværgående belastning. Imidlertid er yderligere undersøgelse af vertebrale regionale egenskaber nødvendig for at få indsigt i arten af den anisotropi-anatomiske stedinteraktion.
sammenfattende viste vi, at T12-L1 cancellous væv har unikke egenskaber, som understøtter den mest generelle form for vores hypotese., Vi fandt endvidere, at variationen af cancellous knogle egenskaber med rygsøjlen niveau er afhængig af stedet i en ryghvirvel, hvilket resulterer i mere homogene cancellous væv egenskaber for T12-L1 ryghvirvler end andre ryghvirvler. Samlet set kan de regionale forskelle i trabekulær mikrostruktur og spændingsforstærkning mellem hvirvelniveauer delvis forklare den højere forekomst af vertebral sammenbrud ved de kritiske T12-L1-niveauer.