DISKUSJON
I støtte til ideen om at trabekulært stress distribusjon egenskaper av cancellous bein forklare skjørheten av T12-L1 ryggvirvler, vi undersøkt variasjon av trabekulært stress omfang og variasjon (samt arkitektoniske parametere) i cancellous bein langs de samme ryggraden., Vi har vist at trabekulært stress distribusjoner forårsaket av en jevn kompresjon av cancellous vev og cancellous microstructural parametere er forbundet med ryggraden nivå i menneskelig ryggvirvel bein, resultatene blir signifikante for de tverrgående prøver bare. I tråd med vår foreløpige observasjon , når fordelt på to prøver fra det samme virvel, det maksimale av gjennomsnittlig trabekulært skjærspenning forsterkning og minimum gjennomsnittlig BV/TV ble funnet i cancellous vev fra T12 sted (Tabell 1)., Minimum BV/TV og maksimal trabekulært skjærspenning forsterkning i vev fra T12 ryggvirvlene er i samsvar med rapporter som høyeste forekomsten av vertebrale frakturer er observert i T12 og L1 ryggvirvler og foreslår at cancellous bein fra den kritiske T12-L1 steder er faktisk svak i forhold til cancellous bein fra andre ryggvirvler.
Når SI og TR prøvene ble analysert separat, kan vi ikke finner, i motsetning til vår første hypotese, at cancellous bein strukturen fra den sentrale anterior plassering av vertebrale organer var forskjellig mellom ryggraden nivåer., Men, vi fant at arkitekturen av cancellous bein fra postero-lateral deler av ryggvirvel kroppen varierer med ryggraden nivå slik at minimum verdier av BV/TV og MIL3 (mean avskjære lengde i universitets-retning) og høyeste verdi av skjær forsterkning tilsvarer T12 nivå., Fordi det SI prøvene ble cored fra anterior plassering i supero-dårligere retning og TR prøver ble cored fra postero-lateral steder i tverrgående retning, forskjellene mellom SI og TR prøver kan være grunn til anisotropy av cancellous bein eller på grunn av anatomiske området forskjeller innenfor vertebra., Men microstructural parametere er uavhengig av orientering av prøven, noe som indikerer at ryggraden nivå-hvordan mikrostrukturen funnet for TR prøvene er grunn til innen-virvel variasjon av cancellous vev egenskaper. Sterke relasjoner finnes mellom stress forsterkning og BV/TV (Figur 5) for å både SI og TR prøver tyder på at stress forsterkning ville følge trender lik som BV/TV for andre kombinasjoner av prøven retning og innenfor-virvel beliggenhet., Dermed har vi en mistanke om at stress forsterkning i supero-dårligere retning ville følge trender tilsvarende som i tverrgående retning for postero-lateral steder i vertebra. Derfor, mens verdiene av elastisitet og understreker ville være forskjellig mellom supero-dårligere og tverrgående lasting av en prøve fra samme sted, gyldig diskusjoner om relative forskjeller mellom innen-vertebra og mellom-virvel steder kan være laget., Den forklarende evne til MIL2 for betydelig avhengighet av stress og stivhet egenskaper på ryggraden nivå tyder på at prosesser som påvirker trabekulært tykkelse og avstanden i videregående strukturelle retningen er viktig for å bestemme den strukturelle organiseringen av ryggvirvlene på hvert nivå. Konvertering av trabekulært geometri fra plate-som til stang-som ville være en av disse prosessene., Plate-som til stang-som overgangen har vært nevnt i andre høy-brudd-risiko situasjoner, for eksempel i aldring proksimale tibia , i iliac crest av kvinner i løpet av de transmenopausal perioden, og i iliac crest av kvinner med utbredt vertebrale frakturer og fortsatte å miste bein i tre år . Fordi resorbing trabeculae i sitt tynneste retning (dvs., resorbing i MIL3 retning) kan resultere i stenging av trabekulært network, det virker som en bedre adaptational strategi for å fjerne materiale fra den tykke retninger., Imidlertid, reduksjon i MIL2 slutt kan redusere motstand av strukturen til knekking samt til off-axis laster. I tillegg, plate-lignende strukturer har mer forutsigbar knekking retninger. Endringer i videregående tykkelse retning av cancellous bein ville gjøre knekking av strukturen mer sannsynlig i retninger som vanligvis ville bli forhindret., Videre studier på dette emnet skal fokusere på parametere som tallfeste anisotrop geometri enkelt trabeculae som struktur modell indeksen som ble introdusert til kvantitativ analyse hvordan plate – eller stang-som trabeculae er i et volum av cancellous bein .
det som er Interessant er når SI til TR forholdet mellom parametre er vurdert for en gitt vertebra, variasjonen av trabekulært arkitektur og understreker med ryggraden-nivå var slik at cancellous vev egenskaper bli mer homogen i centrum av T12-L1 enn i andre ryggvirvler., En klinisk studie rapporterte at scatter av CT-grå nivå verdier fra L3-L4 ryggvirvler kunne skille kvinner med brudd fra de uten brudd bedre enn gjennomsnittet bentetthet (BMD) . I tråd med våre funn at ryggvirvler fra mer sårbare steder (T12-L1) har mer homogene cancellous vev, variasjon av CT-verdier (for en gitt BMD) i Dougherty studien var lavere i gruppen med brudd enn det som er uten brudd., Imidlertid, sammen med våre nyere funn at den økte innen-virvel variasjon av cancellous vev egenskaper er forbundet med redusert hele vertebra styrke , disse data indikerer, i samsvar med tidligere rapporter , som T12-L1 ryggvirvlene ikke har mindre styrke enn andre ryggvirvler og videre foreslå at mekanisk andre faktorer enn uniaxial styrke er involvert i større skjørheten i T12-L1 ryggvirvler.,
Finite element beregninger i andre studier anslått at cancellous bein fra osteoporotics ble stivere enn i ikke-osteoporotics i den dominerende legge retning for en gitt benmasse . Den økte homogenitet av cancellous bein i T12-L1 kan være på grunn av en økt innsats for å opprettholde hele bein stivhet i den dominerende legge retning. Giverne i den aktuelle studien var gamle og selv om det ble ikke undersøkt for osteoporose, sannsynligvis hadde lav benmasse i forhold til yngre personer., I tilfelle av tap av beinmasse, et forsøk på å opprettholde bein stivhet i en gitt legge i retning vil kreve omlegging av beinstrukturen. Dette kan ha flere konsekvenser om benbrudd. Vedlikeholde stivhet i (nominell) primær legge i retning ville komme til en kostnad av redusert stivhet i andre lasting retninger og «feil» laster i ikke-hyppige legg retningene ville være en potensiell kilde til skjørhet som foreslått før . Disse feil belastninger kan være sjeldne, men store tung last, særlig de som er forbundet med å løfte tunge gjenstander .,
du kan også overadaptation for hele bein stivhet ved homogenisering av cancellous bein egenskapene kan føre til en økning i det strukturelle brittleness av T12-L1 nivåer som reduserer deres toleranse for progressive skade, selv for samme lasting retning. Litteratur dataene er i samsvar med ideen om at ryggvirvel styrke og tretthet liv (i slekt å toleranse for progressive skade) er svært ulike og konkurrerende eiendommer ., En progressiv skade-relaterte feil er spesielt relevant for vertebrale frakturer i og med at jeg) ryggvirvler miste en del av sin stivhet og styrke når lastet utover deres ultimate load, men fortsatt opprettholde betydelig stivhet og styrke når du har lagt en gang i laboratorium , ii) klinisk vertebrale frakturer synes å være langsomt fremover, ofte ikke blir lagt merke til ved et uhell observert i x-ray radiograms tatt for andre formål enn et brudd ., Hvis benet er ikke sprø, biologiske prosesser kan reparere skader forårsaket av overbelastning og forsinke utviklingen av en klinisk observerbare brudd mens en altfor stiv, sterk, men også sprø vertebra vil raskt utvikle en alvorlig klinisk brudd hvis overbelastet. Vi foreslår at homogenitet av materialet på middels nivå (dvs. tilsynelatende egenskaper av cancellous bein) og, følgelig, strukturelle brittleness av ryggvirvlene er en potensielt viktig faktor i spinal skjørhet.
Noen begrensninger som bør bemerkes., FE-modeller benyttes homogen og isotropic materialegenskaper. Den tilsynelatende modulus beregnet ut fra FE-modeller er påvirket av den harde vev (element) modulus distribusjoner bestemt av grå nivå-distribusjoner, og forventes å påvirke beregningen av trabekulært stress distribusjoner. Det er imidlertid i dag ingen etablert metode for å konvertere grå-nivå verdier til hardt vev moduli og variasjonen i hardt vev moduli avhenger av formler som brukes i konverteringen., Våre analyser tyder på at endringen i relativ modulus på grunn av modulus variasjon bare er små i menneskelig ryggvirvel cancellous bein når opp til en tredje for forholdet brukes til å konvertere grå nivåer element moduli . Videre variant av grå nivåer mellom prøvene var lav og en betydelig avhengighet av grå nivå parametere på ryggraden nivå ble ikke observert i denne studien. Verdien av den homogene hardt vev modulus har ingen effekt på konklusjoner fordi modellene er lineært skalert med denne verdien., Disse er de samme betingelser som brukes i studier hvor våre observasjoner som motiverte denne studien ble gjort . Ved hjelp av homogene egenskaper er forventet å ha en mindre effekt på våre resultater, men ikke påvirke våre konklusjoner om cancellous bein.
Denne studien var også begrenset til en undersøkelse av cancellous vev som var fysisk cored ut av ryggvirvler fra utvalgte regioner. Det var flere grunner for å gjøre dette i motsetning til å analysere en hel ryggvirvel kropp eller centrum. For det første, vår første observasjon og hypotesen er involvert vev kvalitet snarere enn hele bein kvalitet., For det andre, det gjorde vi ikke ønsker å inngå kompromisser oppløsningen ved å utvide omfanget av arbeidet. Selv om noen studier vurdert µCT-basert FE analyse av menneskelige ryggvirvel kropp, oppløsningen måtte være mindre enn optimal, og analysene ble begrenset til noen få ryggvirvler, sannsynligvis på grunn av beregningsorientert kostnader . Micro-CT-basert FE analyser av menneskelige hele ryggvirvel organer ved hjelp av tilstrekkelig liten voxels (~30µm) begynte å dukke opp i nyere arbeid , men disse studiene er begrenset til ryggraden nivåer som har relativt små ryggvirvler., Inkludert største ryggvirvlene i studien ville kreve vesentlig høyere voxel-størrelser i en kjegle-beam system for å holde bildekvalitet samsvar mellom prøver fra forskjellige ryggraden nivåer i det aktuelle arbeidet. Med fremskritt i bildebehandling teknologier, vil det være mulig å forlenge den nåværende arbeid for å inkludere hele ryggvirvel organer i fremtidige studier. En tredje årsak til fysisk lufting ut cancellous bein prøvene ble vår hensikt å undersøke den eksperimentelle mekaniske egenskaper av disse prøvene i forhold til ryggraden nivå. Disse studiene er i gang.,
prøvene cored fra fremre regionen var i supero-dårligere retning mens prøvene cored fra postero-lateral regionene var i tverrgående retning. Den opprinnelige grunnen for å gjøre dette var å studere anisotropy av cancellous bein styrke og stress utdelinger i forbindelse med ryggraden nivå. På grunn av planlagt mekanisk testing, prøver ble sylindrisk og radial retningene ikke kunne registreres nøyaktig. Dette er tillatt for FE analyse for hver region i én retning., Noen generaliseringer kan gjøres basert på relasjoner som finnes mellom mikrostrukturen og FE parametere for både superoinferior og tverrgående lasting. Men videre etterforskning av vertebrale regionale egenskaper er nødvendig for å få innsikt i natur anisotropy-anatomiske på nettstedet.
I sammendraget, viste vi at T12-L1 cancellous vev har unike egenskaper som støtter mest generelle form av vår hypotese., Vi har videre funnet at variasjonen av cancellous bein egenskaper med ryggraden nivå er avhengig av nettstedet innenfor en virvel, noe som resulterer i mer homogene cancellous vev egenskaper for T12-L1 ryggvirvler enn andre ryggvirvler. Tatt sammen, og de regionale forskjellene i trabekulært mikrostrukturen og stress forsterkning mellom vertebra nivåer kan forklare, i en del, høyere forekomst av vertebrale kollaps i det kritiske T12-L1 nivåer.