DISCUSSIE
In de ondersteuning van het idee dat trabecular stress verdeling eigenschappen van trabeculair bot leggen de kwetsbaarheid van de T12-L1 wervels, onderzochten we de variatie van trabeculair stress omvang en de variabiliteit (evenals de architecturale parameters) in het spongieuze bot langs dezelfde wervelkolom., We hebben aangetoond dat trabeculaire stressdistributies veroorzaakt door een uniforme compressie van het cancelleuze weefsel en cancelleuze microstructurele parameters geassocieerd zijn met het wervelkolom niveau in menselijk wervel bot, de resultaten zijn significant voor de transversale specimens alleen. In overeenstemming met onze voorafgaande observatie werden , wanneer gemiddeld over twee monsters van dezelfde wervel, het maximum van de gemiddelde trabeculaire afschuifspanning versterking en het minimum van de gemiddelde BV/TV gevonden in het cancellous weefsel van de T12 locatie (Tabel 1)., De minimale BV/TV en maximale versterking van de trabeculaire afschuifspanning in het weefsel van de T12-wervels zijn consistent met meldingen dat de hoogste incidentie van wervelfracturen wordt waargenomen in de T12-en L1-wervels en suggereren dat het cancelleuze bot van de kritische T12-L1-locaties inherent zwak is in vergelijking met cancelleus bot van andere wervels.
toen SI-en TR-specimens afzonderlijk werden geanalyseerd, vonden we, in tegenstelling tot onze aanvankelijke hypothese, niet dat de afgestorven botstructuur van de centrale voorste locatie van wervellichamen verschillend was tussen de niveaus van de wervelkolom., We hebben echter wel vastgesteld dat de architectuur van het afgestorven bot van de posterolaterale delen van het wervellichaam varieert met het niveau van de wervelkolom, zodat de minimumwaarden van BV/TV en MIL3 (gemiddelde onderscheppingslengte in de tertiaire richting) en de maximale waarde van afschuifversterking overeenkomen met het T12-niveau., Omdat de SI-specimens uit de voorste locatie in de supero-inferieure richting werden gekerfd en de TR-specimens uit de postero-laterale locaties in een dwarsrichting werden gekerfd, konden de verschillen tussen de SI-en TR-specimens te wijten zijn aan de anisotropie van het afgestorven bot of aan anatomische plaatsverschillen binnen de wervel., De microstructurele parameters zijn echter onafhankelijk van de oriëntatie van het monster, wat erop wijst dat de mate-afhankelijkheid van de microstructuur van de wervelkolom die voor de TR-specimens wordt gevonden, te wijten is aan de variabiliteit tussen de wervels van de cancelloze weefseleigenschappen. Sterke relaties gevonden tussen stressversterking en BV/TV (Figuur 5) voor zowel SI-als TR-specimens suggereren dat stressversterking trends zou volgen die vergelijkbaar zijn met die van BV/TV voor andere combinaties van specimen oriëntatie en binnen-wervel locatie., We vermoeden dus dat de stressversterking in de supero-inferieure richting trends zou volgen die vergelijkbaar zijn met die in de dwarsrichting voor de posterolaterale locaties in de wervel. Daarom, terwijl de waarden van modulus en spanningen zouden verschillen tussen supero-Inferieure en transversale belasting van een specimen vanaf dezelfde locatie, geldige discussies over de relatieve verschillen tussen binnen-wervel en tussen-wervel locaties kunnen worden gemaakt., Het verklarende vermogen van MIL2 voor de significante afhankelijkheid van stress en stijfheid eigenschappen op wervelkolom niveau suggereert dat processen die trabeculaire dikte en afstand in de secundaire structurele richting zijn belangrijk bij het bepalen van de structurele organisatie van wervels op elk niveau. Conversie van trabeculaire geometrie van plaatachtige naar staafachtige zou een van deze processen zijn., In andere situaties met een hoog risico op fracturen , zoals in het verouderende proximale scheenbeen, in de iliacale top van vrouwen tijdens de transmenopauzale periode en in de iliacale top van vrouwen met prevalente wervelfracturen en die gedurende drie jaar bot bleven verliezen, is de overgang van plaat naar staaf waargenomen . Omdat resorberen van trabeculae in hun dunste richting (d.w.z. resorberen in de MIL3 richting) kan resulteren in het loskoppelen van het trabeculaire netwerk, lijkt het een betere aanpassingsstrategie om materiaal uit de dikke richtingen te verwijderen., Echter, vermindering van MIL2 zou uiteindelijk de weerstand van de structuur tegen knik-en off-assige belastingen verminderen. Bovendien hebben plaatachtige structuren meer voorspelbare knikrichtingen. Veranderingen in de secundaire dikterichting van het afgestorven bot zouden verbuiging van de structuur waarschijnlijker maken in richtingen die normaal zouden worden voorkomen., Verdere studies over dit onderwerp moeten zich richten op parameters die anisotrope geometrie van enkele trabeculae kwantificeren, zoals structuur model index die werd geïntroduceerd om te kwantificeren hoe plaat – of staaf-achtige trabeculae zijn in een volume van cancelous bot .
interessant is dat wanneer de SI – TR-Verhouding van parameters wordt overwogen voor een gegeven wervel, de variatie in trabeculaire architectuur en spanningen met wervelkolom-niveau zodanig waren dat de weefseleigenschappen homogener worden binnen het centrum van de T12-L1 dan bij andere wervels., In een klinische studie werd gemeld dat de spreiding van CT-grijswaarden van L3-L4 wervels vrouwen met fractuur beter kon scheiden van vrouwen zonder fractuur dan de gemiddelde botmineraaldichtheid (BMD) . In overeenstemming met onze bevinding dat wervels van fragielere locaties (T12-L1) meer homogeen cancelleus weefsel hebben, was de variabiliteit van CT-waarden (voor een gegeven BMD) in de Dougherty-studie lager in de groep met fractuur dan die zonder fractuur., Echter, samen met onze recente bevindingen dat de toegenomen binnen-wervel variabiliteit van annulerende weefseleigenschappen geassocieerd is met verminderde gehele wervelsterkte , wijzen deze gegevens, in overeenstemming met eerdere rapporten , erop dat T12-L1 wervels niet minder sterkte hebben dan andere wervels en suggereren verder dat andere mechanische factoren dan uniaxiale sterkte betrokken zijn bij de grotere kwetsbaarheid van T12-L1 wervels.,
eindige-elementenberekeningen in andere studies schatten dat het marmeloze bot van osteoporoten stijver was dan bij niet-osteoporoten in de overheersende belastingrichting voor een bepaalde botmassa . De toegenomen homogeniteit van het afgestorven Bot in T12-L1 kan het gevolg zijn van een verhoogde inspanning om de gehele botstijfheid in de overheersende belastingrichting te handhaven. De donoren in het huidige onderzoek waren oud en hadden, hoewel niet onderzocht op osteoporose, waarschijnlijk een lage botmassa in vergelijking met jongere personen., In het geval van botverlies zou een poging om de botstijfheid in een bepaalde belastingrichting te handhaven een reorganisatie van de botstructuur vereisen. Dit kan verschillende gevolgen hebben met betrekking tot botbreuken. Het handhaven van stijfheid in de (nominale) primaire laadrichting zou leiden tot een verminderde stijfheid in andere laadrichtingen en “fout”-belastingen in niet-frequente laadrichtingen zouden een Potentiële Bron van kwetsbaarheid zijn, zoals eerder werd gesuggereerd . Deze foutbelastingen kunnen de niet-frequente maar grote buigbelastingen omvatten, met name die welke verband houden met het tillen van zware voorwerpen .,
als alternatief kan een overmatige aanpassing van de gehele botstijfheid door homogenisering van cancelleuze boteigenschappen leiden tot een toename van de structurele broosheid van T12-L1-spiegels, waardoor hun tolerantie voor progressieve schade vermindert, zelfs bij dezelfde belastingrichting. Literatuurgegevens komen overeen met het idee dat de werveldsterkte en het vermoeidheidsleven (gerelateerd aan tolerantie voor progressieve schade) duidelijk verschillende en concurrerende eigenschappen hebben ., Een progressieve schade-gerelateerde storing is vooral relevant voor vertebrale fracturen in dat ik) wervels verliezen een deel van hun stijfheid en sterkte wanneer geladen buiten hun ultieme laden, maar nog steeds substantieel stijfheid en sterkte bij het laden voor een tweede keer in laboratorium experimenten , ii) klinische wervelfracturen lijken langzaam, vaak niet wordt opgemerkt totdat per ongeluk waargenomen in de x-ray radiograms genomen voor andere doeleinden dan een breuk ., Als het bot niet bros is, kunnen biologische processen de schade herstellen die wordt veroorzaakt door een overbelasting en de ontwikkeling van een klinisch waarneembare fractuur vertragen, terwijl een overdreven stijve, sterke maar ook broze wervel snel een ernstige klinische fractuur zal ontwikkelen als het overbelast is. Wij stellen voor dat homogeniteit van het materiaal op het intermediaire niveau (dat wil zeggen, schijnbare eigenschappen van afgestorven bot) en, bijgevolg, structurele broosheid van wervels is een potentieel belangrijke factor in spinale fragiliteit.
enkele beperkingen dienen te worden opgemerkt., De FE-modellen gebruikten homogene en isotrope materiaaleigenschappen. De schijnbare modulus berekend uit FE-modellen wordt beïnvloed door de hard weefsel (element) modulus distributies bepaald door grijs niveau distributies en naar verwachting van invloed op de berekening van trabeculaire stress distributies. Er is echter momenteel geen gevestigde methode om grijswaarden om te zetten in harde weefselmoduli en de variabiliteit van harde weefselmoduli hangt af van de formules die bij de omzetting worden gebruikt., Onze analyses suggereren dat de verandering in schijnbare modulus als gevolg van Modulus variabiliteit slechts klein is in menselijk wervelflauw bot wanneer tot een derde orde relatie wordt gebruikt om grijze niveaus om te zetten in element moduli . Bovendien was de variatie van grijswaarden tussen de specimens laag en werd in het huidige onderzoek geen significante afhankelijkheid van grijswaarden van de wervelkolom waargenomen. De waarde van de homogene hardweefselmodulus heeft geen effect op de conclusies omdat de modellen lineair met deze waarde worden geschaald., Dit zijn dezelfde voorwaarden die worden gebruikt in studies waar onze observaties die deze studie motiveerden werden gemaakt . Het gebruik van homogene eigenschappen zal naar verwachting kleine effecten hebben op onze resultaten, maar niet van invloed zijn op onze conclusies over afgestorven bot.
Deze studie was ook beperkt tot een onderzoek naar het poreuze weefsel dat fysiek uit wervels uit geselecteerde regio ‘ s werd gekerfd. Er waren verschillende redenen om dit te doen in tegenstelling tot het analyseren van een hele wervel lichaam of centrum. Ten eerste, onze eerste observatie en hypothese betrokken Weefsel kwaliteit in plaats van hele botkwaliteit., Ten tweede wilden we de beeldresolutie niet in gevaar brengen door het werkterrein te verbreden. Hoewel in sommige studies rekening werd gehouden met fe-analyse op basis van µCT van menselijke wervellichamen, moest de beeldresolutie minder dan optimaal zijn en werden de analyses beperkt tot een paar wervels, waarschijnlijk als gevolg van computationele kosten . Micro-CT-gebaseerde Fe-analyses van menselijke hele wervellichamen die voldoende kleine voxels (~30µm) gebruiken begonnen in recenter werk te verschijnen , echter, zijn deze studies beperkt tot wervelkolom niveaus die relatief kleine wervels hebben., Met inbegrip van de grootste wervels in de studie zou aanzienlijk hogere voxel maten in een kegel-straal systeem nodig om de beeldkwaliteit consistent te houden tussen monsters van verschillende wervelkolom niveaus in het huidige werk. Met de vooruitgang op het gebied van beeldvormingstechnologieën zal het mogelijk zijn om het huidige werk uit te breiden tot gehele wervellichamen in toekomstige studies. Een derde reden voor het fysiek uitsnijden van de afgestorven bot specimens was onze bedoeling om de experimentele mechanische eigenschappen van deze specimens te onderzoeken in relatie tot het niveau van de wervelkolom. Deze studies zijn aan de gang.,
de monsters uit het voorste gebied waren in de supero-inferieure richting terwijl de monsters uit het postero-laterale gebied in de dwarsrichting lagen. De oorspronkelijke reden om dit te doen was om de anisotropie van cancellous botsterkte en spanningsdistributies in relatie met wervelkolom niveau te bestuderen. Door geplande mechanische testen waren de monsters cilindrisch en konden de radiale richtingen niet nauwkeurig worden geregistreerd. Hierdoor kon de FE-analyse van elke regio slechts in één richting worden uitgevoerd., Sommige veralgemeningen kunnen worden gemaakt op basis van de relaties gevonden tussen de microstructuur en FE parameters voor zowel de supero-inforior en transversale belasting. Nochtans, is verder onderzoek van vertebrale regionale eigenschappen noodzakelijk om inzicht in de aard van de anisotropie-anatomische plaatsinteractie te krijgen.
samengevat hebben we aangetoond dat het T12-L1-Weefsel unieke eigenschappen heeft die de meest algemene vorm van onze hypothese ondersteunen., We vonden verder dat de variatie van de annulerende boteigenschappen met wervelkolom niveau afhankelijk is van de plaats binnen een wervel, wat resulteert in meer homogene annulerende weefseleigenschappen voor T12-L1 wervels dan andere wervels. Samen kunnen de regionale verschillen in trabeculaire microstructuur en stressversterking tussen wervelniveaus gedeeltelijk de hogere incidentie van vertebrale collaps verklaren bij de kritische T12-L1-niveaus.