dyskusja
w celu poparcia idei, że trabekularne właściwości rozkładu stresu kości nowotworowej wyjaśniają kruchość kręgów T12-L1, badaliśmy zmienność trabekularne stres wielkości i zmienności (jak również parametry architektoniczne) w kości nowotworowej wzdłuż tego samego kręgosłupa., Udowodniliśmy, że rozkład stresu beleczkowego spowodowany jednolitą kompresją tkanki nowotworowej i rakotwórczych parametrów mikrostrukturalnych jest związany z poziomem kręgosłupa w ludzkiej kości kręgowej, wyniki są znaczące tylko dla próbek poprzecznych. Zgodnie z naszą wstępną obserwacją, uśrednione dla dwóch próbek z tego samego kręgu, maksymalne średnie wzmocnienie naprężeń beleczkowych i minimalne średnie BV/TV stwierdzono w tkance nowotworowej z lokalizacji T12 (Tabela 1)., Minimalna amplifikacja BV / TV i maksymalna amplifikacja naprężeń beleczkowych w tkance z kręgów T12 jest zgodna z doniesieniami, że największą częstość złamań kręgów obserwuje się w kręgach T12 i L1 i sugeruje, że kość guzkowa z krytycznych lokalizacji T12-L1 jest z natury słaba w porównaniu z kością guzkową z innych kręgów.
Kiedy próbki SI i TR były analizowane oddzielnie, nie znaleźliśmy, w przeciwieństwie do naszej początkowej hipotezy, że nowotworowa struktura kości z centralnego przedniego położenia kręgów była różna między poziomami kręgosłupa., Jednak okazało się, że architektura kości nowotworowej z tylno-bocznych części ciała kręgowego różni się w zależności od poziomu kręgosłupa tak, że minimalne wartości BV/TV i MIL3 (średnia długość przechwytywania w kierunku trzeciorzędowym) oraz maksymalna wartość wzmocnienia ścinania odpowiadają poziomowi T12., Ponieważ okazy SI były rdzeniowane z przedniego położenia w kierunku Supero-niższym, a okazy TR były rdzeniowane z tylno-bocznych lokalizacji w kierunku poprzecznym, różnice między okazami SI i TR mogły być spowodowane anizotropią kości nowotworowej lub z powodu różnic anatomicznych w obrębie kręgu., Jednakże, mikrostrukturalne parametry są niezależne od orientacji próbki, co wskazuje, że kręgosłup poziom-zależność mikrostruktury znalezione dla próbek TR jest ze względu na wewnątrz kręgów zmienność cancellous właściwości tkanki. Silne związki między wzmocnieniem naprężeń a BV / TV (ryc. 5) zarówno dla próbek SI, jak i TR sugerują, że wzmocnienie naprężeń byłoby zgodne z tendencjami podobnymi do BV/TV dla innych kombinacji orientacji próbki i lokalizacji wewnątrz kręgu., W związku z tym podejrzewamy, że wzmocnienie naprężeń w kierunku supero-niższym podążałoby za trendami podobnymi do tych w kierunku poprzecznym dla tylno-bocznych lokalizacji w kręgu. W związku z tym, podczas gdy wartości modułu i naprężeń będą różne między supero-inferior i poprzeczne obciążenie próbki z tego samego miejsca, ważne dyskusje dotyczące względnych różnic między kręgów i między kręgów lokalizacje mogą być wykonane., Zdolność wyjaśniająca MIL2 do znaczącej zależności właściwości naprężeń i sztywności od poziomu kręgosłupa sugeruje, że procesy wpływające na grubość belek belkowych i odstępy w wtórnym kierunku strukturalnym są ważne w określaniu strukturalnej organizacji kręgów na każdym poziomie. Jednym z tych procesów byłaby konwersja geometrii beleczkowej z płytkowej na prętową., W innych sytuacjach wysokiego ryzyka złamań, takich jak starzenie się bliższej kości piszczelowej, grzebień biodrowy kobiet w okresie przezmenopauzalnym oraz grzebień biodrowy kobiet z przeważającymi złamaniami kręgów i nadal tracą kość przez trzy lata . Ponieważ resorbowanie trabekul w ich najcieńszym kierunku (tj. resorbowanie w kierunku MIL3) może spowodować odłączenie sieci trabekularnej, wydaje się lepszą strategią adaptacyjną do usuwania materiału z grubych kierunków., Jednakże redukcja MIL2 może ostatecznie zmniejszyć odporność konstrukcji na wyboczenia, a także obciążenia pozaosiowe. Ponadto struktury płytopodobne mają bardziej przewidywalne Kierunki wyboczenia. Zmiany w kierunku grubości wtórnej kości nowotworowej sprawiłyby, że wyboczenie struktury byłoby bardziej prawdopodobne w kierunkach, które normalnie byłyby zapobiegane., Dalsze badania na ten temat powinny koncentrować się na parametrach, które określają ilościowo anizotropową geometrię pojedynczych trabeculae, takich jak indeks modelu struktury, który został wprowadzony w celu ilościowego określenia, jak płytki lub pręciki podobne trabeculae znajdują się w objętości kości nowotworowej .
Co ciekawe, gdy rozważa się stosunek parametrów SI do TR dla danego kręgu, zmienność struktury beleczkowej i naprężenia z poziomem kręgosłupa były takie, że właściwości tkanki nowotworowej stają się bardziej jednorodne w centrum T12-L1 niż w innych kręgach., Badanie kliniczne wykazało, że rozrzut wartości poziomu ct-gray z kręgów L3-L4 może oddzielić samice ze złamaniem od tych bez złamania lepiej niż średnia gęstość mineralna kości (BMD) . Zgodnie z naszym stwierdzeniem, że kręgi z bardziej kruchych miejsc (T12-L1) mają bardziej jednorodną tkankę nowotworową, zmienność wartości CT (dla danej BMD) w badaniu Dougherty ' ego była niższa w grupie ze złamaniem niż bez złamania., Jednak wraz z naszymi najnowszymi odkryciami, że zwiększona zmienność wewnątrz kręgów właściwości tkanki nowotworowej jest związana ze zmniejszeniem wytrzymałości całego kręgu , dane te wskazują, zgodnie z wcześniejszymi doniesieniami , że kręgi T12-L1 nie mają mniejszej wytrzymałości niż inne kręgi, a ponadto sugerują, że czynniki mechaniczne inne niż wytrzymałość jednoosiowa są zaangażowane w większą kruchość kręgów T12-L1.,
obliczenia elementów skończonych w innych badaniach oszacowały, że kość nowotworowa z osteoporozy była sztywniejsza niż u innych osteoporozy w kierunku obciążenia dominującego dla danej masy kości . Zwiększona jednorodność kości nowotworowej w T12 – L1 może być spowodowana zwiększonym wysiłkiem w celu utrzymania sztywności całej kości w kierunku przeważającego obciążenia. Dawcy biorący udział w obecnym badaniu byli starzy i chociaż nie byli badani pod kątem osteoporozy, prawdopodobnie mieli małą masę kostną w porównaniu z młodszymi osobami., W przypadku utraty kości wysiłek utrzymania sztywności kości w danym kierunku obciążenia wymagałby reorganizacji struktury kości. Może to mieć kilka konsekwencji dotyczących złamań kości. Utrzymanie sztywności w (nominalnym) głównym kierunku załadunku wiązałoby się z obniżeniem sztywności w innych kierunkach załadunku, a obciążenia „błędne” w niezbyt częstych kierunkach załadunku byłyby potencjalnym źródłem kruchości, jak sugerowano wcześniej . Te obciążenia błędów mogą obejmować rzadkie, ale duże obciążenia zginające, szczególnie te związane z podnoszeniem ciężkich przedmiotów .,
alternatywnie, overadaptation dla całej sztywności Kości przez homogenizację właściwości kości nowotworowych może spowodować wzrost kruchości strukturalnej poziomów T12-L1, co zmniejsza ich tolerancję na postępujące uszkodzenia, nawet dla tego samego kierunku obciążenia. Dane z literatury są zgodne z tezą, że wytrzymałość kręgów i życie zmęczeniowe (związane z tolerancją na postępujące uszkodzenia) są wyraźnie różne i konkurencyjne właściwości ., Postępująca awaria związana z uszkodzeniem jest szczególnie istotna w przypadku złamań kręgów, ponieważ i) kręgi tracą część swojej sztywności i wytrzymałości po załadowaniu przekraczającym ich ostateczne obciążenie, ale nadal zachowują znaczną sztywność i wytrzymałość po załadowaniu po raz drugi w eksperymentach laboratoryjnych , ii) kliniczne złamania kręgów wydają się postępować powoli, często nie zauważane, aż przypadkowo zaobserwowane w radiogramach rentgenowskich wykonanych do celów innych niż złamanie ., Jeśli kość nie jest krucha, procesy biologiczne mogą naprawić uszkodzenia spowodowane przeciążeniem i opóźnić rozwój klinicznie obserwowalnego złamania, podczas gdy nadmiernie sztywny, silny, ale także kruchy kręg szybko rozwinie ciężkie złamanie kliniczne, jeśli zostanie przeciążony. Proponujemy, że jednorodność materiału na poziomie pośrednim (tj. widoczne właściwości kości nowotworowej), a co za tym idzie, łamliwość strukturalna kręgów jest potencjalnie ważnym czynnikiem łamliwości kręgosłupa.
należy zauważyć pewne ograniczenia., Modele FE wykorzystywały jednorodne i izotropowe właściwości materiału. Pozorny moduł obliczony z modeli FE ma wpływ na rozkład modułowy tkanki twardej (element) określony rozkładami poziomu Szarości i oczekuje się, że wpłynie na obliczanie rozkładów stresu beleczkowego. Nie ma jednak obecnie ustalonej metody konwersji wartości poziomu szarości na module tkanek twardych, a zmienność moduli tkanek twardych zależy od wzorów użytych w konwersji., Nasze analizy sugerują, że zmiana pozornego modułu ze względu na zmienność modułu jest niewielka tylko w ludzkich kręgach kości nowotworowej, gdy do relacji trzeciego rzędu jest używany do konwersji poziomów szarości do elementów moduli . Ponadto różnice poziomów szarości między okazami były niewielkie i w obecnym badaniu nie zaobserwowano znaczącej zależności parametrów poziomu szarości od poziomu kręgosłupa. Wartość homogenicznego modułu twardej tkanki nie ma wpływu na wnioski, ponieważ modele są liniowo skalowane z tą wartością., Są to te same warunki stosowane w badaniach, w których dokonano naszych obserwacji, które motywowały to badanie . Stosowanie homogenicznych właściwości ma niewielki wpływ na nasze wyniki, ale nie wpływa na nasze wnioski dotyczące Kości nowotworowej.
badanie to ograniczało się również do badania tkanki nowotworowej, która została fizycznie wycięta z kręgów z wybranych regionów. Było kilka powodów, aby to zrobić, w przeciwieństwie do analizy całego ciała kręgowego lub centrum. Po pierwsze, nasza wstępna obserwacja i hipoteza dotyczyła jakości tkanki, a nie jakości całej kości., Po drugie, nie chcieliśmy kompromitować rozdzielczości obrazu poprzez rozszerzenie zakresu prac. Chociaż niektóre badania uwzględniały analizę Fe ludzkich kręgów opartą na µCT, rozdzielczość obrazu musiała być mniejsza niż optymalna, a analizy ograniczały się do kilku kręgów, prawdopodobnie ze względu na koszty obliczeniowe . Analizy Fe oparte na mikro-CT ludzkich całych kręgów przy użyciu wystarczająco małych wokseli (~30µm) zaczęły pojawiać się w nowszych pracach , jednak badania te są ograniczone do poziomów kręgosłupa, które mają stosunkowo małe kręgi., Włączenie największych kręgów do badania wymagałoby znacznie wyższych rozmiarów voxel w systemie wiązki stożkowej, aby utrzymać jakość obrazu spójną między okazami z różnych poziomów kręgosłupa w obecnej pracy. Wraz z postępem w technologiach obrazowania możliwe będzie rozszerzenie obecnych prac o całe kręgi w przyszłych badaniach. Trzecim powodem, dla którego próbowano fizycznie wydobyć kości rakowe, była nasza intencja zbadania eksperymentalnych właściwości mechanicznych tych próbek w związku z poziomem kręgosłupa. Badania te są w toku.,
okazy rdzeniowane z obszaru przedniego znajdowały się w kierunku supero-niższym, podczas gdy okazy rdzeniowane z obszarów tylno-bocznych były w kierunku poprzecznym. Pierwotnym powodem tego było badanie anizotropii wytrzymałości kości i rozkładu stresu w związku z poziomem kręgosłupa. Ze względu na planowane badania mechaniczne próbki były cylindryczne, a kierunki promieniowe nie mogły być dokładnie zarejestrowane. Pozwoliło to na analizę FE każdego regionu tylko w jednym kierunku., Niektóre uogólnienia mogą być wykonane w oparciu o relacje między mikrostrukturą i parametrami FE zarówno dla obciążenia superoinferiorowego, jak i poprzecznego. Konieczne jest jednak dalsze badanie właściwości regionalnych kręgów, aby uzyskać wgląd w naturę interakcji anizotropii z miejscem anatomicznym.
podsumowując, wykazaliśmy, że tkanka nowotworowa T12-L1 ma unikalne właściwości, które wspierają najbardziej ogólną formę naszej hipotezy., Ponadto odkryliśmy, że zmiana właściwości kości nowotworowej z poziomem kręgosłupa zależy od miejsca w obrębie kręgu, co skutkuje bardziej jednorodnymi właściwościami tkanki nowotworowej dla kręgów T12-L1 niż innych kręgów. Razem wzięte, regionalne różnice w mikrostrukturze beleczkowej i amplifikacji stresu między poziomami kręgów mogą częściowo wyjaśniać większą częstość zapadania się kręgów na krytycznych poziomach T12-L1.