diskussion
till stöd för tanken att trabekulära spänningsfördelningsegenskaper hos cancerben förklarar bräckligheten hos T12-L1-kotorna undersökte vi variationen av trabekulär spänningsgrad och variabilitet (liksom de arkitektoniska parametrarna) i det cancerben längs samma ryggrad., Vi har visat att trabekulära spänningsfördelningar orsakade av en likformig kompression av den cancerösa vävnaden och cancerframkallande mikrostrukturella parametrar är associerade med ryggraden i humant ryggradsben, resultaten är signifikanta för de tvärgående exemplaren. I överensstämmelse med vår preliminära observation, när medelvärdet över två prover från samma ryggkota, hittades den maximala genomsnittliga trabekulära skjuvspänningsförstärkningen och minsta genomsnittliga BV/TV i den cancellösa vävnaden från T12-platsen (Tabell 1)., Minsta BV / TV och maximal trabekulär skjuvspänningsförstärkning i vävnaden från T12-ryggkotorna överensstämmer med rapporter om att högsta förekomst av ryggradsfrakturer observeras i T12-och L1-ryggkotorna och tyder på att det cancerformiga benet från de kritiska T12-L1-platserna är i sig svagt jämfört med cancerben från andra ryggkotor.
När si-och TR-prover analyserades separat fann vi inte, i motsats till vår ursprungliga hypotes, att den cancellösa benstrukturen från den centrala främre placeringen av ryggradskroppar var annorlunda mellan ryggradsnivåer., Vi fann dock att arkitekturen av det cancellösa benet från ryggkroppens postero-laterala delar varierar med ryggradsnivå så att minimivärdena för BV/TV och MIL3 (Genomsnittlig avlyssningslängd i tertiär riktning) och det maximala värdet av skjuvförstärkning motsvarar T12-nivån., Eftersom si-proverna var cored från den främre platsen i den supero-underlägsna riktningen och TR-proverna var cored från de postero-laterala platserna i tvärriktningen, kunde skillnaderna mellan SI-och TR-proverna bero på anisotropi av det cancellösa benet eller på grund av anatomiska platsskillnader inom ryggkotan., De mikrostrukturella parametrarna är emellertid oberoende av preparatets orientering, vilket indikerar att ryggradsnivån-beroende av mikrostruktur som finns för TR-proverna beror på variationen i ryggkotan av cancervävnadsegenskaper. Starka relationer som finns mellan stressförstärkning och BV/TV (Figur 5) för både SI-och TR-exemplar tyder på att stressförstärkning skulle följa trender som liknar BV/TV för andra kombinationer av preparatorientering och inomkotebraplats., Således misstänker vi att stressförstärkning i den Supero-sämre riktningen skulle följa trender som liknar den i tvärriktningen för de postero-laterala platserna i ryggkotan. Medan värdena på modul och påfrestningar skulle skilja sig mellan Super-underlägsen och tvärgående belastning av ett prov från samma plats, kan giltiga diskussioner om relativa skillnader mellan ryggkotor och mellan ryggkotor göras., Den förklarande förmågan hos MIL2 för det signifikanta beroendet av stress-och styvhetsegenskaper på ryggradsnivå tyder på att processer som påverkar trabekulär tjocklek och avstånd i sekundär strukturell riktning är viktiga för att bestämma den strukturella organisationen av ryggkotor på varje nivå. Omvandling av trabekulär geometri från plattliknande till stavliknande skulle vara en av dessa processer., Plate-like to rod-like transition har noterats i andra hög frakturrisksituationer som i den åldrande proximala tibia, i iliac crest av kvinnor under transmenopausala perioden och i iliac crest av kvinnor med förhärskande vertebrala frakturer och fortsatte att förlora ben i tre år . Eftersom resorberande trabeculae i sin tunnaste riktning (dvs resorbering i MIL3-riktningen) kan resultera i frånkoppling av det trabekulära nätverket, verkar det som en bättre anpassningsstrategi för att avlägsna material från de tjocka riktningarna., En minskning av MIL2 kan dock så småningom minska strukturens motståndskraft mot buckling och mot Off-axellast. Dessutom har plattliknande strukturer mer förutsägbara bucklingriktningar. Förändringar i den sekundära tjockleken riktning av den cancerben skulle göra buckling av strukturen mer sannolika i riktningar som normalt skulle förhindras., Ytterligare studier om detta ämne bör fokusera på parametrar som kvantifierar anisotropisk geometri av enstaka trabeculae, såsom strukturmodellindex som introducerades för att kvantifiera hur platt-eller stavliknande trabeculae är i en volym av cancellöst ben .
intressant, när si-TR-förhållandet mellan parametrar beaktas för en given ryggkota, variationen av trabekulär arkitektur och påfrestningar med ryggrad-nivå var sådana att cancervävnadsegenskaper blir mer homogena inom centrum av T12-L1 än i andra ryggkotor., En klinisk studie rapporterade att spridningen av CT-grå-nivåvärden från L3-L4-ryggkotor kunde skilja kvinnor med fraktur från de utan fraktur bättre än den genomsnittliga benmineraldensiteten (BMD) . I överensstämmelse med vårt konstaterande att ryggkotor från mer bräckliga platser (T12-L1) har mer homogen cancervävnad, variationen av CT-värden (för en given BMD) i Dougherty-studien var lägre i gruppen med fraktur än den utan fraktur., Men tillsammans med våra senaste fynd att den ökade variabiliteten hos cancervävnadsegenskaperna är förknippad med minskad styrka hos hela kotan , tyder dessa data, i överensstämmelse med tidigare rapporter , på att T12-L1-kotorna inte har mindre styrka än andra kotor och tyder vidare på att andra mekaniska faktorer än enaxiell styrka är involverade i den större bräckligheten hos T12-L1-kotorna.,
ändliga elementberäkningar i andra studier uppskattade att cancellöst ben från osteoporotik var styvare än i icke-osteoporotik i den dominerande belastningsriktningen för en given benmassa . Den ökade homogeniteten hos det cancerformiga benet i T12 – L1 kan bero på en ökad ansträngning för att bibehålla hela benstyvheten i den övervägande belastningsriktningen. Donatorerna i den aktuella studien var gamla och, även om de inte undersöktes för osteoporos, hade sannolikt låg benmassa jämfört med yngre individer., Vid benförlust skulle ett försök att upprätthålla benstyvhet i en given laddningsriktning kräva omorganisation av benstrukturen. Detta kan få flera konsekvenser för benfrakturer. Att upprätthålla styvhet i (nominell) primärbelastningsriktningen skulle komma till en kostnad av minskad styvhet i andra belastningsriktningar och ”fel” belastningar i icke-frekventa belastningsriktningar skulle vara en potentiell källa till bräcklighet som föreslagits tidigare . Dessa felbelastningar kan inkludera de sällsynta men stora böjbelastningarna, särskilt de som är förknippade med att lyfta tunga föremål .,
Alternativt kan en överanpassning för hela benstyvheten genom homogenisering av cancerbenegenskaper orsaka en ökning av den strukturella sprötheten hos T12-L1-nivåer vilket minskar deras tolerans mot progressiv skada, även för samma belastningsriktning. Litteraturdata överensstämmer med tanken att ryggradsstyrka och utmattningsliv (relaterat till tolerans för progressiv skada) är tydligt olika och konkurrerande egenskaper ., Ett progressivt skaderelaterat misslyckande är särskilt relevant för ryggradsfrakturer genom att i) ryggkotorna förlorar en del av sin styvhet och styrka när de laddas utöver sin ultimata belastning men behåller fortfarande väsentlig styvhet och styrka när de laddas en andra gång i laboratorieförsök , ii) kliniska ryggradsfrakturer verkar sakta utvecklas, ofta inte märkt förrän de oavsiktligt observerats i röntgenstrålning som tagits för andra ändamål än en fraktur ., Om benet inte är sprött kan biologiska processer reparera skadan som orsakas av överbelastning och fördröja utvecklingen av en kliniskt observerbar fraktur, medan en alltför styv, stark men också spröd ryggkota snabbt kommer att utveckla en allvarlig klinisk fraktur om överbelastad. Vi föreslår att homogenitet av materialet på mellannivå (dvs uppenbara egenskaper hos cancellöst ben) och följaktligen är strukturell brittleness av ryggkotor en potentiellt viktig faktor i spinal bräcklighet.
vissa begränsningar bör noteras., FE-modellerna utnyttjade homogena och isotropa materialegenskaper. Den skenbara modul som beräknas från FE-modeller påverkas av den hårda vävnaden (element) modulfördelningen bestämd av grånivåfördelningar och förväntas påverka beräkningen av trabekulära spänningsfördelningar. Det finns emellertid för närvarande ingen etablerad metod för att omvandla grånivåvärden till hårdvävnadsmoduli och variationen av hårdvävnadsmoduli beror på de formler som används vid omvandlingen., Våra analyser tyder på att förändringen i skenbar Modul på grund av modulvariabilitet endast är liten i human vertebral cancellous ben när upp till en tredje ordningsrelation används för att konvertera grå nivåer till elementmoduli . Dessutom var variationen av grånivåer mellan prover låg och ett signifikant beroende av grånivåparametrar på ryggradsnivå observerades inte i den aktuella studien. Värdet av den homogena hårda vävnadsmodulen har ingen effekt på slutsatserna eftersom modellerna linjärt skalas med detta värde., Dessa är samma villkor som används i studier där våra observationer som motiverade denna studie gjordes . Att använda homogena egenskaper förväntas ha mindre effekter på våra resultat men påverkar inte våra slutsatser om cancerben.
denna studie var också begränsad till en undersökning av den cancervävnad som fysiskt kokades ut ur ryggkotorna från utvalda regioner. Det fanns flera skäl att göra detta i motsats till att analysera en hel vertebral kropp eller centrum. För det första involverade vår första observation och hypotes vävnadskvalitet snarare än hela benkvaliteten., För det andra ville vi inte kompromissa med bildupplösningen genom att bredda arbetets räckvidd. Även om vissa studier ansåg µCT-baserad Fe-analys av humana vertebrala kroppar, måste bildupplösningen vara mindre än optimal och analyserna var begränsade till några ryggkotor, förmodligen på grund av beräkningskostnader . Mikro-CT-baserade Fe-analyser av mänskliga hela vertebrala kroppar med tillräckligt små voxlar (~30µm) började dyka upp i senare arbete , men dessa studier är begränsade till ryggradsnivåer som har relativt små ryggkotor., Inklusive största kotor i studien skulle kräva betydligt högre voxel storlekar i ett konstrålesystem för att hålla bildkvaliteten konsekvent mellan exemplar från olika ryggradsnivåer i det nuvarande arbetet. Med framstegen inom bildteknik kommer det att vara möjligt att utvidga det nuvarande arbetet till att omfatta hela ryggradskroppar i framtida studier. En tredje orsak till att fysiskt coring ut de cancerbenproverna var vår avsikt att undersöka de experimentella mekaniska egenskaperna hos dessa exemplar i förhållande till ryggradsnivån. Dessa studier pågår.,
proverna från den främre regionen var i den supero-underlägsna riktningen medan proverna från postero-laterala regioner var i tvärriktningen. Den ursprungliga anledningen till att göra detta var att studera anisotropi av cancerbenstyrka och stressfördelningar i förhållande till ryggradsnivå. På grund av planerad mekanisk provning var proverna cylindriska och de radiella riktningarna kunde inte registreras exakt. Detta möjliggjorde Fe-analysen av varje region i endast en riktning., Vissa generaliseringar kan göras baserat på de relationer som finns mellan mikrostrukturen och FE-parametrarna för både superoinferior och tvärbelastning. Ytterligare undersökning av vertebrala regionala egenskaper är emellertid nödvändig för att få insikt i arten av anisotropi-anatomisk platsinteraktion.
Sammanfattningsvis visade vi att T12-L1 cancervävnad har unika egenskaper som stöder den mest allmänna formen av vår hypotes., Vi fann vidare att variationen av cancellösa benegenskaper med ryggradsnivå är beroende av platsen inom en ryggkota, vilket resulterar i mer homogena cancellösa vävnadsegenskaper för T12-L1 ryggkotor än andra ryggkotor. Sammantaget kan de regionala skillnaderna i trabekulär mikrostruktur och stressförstärkning mellan vertebranivåerna delvis förklara den högre incidensen av vertebral kollaps vid de kritiska T12-L1-nivåerna.