青年与老年胸椎松质骨应力松弛特性对比分析

青年与老年胸椎松质骨应力松弛特性对比分析

张翘张淑娟1李新颖

(吉林大学中日联谊医院，吉林长春130031)

摘要〔〕目的探讨老年尸体胸椎松质骨和青年尸体胸椎松质骨是否具有不同的应力松弛力学性质。方法人死后24 h之内解剖取出死者胸椎T3～T12标本，将T3～T12标本沿纵向切成长30 mm，宽5 mm，高5 mm的试样每组各10个。在电子万能试验机上进行应力松弛实验，实验时间为7 200 s，以归一化分析的方法处理实验数据。结果青年组胸椎松质骨7 200 s应力松弛量为 0.155 Mpa，老年组为0.083 Mpa，两组比较差异显著(P<0.05)。应力松弛曲线是以对数关系变化的。结论青年组T3～T12胸椎松质骨和老年组T3～T12胸椎松质骨具有不同的应力松弛特性，老年组胸椎松质骨由于骨质疏松应力松弛力学特性发生改变。

关键词〔〕脊柱;胸椎松质骨;应力松弛

中图分类号〔〕R318.01〔

1长春理工大学医院

第一作者：张翘(1977-)，男，博士，主治医师，主要从事骨科临床与生物力学研究。

脊柱骨折多见于颈段及胸腰段，而发生于胸椎者少见。就解剖学结构及生物力学功能而言，胸段与颈椎及胸腰段相比具有其特殊性。因此，有必要对其损伤特性及治疗选择进行探讨以提高认识〔1〕。近年由于骨质疏松、重建、骨再造、矫形外科开展的人工关节置换术等都需要了解松质骨的力学特性〔2〕。鉴于临床实际的需要，作者对国人老年和青年新鲜尸体胸椎松质骨进行应力松弛实验研究，对比分析老年和青年新鲜尸体胸椎松质骨的应力松弛特性，为临床提供黏弹性基础。

1材料与方法

1.1材料实验标本取自正常国人新鲜尸体4具，年龄24岁、30岁、76岁、78岁各一具。由吉林大学解剖教研室提供，人死亡后1 h之内，解剖尸体取出胸段脊柱T3～T12标本。立即装入塑料袋中密封后置于20℃冰箱内保存。

1.2试样加工和测量方法标本存放了3 d后，取出标本，在常温下解冻后，以骨据沿T3～T12标本纵向切割，每组各10个，试样长30 mm，宽5 mm，高5 mm，利用读数显微镜测量试样的长度、宽度和高度。

1.3仪器、设备长春市第三光学仪器厂生产的读数显微镜，日本岛津制作所生产的电子万能试验机。

1.4应力松弛实验方法取青年组和老年组各10个T3～T12胸椎松质骨试样进行压缩应力松弛实验，将试样的原始尺寸输入到控制机器的计算机内。按参考文献〔2,3〕的方法对标本预调处理后正式实验。

将试样装入装有pH值为7.4的生理盐水的有机玻璃缸内，将有机玻璃缸置于试验机工作台上，本实验在(36.5±1)℃的温度场下进行，以50%/min的应变增加速度对标本施加应变，当青年组胸椎松质骨试样应变达到 0.38%，老年组胸椎松质骨试样应变达到 0.31%，青年组胸椎松质骨试样应力达到 0.38 MPa，老年组胸椎松质骨试样应力达到0.38 MPa时使应变保持恒定，应力随时间改变不断下降。设定试验时间为7 200 s，达到设定时间后，打印机自动打印出实验数据和曲线。

2结果

青年组胸椎松质骨试样7 200 s应力松弛量(0.155 MPa)显著大于老年组(0.083 MPa)(P<0.05)，两组胸椎松质骨试样应力松弛曲线是以对数关系变化的。应力松弛实验最初600 s应力下降较快，之后应力缓慢下降，达到设定的实验时间7 200 s时，应力松弛曲线基本趋于水平。两组胸椎松质骨试样应力松弛曲线见图1，应力松弛函数曲线见图2。

图1　青年组与老年组应力松弛曲线

图2　青年组与老年组归一化应力松弛函数曲线

3讨论

胸椎松质骨应力松弛初期变化较快，说明胸椎松质骨内固有的膨胀压小于局部压力，水分向外溢出的速度快，随着胸椎松质骨内液不断流出， 膨胀压与局部压力减小，因此后期压力下降缓慢。

实验结束后，大体观察青年组和老年组胸椎松质骨试样的组织形态，青年组胸椎松质骨骨小梁排列细密，老年组胸椎松质骨骨小梁排列稀疏，孔隙较大，具有骨质疏松的特征。研究表明〔5〕，骨小梁的三维微细结构的改变也影响骨的生物力学特性。分析认为由于老年胸椎松质骨组试样的骨小梁排列稀疏，孔隙较大，组织形态发生了改变，所以其应力松弛特性也发生了改变。关于胸椎骨折基础与临床研究国内外学者进行了大量的研究〔5～7〕，但胸椎生物力学研究报道较少，臧虎等〔2〕表明，青年组胸椎松质骨冲击功、冲击韧性均显著大于老年组。胸椎松质骨冲击实验断口多数为粉碎性断口，少数为横断口或斜断口。得出了青年组脊柱胸椎松质骨和老年组脊柱胸椎松质骨具有不同的冲击力学特性，老年组试样由于骨质疏松导致冲击力学特性发生改变的结论。彭传刚等〔3〕表明，青年组7 200 s 蠕变量0.31%，老年组量为0.2%，蠕变曲线是以指数关系变化的。得出了青年组T3～T12胸椎松质骨和老年组具有不同的蠕变特性的结论。本实验内容虽然与参考文献〔2,3〕不同，但结果表现出良好的一致性，即青年组胸椎松质骨的力学性能指标均大于老年组。

调查结果发现， 65岁后的男性普遍存在不同程度的骨质疏松，70岁以后出现较快的骨丢失〔8〕。预防的主要措施有饮食疗法、运动疗法和药物疗法，老年人应多摄取钙和维生素D ,如多食用动物蛋白，牛奶、牛肉和鸡蛋、维生素和钠盐等；改变不良生活习惯，如吸烟、饮酒和饮用咖啡等；同时还要经常坚持适度体育锻炼,如体操、慢跑和散步等,坚持体育锻炼不仅对于骨量的积累和减少骨量的丢失有积极作用而且还有助于提高机体的灵活性和敏感性,从而减少意外受伤的机会〔9〕。

4参考文献

1戴力扬，茆振华，沈建中,等.胸椎骨折〔J〕.中国矫形外科杂志，2002;9(5)：424-6.

2臧虎，张翘，马洪顺.T3～12胸椎松质骨冲击力学特性：青年与老年的差异比较〔J〕.中国组织工程研究与临床康复，2010;14(9)：1599-62.

3彭传刚,杨琦,罗民,等.青年与老年尸体T3～T12胸椎松质骨蠕变特性对比〔J〕.中国老年学杂志，2014；34(1)：29-30.

4马洪顺，陆有，王晓晨，等.骨质疏松对骨生物力学影响的实验研究〔J〕.中国生物医学工程学报，2003;22(4)：364-9.

5戴力扬.胸腰椎爆裂性骨折的诊断〔J〕.骨与关节损伤杂志,1999;14(4):232-3.

6Ebraheim NA,Xu R,Ahmad M,etal. The quantitative anatomy of the thoracic facet and the posterior projection of its inferior facet〔J〕.Spine,1997;22(16):1811-8.

7El-Khoury GY,Whitten CG.Trauma to the upper thoracic spine:anatomy,biomechanics,and unique imaging features〔J〕.Am J Roentgenol,1993;160(1):95-102.

8刘忠厚.骨质疏松学〔M〕.北京：科学出版社，1998:553.

9李佳.老年人与骨质疏松〔J〕. 首都医药,2000;7(9):58.

〔2013-11-09修回〕

(编辑袁左鸣)