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《南京医科大学》 2017年
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C57BL/6J双足直立小鼠脊柱侧凸模型中探究褪黑素对骨代谢异常作用机制及脊柱畸形相关影像学研究

刘浩  
【摘要】:第一章(第一节)C57BL/6J双足直立小鼠脊柱侧凸模型中探究褪黑素对异常骨密度及骨质量作用机制目的:为了阐明褪黑素(melatonin,MLT)对青少年特发性脊柱侧凸(Adolescent idiopathic scoliosis,AIS)异常骨密度和骨质量的作用机制,我们建立C57BL/6 j脊柱侧凸小鼠模型研究脊柱侧凸影像学和组织学改变。方法:总共80只老鼠被随机分为四组:20只四足老鼠作为对照组(quadrupedal mice,QP):20 只双足直立鼠(bipedal mice,BP);其余 20 只四足鼠(QP + MLT)和20只双足直立鼠(BP+MLT)每日22:00腹腔内注射褪黑素(8mg/kg,10%乙醇/生理盐水)。通过全麻下切除3周龄大的C57BL/6j小鼠前足和尾巴建立双足直立鼠模型,而叫足老鼠无法站立行走。每4周所有实验小鼠都将行X-线和微计算机断层扫描技术(micro-computed tomography,micro-CT)来检测脊柱侧弯的发生率及骨密度和骨质量的三维微结构。纳入研究的参数包括:体积骨密度(volumetric bone mineral density,vBMD),骨体积分数(bone volume fraction,BVW/TV),骨小梁数目(trabecular number,Tb.N),骨小梁厚度(trabecular thickness,Tb.Th)以及骨小梁分离度(trabecular separation,Tb.Sp)在处死小鼠前于夜(00:00)收集血标本,并通过放射免疫测定法测量小鼠体内褪黑素浓度。处死小鼠后取腰椎组织样本(L5),纵向切片后通过苏木精-伊红染色及酸性磷酸酶染色分别评估破骨细胞数目。结果:BP组及QP组小鼠脊柱侧凸发生率分别为16/20及6/20。相反,BP+MLT组只有4只小鼠发展为脊柱侧凸,QP+MLT组也仅有1只小鼠发生脊柱侧凸。在BP组和QP组中,褪黑素浓度分别为6.4± 4.7pg/ml和4.9± 3.1pg/ml。而在BP+MLT和QP+MLT组,褪黑素浓度分别为193.6±78.4pg/ml和219.2±65.9pg/ml。micro-CT数据表明,BP + MLT组小鼠椎体BMD值明显高于BP组(P0.001)。BP+MLT 组中 BV/TV 值,Tb.Th 值和 Conn.Dn 值明显高于 BP组(P0.001),而Tb.Sp值明显低于BP组(P0.001)。BP+MLT组中破骨细胞数目明显低于BP组和QP组(P0.001)。结论:我们的结果表明小鼠直立是侧凸进展的关键因素之一。双足直立鼠体内褪黑素的缺乏在脊柱侧凸进展及异常骨密度和骨质量中扮演重要角色,维持褪黑素的正常浓度可以抑制脊柱侧凸进展,提高骨密度和骨质量。第一章(第二节)椎间盘楔形变对青少年特发性脊柱侧凸主胸弯柔韧性有贡献吗?目的:AIS中对侧弯柔韧性的评估很重要,可用于判断结构弯,确定融合节段,选择手术方式及预测手术疗效。然而,椎间盘楔形变大小是否可以预测脊柱柔韧性还不清楚,本研究旨在胸弯型AIS患者中探究椎间盘楔形变对胸弯柔韧性的影响,同时通过比较胸弯站立位和Bending位X线片评估各个节段椎间盘柔韧性。方法:本研究共纳入了 126例胸弯型AIS患者。胸弯柔韧性(thoracic curve flexibility index,TCFI)通过以下公式计算:TCFI(%)=(立位 Cobb 角-Bending位Cobb角)*100/立位Cobb角。基于胸弯柔韧性TCFI将患者分为两组。共62例TCFI50%患者分入A组(僵硬组);共64例TCFI50%患者分入B组(柔韧组)。两组患者间比较以下参数:年龄,侧弯角度,椎间盘楔变角,椎间盘楔形变比例。在侧弯近端与远端之间比较节段椎间盘柔韧性(segmental flexibility indices,SFI)[(立位椎间盘楔变角-bending位椎间盘楔变角)/立位椎间盘楔变角]。脊柱柔韧性和各参数之间的关系通过Pearson关联分析评估。采用Logistic回归分析评估TCFI的独立影响因素。结果:A组与B组患者之间年龄,Cobb角大小之间存在显著差异(年龄:16.42± 2.45vs.13.98±1.96,P0.05:Cobb 角:59.42°±10.19°vs.50.09°±5.95°,P0.05)。B组中的椎间盘楔变角和楔形变所占比例较A组显著增高(26.96°± 5.67°vs.17.13° ± 8.23°,1)0.01 和53.86%± 9.45vs.28.83%± 10.16,P0.01)。通过Pearson 关联分析发现椎间盘楔形变比例与TCFI之间存在显著相关性(r=0.716,P0.001)多元回归分析发现椎间盘楔形变比例是TCFI的独立影响因素(β = 0.676,P0.001)。椎间盘楔变角在侧弯范围内各个节段呈正态分布,由顶椎区向头尾端递减。顶椎-1 节段和顶椎+1节段椎间盘楔变角分别为7.32°和7.19°。我们发现顶椎区域较两侧远端椎间盘柔韧性显著降低(41%(-1),43%(+1),58%(-2)和 80%(+2)vs.98%(-3),134%(+3).159%(-4)和 279%(+4),p0.01)结论:胸弯型AIS患者椎间盘楔形变比例和Cobb角大小与TCFI之间存在显著关联。顶椎区的椎间盘柔韧性较两侧远端椎间盘柔韧性差。这些发现为预测脊柱侧弯进展以及制定手术方案提供必要信息。第一章(第三节)Lenke5C型特发性脊柱侧凸前路与后路矫形术后临床美学比较目的:外观美学改善是AIS患者手术时重要考虑因素。前路手术和后路手术是治疗Lenke5C型AIS患者的标准术式。两种手术各有优缺点,但是至今仍没有关于两种术式美学的比较。因此本研究旨在比较Lenke5C型患者行前路手术与后路手术之间的美学和影像学差异。方法:从2006年至2010年,在本科室行手术治疗的60名女性Lenke5CAIS患者纳入本项研究。30例患者行前路手术治疗(A组),30例患者行后路手术治疗(B组)平均随访时间为26.34个月(范围,23-44个月)。所有患者术前、术后均摄立位全脊柱正侧位X线片及外观照片。X线片上测量Cobb角,主弯顶椎偏移(apical vertebral translation,AVT)及顶椎旋转(apical vertebral rotation,AVR)。同时在照片上测量腰线高度指数(waistline height index,WLHI)、腰线深度指数(waistline depth index,WLDI)、腰线面积指数(waistline area index,WLAI)、腰部面积指数(waist area index,WAI)、剃刀背指数(hump index,HI)5项美学指标。通过这5项美学指标计算综合美学指标(composite cosmetic index,CCI)。比较术前和末次随访时两组间美学和影像学参数差别。结果:术前A组和B组之间年龄,Cobb角,主弯节段,AVT,AVR影像学指标未见显著差异;术前两组之间CCI美学指标之间亦未见显著差异。末次随访时,A组CCI,Cobb 角,和AVT的改善情况较B组未见显著差异(P0.05),AVR改善情况优于B组(P0.05)。且两组间融合节段相似(P0.05)。两组术后末次随访未见显著并发症,但A组中患者手术时间较B组显著延长(P0.05)结论:Lenke5C型AIS患者前路与后路手术美学改善及主弯矫正率未见显著差异。由于后路手术时间更短,史容易操作,我们临床更偏向于选择后路手术。第二章(第一节)椎体楔形变和椎间盘楔形变对强直性脊柱炎胸腰椎后凸畸形贡献比较目的:强直性脊柱炎(Ankylosing Spondylitis,AS)胸腰椎后凸畸形患者脊柱同时存在椎体楔形变和椎间盘楔形变。然而,椎体楔形变和椎间盘楔形变对胸腰椎后凸畸形的相互贡献情况并不清楚。本研究将在强直性脊柱炎患者中比较椎体楔形变和椎间盘楔形变对胸腰椎后凸畸形的不同贡献情况,并分析顶椎椎体楔形变和胸腰椎后凸畸形间的相互关系。方法:从2009年10月至2013年10月,共59例伴有胸腰椎后凸畸形的AS患者名纳入本次研究,平均年龄为38.1岁。以后凸畸形角度(Global Kyphosis,GK)为标准将纳入患者分为两组:GK70°分入A组,GK≥70°分入B组。A组共26人,B组共33人。每位患者的GK角都由椎体楔形变和椎间盘楔形变组成。构成胸腰椎后凸畸形的每一个椎体楔变角和椎间盘楔变角都将被测量,随即计算椎体楔变角和椎间盘楔变角分别所占胸腰椎后凸畸形的相关比例。顶椎楔变角和GK角之间的关系将采用 Pearson相关性分析。本研究中患者疾病进展病程和性别情况同样纳入统计分析。结果:组A和组B两组患者中平均病程值存在显著差异(P0.01)。在A组中,椎间盘楔变角和椎间盘楔变角百分比显著高于椎体楔变角及椎体楔变角百分比(34.8°±2.5。vs 26.7°±2.7°,P0.01及56.6%vs43.4%,P0.01);而B组中,椎间盘楔变角和椎间盘楔变角百分比显著低于椎体楔变角及椎体楔变角百分比(37.6°±7.0° vs 50.1°±5.1°,P0.01及42.7%vs57.3%,P0.01)。B组中的椎体楔变角显著高于组A(50.1°±5.1°vs26.7°±2.7°,P0.01)。另外,相关性分析显示,顶椎椎体楔形变和GK角之间存在显著关联性(R=0.850,P=0.001)结论:AS患者胸腰椎后凸腰椎畸形中存在不同的椎体楔形变和椎间盘楔形变。当GK70°时,椎间盘楔变角对后凸畸形贡献比椎体楔变角贡献大;而当GK≥270°时,椎体楔变角对后凸畸形贡献比椎间盘楔变角贡献大,表明在不同严重程度胸腰椎后凸畸形的AS患者中存在不同生物力学机制。第二章(第二节)强直性脊柱炎胸腰椎后凸畸形患者PSO术后主动脉长度有变化吗?目的:探讨AS胸腰椎后凸畸形患者行闭合性截骨(Closing Wedge Osteotomy,CWO)手术治疗后主动脉长度的变化情况及临床意义。方法:回顾性分析2013年6月至2015年7月在我院行CWO矫形内固定术的24例AS胸腰椎后凸畸形患者。男22例,女2例;年龄38.1岁(范围,23-54岁)。所有AS患者均行单阶段CWO手术。且所有患者手术前及术后2周均摄全脊柱磁共振(Magnetic ResonanceImaging,MRI)及站立位全脊柱正、侧位X线片。统计测量所有患者术前、术后全脊柱MRI的主动脉长度(aoritclength,AL,上端固定椎体上缘至L4椎体下缘的距离)及直径(aortic diameter,AD,截骨椎体水平);全脊柱X线片的胸椎后凸(thoracic kyphosis,TK)、腰椎前凸(lumbar lordosis,LL)、GK角、局部后凸角(local kyphosis,LK)、内固定节段角度(angle of the fusion levels,AFL)及截骨椎体前缘高度(anterior height of the osteotomized vertebra,AHOV)。结果:CWO术后主动脉长度平均延长2.0cm,另外截骨节段平面主动脉直径从2.0±0.2cm 降至1.6±0.3cm(P0.01)。身高、GK、LL、LK、和AFL值都有显著变化(P0.01),但AHOV未见明显变化(P0.05)。另外,关联性分析发现主动脉长度的变化和GK(r= 0.626,P=0.021),LL(r = 0.581,,P=0.015),LK(r = 0.7]5,P= 0.001).AFL(r=0.657,P=0.001),和身高(r=0.613,P=0.001)存在显著线性相关结论:本文通过MRI定量研究了AS胸腰椎后凸崎形患者CWO术后主动脉的延长情况,提醒脊柱外科医生在对AS患者行CWO截骨矫形时应注意主动脉拉长及损伤的风险。
【学位授予单位】:南京医科大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R682.3;R-332

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