骨质疏松模型兔椎体成形术中不同剂量骨水泥对相邻椎间盘的影响

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0002

中国组织工程研究 ›› 2018, Vol. 22 ›› Issue (2): 171-177.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.0002

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骨质疏松模型兔椎体成形术中不同剂量骨水泥对相邻椎间盘的影响

张晗祥，范华华，蔡小军

遵义医学院第三附属医院暨遵义市第一人民医院骨二科，贵州省遵义市 563000

收稿日期:2017-08-06 出版日期:2018-01-18 发布日期:2018-01-18
通讯作者: 范华华，硕士，主治医师，遵义医学院第三附属医院暨遵义市第一人民医院骨二科，贵州省遵义市 563000
作者简介:张晗祥，男，1984年生，2010年遵义医学院毕业，硕士，主治医师，主要从事脊柱退变性疾病诊治工作。
基金资助:
遵义市第一人民医院与遵义市科技局联合基金项目(遵市科合社字(2011)21号)

Effects of percutaneous vertebroplasty with different bone cement volumes on the adjacent intervertebral disc in a rabbit model of osteoporosis

Zhang Han-xiang, Fan Hua-hua, Cai Xiao-jun

Department of Orthopedics, the Third Affiliated Hospital of Zunyi Medical University (the First People’s Hospital of Zunyi, Zunyi 563000, Guizhou Province, China

Received:2017-08-06 Online:2018-01-18 Published:2018-01-18
Contact: Fan Hua-hua, Master, Attending physician, Department of Orthopedics, the Third Affiliated Hospital of Zunyi Medical University (the First People’s Hospital of Zunyi, Zunyi 563000, Guizhou Province, China
About author:Zhang Han-xiang, Master, Attending physician, Department of Orthopedics, the Third Affiliated Hospital of Zunyi Medical University (the First People’s Hospital of Zunyi, Zunyi 563000, Guizhou Province, China
Supported by:
the Joint Foundation of the First People’s Hospital of Zunyi & Zunyi Municipal Department of Science and Technology, No. (2011)21

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

经皮椎体成形术：通过穿刺针穿刺入椎体内，并建立工作通道，通过该通道向椎体内注入骨水泥，通过骨水泥凝固硬化填充病灶并支撑椎体，重建椎体稳定、恢复椎体强度。于1984年最先有报道用于血管瘤的治疗，于1998年开始用于骨质疏松性骨折的治疗，之后因其对于骨质疏松性椎体骨折的治疗效果，得到广泛推广。

基质金属蛋白酶：属于锌依赖性蛋白酶，并已知可降解细胞外基质各种组分，是细胞外基质中重要的降解酶类，基质降解是椎间盘退变的重要步骤，并受到特异性抑制物(金属蛋白酶组织抑制物)、细胞因子(白细胞介素1)和生长因子的调节。尤其是基质金属蛋白酶7可以降解蛋白聚糖，并且这些基质金属蛋白酶在椎间盘脱出的手术标本中表现为一个高表达。

背景：近年来一些椎体成形术的并发症逐渐凸显。考虑到骨水泥的热效应、单体毒性及占位填充等因素，对椎体邻近结构又会产生什么样的结果呢，尤其是对于紧邻椎体的结构——椎间盘会有什么影响呢？针对这一情况鲜有报道。

目的：通过对兔骨质疏松模型椎体注入不同剂量骨水泥观察其对邻近椎间盘的影响。

方法：30只5月龄雌性大白兔均通过去势联合糖皮质激素注射建立骨质疏松模型，随机分为5组。假手术组L₅椎体实施穿刺假手术，碘海醇组L₅椎体穿刺后注入碘海醇0.2 mL，低、中、高剂量骨水泥组L₅椎体分别注入骨水泥0.1，0.2，0.3 mL，之后继续饲养12周。12周后处死所有兔，完整取出L_4-5椎间盘并分成2部分，一部分行TUNEL染色观察细胞凋亡并计算凋亡指数，一部分行real time PCR观察白细胞介素1、Ⅱ型胶原蛋白、基质金属蛋白酶7 mRNA相对表达量。

结果与结论：①低、中、高剂量骨水泥组细胞凋亡指数与假手术组和碘海醇组比较差异均有显著性意义，低、中、高剂量骨水泥组间相互比较差异无显著性意义；②高剂量骨水泥组白细胞介素1 mRNA相对表达量同假手术组比较差异有显著性意义；在Ⅱ型胶原蛋白与基质金属蛋白酶7 mRNA相对表达量上，低、中、高剂量骨水泥组与假手术组和碘海醇组比较差异均有显著性意义，高剂量骨水泥组与低、中剂量骨水泥组比较差异有显著性意义；③结果提示，兔骨质疏松模型实施椎体成形术后，椎体内骨水泥确可对邻近椎间盘造成影响；而这一影响并没有严格呈现出剂量依赖关系，在达到大剂量时可表现出显著的退变加剧。

ORCID: 0000-0002-6527-4059(张晗祥)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

关键词: 脊柱植入物, 骨水泥, 椎间盘, 椎体成形术, 剂量, 兔, 骨质疏松, 生物材料

Abstract:

BACKGROUND: With the development of clinical practices, some complications of vertebroplasty are gradually highlighted. Considering the thermal reaction, toxicity and space-occupying filling of bone cement, vertebroplasty with bone cement injection is likely to cause some impacts on the surrounding vertebrae, especially the adjacent ones. However, little is reported on the effect of different volumes of bone cement on degeneration of the adjacent vertebrae.

OBJECTIVE: To determine the effects of different bone cement volumes in percutaneous vertebroplasty on adjacent intervertebral discs in a rabbit model of osteoporosis.

METHODS: Thirty 5-month-old New Zealand rabbits were randomly assigned into five groups: sham, iohexol, low-dose bone cement, middle-dose bone cement and high-dose bone cement groups. Osteoporosis models were established by ovariectomy combined with glucocorticoid injection. After modeling, sham puncture at the fifth lumbar vertebrae was done in the sham group, and true puncture at the fifth lumber vertebra was done in the iohexol group followed by injection with 0.2 mL of iohexol. Different volumes of bone cement (0.1, 0.2, 0.3 mL) were injected in the low-, middle- and high-dose bone cement groups, respectively. After 12 weeks, rabbits in these three groups were killed to take the intact L₄_-₅ segments that were divided into two parts: one for TUNEL staining to observe cell apoptosis and to calculate apoptotic index, and the other for real-time PCR detection of relative expression of interleukin-1, type II collagen and matrix metalloproteinase-7.

RESULTS AND CONCLUSION: The cell apoptosis index in the low-, middle- and high-dose bone cement groups were significantly different from that in the sham and iohexol groups, but there was no significant difference among three bone cement groups. The relative expression of interleukin-1 mRNA showed a significant difference between the high-dose group and sham group. The relative expression of type II collagen and matrix metalloproteinase-7 in the three bone cement groups was significantly different from that in the sham and iohexol groups, and the expression in the high-dose bone cement group was also significantly different from that in the low- and middle-dose bone cement groups. To conclude, after percutaneous vertebroplasty, injected bone cement certainly impacts the adjacent vertebrae in the rabbit model of osteoporosis, but not in a dose-dependent manner. Moreover, a dramatic aggravation of degeneration of the adjacent vertebrae is developed when high-dose bone cement is injected.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

Key words: Intervertebral Disk, Vertebroplasty, Osteoporosis

中图分类号:

R318

张晗祥，范华华，蔡小军. 骨质疏松模型兔椎体成形术中不同剂量骨水泥对相邻椎间盘的影响[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(2): 171-177.

Zhang Han-xiang, Fan Hua-hua, Cai Xiao-jun.

Effects of percutaneous vertebroplasty with different bone cement volumes on the adjacent intervertebral disc in a rabbit model of osteoporosis

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图/表（结果） 5

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引言

骨质疏松症是以骨量减少，骨质量受损及骨强度降低，导致骨脆性增加、易发生骨折为特征的全身性骨病^[1]，已成为全球性的公共健康问题，其并发症脆性骨折可使患者致残，并影响患者生活质量。随着国内逐步进入人口老龄化社会，老龄人口基数逐渐增大，骨质疏松性骨折也日益增多^[2-3]。骨质疏松骨折是骨质疏松症的严重并发症，其主要发生在髋部、脊柱、前臂等部位，当发生骨折时，患者活动能力下降，生活难以自理，伴有疼痛症状，部分患者还会因后续的压疮、肺部感染、泌尿系感染、血栓形成等并发症而导致死亡。脊柱是人体重要的承重支柱，骨质疏松患者在轻微暴力(如摔倒、咳嗽、提重物等)作用下便可发生椎体骨折^[4]，并且一旦发生过脊柱骨折，可使再发其他脊椎骨折和髋骨骨折的危险性明显增加^[5-6]。以往对于此类骨折的治疗分为保守治疗和开放手术治疗，但因为大部分高龄患者不能耐受开放手术，进而丧失手术机会导致功能障碍甚至死亡。而随着法国医生Helve Deramond于1984年首次通过经皮椎体成形术治疗颈椎椎体血管瘤后，1998年开始世界上开始通过经皮椎体成形术治疗骨质疏松性椎体骨折。国内从2000年逐渐开始实施该手术，并因其满意疗效得到迅速推广^[7]。通过向骨折椎体内注入骨水泥，骨水泥弥散凝固可使骨折块即刻稳定，避免微动，同时提高椎体强度，起到止痛作用^[8]。目前常用的骨水泥为聚甲基丙烯酸甲酯，在聚合时会大量发热，温度常介于52-93 ℃^[9-10]，可造成周围组织的热灼伤^[11]，聚甲基丙烯酸甲酯单体有一定毒性，可造成椎体周围组织的损伤和坏死^[12]。对于骨水泥的注入量以往报道主要都是从恢复椎体强度刚度、疼痛缓解等方面进行研究^[13-14]，也有从骨水泥渗漏或邻近椎体骨折角度讨论骨水泥注入量^[15]，还有建议通过球囊扩张情况来指导骨水泥注入量^[16]。然而考虑到骨水泥的热效应、单体毒性及占位填充等因素，对椎体邻近结构又会产生什么样的结果呢，尤其是对于紧邻椎体的结构——椎间盘会有什么影响呢？针对这一情况却鲜有报道，国内有报道椎体成形术中骨水泥渗入椎间盘内可导致椎间盘应力变化，并推测这一应力变化可能导致椎间盘的进一步退变^[17]，也有体外实验观察骨水泥对于髓核细胞增殖的影响^[18]。

实验通过在兔骨质疏松模型椎体内注入不同剂量骨水泥，以观察邻近椎间盘组织学及生化指标的变化情况，从对邻近椎间盘有无干扰的角度上来探究骨水泥的合适注入量。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验。

1.2 时间及地点于2013年4月至2014年11月在遵义医学院实验动物中心、遵义医学院第三附属医院暨遵义市第一人民医院完成。

1.3 材料

1.3.1 实验动物健康雌性新西兰大白兔30只，5月龄，体质量(2.0±0.5)kg，由遵义医学院实验动物中心提供。编号分笼饲养，每笼1只。依照啮齿类动物饲养标准，干燥饲料喂食，自由饮水。环境温度20-25 ℃，湿度40%-70%。

1.3.2 实验用仪器与试剂双能X射线骨密度仪(Lunar Prodigy，GE公司)，64排螺旋CT(LightSpeed VCT，GE公司)，C型臂X射线机(7200，西门子公司)，反转录仪(Mastercycler Gradient Cycler，Eppendorf AG)，离心机(5415D，Eppendorf AG)，病理切片机(RM2205，Leica)，光学显微镜(DM1000，Leica)，骨水泥(批号：80575264，贺利氏公司)，TUNEL试剂盒(凯基生物有限公司)，RNAriso Plus(宝生物工程有限公司)，DEPC水(Sigma公司)，RNA纯化试剂盒(华舜生物工程有限公司)，反转录试剂盒(宝生物工程有限公司)，SYBR^® GREEN PCRMaster Mix (BIO-RAD)，引物设计合成(宝生物工程有限公司)，碘海醇注射液(批号：15071561，扬子江药业有限公司)。

1.4 实验方法

1.4.1 建立兔骨质疏松模型 30只5月龄雌性新西兰大白兔适应性饲养1周，按数字表法随机分组，分为5组，每组6只。假手术组实施假手术，碘海醇组椎体内注射碘海醇，低、中、高骨水泥组分别注射0.1，0.2，0.3 mL骨水泥。各组均通过去势+糖皮质激素肌注建立骨质疏松模型^[19]，术后12周时经双能X射线骨密度仪检测比较术前术后骨密度证实骨质疏松模型建立成功。具体步骤如下：根据体质量予腹腔注射1%戊巴比妥钠30 mg/kg麻醉，麻醉成功后，行双能X射线骨密度检测，将骨密度测量软件调试成小动物软件，并输入体质量，截取脊柱L_1-5节段测量值记录作为基准骨密度值，术后12周时重复上述过程复测骨密度，前后2次骨密度值比较提示造模成功。

1.4.2 CT扫描了解L₅椎体形态首次检测骨密度同时，行64排CT扫描，了解兔L₅椎体形态特点并排除变异或病变，同时估计L₅椎体体积，测得L₅椎体平均体积为0.44 mL，为下一步椎体成形术的实施提供参考。

1.4.3 实施椎体成形术各组兔经腹腔注射1%戊巴比妥钠30 mg/kg麻醉成功后，俯卧位，C臂X射线机透视定位L₅椎体，于兔体表背侧扪及L₅棘突及横突，于横突根部标记并消毒，用16G12#骨穿刺针经皮沿L₅横突根部斜向内与水平夹角约15°、头倾30°，穿入深度约3 cm，穿刺成功后有明显落空感，C臂X射线机动态透视确定穿刺成功。调制骨水泥，并按预定计划低中高骨水泥组分别注入0.1，0.2，0.3 mL骨水泥；碘海醇组穿刺成功后注入碘海醇0.2 mL。注射过程中适时透视，观察有无渗漏及兔反应。假手术组仅完成穿刺操作即结束。术毕待兔麻醉清醒后均无明显异常，继续常规分笼饲养12周。

1.4.4 标本取材椎体成形术后12周，各组兔经注射空气法处死，剥离腰椎，完整切取L₅椎体邻近的L_4-5椎间盘(含上下终板)，生理盐水洗去血污。纵向切开分成两部分，一部分以体积分数10%甲醛固定后，石蜡包埋制成石蜡切片，以TUNEL染色法进行凋亡细胞检测；一部分放入EP管中-80 ℃保存待行real-time PCR检测。

1.4.5 凋亡细胞观察 TUNEL染色据试剂盒说明书操作。光学显微镜下每个样品随机计数4个视野，计算凋亡指数。凋亡指数=凋亡细胞数/(凋亡细胞数+正常细胞数)。

1.4.6 Real time RT-PCR法检测椎间盘白细胞介素1、Ⅱ型胶原、基质金属蛋白酶7 mRNA表达含量将低温保存的L_4-5椎间盘标本液氮研磨粉碎，加入适量RNAriso Plus，室温静置直至样品完全融化，继续研磨直至裂解液成透明状，向EP管中加入氯仿0.2 mL摇匀，12 000×g/min 4 ℃离心10 min，取上清置入另一无酶EP管中。该上清液中加入等量异丙醇，混匀后室温静置10 min，再12 000×g/min 4 ℃离心10 min，可见白色半透明总RNA沉于管底，弃去上清。沿管壁小心加入体积分数75%乙醇1 mL，上下颠倒洗涤管壁，12 000×g/min 4 ℃离心5 min，弃去乙醇，室温干燥3 min，加入适量DEPC水溶解RNA沉淀，紫外分光光度计测量吸光度(A)值A₂₆₀ _nm/A₂₈₀ _nm的比值即为RNA纯度，比值范围1.8-2.1满足实验要求，反转录获得cDNA，-80 ℃保存。

根据GeneBank中目的基因全序列设计引物见表1。反应体系为：ddH₂O 7.6 μL，SYBR 10 μL，上游引物0.4 μL，下游引物0.4 μL，DNA模板1.6 μL，每管共计20 μL。95 ℃ 10 s；(95 ℃ 5 s，60.6 ℃ 20 s)× 40个循环，溶解曲线从 55 ℃开始，每0.5 ℃，采集10 s荧光。按以下公式计算相对定量：Ct average=(Ct1+Ct2)/2(重复管)；dCt=Ct average-中间值；基因的表达=2⁽^-^dCt)；相对定量=目的基因的表达/内参基因的表达。

1.5 主要观察指标通过去势+糖皮质激素注射法构建兔骨质疏松模型，去势后12周通过骨密度检测评价是否造模成功。之后各组动物分别实施手术(或假手术)，继续饲养12周后处死，收集椎间盘标本，通过TUNEL染色观察细胞凋亡情况，RT-PCR观察白细胞介素1、Ⅱ型胶原蛋白、基质金属蛋白酶7的mRNA相对表达量。

1.6 统计学分析统计学处理采用SPSS 17.0软件，计量资料以x(_)±s表示，TUNEL法检测细胞凋亡指数，各组间结果比较采用单因素方差分析(one-way ANOVA)SNK法，Real time PCR法检测椎间盘Ⅱ型胶原蛋白、白细胞介素1、基质金属蛋白酶7 mRNA相对表达含量结果，各组之间比较采用单因素方差分析(one-way ANOVA)SNK法，P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

讨论

聚甲基丙烯酸甲酯作为最常见的骨水泥类型被临床广泛使用，随着椎体成形术的广泛开展，它的使用领域也扩展至老年骨质疏松性椎体骨折的治疗。通过实施经皮椎体成形术，绝大部分骨质疏松性椎体压缩骨折的疼痛均能得到缓解^[20-23]。对于止痛效果的机制，也是存在一个逐步认识的过程，最初认为可能是骨水泥单体毒性作用使然，Nakano等^[24]通过对比实验证明骨水泥单体毒性并非缓解疼痛的主要原因。之后又关注到骨水泥聚合反应时的发热现象，De Vrind等^[25]通过实验证实了持续受热可对神经造成损伤，进而推测椎体成形术缓解疼痛是因为骨水泥聚合反应放热使椎体的末梢神经坏死所致。但是考虑到四肢长管状骨骨折时稳定骨折可一定程度缓解疼痛及骨水泥对椎体骨折块的粘着，所以目前认为椎体成形术中骨水泥重建椎体骨折块稳定的作用才是椎体成形术缓解疼痛的主要机制^[26]。作用机制明确之后，随之而来的是另一个讨论，那便是多少量的骨水泥才是最合适的，这一争论一直没有得到统一意见。Fu等^[27]认为椎体成形术中疼痛的缓解和渗漏发生率与骨水泥注入量呈正相关，仍建议尽可能多的向椎体内注入骨水泥。李楠等^[28]认为骨水泥在椎体内的分布才是疼痛程度的关键，而与注入量的多少无关。江晓兵等^[29]也认为弥散是关键。卢昌怀等^[30]通过有限元力学分析得出骨水泥的量和分布情况可影响邻近椎体骨折。还有一些其他文献从渗漏、力学等种种角度探究骨水泥的合适用量。然而联想到骨水泥的作用机制，凡事都有两面性，骨水泥会不会对周围组织产生什么其他不好的作用呢，于是作者构思并设计了实验，意图在动物模型上了解骨水泥注入量对椎体最邻近结构——椎间盘的影响。

椎间盘位于两节椎骨之间，由上下终板、外围纤维环和内部髓核共同构成，同椎骨共同构成一个运动单元，完成屈伸旋转等活动，并起一定缓冲作用。髓核组织为胶冻样弹性物质，位于椎间盘中央，髓核内主要成分有水分、基质和髓核细胞，虽然髓核重量仅占正常椎间盘组织的1%，但是却发挥着巨大的作用，通过液压传导的方式传导力^[31]。椎间盘内部无血管结构，所以髓核内的代谢最终是通过终板扩散完成的^[32]。椎间盘退变的早期表现为：髓核脱水、纤维环撕裂和软骨终板骨化，因营养物质代谢受阻，形成恶性循环，最终纤维环破裂髓核组织脱出^[33]。在这个过程中，髓核细胞由软骨细胞变为成纤维细胞，甚至凋亡，从而导致髓核细胞合成的细胞外基质(主要为蛋白聚糖和胶原)减少，髓核水分随之减少，髓核干瘪椎间盘下沉变扁，纤维环破裂。从分子变化层面看可以发现导致椎间盘内炎症因子增加，基质金属蛋白酶及其他蛋白水解酶活性及含量增加，引起细胞外基质降解增加、髓核细胞数量及水分含量减少，髓核细胞合成蛋白多糖及胶原蛋白的活性下降，椎间盘张力下降，最终导致椎间盘退变^[34]。椎间盘退变过程中始终存在炎症因子的增加、基质分解酶含量或活性的增加、髓核细胞的凋亡。白细胞介素1的高表达在椎间盘退变过程中起重要作用^[35]，它能够抑制软骨终板细胞活性，降低胶原表达，促进细胞外金属基质蛋白酶及各类炎症因子的表达^[36]。基质金属蛋白酶属于锌依赖性蛋白酶，并已知可降解细胞外基质各种组分，是细胞外基质中重要的降解酶类，基质降解是椎间盘退变的重要步骤,并受到特异性抑制物(金属蛋白酶组织抑制物)、细胞因子(白细胞介素1)和生长因子的调节^[37]。尤其是基质金属蛋白酶7可以降解蛋白聚糖^[38]，并且这些基质金属蛋白酶在椎间盘脱出的手术标本中表现为一个高表达^[39]，Le Maitre等^[40]发现基质金属蛋白酶7的表达增加同人椎间盘退变的程度相关。Haro等^[41]更是发现突出椎间盘的再吸收现象与基质金属蛋白酶7有关，所以Haro等^[42]还尝试使用重组基质金属蛋白酶7进行髓核消融术。椎间盘的主要成分是水、胶原和蛋白多糖，构成椎间盘胶原体系中Ⅱ型胶原是含量最大的胶原，主要处于纤维环的内层，特别是髓核中，髓核能吸收震荡，维持应力平衡，与结构中的Ⅱ型胶原是分不开的，因此胶原的退化和减少也是椎间盘退变的特征之一^[43-44]，并且有证据表明Ⅱ型胶原的减少是脊柱退行性疾病的早期指标^[45]。

在实验过程中针对骨水泥注入量的多少并无规定。根据实验先期X射线透视、CT扫描观察到的情况，兔腰椎椎骨呈两端膨大、中间较细的沙漏状，仅椎体两端有松质骨，而椎体中部仅有单层菲薄骨皮质，与椎板形成椭圆形椎管，横突较长并向近端斜行生长，上下关节突狭长，背侧椎板间隙较大。从兔腰椎椎体解剖特点分析，兔行经皮椎体成形术需靠近椎体两端进行穿刺，并建议穿刺针由椎体中部向两端终板方向倾斜，穿刺不宜过深，若向椎体中部穿刺，因该处无骨髓腔结构，则极有可能穿刺至椎管内造成骨水泥渗漏。通过CT扫描估计L₅椎体平均体积约为0.44 mL。黄昊等^[46]的研究发现当向兔椎体内注入0.3 mL骨水泥时，其渗漏率为40%，而当注入量增加到0.5 mL时，渗漏的风险也随之增大，建议骨水泥推注量少于0.5 mL。这个骨水泥建议注入量与本实验测得的L₅椎体体积相当，为减少渗漏的发生，作者将注入量上限设为0.3 mL，并逐渐递减为0.2，0.1 mL。至于骨水泥推注时机，注入过早易导致渗漏，而过晚则因为穿刺针内径等原因限制，导致骨水泥无法推注进入椎体，建议在骨水泥拉丝早期进行推注。

本实验通过TUNEL染色观察L_4-5椎间盘的细胞凋亡指数，骨水泥推注组与假手术组和碘海醇组均有统计学差异，低中高剂量骨水泥3组间比较差异无显著性意义。这说明椎体成形术中向椎体内推注骨水泥后可导致邻近椎间盘髓核细胞的凋亡增多。在白细胞介素1 mRNA相对表达量上，仅有高剂量骨水泥组同假手术组差异有显著性意义。在Ⅱ型胶原蛋白和基质金属蛋白酶7 mRNA表达量上，低中高剂量骨水泥组与假手术组和碘海醇组相比差异均有显著性意义，低、中剂量骨水泥组2组间比较差异无显著性意义，高剂量骨水泥组同低、中剂量骨水泥组比较差异均有显著性意义。根据这一结果可以推断椎体成形术中向椎体内推注骨水泥，可以引起邻近椎间盘内细胞凋亡、炎症递质增多，而炎症递质增多又促进了基质金属蛋白酶7的表达，进而降低了Ⅱ型胶原蛋白的含量，并且骨水泥推注量增大到一定程度时，会导致上述进程更加严重，即导致更加严重的椎间盘退变。对于这一结果的可能原因还是要从骨水泥自身的特性来考虑。国内曹建飞等^[47]曾报道骨水泥聚合反应时可对骨骼肌造成热损伤，这也说明了骨水泥聚合时温度确实很高，这个热量可以对周围组织的损伤，况且骨骼肌组织还是血液循环丰富的组织。Verlaan等^[48]报道在羊椎体内注入骨水泥，其内的温度并不能达到所知的造成组织坏死的程度。但是Belkoff等^[49]报道聚合反应时的椎体内部温度显著高于之前的报道，并可能对造成组织坏死带来风险，同时实验中也指出他们使用的是骨质疏松的尸体骨，这提示骨质疏松的骨质条件可能使得椎体内部温度更高。Lai等^[50]观察到椎体后方皮质温度超过了45 ℃，并认为一旦骨水泥漏入椎管，可能造成神经组织的坏死。在椎体发生骨质疏松性骨折时，因为骨质疏松及骨折裂隙的存在，使得情况更加复杂。骨水泥注入椎体后有时呈团块状，热量更加聚集，这个热量可能直接对软骨终板甚至髓核细胞造成损伤。李宏宇等^[51]曾行实验证实长髓腔内填塞骨水泥后可干扰远侧骨的血流和代谢，这可能与髓腔内压力了增高有关，进而影响了血运和物质交换。椎间盘内部无血管结构，也无法通过血供获得营养物质和排出废物，只能通过上下终板渗透作用进行代谢，而上下终板下骨中的显微结构是可以看见大量血窦或骨龛的，这些结构有利于通过终板进行的代谢活动，作者推测当椎体内填入骨水泥后，可能因为局部压力增高或直接占位效应破坏血窦等结构，又或者直接热灼伤导致血运破坏，与长骨髓腔内填塞骨水泥一样的道理，影响了椎间盘的物质代谢。Neidlinger-Wilke等^[52]通过研究静水力学压力对于椎间盘细胞基因表达的调节发现静水力学压力可以调节椎间盘基质成分的转换并呈一个剂量依赖关系。还有骨水泥在椎体内的分布理想上是均匀分布，但是因椎体内情况复杂，各区域骨小梁结构疏密不均一，骨折线分布不均一，穿刺注射等因素干扰等，均可造成骨水泥分布不均甚至发生局部渗漏，而这也将导致手术椎体邻近椎体所受应力不均，成为除骨质疏松之外另一个导致邻近椎体再骨折的因素^[53]。同时这个应力的不均衡还会体现在邻近椎间盘上。杨小彬等^[54]通过力学分析认为椎体后凸成形术后可引起相邻节段的生物力学分布的改变。徐晖等^[55]通过研究了骨水泥对邻近椎间盘终板的影响后，认为较小剂量的骨水泥是安全的。樊晓光等^[56]通过对实验动物进行X射线、MRI等影像学检查进行分级评估，发现椎体成形术可以引起手术椎体相邻椎间盘的退变,并且椎间盘退变程度与骨水泥用量相关。田力等^[57]也得出类似的结论，并认为椎体后凸成形术对于邻近椎间盘的退变更为显著，这可能与后凸成形术时骨水泥分布更为集中、应力也更集中有关。最后就还可能与骨水泥本身毒性有关，虽然骨水泥单体毒性与其止疼效果可能无关，毛海青等^[58]就有通过体外人髓核细胞与骨水泥颗粒培养发现骨水泥颗粒的对髓核细胞活性的抑制效果呈明显的剂量依赖和时间依赖特征。

综上所述，兔骨质疏松模型实施椎体成形术后，椎体内骨水泥确可对邻近椎间盘造成影响。而这一影响并没有严格呈现出剂量依赖关系，在达到大剂量时可表现出一个显著的退变加剧。通过该实验还是可以为实际临床工作提供一个参考，对于骨水泥的注入也不再追求越多越好。

当然本实验还是存在一些不足：如实验动物的椎体和人类相比还是有形态上的差异；受手术器械限制只能尝试模拟椎体成形术，而对于椎体后凸成形术未能进行和讨论；动物模型所模拟的情形，远不及实际临床工作中所面临的的情况复杂——如骨折形态、骨折线分布、上下终板碎裂、骨质条件等。这些不足希望在以后的实验中能够更加细致的考虑进去。

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骨质疏松模型兔椎体成形术中不同剂量骨水泥对相邻椎间盘的影响

Effects of percutaneous vertebroplasty with different bone cement volumes on the adjacent intervertebral disc in a rabbit model of osteoporosis

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