補(bǔ)腎活血中藥預(yù)防骨質(zhì)疏松性椎體骨折的有限元研究

關(guān)鍵詞： 補(bǔ)腎活血中藥 ；骨質(zhì)疏松性椎體骨折 ； 有限元

【中圖分類號(hào)】R816.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1002-3763（2014）04-0003-01

骨質(zhì)疏松隨著人口老齡化而日益成為公共健康事業(yè)中的突出問題。據(jù)預(yù)測(cè)我國約有8800萬骨質(zhì)疏松癥患者，預(yù)計(jì)到2050年將達(dá)到2.12億，每年醫(yī)療費(fèi)用按保守估計(jì)需要150億人民幣[1]。骨質(zhì)疏松癥最大的危害是骨質(zhì)疏松性骨折，骨質(zhì)疏松性椎體骨折是骨質(zhì)疏松癥患者致殘致死的主要原因。目前，骨質(zhì)疏松的預(yù)防和治療主要是依賴藥物，但是西藥的副作用、安全性及長期的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)使患者難以堅(jiān)持長期服用，給骨質(zhì)疏松癥的長期的防治工作帶來嚴(yán)重的影響[2]。中藥治療骨質(zhì)疏松性骨折療效確切。本課題依據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元方法，采用計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行力學(xué)分析補(bǔ)腎活血中藥防治骨質(zhì)疏松性椎體骨折的研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集

實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)的采集掃描對(duì)象均為本院病例，其中女性12例，男性16例，70～80歲 19例， 60～70歲11例，平均年齡76.5歲，按照倫理學(xué)原則，將病例隨機(jī)分成實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。所有患者均術(shù)前診斷為胸12骨質(zhì)疏松性椎體壓縮性骨折，椎體壓縮呈楔形（壓縮約1/2），X線排除其他病理情況，利用螺旋CT（Picker PQ-6000A，西門子公司，德國），對(duì)患者胸12椎體上緣到腰1椎體下緣進(jìn)行連續(xù)掃描，掃描條件：130KV，200mA，層距：1mm，間距：1.5mm，共126層，掃描數(shù)據(jù)經(jīng)過插值、放大處理后、以二維JEPG圖像格式輸入微機(jī)[3]。

1.2 骨質(zhì)疏松性椎體骨折有限元模型的建立

試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)圖像經(jīng)三維重建軟件Minics 8.1（南方醫(yī)科大學(xué)提供）處理，獲得T12至L1骨組織圖像，并進(jìn)行立體重建，導(dǎo)出椎體點(diǎn)云數(shù)據(jù)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)由逆向工程軟件 GeoMagic Studio 7.0（南方醫(yī)科大學(xué)提供）處理，經(jīng)過平滑、打磨等操作，獲NURBs曲面，經(jīng)檢查曲面完整及連續(xù)性后，存儲(chǔ)為IGES格式文件。啟動(dòng)ANSYS9.0軟件，導(dǎo)入經(jīng)GeoMagic Studio 7.0處理的IGES文件，Ansys自動(dòng)封閉曲面為體， 根據(jù)CT實(shí)測(cè)皮質(zhì)骨厚度，在ANSYS中重建皮質(zhì)骨、終板、間盤、髓核及韌帶等組織。完成正常腰椎三維有限元模型建立。皮質(zhì)骨厚1mm，終板高約0.5mm， 髓核、韌帶根據(jù)解剖數(shù)據(jù)重建，其具體單元類型[4]。

1.3 試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)組：按照臨床倫理學(xué)原則，將病例隨機(jī)分成實(shí)驗(yàn)組，實(shí)驗(yàn)組均采用絕對(duì)臥床休息加功能鍛煉，服用補(bǔ)腎活血方（枸杞子10g、鹽杜仲10g、酒萸肉10g、熟地黃10g、澤瀉10g、茯苓10g、山藥10g、牡丹皮10g、三七粉10g、甘草5g）水煎服，服用方法：每日一劑，每日三次，飯后服用；服用時(shí)間：受傷后第1至14天。服藥14天后再次均行螺旋CT（Picker PQ-6000A，西門子公司，德國），對(duì)患者胸12椎體上緣到腰1椎體下緣進(jìn)行連續(xù)掃描，掃描條件：130KV，200mA，層距：1mm，間距：1.5mm，共126層，建立二維JEPG圖像，并Minics 8.1和GeoMagic Studio 7.0軟件處理，建立骨質(zhì)疏松性椎體骨折有限元模型。

對(duì)照組：按照臨床倫理學(xué)原則，將病例隨機(jī)分成對(duì)照組，對(duì)照組均采用絕對(duì)臥床休息加功能鍛煉，服用雙氯芬酸鈉緩釋片75mg，每日一粒，飯后服用。服用時(shí)間：受傷后第1至14天。服藥14天后再次均行螺旋CT（Picker PQ-6000A，西門子公司，德國），對(duì)患者胸12椎體上緣到腰1椎體下緣進(jìn)行連續(xù)掃描，掃描條件：130KV，200mA，層距：1mm，間距：1.5mm，共126層，建立二維JEPG圖像，并Minics 8.1和GeoMagic Studio 7.0軟件處理，建立骨質(zhì)疏松性椎體骨折有限元模型。

1.4載荷加載

采用實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組服藥后建立胸12疏松性椎體骨折有限元模型，研究的主要研究內(nèi)容為治療后兩組患者胸12椎體壓縮骨折后局部載荷的情況，選擇向胸12椎體傾斜的斜坡面力為主要載荷，載荷為1000 N，比較兩組間的椎體載荷的變化。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件分析，計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)，兩組間差異的比較采用成組t檢驗(yàn)法；P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

實(shí)驗(yàn)組骨折前椎體最大載荷為（1726±287.3）N/mm，對(duì)照組骨折前椎體最大載荷為（1756.4±311.1） N/mm。兩組間椎體最大載荷用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，t分別為-0.199和0.208，P分別為0.845和0.838，均大于0.05，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見（表格1和2）。實(shí)驗(yàn)組骨折治療后椎體最大載荷為（2267.1±981.4）N /mm，對(duì)照組骨折治療后椎體最大載荷為（2161.8±882.9） N/mm。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組骨折前與骨折治療后最大載荷用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析比較，t值分別為-4.372和-4.15，P值分別為0.001和0.003，P值均小于0.05，兩組間有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組治療后能增加椎體的載荷。

3 討論

中藥治療骨質(zhì)疏松性骨折是一個(gè)熱點(diǎn)問題，中醫(yī)認(rèn)為骨質(zhì)疏松性骨折的主要病機(jī)是“腎虛血瘀”，因此“補(bǔ)腎活血”為治療原則。因此，費(fèi)用低，治療方便，不良反應(yīng)少的治療方法。研究表明補(bǔ)腎活血中藥不僅可以使腎精充盈，瘀腫消退，加速骨折愈合，也可以治療骨質(zhì)疏松[5]，同時(shí)預(yù)防血栓[6]。周忠明等證實(shí)補(bǔ)腎活血中藥可以阻止骨質(zhì)疏松大鼠骨量的丟失和骨結(jié)構(gòu)的退化[7]。王昌興[8]研究證實(shí)補(bǔ)腎活血中藥結(jié)合金葡液注射能明顯減輕骨質(zhì)疏松性骨折局部血腫，增強(qiáng)局部炎癥反應(yīng)和血管再生，增加各期骨痂的CT值，改善骨痂的顯微結(jié)構(gòu)，促進(jìn)軟骨內(nèi)化骨和膜內(nèi)化骨，使骨折愈合得以盡早完成。補(bǔ)腎中藥中的補(bǔ)陽中藥之所以能夠具有預(yù)防骨質(zhì)疏松疾病的功能，與其上調(diào)維生素D受體和核心結(jié)合因子表達(dá)有關(guān)，從而促進(jìn)骨形成，這將為開展補(bǔ)腎中藥在骨質(zhì)疏松防治領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了良好的理論基礎(chǔ)[9]

椎體骨折導(dǎo)致了原有結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這樣一種變化導(dǎo)致了軀體重心、肌肉負(fù)荷、韌帶負(fù)荷等的改變，從而使局部的應(yīng)力狀態(tài)也發(fā)生了改變。本研究中， 我們根據(jù)臨床中獲得的椎體數(shù)據(jù)，通過NU RBs曲面，建立了相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)節(jié)段模型， 椎間軟組織根據(jù)解剖學(xué)知識(shí)建立，獲得了較好的幾何逼近性，有助于研究骨折后椎體局部應(yīng)力的分布情況，為中藥防治預(yù)防骨質(zhì)疏松性骨折提供理論及實(shí)驗(yàn)的支持。

雖然在理論上有限元法適用于任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)，但在脊柱生物力學(xué)研究中仍有許多問題有待解決，有限元研究的最終目的在于為臨床提供生物力學(xué)基礎(chǔ)和理論依據(jù)， 因此得出的補(bǔ)腎活血中藥防治骨質(zhì)疏松性椎體骨折還需結(jié)合動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床觀察來進(jìn)行分析，從而起到相輔相成的作用。

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