Abstract

fundal

S-a demonstrat că traseul plăcii vertebrale este calea principală pentru nutriție către discul intervertebral. Cu toate acestea, este încă o problemă controversată cu privire la faptul că blocarea căii nutriționale a plăcii finale ar putea duce la degenerescența discului intervertebral (IDD) la modelele animale. Prin urmare, scopul a fost investigarea efectului inhibării ambelor căi nutriționale ale plăcii finale prin injecția de ciment osos asupra IDD într-un model de capră.

Metode

Două discuri intervertebrale lombare (L2-3 și L3-4) la opt capre de 24 de luni au fost blocate în ambele căi nutriționale ale plăcii finale prin injecție de ciment, iar celelalte două discuri intervertebrale lombare (L1-2 și L4-5) au rămas intacte ca controale normale. A fost calculat procentul efectiv al zonei de blocare în nucleul pulpos (NP) și s-au efectuat studii cu raze X, imagistică prin rezonanță magnetică (RMN) și histologie la 4, 12, 24 și 48 de săptămâni după operație.

Rezultate

Procentul mediu efectiv de blocare a fost de 60,7 ± 5,3%. Examinările imagistice la 48 de săptămâni după blocarea căilor nutriționale ale plăcii finale au arătat un IDD evident, cu o reducere mai mare a înălțimii discului și grade mai mari de gradare a degenerării discului comparativ cu controalele normale. Examinările histologice, inclusiv HE, tricromul lui Masson, roșu Sirius și colorarea proteoglicanului, au confirmat, de asemenea, modificările degenerative ale discurilor blocate.

Concluzii

Calea nutrițională a plăcii finale ar putea fi inhibată prin blocarea ambelor căi ale plăcii finale cu injecție de ciment într-un model de capră. Inhibarea severă în căile nutriționale ale plăcii finale poate duce la IDD.

fundal

Mulți factori sunt considerați a fi relevanți cu degenerescența discului intervertebral (IDD), cum ar fi alimentarea redusă, proliferarea dezechilibrată și apoptoza celulelor nucleului pulpos, pierderea conținutului de proteoglican și apă în matricea extracelulară, stresul mecanic repetat și răspunsul autoimun anormal [1] ]. Aprovizionarea cu nutriție este percepută ca unul dintre cei mai importanți factori în menținerea funcției biologice a discului intervertebral, care obține nutriția din vasele de sânge din vertebrele adiacente printr-un proces de difuzie prin placa finală ca cale principală [2].

Numeroase studii au indicat că reducerea aportului nutrițional în discul intervertebral ar putea duce la o scădere a concentrației și a activităților biologice ale celulelor nucleului pulpos (NPC) și chiar dezvoltarea IDD [3, 4]. Astfel, s-a emis ipoteza că, dacă calea nutrițională a plăcii finale este blocată, ar putea exista dezvoltarea deficitului de nutrienți pentru discul intervertebral, ceea ce ar putea duce la IDD. Cu toate acestea, ipoteza este încă controversată în modelele animale. Hutton și colab. [5] a blocat o cale nutritivă a plăcii finale cu ciment osos la modelul câinelui timp de până la 70 de săptămâni și nu a produs degenerescențe evidente în discul intervertebral. Între timp, Kang și colab. [6] a demonstrat că blocarea ambelor căi ale plăcii finale într-un model porcin imatur ar putea provoca IDD după 3 luni de intervenție a cimentului osos. Prin urmare, am decis să realizăm acest studiu pentru a demonstra efectul inhibării ambelor căi nutriționale ale plăcii finale prin injectarea cimentului osos asupra IDD într-un model de capră, pentru a clarifica constatările ambigue anterior.

Metode

Animale

Opt capre chineze mature Guanzhong (toate femelele, în vârstă de 24 de luni, greutatea cuprinsă între 35 și 45 kg, greutatea medie 41,3 ± 5,1 kg) din aceeași zonă de pășunat au fost furnizate de Centrul pentru animale al Școlii Medicale a Universității Xi'an Jiaotong pentru studiul actual. Experimentele pe animale au fost aprobate de subcomitetul de etică animală al primului spital afiliat al Universității Xi’an Jiaotong. După hrănirea standardizată timp de 2 săptămâni, toate caprele au fost sedate și anesteziate cu Su-Mian-Xin II (injecție intramusculară, 0,3 ml/kg) și propofol (picurare intravenoasă, 2 mg/kg) înainte de procedura chirurgicală.

Procedura chirurgicala

inhibarea

Procedura chirurgicală de blocare a ambelor căi nutriționale ale plăcii finale prin injecție de ciment. Au fost expuse corpurile vertebrale lombare determinate și discurile intervertebrale (A), iar sloturile au fost realizate paralel și aproape de plăcile de capăt (la aproximativ 2 mm distanță) (săgeți verzi în b). Cimentul osos a fost injectat pentru a umple defectul osos (săgeți galbene în c), iar lamele vertebrale lemnoase după osteotomie au fost prezentate în d

Evaluarea imagistică

La 4, 12, 24 și 48 de săptămâni după operație, două capre care au fost selectate aleatoriu și au fost sedate și anesteziate cu Su-Mian-Xin II (injecție intramusculară, 0,3 ml/kg) și propofol (picurare intravenoasă, 2 mg/kg) )) pentru evaluarea imagistică. Radiografia laterală și imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) a coloanei lombare au fost efectuate în fiecare moment. Sistemul Philips Intera Achieva 1,5 T RMN cu gradient dublu (Best, Olanda) a fost utilizat în acest studiu. Recuperarea inversiunii atenuate a presaturării echo-spectrale cu imagini ponderate T2-turbo spin (T2WI-TSE-SPAIR) (timp de repetare/timp de ecou [TR/TE] = 3500 ms/60 ms) și presaturare echo-spectrală de T1-turbo spin sagital recuperarea inversiunii (T1-TSE-SPIR) (TR/TE = 400 ms/7,8 ms) au fost scanate, respectiv. Gadobenat dimeglumină (Gd-BOPTA) care îmbunătățește contrastul a fost injectată pe capre prin injectare venoasă (o doză de 0,3 mmol/kg) înainte de scanarea RMN dinamică cu contrast îmbunătățit (DCE-MRI). La momentul 0 min, 5 min, 10 min, 30 min, 1,0 h, 2,0 h și 3,0 h după injectarea substanțelor de contrast, T1-TSE-SPIR sagital cu aceleași variabile au fost scanate și au durat 5 până la 7 ore în total.

Modificarea indicelui de înălțime a discului (DHI) a fost calculată ca procent de DHI (% DHI) și normalizată la înălțimea măsurată a discului intervertebral preoperator (% DHI = DHI postoperator/DHI preoperator × 100%). Clasificarea Pfirrmann a fost utilizată pentru clasificarea degenerării discurilor de la clasele 1 la 5: normală (scor = 1), degenerare ușoară (scor = 2), degenerare moderată (scor = 3), degenerare severă (scor = 4) și scor de degenerare avansată = 5) [7].

Măsurarea zonei eficiente de blocare a cimentului

Zona de blocare eficientă a fost definită ca procentul zonei medii de ciment din corpul vertebral paralel cu placa finală. După ce discurile au fost excizate, cimentul osos a fost separat de vertebre. Zonele exacte ale cimentului și ale corpului vertebral la cap și coadă au fost calculate utilizând software-ul CAD. Zona efectivă de blocare (% zonă de blocare) a fost calculată ca procent din suprafața medie de ciment din corpul vertebral paralel cu placa finală. Metodele de calcul specifice sunt după cum urmează:% suprafață de blocare = (secțiunea transversală craniană a cimentului + aria secțiunii transversale caudale a cimentului)/(secțiunea transversală craniană a vertebrelor + transversa caudală -secțiune a vertebrelor) × 100%.

Histologie

La 4, 12, 24 și 48 de săptămâni după operație, două capre care au fost selectate aleatoriu au fost în cele din urmă eutanasiate după examinările imagistice. Cele patru discuri experimentale (L2-3 și L3-4) și patru discuri de control (L1-2 și L4-5) au fost excizate la fiecare moment. Probele de disc au fost fixate cu 4% paraformaldehidă timp de cel puțin 48 de ore, decalcificate cu 8% etilendiaminetetra-acetat (EDTA) timp de 2 săptămâni, încorporate în metacrilat de metil și tăiate în felii cu 4 până la 6 μm grosime. Secțiunile de discuri au fost colorate cu hematoxilină-eozină (HE), tricromul Masson, Sirus Red și colorări de proteoglican pentru examinări fotomicroscopice.

analize statistice

Datele sunt raportate ca deviație medie și standard. Testul de analiză unidirecțională a varianței (ANOVA) a fost utilizat pentru analiza statistică, comparând diferența dintre% DHI și gradul de degenerare IDD între grupul experimental și grupul de control normal. Semnificația statistică a fost acceptată pentru P valori ale

Rezultate

Toate cele opt capre au tolerat bine procedura chirurgicală, fără complicații majore. Localizarea discului pentru fiecare intervenție, zona efectivă de blocare a cimentului,% DHI și gradul IDD sunt prezentate în Tabelul 1. Procentul mediu de blocare efectivă a fost de 60,7 ± 5,3% (variind de la 49,6 la 69,6%). Comparativ cu grupul de control normal, discurile după blocarea căilor nutriționale ale plăcii finale au avut modificări mai mari ale indicelui înălțimii discului, 72,7 ± 5,6% față de 86,5 ± 4,6% (P Tabelul 1 Zona eficientă de blocare a cimentului,% DHI și gradul IDD după 48 de săptămâni de intervenție chirurgicală

Imaginile histologice ale discurilor intervertebrale la 12, 24 și 48 de săptămâni după operație. anunț Colorările HE ale nucleului pulpos. e - h Colorațiile HE ale cartilajului. eu - l Colorările tricrome Masson ale discurilor intervertebrale. m - p Colorările Safranin O ale discurilor intervertebrale. q - t Colorările proteoglicanice ale discurilor intervertebrale. u - w Colorările Sirius Red ale discurilor intervertebrale

Discuţie

Discurile intervertebrale, ca cele mai mari organe avasculare la om, obțin în principal nutriție pe două căi, inclusiv calea nutrițională a plăcii finale și calea nutrițională fibroasă a inelului [8]. Fiind cea mai principală cale nutrițională a discurilor, calea nutrițională a plăcii finale joacă, de asemenea, un rol important în degenerarea discului intervertebral [9, 10]. Cu toate acestea, efectul blocării căii nutriționale a plăcii finale asupra IDD a fost încă neclar și controversat [5, 6]. Astfel, scopul acestui studiu a fost de a explora o metodă pentru stabilirea unui model animal stabil inhibat de o cale nutritivă stabilă a plăcii finale și de a investiga relația dintre calea nutrițională a plăcii finale și IDD.

Un model animal ideal de degenerescență a discului lombar ar avea următoarele trăsături: anatomie și caracteristici fiziologice similare în comparație cu ființele umane, simularea dezvoltării IDD și repetabilitate ridicată [11]. Am ales caprele ca model animal pentru studierea in vivo a căii nutriționale a discurilor intervertebrale. Ca un tip de modele animale de IDD, caprele prezintă avantaje considerabile, cum ar fi caracterul blând, prețul relativ ieftin, costul scăzut al hranei, toleranța bună la intervenții chirurgicale și simularea bună a dezvoltării IDD [12]. Lucrările noastre anterioare [13] au arătat că metabolismul nutrienților discurilor intervertebrale lombare ale caprelor normale are loc în principal prin calea cartilajului prin intermediul studiului RMN cu contrast dinamic. Pe baza studiului imagistic, am stabilit un model de capră matură în care ambele căi nutriționale ale plăcii finale au fost inhibate de injecția de ciment osos.

Aprovizionarea nutrițională a nucleului pulpos depinde în principal de difuzia vaselor în zona centrală a plăcii finale. Urban și colab. [19] a constatat că transportul solutului a avut loc în 85% din zona osului-disc sub nucleu și în doar 35% din zona osului-disc sub inelul interior, în timp ce interfața os-disc la inelul exterior a fost aproape complet impermeabil. Oki și colab. [20] a efectuat un experiment pentru a examina diferența morfologică dintre mugurii vasculari în două regiuni ale plăcii vertebrale la iepurii de 20 de săptămâni. Rezultatul a arătat că mugurii vasculari din zona din apropierea nucleului pulpos au prezentat bucle asemănătoare bobinelor umflate și complexe cu permeabilitate ridicată la placa finală, în timp ce cei din regiunea inelului interior au format doar bucle simple cu permeabilitate redusă. În această cercetare, osul cancelos al vertebrelor lombare la 1 - 2 mm de pe placa finală, în special în zona centrală de sub nucleu, a fost excizat și reumplut cu ciment osos, pentru a inhiba pe cât posibil căile nutriționale. Procentul mediu efectiv de blocare a fost de 60,7%, ceea ce ar putea atinge obiectivul de a inhiba în mod eficient ambele căi nutriționale ale plăcii finale în teorie.

Examinările imagistice la 48 de săptămâni după blocarea ambelor căi nutritive ale plăcii finale au arătat modificări evidente ale IDD, inclusiv reducerea semnificativă a înălțimii discului și gradarea mai mare a degenerescenței discului, comparativ cu grupul de control. Mai multe examinări histologice au fost efectuate în studiul actual pentru a confirma modificările IDD după blocarea ambelor căi nutriționale ale plăcii finale, inclusiv prăbușirea inelului fibros, pierderea celulelor notocordale și a cartilajului, creșterea colagenului de tip I și scăderea colagen de tip II în discurile de blocare a cimentului.

Cititorii ar trebui să fie conștienți de limitările studiului nostru. Am ales discurile adiacente mai degrabă decât aceleași segmente la alte capre ca martori normali, care pot influența mai mult sau mai puțin rezultatele cercetărilor noastre din cauza posibilei degenerări a segmentelor adiacente după injecția cimentului osos. Mai mult, nu au existat controale pozitive prin rănirea bățului acului pe discuri sau alte mijloace în acest studiu.

Concluzii

Un studiu de capră a stabilit un model de capră matură cu ambele căi nutriționale ale plăcii finale blocate de injecția de ciment osos. Rezultatele după 48 de săptămâni de intervenție a cimentului osos au arătat că inhibarea severă în căile nutriționale ale plăcii finale poate duce la IDD.