補腎活血中藥預防骨質疏松性椎體骨折的有限元研究

關鍵詞： 補腎活血中藥 ；骨質疏松性椎體骨折 ； 有限元

【中圖分類號】R816.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】1002-3763（2014）04-0003-01

骨質疏松隨著人口老齡化而日益成為公共健康事業中的突出問題。據預測我國約有8800萬骨質疏松癥患者，預計到2050年將達到2.12億，每年醫療費用按保守估計需要150億人民幣[1]。骨質疏松癥最大的危害是骨質疏松性骨折，骨質疏松性椎體骨折是骨質疏松癥患者致殘致死的主要原因。目前，骨質疏松的預防和治療主要是依賴藥物，但是西藥的副作用、安全性及長期的經濟負擔使患者難以堅持長期服用，給骨質疏松癥的長期的防治工作帶來嚴重的影響[2]。中藥治療骨質疏松性骨折療效確切。本課題依據計算機技術和有限元方法，采用計算機模擬進行力學分析補腎活血中藥防治骨質疏松性椎體骨折的研究。

1 材料與方法

1.1 試驗數據的采集

實驗原始數據的采集掃描對象均為本院病例，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，按照倫理學原則，將病例隨機分成實驗組和對照組。所有患者均術前診斷為胸12骨質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），對患者胸12椎體上緣到腰1椎體下緣進行連續掃描，掃描條件：130KV，200mA，層距：1mm，間距：1.5mm，共126層，掃描數據經過插值、放大處理后、以二維JEPG圖像格式輸入微機[3]。

1.2 骨質疏松性椎體骨折有限元模型的建立

試驗采集的數據圖像經三維重建軟件Minics 8.1（南方醫科大學提供）處理，獲得T12至L1骨組織圖像，并進行立體重建，導出椎體點云數據。點云數據由逆向工程軟件 GeoMagic Studio 7.0（南方醫科大學提供）處理，經過平滑、打磨等操作，獲NURBs曲面，經檢查曲面完整及連續性后，存儲為IGES格式文件。啟動ANSYS9.0軟件，導入經GeoMagic Studio 7.0處理的IGES文件，Ansys自動封閉曲面為體， 根據CT實測皮質骨厚度，在ANSYS中重建皮質骨、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。皮質骨厚1mm，終板高約0.5mm， 髓核、韌帶根據解剖數據重建，其具體單元類型[4]。

1.3 試驗方法

實驗組：按照臨床倫理學原則，將病例隨機分成實驗組，實驗組均采用絕對臥床休息加功能鍛煉，服用補腎活血方（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），對患者胸12椎體上緣到腰1椎體下緣進行連續掃描，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，建立骨質疏松性椎體骨折有限元模型。

對照組：按照臨床倫理學原則，將病例隨機分成對照組，對照組均采用絕對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），對患者胸12椎體上緣到腰1椎體下緣進行連續掃描，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，建立骨質疏松性椎體骨折有限元模型。

1.4載荷加載

采用實驗組和對照組服藥后建立胸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 統計學處理

采用SPSS13.0統計軟件分析，計量資料采用均數±標準差標，兩組間差異的比較采用成組t檢驗法；P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

實驗組骨折前椎體最大載荷為（1726±287.3）N/mm，對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立樣本t檢驗，t分別為-0.199和0.208，P分別為0.845和0.838，均大于0.05，差異無統計學意義，見（表格1和2）。實驗組骨折治療后椎體最大載荷為（2267.1±981.4）N /mm，對照組骨折治療后椎體最大載荷為（2161.8±882.9） N/mm。實驗組和對照組骨折前與骨折治療后最大載荷用獨立樣本t檢驗進行分析比較，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0.05，兩組間有統計學意義，說明實驗組比對照組治療后能增加椎體的載荷。

3 討論

中藥治療骨質疏松性骨折是一個熱點問題，中醫認為骨質疏松性骨折的主要病機是“腎虛血瘀”，因此“補腎活血”為治療原則。因此，費用低，治療方便，不良反應少的治療方法。研究表明補腎活血中藥不僅可以使腎精充盈，瘀腫消退，加速骨折愈合，也可以治療骨質疏松[5]，同時預防血栓[6]。周忠明等證實補腎活血中藥可以阻止骨質疏松大鼠骨量的丟失和骨結構的退化[7]。王昌興[8]研究證實補腎活血中藥結合金葡液注射能明顯減輕骨質疏松性骨折局部血腫，增強局部炎癥反應和血管再生，增加各期骨痂的CT值，改善骨痂的顯微結構，促進軟骨內化骨和膜內化骨，使骨折愈合得以盡早完成。補腎中藥中的補陽中藥之所以能夠具有預防骨質疏松疾病的功能，與其上調維生素D受體和核心結合因子表達有關，從而促進骨形成，這將為開展補腎中藥在骨質疏松防治領域的應用奠定了良好的理論基礎[9]

椎體骨折導致了原有結構發生變化，這樣一種變化導致了軀體重心、肌肉負荷、韌帶負荷等的改變，從而使局部的應力狀態也發生了改變。本研究中， 我們根據臨床中獲得的椎體數據，通過NU RBs曲面，建立了相應的運動節段模型， 椎間軟組織根據解剖學知識建立，獲得了較好的幾何逼近性，有助于研究骨折后椎體局部應力的分布情況，為中藥防治預防骨質疏松性骨折提供理論及實驗的支持。

雖然在理論上有限元法適用于任何復雜結構，但在脊柱生物力學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基礎和理論依據， 因此得出的補腎活血中藥防治骨質疏松性椎體骨折還需結合動物實驗和臨床觀察來進行分析，從而起到相輔相成的作用。

參考文獻：

[1]朱漢民，骨質疏松癥臨床診療問答[M].上海：科學技術出版社，2010.

[2] Dominguez LJ，Scalisi R，Barbagallo M.Therapeutic options in osteoporosis[J].Acta Biomed，2010，suppl 1：55-65

[3] 李健，徐暉，程立明，等.胸腰段椎體壓縮性骨折三維有限元模型的建立及其意義[J] .中國臨床解剖學雜志. 2005，23 （2）：199 -201.

[4] 王加謀，李前龍等，一種骨質疏松性椎體壓縮性骨折有限元模型的建立方法，中國中醫骨傷科雜志，2007，15（1）：56-58

[5] 陳希，梁祖建，邵敏.補腎健脾活血方對骨質疏松癥信號傳導基因表達的調控作用[J].新醫藥，2008，40（3）：60—62

[6]杜曉紅，毛瑞陽，鄒瑜馳.疏血通對老年II型糖尿病患者血液流變學的影響[J].全科醫學臨床與教育，2009，7（2）：162-163.

[7] 周忠明，姜惠中，張亞兵.滋補肝腎中藥方對去卵巢骨質疏松模型大鼠骨組織影響的實驗研究[J].中國藥師，2011，14（2）：154-157

[8] 王昌興，何建能等，補腎活血方結合金葡液局部注射治療骨質疏松性骨折的試驗研究[J].中華中醫藥學刊，2013，31（10）2185-2187

[9] 魏義勇，石印玉，詹紅生.補腎中藥對成骨細胞VDR、Cbfa1mRNA表達的影響[J].中國骨傷，2006，11（19）：659-661