椎体在疲劳负荷下的微损伤
作者：吕维加 吕多赛 陆瓞骥 梁智仁 欧阳均
单位：吕维加 吕多赛 陆瓞骥 梁智仁(香港大学医学院骨科学系)；欧阳均((第一军医大学临床解剖学研究所，广州)
关键词：脊柱；疲劳负荷；微骨折
中国矫形外科杂志001214 摘 要 目的：详细研究在正常生理负荷范围内，疲劳负荷强 度对腰椎椎体微损伤造成的影响。方法：将33个取自7具成年男性尸体之T12～L 4椎体标本随机性分组。疲劳试验组以2Hz频率反复加压2万次。所加负荷分别为造成骨折之 平均最大负荷的10%、20%及30%。疲劳试验后，自受检椎体各采取圆柱状标本4个，进行组织 形 态学检查。结果：疲劳试验后，X线检查未发现骨折。而显微镜下可见到骨小梁微骨折。微 骨折密度随疲劳负荷强度的增加而逐渐增加(从最大负荷10%组的0.46#/mm2，逐渐增加至 20%组的0.66#/mm2及30%组的0.94#/mm2，(P<0.05)。以上证据显示生理范围内疲 劳 负荷可造成X线片下不可见之微骨折发生。而微骨折的累积，最终会增加椎体发生宏观骨折 的机会。
, 百拇医药
中图分类号 R681 文献标识码 A 文章编号 1005-8478(2000)12-1187-04
Vertebral Microfracture Caused by Fatique Loads
LU Wei-jia, LU Duo-sai, OU Yang-jun
(The Orthopedic Departm ent, Hongkong University.)
Abstract Objective: It is hypothetical that low back pa in may be related to vertebral microfracture caused by repetitive stress. The pu rpose of this study was to investigate the thoracolumbar vertebral microfracture on young human spine under physiological cyclic compression loads. Methods: Thi rty-three thoracolumbar vertebrae(T12 to L4) were obtained from 7 adult male cadavers and were randomly divided into 5 groups. Cyclical compression was performed for 20,000 cycles at 2 Hz and the load magnitude was determined respe ctively as 10%, 20% and 30% of the ultimate compressive load. Four cylindrical s ections were obtained from each vertebra after fatigue loads and cross-sectiona l slides were made, and histomorphometry was observed. Results: No fracture was detected in the radiographs after fatigue compression. Microfracture density in the cyclic compression group increased from 0.46#/mm2 in Group Ⅲ to 0.66#/mm 2(Group Ⅳ) and 0.94#/mm2 (Group Ⅴ) under different loading levels (P< 0.05). These results provide evidence for the existence of microfractures caus ed by fatigue loads that are undetectable by X-ray. The microfractures may cont ribute to the increased chance of fracture occurrence.
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Key words Spine Fatigue load Microfracture
在运动员及军人中，由管状骨之应力骨折或疲劳骨折而引起之慢性疼痛并不少见[14 ]，基础研究表明疲劳性负荷可使骨小梁产生显微镜下微小骨折[6，13，15，19] 。在运输业者中进行的流行病学调查提示司机的慢性腰痛可能与驾驶时所受到的重复性负 荷有关[2，18]，有研究者提出在日常生活中受到长期重复性应力作用可能造成 椎体微损伤，进而产生慢性腰痛[20]。
以往的有关研究因为使用动物模型或老年人标本[11，18，20]，其所得结果无法 直接反应青壮年的情况。另外，尚无任何研究对在疲劳负荷下产生椎体内微损伤的分布情况 进行研究。本试验的目的旨在详细研究在正常生理负荷范围内，疲劳负荷强度对腰椎椎体微 损伤造成的影响。
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1 材料与方法
1.1材料
1.1.1 标本 33具T12～L4椎体标本取自7具新鲜成年男性(25～32岁)尸体。经 正侧位X线片检查，均无明显骨性异常及退行性变化。清除椎体周围肌肉及软组织，双层塑 料袋密封，-30℃冷冻保存，测试前，于室温下置于生理盐水内解冻。
1.1.2 实验仪器 (1)力学实验：美国明尼苏达州Material Testing Systems的858MTS材料 试验机。实验时，使用Epoxy树脂包埋椎体下部于钢制盒具内，再固定于试验机平台上。通 过一连接于试验机活塞之厚10mm直径200mm的钢板，负荷可以平均地施加于椎体断面的各个 部位。(2)骨密度测定仪：美国Hologic公司的Fan Beam X-ray Bone Densitometer。使用 此仪器测定骨密度及估算椎体断面积。(3)组织形态学检查：德国Opton公司Opton B-9901 显微镜，配英国Tonbridge Kent, Graticules公司indexd grid，用于观察及计算组织切片 中之微骨折的密度。
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1.2 方法
1.2.1 实验分组 33具椎体被随机性地分为5组：第1组：无负荷对照(n=6);第2组：压缩 骨折组(n=6)，接受压缩负荷直至骨折；第3～5组(每组n=7)，分别接受不同强度之压缩性 疲劳负荷(见表1)。
表1 标本分组情况一览 标本号
1
2
3
4
5
6
7
第1组*
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T12
L1
L2
L3
L4
L4
第2组* *
T12
L1
L2
L3[ 〗L4
, 百拇医药
L3
第3组+
T12
L1
L2
L3
L4
L2
L3
第4组+ +
T12
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L1
L2
L3
L4
T 12
L1
第5组+ + +
T12
L1
L2
L3[ 〗L4
, 百拇医药
L2
L4
* 对照(无负荷) * *施加压缩负荷直至骨折
+施加循环性疲劳压缩负荷(骨折时平均最大负荷的10%)
+ +施加循环性疲劳压缩负荷(骨折时平均最大负荷的20%)
+ + +施加循环性疲劳压缩负荷(骨折时平均最大负荷的30%)
1.2.2. 实验条件 第2组：以5mm/min之速度施加压缩负荷，直至骨折发生。第3～5组 ：首先施加350N之预负荷(基本上相等于上半身的重量)，然后分别加压到第2组所测得之骨 折时平均最大负荷的10%、20%及30%，以2Hz的正弦波形式循环此周期共2万次。每1?000周 期采取5个周期之数据，将第5周期经直线回归处理之负荷-位移曲线的斜率定义为椎体的刚 度(stiffness)。对照组(第1组)：与第3～5组在同样室温环境下放置同样时间，但不施加 任何负荷。
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1.3 标本采样及处理 力学实验后，拍摄X线片检查有无骨折发生，然后从椎体中央用空芯 钻刀采取直径8mm之圆柱状标本4个(见图1)。在水洗及超声脱脂后，使用1%标准洋红染色。 染色后，自圆柱状标本正中切取两厚200μm组织片，包埋于玻片留等检查。
1.4 观察项目 将组织片作上、中、下三等分(见图1)。100倍放大率下，于每一部份各任 意取10个1mm2区域，计数区域内微骨折的数目，同时估算区域内骨小梁所占面积。进而 计算出每一部份(10个区域)及每一组织片(30个区域)的微骨折密度(微骨折数目/响应区域内 骨小梁面积)。微骨折的定义为：(1)骨小梁出现边缘锐利之裂纹。(2)裂纹边缘被标准阳红 深染。这种定义可被用来鉴别微骨折是由疲劳负荷引起还是在标本准备过程中由于人为损 伤所致。后者引起之裂纹不被阳红染色。(3)形态大于骨小管而小于血管腔。
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图1 力学疲劳试验后椎体内微骨 折测量的试验设计
1.5 统计学方法 采用SPSS 8.0进行统计学分析。5组间骨密度、椎体强度及微骨折密度的 差异采用two-way ANOVA及Student-Newman-Keuls(SNK) test检验。椎体上、中、下三部 分微骨折密度的差异也采用同法分析。椎体强度与微骨折密度之间的关系采用Pearson's ra nk correlation coefficients分析。显著性水平设为0.05。
2 结 果
2.1骨密度
各实验组的平均骨密度为(0.46±0.03)g/cm2，范围(0.45～0.47)g/cm2。各组间骨密 度值无显著性差异。
2.2 力学实验
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在第2组所测得之骨折时平均最大负荷为4?853.83N，平均最大应力为3.35MPa。
经疲劳试验后的第3～5组的X线片均无骨折现象发现。椎体刚度在第3组(疲劳负荷为骨折 时平均最大负荷的10%)中于实验前后基本保持不变。而在第4及第5组(疲劳负荷分别为骨 折时平均最大负荷的20%及30%)刚度则在首10?000个负荷周期内明显增加(见图2)。接受循 环性疲劳负荷前后椎体刚度的变化率计算如下：
R=(Sa-Sb)/Sb×100%
其中R为刚度的变化率，Sb为疲劳负荷前刚度，Sa为疲劳负荷后刚度。
R值的增加表示骨小梁在受压变形后恢复原状能力较差。统计学处理显示第3组的椎体刚度变 化率(9.16%)分别与第4组(25.26%)及第5组(25.4%)呈显著性差异(P<0.05),而第4及第 5组之间则无显著性差异。
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图2 接受循环负荷时椎体平均刚 度的变化(第3～5组)刚度的增加在前5?000周期较为明显。
2.3 组织形态学观察
镜下所见之微骨折为骨小梁内裂纹，其边缘被阳红深染(见图3)。各组间微骨折密度存在显 著性差异(见表2、图4)。第1组(无负荷对照组)的微骨折密度为0.25±0.05#/mm2，微骨 折密度随疲劳负荷强度的增加而呈显著性增加(P<0.05)。第3组的密度为0.45#/mm2 ，第4组为0.64#/mm2(增加42.2%)，第5组则为0.94#/mm2(增加108.9%)。第2组骨 折组的微骨折密度为0.67±0.21#/mm2，与第4组相近，而明显高于第3组(P<0.05) ，低于第5组(P<0.05)。镜下观察所见，第2组中骨小梁折断多于骨小梁裂纹。在各疲劳 负荷实验组，微骨折密度在椎体上、中、下三个区域的分布没有显著性差异。
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表2 椎体内不同区域微骨折密度与平均刚度变化率的关系 组别
刚度变化率
R(%)
上层
(#/mm2)
中层
(#/mm 2)
下层
(#/mm2)
全层
(#/mm2)
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Ⅲ
9.15
0.40
0.46
0.50
0.45
S.D.
±6.6
±0.12
±0.13
±0.20
±0.15
Ⅳ
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25.26
0.67
0.66
0.59
0.64
S.D.
±18.2
±0.21
±0.23
±0.12
±0.19
Ⅴ
25.42
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0.87
1.02
0.94
0.94
S.D.
±18.3
±0.27
±0.21
±0.17
±0.22
图3 椎体内骨小梁微骨折的典型病 例
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箭头所示为骨小梁内裂纹被标准洋红深染，微骨折与骨小梁边缘平行。(放大率 400x)
图4 各试验组之间微骨折密 度的比较
2.4 疲劳负荷后椎体刚度与微骨折密度之间的关系
两者之间有一定的相关性并有统计学意义(r=0.563,P<0.01)，提示微骨折密度的增加使 椎体刚度增加，或使负荷后恢复原状的能力降低。
3 讨 论
本文探讨了中国男性成年腰椎椎体的的疲劳损伤，及所引起之微骨折与疲劳负荷之间的关系 。所得结果与文献[1，11]相符，即在生理负荷范围内的重复性压缩负荷可使椎体 发生骨折。本文更进一步探讨了单一负荷与疲劳负荷对微骨折发生的影响。组织学所见显示 微骨折密度随循环负荷之强度的增加而增加，而单一压缩负荷所发生的微骨折密度则显著性 的低于疲劳负荷(P<0.05)(见图2)。综上所述，我们认为当一个椎体受到循环性压缩负 荷时，即使负荷处于生理范围内，且X线片上无骨折发现，但可能已经发生骨小梁内微骨折 。骨小梁骨折则在负荷累积到一定程度后才会发生。但是，本文所发现的椎体微骨折与慢性 腰痛的关系还有待进一步探讨。
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以往大多数研究[7～9]将重点集中在动态压缩负荷引起的疲劳骨折，其中部份研究 清楚地指出日常生活中的循环负荷可引起疲劳骨折。而骨折的类型及引起骨折的疲劳强度则 与年龄及随加龄而引起的组织退变程度有关[7]。Hasekawa等人[10]曾对 成年犬椎体-椎间盘复合体接受疲劳负荷后的微骨折密度进行检讨，发现在重复10万次 生理 性压缩负荷后，椎间盘髓核切除组椎体内微骨折密度明显高于椎间盘正常组。其结果显示椎 间盘损伤使相邻椎体在循环负荷下易受损伤。另外，他们还发现微骨折密度与骨小梁骨密度 呈负相关，提示在骨质疏松之椎体内会累积更多的微骨折。
本研究发现微骨折密度在椎体的上、中、下部位呈均匀分布，与其它报告[10]所述 之微骨折的接近终板部位较多的结论不同。这可能归因于此实验采用年青男性腰椎，从而与 以往使用老年人或动物标本得出不同结果。
Hasekawa[10]指出椎体刚度的增加与脊椎变形增加有关，引起脊椎弹性降低，进而 增加了负荷在椎体间的传导。本研究支持此结论，并显示椎体刚度与微骨折密度相关。脊柱 刚度的增加提示椎体骨折的密度增加而吸收能量的能力降低。脊柱力学特性的改变可能大大 增加骨折发生的可能性。Burr等人[4]同样发现椎体刚度的增加与损伤的累积相关 ，并因吸收能量的能力降低而使抵抗骨折的能力降低。
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本实验还提示在日常生活中，脊柱高度的降低不单可由椎间盘变化引起，而且可由椎体变形 引起。长期而言，这种变化可能会增加骨折发生的可能性。
4 结 论
在施加生理性疲劳负荷后，虽然在X线片下无骨折发生，但组织学检查显示有椎体内骨小梁 微骨折存在。随疲劳负荷强度的增加，椎体在轴向上的变形及力学刚度均增加，微骨折密度 也随之增加。而微骨折的累积，最终会增加椎体发生宏观骨折的机会。
本研究得到香港政府大学研究资助委员会资助：HKRGC(HKU475/96M)
作者简介：吕维加，男，科学主任，副教授。主研方 向：脊柱生物力学。
参考文献：
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(收稿：2000-05-10 修回：2000-07-26), http://www.100md.com
单位：吕维加 吕多赛 陆瓞骥 梁智仁(香港大学医学院骨科学系)；欧阳均((第一军医大学临床解剖学研究所，广州)
关键词：脊柱；疲劳负荷；微骨折
中国矫形外科杂志001214 摘 要 目的：详细研究在正常生理负荷范围内，疲劳负荷强 度对腰椎椎体微损伤造成的影响。方法：将33个取自7具成年男性尸体之T12～L 4椎体标本随机性分组。疲劳试验组以2Hz频率反复加压2万次。所加负荷分别为造成骨折之 平均最大负荷的10%、20%及30%。疲劳试验后，自受检椎体各采取圆柱状标本4个，进行组织 形 态学检查。结果：疲劳试验后，X线检查未发现骨折。而显微镜下可见到骨小梁微骨折。微 骨折密度随疲劳负荷强度的增加而逐渐增加(从最大负荷10%组的0.46#/mm2，逐渐增加至 20%组的0.66#/mm2及30%组的0.94#/mm2，(P<0.05)。以上证据显示生理范围内疲 劳 负荷可造成X线片下不可见之微骨折发生。而微骨折的累积，最终会增加椎体发生宏观骨折 的机会。
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中图分类号 R681 文献标识码 A 文章编号 1005-8478(2000)12-1187-04
Vertebral Microfracture Caused by Fatique Loads
LU Wei-jia, LU Duo-sai, OU Yang-jun
(The Orthopedic Departm ent, Hongkong University.)
Abstract Objective: It is hypothetical that low back pa in may be related to vertebral microfracture caused by repetitive stress. The pu rpose of this study was to investigate the thoracolumbar vertebral microfracture on young human spine under physiological cyclic compression loads. Methods: Thi rty-three thoracolumbar vertebrae(T12 to L4) were obtained from 7 adult male cadavers and were randomly divided into 5 groups. Cyclical compression was performed for 20,000 cycles at 2 Hz and the load magnitude was determined respe ctively as 10%, 20% and 30% of the ultimate compressive load. Four cylindrical s ections were obtained from each vertebra after fatigue loads and cross-sectiona l slides were made, and histomorphometry was observed. Results: No fracture was detected in the radiographs after fatigue compression. Microfracture density in the cyclic compression group increased from 0.46#/mm2 in Group Ⅲ to 0.66#/mm 2(Group Ⅳ) and 0.94#/mm2 (Group Ⅴ) under different loading levels (P< 0.05). These results provide evidence for the existence of microfractures caus ed by fatigue loads that are undetectable by X-ray. The microfractures may cont ribute to the increased chance of fracture occurrence.
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Key words Spine Fatigue load Microfracture
在运动员及军人中，由管状骨之应力骨折或疲劳骨折而引起之慢性疼痛并不少见[14 ]，基础研究表明疲劳性负荷可使骨小梁产生显微镜下微小骨折[6，13，15，19] 。在运输业者中进行的流行病学调查提示司机的慢性腰痛可能与驾驶时所受到的重复性负 荷有关[2，18]，有研究者提出在日常生活中受到长期重复性应力作用可能造成 椎体微损伤，进而产生慢性腰痛[20]。
以往的有关研究因为使用动物模型或老年人标本[11，18，20]，其所得结果无法 直接反应青壮年的情况。另外，尚无任何研究对在疲劳负荷下产生椎体内微损伤的分布情况 进行研究。本试验的目的旨在详细研究在正常生理负荷范围内，疲劳负荷强度对腰椎椎体微 损伤造成的影响。
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1 材料与方法
1.1材料
1.1.1 标本 33具T12～L4椎体标本取自7具新鲜成年男性(25～32岁)尸体。经 正侧位X线片检查，均无明显骨性异常及退行性变化。清除椎体周围肌肉及软组织，双层塑 料袋密封，-30℃冷冻保存，测试前，于室温下置于生理盐水内解冻。
1.1.2 实验仪器 (1)力学实验：美国明尼苏达州Material Testing Systems的858MTS材料 试验机。实验时，使用Epoxy树脂包埋椎体下部于钢制盒具内，再固定于试验机平台上。通 过一连接于试验机活塞之厚10mm直径200mm的钢板，负荷可以平均地施加于椎体断面的各个 部位。(2)骨密度测定仪：美国Hologic公司的Fan Beam X-ray Bone Densitometer。使用 此仪器测定骨密度及估算椎体断面积。(3)组织形态学检查：德国Opton公司Opton B-9901 显微镜，配英国Tonbridge Kent, Graticules公司indexd grid，用于观察及计算组织切片 中之微骨折的密度。
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1.2 方法
1.2.1 实验分组 33具椎体被随机性地分为5组：第1组：无负荷对照(n=6);第2组：压缩 骨折组(n=6)，接受压缩负荷直至骨折；第3～5组(每组n=7)，分别接受不同强度之压缩性 疲劳负荷(见表1)。
表1 标本分组情况一览 标本号
1
2
3
4
5
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第1组*
, 百拇医药
T12
L1
L2
L3
L4
L4
第2组* *
T12
L1
L2
L3[ 〗L4
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第3组+
T12
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第4组+ +
T12
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第5组+ + +
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L2
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* 对照(无负荷) * *施加压缩负荷直至骨折
+施加循环性疲劳压缩负荷(骨折时平均最大负荷的10%)
+ +施加循环性疲劳压缩负荷(骨折时平均最大负荷的20%)
+ + +施加循环性疲劳压缩负荷(骨折时平均最大负荷的30%)
1.2.2. 实验条件 第2组：以5mm/min之速度施加压缩负荷，直至骨折发生。第3～5组 ：首先施加350N之预负荷(基本上相等于上半身的重量)，然后分别加压到第2组所测得之骨 折时平均最大负荷的10%、20%及30%，以2Hz的正弦波形式循环此周期共2万次。每1?000周 期采取5个周期之数据，将第5周期经直线回归处理之负荷-位移曲线的斜率定义为椎体的刚 度(stiffness)。对照组(第1组)：与第3～5组在同样室温环境下放置同样时间，但不施加 任何负荷。
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1.3 标本采样及处理 力学实验后，拍摄X线片检查有无骨折发生，然后从椎体中央用空芯 钻刀采取直径8mm之圆柱状标本4个(见图1)。在水洗及超声脱脂后，使用1%标准洋红染色。 染色后，自圆柱状标本正中切取两厚200μm组织片，包埋于玻片留等检查。
1.4 观察项目 将组织片作上、中、下三等分(见图1)。100倍放大率下，于每一部份各任 意取10个1mm2区域，计数区域内微骨折的数目，同时估算区域内骨小梁所占面积。进而 计算出每一部份(10个区域)及每一组织片(30个区域)的微骨折密度(微骨折数目/响应区域内 骨小梁面积)。微骨折的定义为：(1)骨小梁出现边缘锐利之裂纹。(2)裂纹边缘被标准阳红 深染。这种定义可被用来鉴别微骨折是由疲劳负荷引起还是在标本准备过程中由于人为损 伤所致。后者引起之裂纹不被阳红染色。(3)形态大于骨小管而小于血管腔。
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图1 力学疲劳试验后椎体内微骨 折测量的试验设计
1.5 统计学方法 采用SPSS 8.0进行统计学分析。5组间骨密度、椎体强度及微骨折密度的 差异采用two-way ANOVA及Student-Newman-Keuls(SNK) test检验。椎体上、中、下三部 分微骨折密度的差异也采用同法分析。椎体强度与微骨折密度之间的关系采用Pearson's ra nk correlation coefficients分析。显著性水平设为0.05。
2 结 果
2.1骨密度
各实验组的平均骨密度为(0.46±0.03)g/cm2，范围(0.45～0.47)g/cm2。各组间骨密 度值无显著性差异。
2.2 力学实验
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在第2组所测得之骨折时平均最大负荷为4?853.83N，平均最大应力为3.35MPa。
经疲劳试验后的第3～5组的X线片均无骨折现象发现。椎体刚度在第3组(疲劳负荷为骨折 时平均最大负荷的10%)中于实验前后基本保持不变。而在第4及第5组(疲劳负荷分别为骨 折时平均最大负荷的20%及30%)刚度则在首10?000个负荷周期内明显增加(见图2)。接受循 环性疲劳负荷前后椎体刚度的变化率计算如下：
R=(Sa-Sb)/Sb×100%
其中R为刚度的变化率，Sb为疲劳负荷前刚度，Sa为疲劳负荷后刚度。
R值的增加表示骨小梁在受压变形后恢复原状能力较差。统计学处理显示第3组的椎体刚度变 化率(9.16%)分别与第4组(25.26%)及第5组(25.4%)呈显著性差异(P<0.05),而第4及第 5组之间则无显著性差异。
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图2 接受循环负荷时椎体平均刚 度的变化(第3～5组)刚度的增加在前5?000周期较为明显。
2.3 组织形态学观察
镜下所见之微骨折为骨小梁内裂纹，其边缘被阳红深染(见图3)。各组间微骨折密度存在显 著性差异(见表2、图4)。第1组(无负荷对照组)的微骨折密度为0.25±0.05#/mm2，微骨 折密度随疲劳负荷强度的增加而呈显著性增加(P<0.05)。第3组的密度为0.45#/mm2 ，第4组为0.64#/mm2(增加42.2%)，第5组则为0.94#/mm2(增加108.9%)。第2组骨 折组的微骨折密度为0.67±0.21#/mm2，与第4组相近，而明显高于第3组(P<0.05) ，低于第5组(P<0.05)。镜下观察所见，第2组中骨小梁折断多于骨小梁裂纹。在各疲劳 负荷实验组，微骨折密度在椎体上、中、下三个区域的分布没有显著性差异。
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表2 椎体内不同区域微骨折密度与平均刚度变化率的关系 组别
刚度变化率
R(%)
上层
(#/mm2)
中层
(#/mm 2)
下层
(#/mm2)
全层
(#/mm2)
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Ⅲ
9.15
0.40
0.46
0.50
0.45
S.D.
±6.6
±0.12
±0.13
±0.20
±0.15
Ⅳ
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25.26
0.67
0.66
0.59
0.64
S.D.
±18.2
±0.21
±0.23
±0.12
±0.19
Ⅴ
25.42
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0.87
1.02
0.94
0.94
S.D.
±18.3
±0.27
±0.21
±0.17
±0.22
图3 椎体内骨小梁微骨折的典型病 例
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箭头所示为骨小梁内裂纹被标准洋红深染，微骨折与骨小梁边缘平行。(放大率 400x)
图4 各试验组之间微骨折密 度的比较
2.4 疲劳负荷后椎体刚度与微骨折密度之间的关系
两者之间有一定的相关性并有统计学意义(r=0.563,P<0.01)，提示微骨折密度的增加使 椎体刚度增加，或使负荷后恢复原状的能力降低。
3 讨 论
本文探讨了中国男性成年腰椎椎体的的疲劳损伤，及所引起之微骨折与疲劳负荷之间的关系 。所得结果与文献[1，11]相符，即在生理负荷范围内的重复性压缩负荷可使椎体 发生骨折。本文更进一步探讨了单一负荷与疲劳负荷对微骨折发生的影响。组织学所见显示 微骨折密度随循环负荷之强度的增加而增加，而单一压缩负荷所发生的微骨折密度则显著性 的低于疲劳负荷(P<0.05)(见图2)。综上所述，我们认为当一个椎体受到循环性压缩负 荷时，即使负荷处于生理范围内，且X线片上无骨折发现，但可能已经发生骨小梁内微骨折 。骨小梁骨折则在负荷累积到一定程度后才会发生。但是，本文所发现的椎体微骨折与慢性 腰痛的关系还有待进一步探讨。
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以往大多数研究[7～9]将重点集中在动态压缩负荷引起的疲劳骨折，其中部份研究 清楚地指出日常生活中的循环负荷可引起疲劳骨折。而骨折的类型及引起骨折的疲劳强度则 与年龄及随加龄而引起的组织退变程度有关[7]。Hasekawa等人[10]曾对 成年犬椎体-椎间盘复合体接受疲劳负荷后的微骨折密度进行检讨，发现在重复10万次 生理 性压缩负荷后，椎间盘髓核切除组椎体内微骨折密度明显高于椎间盘正常组。其结果显示椎 间盘损伤使相邻椎体在循环负荷下易受损伤。另外，他们还发现微骨折密度与骨小梁骨密度 呈负相关，提示在骨质疏松之椎体内会累积更多的微骨折。
本研究发现微骨折密度在椎体的上、中、下部位呈均匀分布，与其它报告[10]所述 之微骨折的接近终板部位较多的结论不同。这可能归因于此实验采用年青男性腰椎，从而与 以往使用老年人或动物标本得出不同结果。
Hasekawa[10]指出椎体刚度的增加与脊椎变形增加有关，引起脊椎弹性降低，进而 增加了负荷在椎体间的传导。本研究支持此结论，并显示椎体刚度与微骨折密度相关。脊柱 刚度的增加提示椎体骨折的密度增加而吸收能量的能力降低。脊柱力学特性的改变可能大大 增加骨折发生的可能性。Burr等人[4]同样发现椎体刚度的增加与损伤的累积相关 ，并因吸收能量的能力降低而使抵抗骨折的能力降低。
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本实验还提示在日常生活中，脊柱高度的降低不单可由椎间盘变化引起，而且可由椎体变形 引起。长期而言，这种变化可能会增加骨折发生的可能性。
4 结 论
在施加生理性疲劳负荷后，虽然在X线片下无骨折发生，但组织学检查显示有椎体内骨小梁 微骨折存在。随疲劳负荷强度的增加，椎体在轴向上的变形及力学刚度均增加，微骨折密度 也随之增加。而微骨折的累积，最终会增加椎体发生宏观骨折的机会。
本研究得到香港政府大学研究资助委员会资助：HKRGC(HKU475/96M)
作者简介：吕维加，男，科学主任，副教授。主研方 向：脊柱生物力学。
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(收稿：2000-05-10 修回：2000-07-26), http://www.100md.com