椎间盘退变(intervertebral disc degeneration,IVDD)是一种常见疾患,也是引起慢性下腰痛、椎间盘突出症和颈椎病等脊柱疾病的主要原因。已有的研究表明,有70%的人会受到腰椎疾病的影响,其发病率呈不断上升且年轻化的趋势。对此症状的发病机理,目前仍然缺乏统一而确切的认识,而且在治疗上也缺乏长期有效的方式,病情反复。因此,有必要建立新型的疾病模型,了解椎间盘退变的机制,以期获得有效的干预、治疗措施。这是医用生物工程或者生物医学工程所面临的迫切任务。椎间盘退变动物模型的建立,在阐明发病机制以及评估新的治疗方法方面发挥着重要作用。目前建立椎间盘退变动物模型的主要方式是基于椎间盘退变过程中的一些生理生化参量的改变,如经典的纤维环穿刺模型以及髓核溶解模型就是模拟退变过程中的髓核胞外基质降解、纤维环排列紊乱或破裂等典型表现作为依据的,然而这些椎间盘退变模型的研究对于其始动因素仍然不太明确。因此,我们试图通过椎骨关节力学运动系统(骨骼肌系统,其中包括韧带),结合中西医对椎间盘退变的认识,认为:脊柱韧带损伤,“筋”束骨能力下降,造成椎间失稳可能是椎间盘退变的重要始动因素。目前已有部分学者通过体、内外实验,采用切除脊柱韧带的方法,诱使椎间盘退变。但韧带在体内少见缺失,况且切除韧带后椎间盘的力学环境重建难度很大,甚至不能达到目的,这对于干预治疗的指导作用十分有限。本研究基于韧带损伤,“筋”束骨能力下降,造成椎间失稳可能是椎间盘退变的始动因素之一的假设,通过模拟体内韧带拉伤、横断损伤,通过观察椎间盘退变情况,探究合适的损伤方法,建立腰椎失稳模型;然后应用建立的失稳模型研究药物对韧带修复(以力学性能回复判断)、以期干预椎间盘退变进程的效果。研究的主要内容和结果如下:首先通过巾钳夹持棘突建立韧带力学原位测试方法通过分离完整脊柱功能节段,以整个节段为试样,通过巾钳夹持棘突进行原位拉伸试验,拉伸程序设定为:(1)预调:拉伸位移范围:0-2 mm、拉伸速率:2 mm/min、循环次数3次;(2)测试:拉伸速率10 mm/min。正常棘上、棘间韧带力学测试结果显示,所得韧带符合软组织的经典力-位移曲线特征;其4-8 mm范围载荷-位移曲线的线性拟合度高;正常韧带平均失效位移为8.58 mm,失效载荷为39.37 N,刚度为6.66 N/mm。进而通过定力、定位移、横断三种损伤方式使韧带失效,建立失稳模型。通过定力损伤方案(巾钳夹持棘突,以巾钳为媒介悬挂重量3 kg,定力加载、卸载循环,观察加载时棘突间距扩大8-10 mm)、定位移损伤方案(将韧带拉伸至失效点,保持1 min)可达到损伤效果,即卸载后可见韧带松弛,使棘突分离阻力明显降低、损伤节段刚度下降。横断损伤方案是,在两棘突中部,沿着棘上韧带(Supraspinous ligament,SSL)两侧切开深层筋膜,分离棘上韧带和筋膜,再以剪刀横断棘上韧带、棘间韧带(Interspinous ligament,ISL),深度至椎板,损伤切口如“工”字形,力学测试结果显示,在棘突分离过程中,于0-6 mm范围内主要为棘上、棘间韧带起约束作用,破坏ISL/SSL可造成椎间失稳。为考查椎间失稳对椎间盘退变的影响,我们采用定位移、横断两种方法建立动物模型,并观察椎间盘退变情况。影像学(X光和MRI)观察显示,椎间盘高度指数减小,髓核信号强度降低;韧带横断损伤病理学观察显示,髓核逐渐突破背侧内层纤维环,向背侧移动,此现象与人体腰椎间盘突出症多以后方突出的临床结果一致。上述研究结果表明,力学失稳可诱使椎间盘发生退变,椎间盘退变导致椎间盘向后突出可能是由于后方韧带系统损伤所致。在验证了模型建立的方法可行性之后,以舒筋健腰丸和自拟复方中药修复韧带成功干预椎间盘退变。通过简易、损伤小的横断损伤建立腰椎失稳模型,以药物重建韧带力学功能。通过影像观察和病理性检测的结果表明,在一定程度上降低了髓核后突趋势、干预了椎间盘退变,验证了失稳模型建模方法与力学重建的可行性,同时反向验证韧带损伤导致的失稳可能是椎间盘退变的原因之一。综上所述,本研究通过韧带拉伤成功建立了腰椎失稳动物模型,并通过药物作用重建力学环境一定程度上干预了椎间盘,验证了韧带损伤,“筋”束骨能力下降,造成椎间失稳可能是椎间盘退变的始动因素之一的假设。因此可以推测,脊柱疾病治疗需要关注韧带的力学性能和功能修复。