椎間盤退化模型討論

目前對於模擬退化性椎間盤的方式眾說紛紜，仍然沒有一個理想方式可用來 類比椎間盤真實的退化過程，由文獻中可知，椎間盤退化早期之組織生化反應為 蛋白質變性，近而因組織力學性質改變影響受力分佈狀況，最後導致纖維組織因 疲勞負載產生局部機械損傷⁶⁵，因此本研究利用蛋白質變性水解及疲勞負載造成 的機械損傷來比擬不同退化階段之椎間盤。

由實驗結果可以發現，僅注射胰蛋白酶產生蛋白質變性的組別，其靜態力學 性質中椎間盤高度、聚合模數及液體滲透度於培養一週後皆有明顯下降，而動態 性質部分，勁度值、阻尼常數及水份含量也顯著性下降，由染色切片結果可以瞭 解，其蛋白質變性後組織與組織間肽鍊鍵結被打斷，導致椎間核水解及椎間環組 織走向不一致、椎間盤高度無法維持且內部結構不完整，進而因力量傳遞模式改 變使其原有的生物力學性質也受到影響。關於椎間盤蛋白質變性後的生物力學性 質，前人主要針對椎間核及椎間環分別研究之，學者Périé 等人於文獻中提到，

胰蛋白酶會降低椎間核聚合模數並升高液體滲透度⁵⁷，而學者Iatridis 等人使用椎 間環試樣亦得到相同的趨勢⁸³，但本實驗結果顯示注射胰蛋白酶產生變性後，椎 間盤整體聚合模數與液體滲透度相比於健康椎間盤皆為降低，滲透度結果不一致 之原因推測如下，前人研究中所使用的模型為限制模型(confined model)，其主要 限制組織於測試期間產生徑向膨脹，若負載力量大時可能低估組織真實形變量，

文獻指出關節軟骨(articular cartilage)的液體滲透度與其壓縮應變量(compression strain)相關⁴⁶，若壓縮應變量增加則滲透度相對降低(孔隙體積減少)，而本實驗使 用非限制模型(unconfined model)，允許試樣於潛變測試期間產生徑向變形，注射 胰蛋白酶變性後的椎間盤組織強度降低，受壓瞬間組織整體強度無法維持而軸向 位移量增加、椎間盤高度下降，導致液體滲透度降低。

41 5.3 實驗限制

本研究所使用的非限制模型可能因為測試期間椎間盤徑向變形使得其截面 積增加，因而高估椎間盤真正受到的壓應力。如前所述，本研究潛變測試中使用 之定力負載0.8MPa 為椎間盤受力大小除以受壓前的椎間盤截面積所得。文獻中 指出，若椎間盤受定力500N 達 15 分鐘，其徑向突出量約為 0.55mm 至 0.86mm⁵⁶， 則約使椎間盤截面積增加5%亦即減少壓力 5%。依此類推，在本研究中，椎間盤 受到的真正壓力應比本研究所估算的小5%。

部分文獻提及，組織間內源性非酵素交聯作用(endogenous non-enzymatic crosslinks)亦稱醣化作用(glycation)將隨著年齡增長而增加，而其交聯生成的最終 產物(advanced glycation end-products, AGEs)將會導致組織變硬、勁度上升，逐漸 失去原本的韌性^69,80，而養分代謝速率降低及椎終板鈣化也是導致椎間盤退化的 重要因素；綜觀而言，整體椎間盤退化機制由許多因子互相調控，無論是生化作 用或是機械外力作用都有其影響層面，然而，本研究中所模擬的椎間盤退化模型 於生化作用部分僅模擬初期蛋白質變性，缺少其他部分的探究，因此本研究之退 化模型僅代表退化過程中，椎間盤於某個時期的生物力學性質，並不能完全比擬 真實的椎間盤退化。

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第六章 結論與未來展望

6.1 結論

本研究利用體外培養系統探討不同階段之椎間盤退化模型以及使用外生性 交聯療法治療退化性椎間盤之可能性。研究結果顯示：(一)使用胰蛋白酶模擬退 化早期蛋白質變性的椎間盤，其靜態及動態生物力學性質皆有顯著性下降，且生 化組織結構亦有明顯退變的情形，若注射梔子素對其進行治療，則外生性交聯作 用使得膠原蛋白組織交聯鍵結增加，進而恢復部分力學性質及水份含量；(二)利 用蛋白質變性加上疲勞破壞模擬退化晚期的椎間盤，綜觀其生物力學性質及生化 組織結構，無論是相對於健康椎間盤亦或是早期退化性椎間盤都是顯著性下降，

可以得知其原有之功能已被破壞，若使用梔子素對其進行治療，則組織間交聯增 加可恢復水份含量及部分動態力學性質，但疲勞破壞造成之組織缺損無法修補。

因此，得知天然胜肽交聯劑-梔子素可用於治療早期退化性椎間盤，並回復 其生物力學性質；若椎間盤退化嚴重且伴隨組織缺損，則梔子素可以回復椎間盤 喪失之部分動態力學性質，但無法完全修復缺損的組織，而這些組織破壞可能導 致椎間盤退化持續進行。