大鼠骨質(zhì)疏松生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的評估.pdf

1、研究背景 骨質(zhì)疏松(osteoporosis，OP)是以骨組織顯微結(jié)構(gòu)受損、骨礦成分和骨基質(zhì)等比例地不斷減少，骨質(zhì)變薄，骨小梁數(shù)目減少，骨脆性增加和骨折危險(xiǎn)度升高的一種全身骨代謝障礙的疾病。其最大的危害是骨折，常造成脊椎壓縮性骨折、髖部骨折和橈骨遠(yuǎn)端骨折，骨質(zhì)疏松藥物防治的目標(biāo)是維持骨量及提高骨質(zhì)量，達(dá)到增強(qiáng)骨強(qiáng)度，超越骨閾值。因此，在骨質(zhì)疏松藥物研發(fā)的過程中，以測定骨質(zhì)量為主要目的的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)就顯得尤為重要，且不能簡單地被骨

2、密度測定、骨組織形態(tài)學(xué)等等實(shí)驗(yàn)方法所取代。目前，常用的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法是三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)和壓縮試驗(yàn)，但許多文獻(xiàn)報(bào)道三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)在大鼠骨質(zhì)疏松造模后一段時(shí)間內(nèi)很難取得具有顯著性差異的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(而其它實(shí)驗(yàn)方法已證明具有顯著性差異)；壓縮試驗(yàn)受標(biāo)本幾何形狀和標(biāo)本制備工藝往往影響到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確性。為克服以上缺點(diǎn)，近幾年國內(nèi)外的一些學(xué)者提出了凹入試驗(yàn)和側(cè)摔試驗(yàn)。凹入試驗(yàn)是以松質(zhì)骨為測試對象的一種生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，能夠準(zhǔn)確反映松質(zhì)骨在用藥前后骨質(zhì)量的

3、變化；側(cè)摔試驗(yàn)是一種模擬人體股骨頸骨折損傷機(jī)制而設(shè)計(jì)的生物實(shí)驗(yàn)方法。為進(jìn)一步證明以椎體為標(biāo)本進(jìn)行凹入試驗(yàn)的簡便性、合理性和可靠性，及側(cè)摔試驗(yàn)的可行性，并對比研究凹入試驗(yàn)操作過程中幾個(gè)可能影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素，我們進(jìn)行了如下的研究。 目的 1、比較大鼠骨質(zhì)疏松模型中三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)、凹入試驗(yàn)和側(cè)摔試驗(yàn)的生物力學(xué)參數(shù)，探討凹入試驗(yàn)、側(cè)摔試驗(yàn)的精確性、可靠性和實(shí)用性； 2、觀察凹入試驗(yàn)在測定大鼠松質(zhì)骨生物力學(xué)特性

4、中的作用，探討以大鼠腰椎體進(jìn)行凹入試驗(yàn)的合理性和簡便性； 3、比較凹入試驗(yàn)中大鼠椎體包埋塊不同打磨方式(砂紙或砂輪打磨)、不同處理方式(打磨過程中不時(shí)向標(biāo)本噴灑0.9％生理鹽水與否給予相應(yīng)處理)及分別在椎體上、下部加載時(shí)，對凹入試驗(yàn)生物力學(xué)參數(shù)的影響。 方法 1、20只4月大Sprague-Dawley(SD)雌性大鼠(250±25g)，隨機(jī)分為假手術(shù)組(Sham組)、雙側(cè)卵巢切除組(OVX組)，去勢3個(gè)月后，水

5、合氯醛麻醉，斷頸處死，取大鼠雙側(cè)股骨、L4及L5分別進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、側(cè)摔試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)和凹入試驗(yàn)，記錄各骨的生物力學(xué)指標(biāo)，生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)前分別對L4、L5及右側(cè)股骨進(jìn)行骨密度測定。采用組間兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；BMD與各生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的力學(xué)參數(shù)及壓縮試驗(yàn)與凹入試驗(yàn)的相關(guān)性分析，采用Pearson雙變量相關(guān)分析； 2、10只4月齡SD雌性大鼠(250±25g)，水合氯醛麻醉后，斷頸處死，取出L1～L6，分別進(jìn)行凹入試驗(yàn)，測定最大載荷

6、和剛度。采用one-wayANOVA方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，LSD多重檢驗(yàn)； 3、20只4月齡雌性SD大鼠(250±25g)，隨機(jī)分成兩組：A組10只；B組10只。水合氯醛麻醉后，斷頸處死，分別取出L5。牙托粉半包埋，A組：砂紙打磨椎體上表面至暴露松質(zhì)骨為限；B組：砂紙打磨椎體下表面至暴露松質(zhì)骨為限。分別進(jìn)行凹入試驗(yàn)，測定最大載荷和剛度。采用組間兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析； 4、40只4月齡雌性SD大鼠(250±25g)，隨

7、機(jī)分成四組：A、B、C、D組，每組各10只。水合氯醛麻醉后，斷頸處死，分別取出L5，牙托粉半包埋。A、B組：砂輪打磨至暴露松質(zhì)骨為限；C、D組：砂紙打磨至暴露松質(zhì)骨為限。A、C組：實(shí)驗(yàn)過程中不時(shí)噴灑0.9％的生理鹽水；B、D組：實(shí)驗(yàn)過程中不噴灑0.9％的生理鹽水，分別進(jìn)行凹入試驗(yàn)，測定最大載荷和剛度。采用兩獨(dú)立樣本間t檢驗(yàn)和22析因分析進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。 結(jié)果 1、骨密度觀察：OVX組與Sham組相比較，BMD具有顯著性差異

8、(P＜0.001)；骨生物力學(xué)測定：凹入試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)及側(cè)摔試驗(yàn)所測定兩組間的力學(xué)參數(shù)均具有顯著性差異(P＜0.05)，但三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)不具有顯著性差異(P＞0.05)；相關(guān)性分析：大鼠骨的BMD與凹入試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)及側(cè)摔試驗(yàn)所測定的力學(xué)參數(shù)分別具有良好的正相關(guān)性(r=0.514～0.739，P＜0.05)，壓縮試驗(yàn)與凹入試驗(yàn)間的力學(xué)參數(shù)具有良好的正相關(guān)性(r=0.536，0.902，P＜0.05)； 2、大鼠腰椎最大載荷和剛度有

9、從上位椎體至下位椎體增加的趨勢，大鼠各腰椎的最大載荷差別具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。但L4與L5組及L4與L3組相比較最大載荷差別不具有顯著性意義(P＞0.05)，其余各組間比較最大載荷差別具有顯著性意義(P＜0.05)；大鼠各腰椎剛度差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，L6分別與L1、L2、L3比較具有顯著性差異(P＜0.05)，L5分別與L1、L2比較具有顯著性差異(P＜0.05)，L4與L1比較具有顯著性差異(P＜0.05)，

10、其余各組間比較剛度不具有顯著性差異(P＞0.05)； 3、A組與B組最大載荷和剛度分別進(jìn)行比較都不具有顯著性差異(P＞0.05)； 4、四組間比較：砂輪打磨(A、B組)的生物力學(xué)參數(shù)高與砂紙打磨(C、D組)，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，實(shí)驗(yàn)中噴灑生理鹽水(A、C組)生物力學(xué)參數(shù)高與未噴灑生理鹽水(B、D組)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.001)；未受處理方式影響時(shí)，砂輪打磨(A組)最大載荷的變異系數(shù)(19.88％

11、)大于砂紙打磨(C組)(7.82％)，砂輪打磨(A組)剛度的變異系數(shù)(16.49％)大于砂紙打磨(C組)(11.48％)。處理因素間的交互作用：凹入試驗(yàn)中打磨方式(砂輪打磨、砂紙打磨)與處理方式(噴灑生理鹽水與否)間交互效應(yīng)不顯著。 結(jié)論 1、在大鼠骨質(zhì)疏松生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)在測試中很難取得具有顯著性差異的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；純松質(zhì)骨的測試方法——凹入試驗(yàn)與其它實(shí)驗(yàn)方法比較具有良好的敏感性，較小的離散程度，證明其為一種可

12、靠、有效的生物力學(xué)測試方法；根據(jù)髖骨骨折損傷機(jī)制發(fā)展而來的側(cè)摔試驗(yàn)，通過我們的實(shí)驗(yàn)及其他學(xué)者的實(shí)驗(yàn)證明其也是一種可靠的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法； 2、純松質(zhì)骨骨質(zhì)量的測試方法——凹入試驗(yàn)是測定大鼠松質(zhì)骨力學(xué)特性簡便和有效的實(shí)驗(yàn)方法； 3、雖然骨標(biāo)本上下表面的生物力學(xué)參數(shù)差別沒有顯著性意義，但在實(shí)驗(yàn)的過程中，最好在椎體相同的一面進(jìn)行加載； 4、在進(jìn)行生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備階段及實(shí)驗(yàn)過程中，不時(shí)向標(biāo)本噴灑生理鹽水可以維持骨標(biāo)本的