唑來膦酸對骨質疏松性骨折局部骨痂力學強度的影響

馬文澤　李文成　丁爾勤

(天津港口醫院骨科,天津　300456)

?

唑來膦酸對骨質疏松性骨折局部骨痂力學強度的影響

馬文澤李文成丁爾勤

(天津港口醫院骨科,天津300456)

目的探討唑來膦酸對骨質疏松性骨折局部骨痂力學強度的影響。方法雌性SD大鼠36只，隨機分為對照組、實驗組1和實驗組2，通過卵巢摘除手術(OVX)構建大鼠絕經后骨質疏松模型，造模成功后手術造成大鼠股骨中段骨折，實驗組1和實驗組2分別于術后第1天和第1周給予唑來膦酸0.1 mg/kg腹腔注射，對照組在骨折術后第1天給予同等劑量的生理鹽水。用顯微CT、萬能材料試驗機和骨質微納米力學測試系統分析股骨結構和宏觀及微觀強度。結果骨折術后6 w，實驗組骨小梁數(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)、連按密度(Conn.D)、骨體積分數(BV/TV)均顯著高于對照組，骨表面積體積比(BS/BV)水平顯著低于對照組(均P<0.05)；術后12周，實驗組1Tb.N、Tb.Th、Conn.D、BV/TV均顯著高于對照組，BS/BV水平顯著低于對照組，差異有統計學意義(均P<0.05)，其中實驗組2 TB.Sp顯著高于對照組和實驗組1，實驗組2 Tb.N、Conn.D、BV/TV顯著低于實驗組1，BS/BV水平顯著高于實驗組1。實驗6 w和12 w，實驗組骨痂最大彎曲載荷和位移及骨痂的彈性模量和硬度均顯著高于對照組，實驗組1和實驗組2之間差異也有統計學意義(P<0.05)。結論唑來膦酸能夠有效促進骨質疏松大鼠骨折早期愈合，增加骨痂強度，并且盡早給藥有助于斷端骨痂恢復至更高力學強度。

骨質疏松；骨折；唑來膦酸

美國國立衛生研究院(NIH)將骨質疏松(OP)定義為一種以骨強度受損、骨折危險增加的骨骼疾病，骨折是OP的主要并發癥〔1〕，臨床上以椎骨、腕骨和髖骨常見，女性絕經和高齡是導致OP的重要原因〔2〕。研究資料顯示，60歲以上女性發生骨折的例數約占5%～7%〔3〕。OP患者發生骨折后愈合慢，易導致內固定松動和再骨折，致殘率極高〔4〕。本研究擬分析唑來膦酸對骨折局部力學強度的影響。

1　材料與方法

1.1動物雌性SD大鼠36只，20周齡，體重230～250 g，購自上海史萊克實驗動物有限公司，動物許可證號：SYXK(滬)2007-2002，SPF級，飼養于我院動物實驗中心，適應性飼喂1 w后隨機分為對照組、實驗組1和實驗組2。所有動物自由飲水，控制飲食，調節12 h晝夜節律。

1.2試劑和儀器醫用慢速電鉆(美國史塞克醫療器械公司)，萬能材料試驗機(Instron-8874，美國)，顯微CT(SCANCO microCT-μ80，瑞士)，納米壓痕儀(MTS Nano Indenter XP，美國)。唑來膦酸(瑞士諾華制藥有限公司)，10%水合氯醛(上海朝暉藥業)。

1.3造模方法所有動物飼養1 w后，行卵巢摘除手術(OVX)構建絕經后OP模型，10%水合氯醛4 ml/kg腹腔注射麻醉，常規準備中下腹部皮膚，橫向切開腹部皮膚，分離肌肉和組織，暴露腹腔，沿子宮和輸卵管尋找卵巢，大鼠卵巢呈桑葚狀、粉紅色，完整切除雙側卵巢，結扎子宮殘端。逐層縫合并關閉腹腔，術后給予大鼠肌注青霉素10萬單位/d，連續3 d。造模3個月后，對所有動物行骨折術，構建大鼠OP骨折模型，10%水合氯醛腹腔麻醉后，沿大鼠左下肢髕骨內側皮膚縱行切開，分離部分四頭肌肌腱組織，牽拉髕骨使之脫位，暴露股骨踝間凹。插入1 mm直徑的克氏針，從大轉子處穿出皮膚，遠端固定于股骨踝間骨皮質下，近端緊貼大轉子彎折，多余部分剪斷后閉合切口，用醫用慢速電轉鋸斷股骨中段，固定斷端，逐層縫合切口，完成骨折術。實驗組1和實驗組2分別于術后第1天和第1周給予唑來膦酸0.1 mg/kg腹腔注射對照組在術后第1天僅給予同等劑量的生理鹽水。在術后第6、12周分兩批處死各組動物，每批6只，取右側股骨待檢。

1.4檢查方法

1.4.1骨痂顯微形態分析采用顯微CT對股骨標本進行斷層掃描和三維重建，以骨折斷端為中心，掃描上下800斷層。利用系統自帶軟件分析骨痂顯微結構，參數包括骨小梁數(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁分離度(TB.Sp)、連接密度(Conn.D)、骨體積分數(BV/TV)和骨表面積體積比(BS/BV)。

1.4.2骨痂宏觀力學測量完成顯微CT掃描后，采用萬能材料試驗機對股骨標本進行三點彎曲試驗，以骨折處為受力點，測量股骨斷裂的最大彎曲載荷(N)和最大彎曲位移(mm)。

1.4.3骨質微納米力學強度測量用甲基丙烯酸甲酯包埋股骨標本，并切割成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm立方體，經打磨、拋光和超聲清洗，使材料滿足納米力學測試要求，采用金剛石壓頭，應用連續剛度測量法測量骨小梁在加載過程中的載荷和位移，由系統計算出硬度和彈性模量等微觀力學強度指標。

1.5統計學方法應用SPSS17.0軟件，多組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用SNK檢驗。

2　結　果

2.1骨痂顯微形態分析骨折術后6 w，實驗組Tb.N、Tb.Th、Conn.D、BV/TV均顯著高于對照組，BS/BV水平顯著低于對照組，差異有統計學意義(均P<0.05)，其中實驗組2 Tb.N、Conn.D、BV/TV顯著低于實驗組1，BS/BV水平顯著高于實驗組1。術后12 w，實驗組1Tb.N、Tb.Th、Conn.D、BV/TV均顯著高于對照組，BS/BV水平顯著低于對照組(均P<0.05)，其中實驗組2 TB.Sp顯著高于對照組和實驗組1。實驗組2 Tb.N、Conn.D、BV/TV顯著低于實驗組1，BS/BV水平顯著高于實驗組1。見表1。

2.2骨痂宏觀力學測量結果骨折術后6 w，實驗組骨痂宏觀力學指標載荷和最大位移都顯著高于對照組(均P<0.05)，實驗組2的最大彎曲載荷和最大彎曲位移均顯著低于實驗組1(均P<0.05)。術后第12周，對照組和實驗組骨痂的宏觀力學指標相比第6周水平顯著升高，實驗組仍顯著高于對照組，實驗組2顯著低于實驗組1(均P<0.05)。見表2。

2.3骨質微納米力學強度測量骨折術后第6周和第12周，實驗組骨痂的彈性模量和硬度均顯著高于對照組(均P<0.05)，第6周兩實驗組之間指標未見統計學差異，第12周時實驗組1的彈性模量和硬度顯著高于實驗組2(均P<0.05)。見表2。

表1　骨痂顯微結構參數指標

與對照組比較:1)P<0.05;與實驗組1比較:2)P<0.05

表2　骨痂宏觀力學指標及骨質微納米力學強度變化±s，n=6)

3　討　論

唑來膦酸是第三代含氮雙磷酸鹽，具有抑制破骨細胞增殖、降低血鈣的作用。臨床上用于治療惡性高鈣血癥和絕經后OP，并能抑制腫瘤骨轉移，有效降低骨相關事件的發生率，改善骨痛癥狀，少有不良反應發生〔5〕。唑來膦酸治療OP的機制主要表現為誘導破骨細胞凋亡：①誘導破骨細胞凋亡；②促進細胞分泌作用于破骨細胞前體的抑制因子，阻礙破骨細胞成熟；③抑制成熟破骨細胞的功能，減少骨吸收；④抑制破骨細胞修復〔6～7〕。骨折愈合是連續而復雜的生物學過程，骨折愈合后期需要破骨細胞參與骨重建，因此雙膦酸鹽對骨折愈合的作用長期以來存在爭議，臨床上對于OP骨折患者是否使用雙膦酸鹽保持謹慎態度〔8〕。

正常動物骨折模型的研究結果顯示，雙膦酸鹽對于骨折愈合的影響分兩類，一是認為該類藥物會延遲骨折愈合，但對骨痂強度無影響〔9〕；二是認為雙膦酸鹽抑制骨吸收，促進斷端骨痂生長，增強骨折強度〔10〕。然而OP不同于正常生理狀態，OP骨折也不同于外力所致的骨質，OP癥患者骨密度低，骨微結構如骨小梁缺損、骨皮質變薄、骨髓腔面積增大，骨折后難以恢復〔11〕。本研究顯示，給予唑來膦酸后大鼠骨骼內形成了更多的骨小梁，骨連接也顯著增加；與此同時，骨痂的材料力學檢測結果顯示唑來膦酸顯著促進了OP模型大鼠骨折愈合和骨質鈣化。而在12周時，實驗組與對照組的差異保持不變。由此可認為對于OP大鼠，在骨折愈合早期，唑來膦酸并不影響骨折斷端軟骨痂轉化為編織骨，即抑制OP狀態下的異常骨吸收，因此凈作用表現為促進成骨作用〔12〕，而非直接促進成骨作用。

延遲給藥雖也能改善OP大鼠骨折愈合的程度，但是愈合程度和骨痂強度不如立刻給藥效果。綜上所述，唑來膦酸能夠有效促進OP大鼠骨折早期愈合，增加骨痂強度，并且盡早給藥有助于斷端骨痂恢復至更高力學強度。

1 趙鵬飛.以聚乳酸膜為藥物載體研究唑來膦酸局部治療對去勢大鼠骨質疏松骨折愈合的影響〔D〕.太原：山西醫科大學,2012.

2 柳維,陶周善,賀行文,等.唑來膦酸對骨質疏松性大鼠骨缺損修復的實驗研究〔J〕.中國骨與關節損傷雜志,2015；30(7):736-9.

3袁元杏，李青，張非，等.唑來膦酸鈉應用近期安全性觀察〔J〕.中國骨質疏松雜志，2012；18(10)：921-4.

4 宋延云,辛健.注射型唑來膦酸鹽治療絕經后骨質疏松癥臨床觀察〔J〕.中國醫藥導報,2012；9(3):73-4.

5 范俊,郭洪佩,徐瑛,等.老年女性類風濕關節炎合并骨質疏松癥的代謝特點分析〔J〕.現代生物醫學進展,2014；14(18):3493-6.

6 Hao Y,Wang X,Wang L,etal.Zoledronic acid suppresses callus remodeling but enhances callus strength in an osteoporotic rat model of fracture healing〔J〕.Bone,2015；81:702-11.

7陳越.唑來膦酸對鼠骨質疏松性骨折愈合及TGF-β表達影響的實驗研究〔D〕.太原：山西醫科大學,2013.

8楊璐銘,胡靜,肖迪,等.甲狀旁腺激素(1-34)與唑來膦酸聯合治療對骨質疏松大鼠骨折愈合的影響〔J〕.中國骨質疏松雜志,2014；(4):431-5.

9李劍平,高學舸,李可來,等.系統應用唑來膦酸對骨質疏松時自體髂骨移植內種植體骨結合影響的影像學及生物力學研究〔J〕.河北醫科大學學報,2014；35(4):457-9,封3.

10Huang S,Lin H,Zhu X,etal.Zoledronic acid increases bone mineral density and improves health-related quality of life over two years of treatment in Chinese women with postmenopausal osteoporosis〔J〕.Endokrynol Pol,2014;65(2):96-104.

11Brance ML,Brun LR,Di Loreto VE,etal.Sequential treatment with monofluorophosphate and zoledronic acid in osteoporotic rats〔J〕.Climacteric,2014；17(4):478-85.

12曹魯寧,崔敏,于靈芝,等.1型糖尿病模型大鼠股骨骨代謝紊亂及唑來膦酸的影響〔J〕.中國組織工程研究,2015；29(40):6402-7.

〔2015-07-15修回〕

(編輯袁左鳴)

馬文澤(1977-)，男，副主任醫師，主要從事骨科方面的研究。

R68

A

1005-9202(2016)16-3921-03；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.16.023