多種藥物干預老齡骨質疏松實驗大鼠股骨沖擊力學特性分析

李 銳，白 宇，季 紅

(吉林大學中日聯誼醫院 藥學部，吉林 長春130033)

多種藥物干預老齡骨質疏松實驗大鼠股骨沖擊力學特性分析

李 銳，白 宇，季 紅*

(吉林大學中日聯誼醫院 藥學部，吉林 長春130033)

研究骨在外部載荷作用下的生物力學性能和生物學效應，是評定骨質量的可靠方法之一。骨密度測定對骨脆性和骨折危險性進行預測是一種重要的方法，但大量的動物實驗和臨床研究表明，骨礦鹽含量的增加，骨質量不一定相應的增加，有時反而降低，所以對骨組織進行生物力學性能的研究，可直接對骨質量進行評價，骨組織進行生物力學性能實驗是評定對抗骨丟失措施的重要方法之一[1]。由絕經引起的骨質疏松癥 是老年女性的多發病、常見病，骨質疏松癥的預防、診斷、治療是一個世界性醫學課題[2]。關于骨質疏松實驗大鼠骨和骨質疏松實驗大鼠以1-2種藥物干預治療后，實驗大鼠骨的力學性能研究已見報道[3-6]。王成學[7]等對去卵巢所致骨質疏松實驗大鼠骨的壓縮與沖擊力學性能進行了測試，結果表明，骨質疏松實驗動物模型組大鼠股骨壓縮最大應變、最大載荷、最大應力，脛骨最大沖擊韌性功、最大沖擊功均小于正常對照組，差異顯著(P<0.05)，得出了骨質疏松實驗大鼠骨沖擊和壓縮力學性能指標均降低的結論。別海洲[8]對比分析了去勢骨質疏松大鼠骨和正常大鼠骨的拉伸與沖擊力學特性,結果表明，骨質疏松實驗大鼠骨沖擊、拉伸實驗各項生物力學指標顯著低于正常對照組，差異顯著(P<0.05)，得出了骨質疏松實驗大鼠骨沖擊、拉伸生物力學指標發生了改變的結論。

以往骨質疏松模型動物骨的沖擊生物力學性能實驗以正常大鼠骨和骨質疏松實驗大鼠骨居多，以αD3、結合型結合型雌激素(倍美力)、丹杞顆粒、依普拉芬分別干預治療去卵巢雌性大鼠骨質疏松模型實驗大鼠骨的沖擊生物力學特性對比分析鮮有報道。鑒于預防和治療老齡骨質疏松癥的需要，作者建立骨質疏松動物實驗大鼠模型后分別以依普拉芬、αD3、丹杞顆粒、結合型雌激素進行干預治療，于各組大鼠飼養18周后，處死大鼠，取各組大鼠股骨進行沖擊力學性能測試，以沖擊力學性能指標對比分析以依普拉芬、αD3、丹杞顆粒、結合型雌激素干預治療骨質疏松實驗大鼠的效果。為預防和治療老齡女性骨質疏松癥提供沖擊生物力學特性基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗大鼠

6月齡wistar雌性大鼠60只作為測試大鼠，由長春高新醫學實驗動物實驗中心提供。許可證：scxk(吉)2003-00040。大鼠體質量292 g-307 g。

1.2 實驗用藥物

上海榕柏生物技術有限公司生產的甲狀旁腺激素(3-34)， 昆明貝克若頓制藥有限公司生產的αD3，武漢制藥廠生產的依普拉芬邯鄲摩羅丹制藥有限公司生產的丹杞顆粒。

1.3 實驗動物分組

60只wistar雌性大鼠分別設為骨質疏松動物模型以甲狀旁腺激素(3-34).牛干預治療組10只、骨質疏松動物模型組10只、正常組對照組10只、骨質疏松動物模型以αD3干預治療組10只，骨質疏松動物模型以丹杞顆粒干預治療組10只，骨質疏松動物模型以依普拉芬干預治療組10只。各組大鼠均在鼠籠中飼養。

1.4 骨質疏松動物模型建立和藥物干預方法

于大鼠購入飼養3天后，以摘除大鼠雙側卵巢的方法建立骨質疏松動物模型，之后對骨質疏松動物模型以依普拉芬治療組動物每日給服依普拉芬1 mg/kg，治療20周。對骨質疏松動物模型大鼠以甲狀旁腺激素(3-34).牛治療組大鼠每日以40 μg/kg甲狀旁腺激素(3-34).牛+2%大鼠血清的雙蒸水溶解，皮下注射，治療20周。對骨質疏松動物模型以αD3治療組大鼠每日給服αD30.1 mg/ka，治療20周，對骨質疏松動物模型以丹杞顆粒治療組大鼠每日給服0.9 g/kg，治療20周。骨質疏松動物模型組大鼠不做任何處理，20周后骨質疏松動物模型建成。建模20周后以腹主動脈放血法處死各組大鼠，分別取各組大鼠雙側股骨，以生理鹽水將紗布后浸濕后包裹股骨試樣，置于-20℃冰箱內存放。2天后，取出各組股骨試樣，自然解凍。股骨試樣的長度、直徑以游標卡尺進行測量，股骨試樣長31.7-32.0 mm，直徑1.97-2.13 mm。分別將每個股骨試樣兩端置于外徑為8 mm、內徑為6 mm、深為4 mm的模具內，之后向裝有試樣模具內填充稀釋的快干膠和義齒聚合物；固化后待用。

1.5 測試儀器與設備

德國萊比錫試驗機廠生產的小量程沖擊試驗機，長春市第三光學儀器廠生產的測量顯微鏡。

1.6 各組大鼠股骨沖擊測試方法

大鼠股骨為生物粘彈性體，實驗前必須對股骨試樣進行預調，本測試按參考文獻[9-13]的方法對每個大鼠股骨試樣進行預調處理后進行沖擊測試。將股骨試樣放在試驗機的支坐上，之后將試驗機的擺錘擺到最高位置，之后使試驗機的擺錘自由釋放，沖斷試樣，通過試驗機的度盤，讀取股骨試樣的沖擊功，通過材料力學公式分別計算出每個股骨試樣的沖擊韌性，計算公式如下[13]:

αk=W/K

式中αk為沖擊韌性、W為沖擊功、K為試樣橫截面積。

1.7 各組大鼠股骨沖擊測試斷口宏觀觀察

對各組大鼠股骨沖擊測試破壞后的試樣斷口進行宏觀觀察.發現，多數股骨試樣斷口為粉碎性斷口，少數股骨試樣為橫形或斜形。

1.8 統計學分析

2 結果

2.1 各組大鼠股骨沖擊測試結果

各組大鼠股骨沖擊測試沖擊功、沖擊韌性數據見表1。

表1 各組大鼠股骨沖擊功、沖擊韌性數據

測試結果表明，骨質疏松動物模型組大鼠股骨最大沖擊韌性、最大沖擊功顯著小于骨質疏松動物模型以甲狀旁腺激素(3-34).牛治療組、以丹杞顆粒、依普拉芬治療組、正常對照組(P<0.05)，αD3治療組最大沖擊韌性、最大沖擊功與模型組最大沖擊韌性、最大沖擊功差異不顯著(P>0.05)。

2.2 各組大鼠股骨沖擊實驗斷口大體觀察結果

各組大鼠股骨沖擊試樣多數為粉碎性破壞斷口形貌，少數為斜斷口或橫斷口破壞形貌。

3 討論

骨生物力學性能指標是反映骨量、骨形態、骨結構完整程度的綜合指標,可直接反映骨抗骨折能力和骨強度,對評價骨骼強度、韌性和各組藥物抗骨質疏作用不可缺少的重要指標之一[15]。研究骨質疏松，動物體內動驗使用廣泛，評價新藥干預治療骨質疏松是否有效，都要進行動物體內實驗，通過觀察藥物對實驗動物的生化指標、生理功能、藥物對病理等的影響，以判斷藥物干預治療動物骨質疏松的效果；當藥物的作用主要是減少骨質疏松的骨折傾向和骨脆性時，難于以人在體實驗考察藥物的效果，而通過動物的骨組織等的生物力學測試分析則能對藥物干預治療效果進行評價[1]。沖擊測試是研究動物骨暴力損傷的重要方法之一。動物骨不能像金屬材料等可以加工成標準試樣。為了實現對大鼠股骨進行沖擊測試，本測試采用自制的模具，將大鼠股骨試樣兩端放入自制的模具內，向模具內填充快干膠和義齒聚合物進行固定，使試樣的長度加長了，使大鼠股骨能安放在沖擊試驗機的擺放試樣的支座上。本實驗使用的沖擊試驗機量程小，沖擊測試前分別對各組股骨試樣進行了預調處理，由于采取了以上各項干預措施，使大鼠股骨試樣沖擊測試能夠實現。

沖擊測試結果表明，骨質疏松動物模型組股骨沖擊韌性、沖擊功、顯著低于以丹杞顆粒治療組，以依普拉芬治療組，正常對照組，差異顯著(P<0.05)。αD3組沖擊韌性、沖擊功與模型組差異不顯著(P>0.05)。宏觀觀察各組大鼠股骨沖擊測試試樣的斷口形貌，大鼠股骨沖擊測試試樣呈粉碎形狀破壞斷口居多，斜形斷口或橫形斷口較少。正常對照組大鼠股骨骨皮質較厚。模型組大鼠股骨骨皮質較薄，具有骨質疏松的表現形式。有研究表明，切除動物卵巢后導致雌激素水平的降低,骨吸收與骨形成之間的相對平衡關系被打亂,骨吸收大于骨形成，降低了骨密度，產生骨質疏松,降低了骨的生物力學性能[16,17]。本實驗支持參考文獻[16,17]的觀點。骨質疏松動物模型大鼠骨質疏松后由于骨的顯微結構發生了改變使骨韌性和強度降低生物力學特性發生了改變。股骨骨折大致可表現為較高能量骨折、低能量骨折、高能量骨折，由于大鼠股骨沖擊測試的速度很高，高測試速度造成的骨損傷具有重要的臨床意義。大鼠股骨為堅硬組織,只有在承受高能量撞擊時才會受到損傷。損傷的表現形式主要為骨折出現裂紋和爆裂性損傷,骨折出現裂紋系由緩慢運動速度的鈍器造成,形成一條骨折線。當相對速度較高撞擊物撞擊骨時,則會產生生爆裂性骨折。當發生骨折時使貯存于骨內的能量釋放，當低載荷時，骨內貯存的能量釋放由骨組織的單一的裂隙完成，這種情況下產生很小的移位或不產生移位，軟組織與骨可具有完整性，當測試速度高時，由于單一的裂隙滿足不了較大能量的釋放，從而造成大面積的軟組織損傷和爆裂性骨損傷。

有研究表明[18]，依普拉芬的主要作用機理為：作用于骨基質的細胞能夠使骨密度增加；促進基質的礦化和膠原合成；增殖成骨細胞；可以起到釋放白細胞介素一6，抑制成熟破骨細胞的募集，減少破骨細胞前體的分化和增殖， 成為治療低骨量的一種藥物,由于價格較貴，未能得到廣泛的應用。過量的服用維生素D可引起骨丟失加重，骨吸收增加,還可引起腎結石,體內適量的維生素D 是足量鈣被體內利用的條件，腸道鈣吸收的唯一激素是維生素D,腸道鈣的缺乏是骨質疏松癥的發病原因之一，聯合應用鈣劑、甲狀旁腺激素、維生素D能起到相輔相成的作用[19]。動物實驗和臨床應用表明，甲狀旁腺素是治療骨質疏松的有效藥物之一,甲狀旁腺素作為一種膚類激素,具有促進骨形成的良好的作用,甲狀旁腺素還具有促進成骨細胞生長的作用,但其有誘導骨腫瘤發生的可能,因此限制了其在臨床應用[20]。

中成藥丹杞顆粒系根據中醫腎主骨的理論，研究開發出來的治療骨質疏松的中成藥，具有強筋健骨提高骨密度的作用。本實驗結果表明，甲狀旁腺激素(3-34).牛、依普拉芬干預治療骨質疏松動物模型大鼠都具有一定的效果，αD3治療效果不明顯，丹杞顆粒對恢復實驗大鼠骨的沖擊功和沖擊韌性具有很好的作用。

本實驗與以往研究不同的是以多種藥物對骨質疏松實驗大鼠進行干預治療，以大鼠股骨的沖擊韌性指標研判各種藥物的治療骨質疏松實驗大鼠的效果更具有理論意義和臨床意義。

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吉林省科技發展計劃資助項目(20110492)

1007-4287(2016)12-1987-03

2016-04-17)

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