大鼠骨質(zhì)疏松生物力學實驗方法的評估.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、髖部骨折和橈骨遠端骨折，骨質(zhì)疏松藥物防治的目標是維持骨量及提高骨質(zhì)量，達到增強骨強度，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實驗就顯得尤為重要，且不能簡單地被骨

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

3、變化；側(cè)摔試驗是一種模擬人體股骨頸骨折損傷機制而設計的生物實驗方法。為進一步證明以椎體為標本進行凹入試驗的簡便性、合理性和可靠性，及側(cè)摔試驗的可行性，并對比研究凹入試驗操作過程中幾個可能影響到實驗結(jié)果的因素，我們進行了如下的研究。 目的 1、比較大鼠骨質(zhì)疏松模型中三點彎曲試驗、壓縮試驗、凹入試驗和側(cè)摔試驗的生物力學參數(shù)，探討凹入試驗、側(cè)摔試驗的精確性、可靠性和實用性； 2、觀察凹入試驗在測定大鼠松質(zhì)骨生物力學特性

4、中的作用，探討以大鼠腰椎體進行凹入試驗的合理性和簡便性； 3、比較凹入試驗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(打磨過程中不時向標本噴灑0.9％生理鹽水與否給予相應處理)及分別在椎體上、下部加載時，對凹入試驗生物力學參數(shù)的影響。 方法 1、20只4月大Sprague-Dawley(SD)雌性大鼠(250±25g)，隨機分為假手術組(Sham組)、雙側(cè)卵巢切除組(OVX組)，去勢3個月后，水

5、合氯醛麻醉，斷頸處死，取大鼠雙側(cè)股骨、L4及L5分別進行三點彎曲試驗、側(cè)摔試驗、壓縮試驗和凹入試驗，記錄各骨的生物力學指標，生物力學實驗前分別對L4、L5及右側(cè)股骨進行骨密度測定。采用組間兩獨立樣本t檢驗；BMD與各生物力學實驗方法的力學參數(shù)及壓縮試驗與凹入試驗的相關性分析，采用Pearson雙變量相關分析； 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，分別進行凹入試驗，測定最大載荷

6、和剛度。采用one-wayANOVA方法進行統(tǒng)計分析，LSD多重檢驗； 3、20只4月齡雌性SD大鼠(250±25g)，隨機分成兩組：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。分別進行凹入試驗，測定最大載荷和剛度。采用組間兩獨立樣本t檢驗進行統(tǒng)計分析； 4、40只4月齡雌性SD大鼠(250±25g)，隨

7、機分成四組：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：實驗過程中不時噴灑0.9％的生理鹽水；B、D組：實驗過程中不噴灑0.9％的生理鹽水，分別進行凹入試驗，測定最大載荷和剛度。采用兩獨立樣本間t檢驗和22析因分析進行統(tǒng)計分析。 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)；骨生物力學測定：凹入試驗、壓縮試驗及側(cè)摔試驗所測定兩組間的力學參數(shù)均具有顯著性差異(P＜0.05)，但三點彎曲試驗不具有顯著性差異(P＞0.05)；相關性分析：大鼠骨的BMD與凹入試驗、壓縮試驗及側(cè)摔試驗所測定的力學參數(shù)分別具有良好的正相關性(r=0.514～0.739，P＜0.05)，壓縮試驗與凹入試驗間的力學參數(shù)具有良好的正相關性(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)計學意義(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)計學意義(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)的生物力學參數(shù)高與砂紙打磨(C、D組)，但差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)，實驗中噴灑生理鹽水(A、C組)生物力學參數(shù)高與未噴灑生理鹽水(B、D組)，差異具有統(tǒng)計學意義(P＜0.001)；未受處理方式影響時，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)間交互效應不顯著。 結(jié)論 1、在大鼠骨質(zhì)疏松生物力學實驗中，三點彎曲試驗在測試中很難取得具有顯著性差異的實驗結(jié)果；純松質(zhì)骨的測試方法——凹入試驗與其它實驗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、有效的生物力學測試方法；根據(jù)髖骨骨折損傷機制發(fā)展而來的側(cè)摔試驗，通過我們的實驗及其他學者的實驗證明其也是一種可靠的生物力學實驗方法； 2、純松質(zhì)骨骨質(zhì)量的測試方法——凹入試驗是測定大鼠松質(zhì)骨力學特性簡便和有效的實驗方法； 3、雖然骨標本上下表面的生物力學參數(shù)差別沒有顯著性意義，但在實驗的過程中，最好在椎體相同的一面進行加載； 4、在進行生物力學實驗的準備階段及實驗過程中，不時向標本噴灑生理鹽水可以維持骨標本的