3.1 踝尾固定法与失用性骨质疏松症 在生理状况下骨代谢的本质为骨结构的代谢,生物力学因素是影响骨结构代谢的最基本的因素,骨质疏松症是骨结构的退变,是空间力学结构定向的、有序的一种退变过程
[8]。肢体在长期缺乏正常机械应力刺激下,局部或全身的骨量丢失,最终形成失用性骨质疏松症,它最见于长期卧床患者。失用性骨质疏松症的发病机制目前尚不明确。根据国际卫生组织使用双能X射线骨密度仪测量骨密度是诊断骨质疏松症的金标准
[9],但其是从宏观上反映骨量丢失的程度,本研究通过踝尾固定法建立失用性骨质疏松症模型,探讨分子生物学水平的变化与骨量丢失的程度的相关性来探讨失用性骨质疏松症发病机制。
建立失用性骨质疏松症模型的方法众多,如:用弹力绷带将大鼠右后肢固定于腹部[10]、跟腱切除[11]、坐骨神经切除[12]、尾部悬吊[11]、腿尾固定等[13],其中腿尾固定是目前最为常用的失用性骨质疏松症造模方法。踝尾固定法建立失用性骨质疏松症模型与上述几种方法比较,本模型骨质疏松形成的速度和程度均比上述几种模型快。在研究过程中发现,踝尾固定4周可致固定侧肢体的肌肉萎缩,且固定4周后,固定侧股骨的-骨密度比对侧肢体下降了22.6%,下降速度明显大于采用坐骨神经切除所致的骨密度9%下降速度[12]。本研究采用雄性SD大鼠,排除绝经状态下雌激素减少的干扰,选择了体质量相近、饲养条件相同,排除了其他处理因素对实验结果的干扰。
3.2 骨矿物质密度与失用性骨质疏松症 本研究纳入骨密度检测值作为大鼠骨量变化的主要评价指标,间接评价骨量健康情况和骨强度,是诊断骨质疏松症的金标准[14-15]。本实验主要是论证:未经处理的对照组大鼠与失用性骨质疏松症组大鼠左股骨骨密度基线相同,失用性骨质疏松症组的SD大鼠左侧股骨骨密度值与对照组左侧股骨骨密度值差异无统计学意义(P > 0.05),说明失用性骨质疏松症组右后肢踝尾固定作为处理因素对大鼠全身骨密度无明显影响,从而进行失用性骨质疏松症组自身左右股骨骨密度对照研究。本研究不仅利用同一失用性骨质疏松症组对侧肢体作为自身对照,而且也利用失用性骨质疏松症组与对照组间的对照,因此失用性骨质疏松症组SD大鼠右后肢腿尾固定4周,右侧股骨骨密度明显低于左侧股骨和对照组双侧股骨骨密度(P < 0.01),即3月龄SD雄性大鼠腿尾固定4周后确定骨质疏松造模成功。失用性骨质疏松症组左侧股骨骨密度与对照组左侧股骨骨密度比较,有减低趋势,但两者之间差异无显著性意义(P > 0.05),说明踝尾固定法造模主要对局部骨量影响较大,间接说明踝尾固定法对大鼠的正常活动影响尚不明显[8,16]。
3.3 血清CTX与失用性骨质疏松症 骨基质由有机成分和无机成分组成,有机成分主要是胶原蛋白,糖蛋白和蛋白多糖,无机成分主要是磷酸钙和碳酸钙。其中,胶原蛋白占总体骨基质的90%以上,Ⅰ型胶原蛋白占有机成分的80%-90%,对维持骨结构的完整及骨生物力学特性很重 要[17-18]。在骨吸收过程中,CTX为骨Ⅰ型胶原蛋白的降解产物,反映骨吸收的特异性指标,也可反映破骨细胞的活性[16,19]。在骨质疏松形成过程中,骨细胞转换平衡破坏,骨量减少、骨微细结构被破坏,使骨脆性增加[20] ,同时血清骨代谢标志物浓度也发生了变化[18,21]。当骨吸收与骨形成偶联时,CTX可反映骨转换的指标,当骨吸收与骨形成脱耦联时,CTX可反映骨吸收的特异性指标[22]。因失用性骨质疏松症为继发性骨质疏松症,CTX在失用性骨质疏松症形成过程中也会发生变化[23]。
在本研究中发现,随着月龄的增加,对照组大鼠血清CTX水平及两侧股骨骨密度之间比较均无显著性差异(P > 0.05),得出:对照组大鼠随着月龄的增加,骨吸收和骨形成强度无明显差异,破骨细胞和成骨细胞的数量和活性依然维持相对平衡;失用性骨质疏松症组大鼠右后肢固定4周后,血清CTX水平明显高于固定前和对照组血清CTX水平(P < 0.01),骨吸收强度相对对照组大鼠骨吸收强度显著增强;同时,图1血清CTX固定前后浓度差的变化与两侧股骨骨密度值变化量的线性相关分析结果提示:大鼠血清CTX浓度的变化水平与骨质疏松程度呈正相关;本实验证实:骨丢失量越多,骨质疏松程度越严重,骨量丢失越多,血清CTX生成越多。
根据woff定律,失用性骨质疏松症与缺乏机械刺激有关[24],但机械刺激通过何种方式来调节破骨细胞和成骨细胞的数量和活性尚未明确。同时在本实验中还发现:失用性骨质疏松症大鼠造模成功后,取股骨标本时右后肢肌肉较左后肢肌肉萎缩。有研究报道骨骼肌能够分泌一些细胞因子等多肽,分泌作用依赖于骨骼肌的收缩,但萎缩的肌肉所分泌的细胞因子是否能够调节破骨细胞和成骨细胞的数量和活性,目前尚未明确[25]。另外,在运动过程中肌肉可以作为肌肉泵促进血液循环,本实验中大鼠右后肢固定导致肌肉萎缩,肌肉的收缩作用减弱,加之后肢固定,因而右后肢肌肉泵作用明显减弱,也减少了右后肢的血液循环,有研究报道局部血流量减少可导致局部的骨量丢失[26],因此腿尾固定所致的失用性骨质疏松症不仅与机械刺激缺乏有关,同样与局部血流量减少有关[27]。后期的进一步实验可对踝尾固定肢体制动后恢复运动或机械刺激进行骨代谢标志物变化或固定前后局部血流情况研究,为进一步探讨失用性骨质疏松症的发病机制奠定理论基础。
本研究所建立起的失用性骨质疏松动物模型有其自身局限性,其与人类失用性骨质疏松之间仍存在差异。腿尾固定法建立失用性骨质疏松模型只是一种间接反映人类失用性骨质疏松症疾病的手段和方法,尚不能完全代表人类失用性骨质疏松症疾病。失用性骨质疏松症是一种病程长的、危害性大的疾病,其动物模型可能只侧重于表现该疾病的某种病因、某一阶段、某些主要症状及某些病理生理变化。目前失用性骨质疏松症动物模型多种多样,各有其特点,研究者根据自己的研究需要建立合适的动物模型。本研究在原有的腿尾固定方法松解固定肢体后,了解骨代谢指标的变化,进一步探讨骨代谢与失用性骨质疏松的关系,为失用性骨质疏松症的诊断和治疗奠定理论基础。
近年来,人们在骨质疏松症相关的生化指标方面取得了一些研究成果,本文所述的反映骨吸收标志物指标,可用于骨密度法诊断失用性骨质疏松症的补充,通过进一步研究,有望成为深层次认识并正确诊断失用性骨质疏松症的一种新方法。
中国组织工程研究杂志出版内容重点:组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程