唑来膦酸对骨质疏松性骨折局部骨痂力学强度的影响

马文泽　李文成　丁尔勤

(天津港口医院骨科,天津　300456)



唑来膦酸对骨质疏松性骨折局部骨痂力学强度的影响

马文泽李文成丁尔勤

(天津港口医院骨科,天津300456)

目的探讨唑来膦酸对骨质疏松性骨折局部骨痂力学强度的影响。方法雌性SD大鼠36只，随机分为对照组、实验组1和实验组2，通过卵巢摘除手术(OVX)构建大鼠绝经后骨质疏松模型，造模成功后手术造成大鼠股骨中段骨折，实验组1和实验组2分别于术后第1天和第1周给予唑来膦酸0.1 mg/kg腹腔注射，对照组在骨折术后第1天给予同等剂量的生理盐水。用显微CT、万能材料试验机和骨质微纳米力学测试系统分析股骨结构和宏观及微观强度。结果骨折术后6 w，实验组骨小梁数(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)、连按密度(Conn.D)、骨体积分数(BV/TV)均显著高于对照组，骨表面积体积比(BS/BV)水平显著低于对照组(均P<0.05)；术后12周，实验组1Tb.N、Tb.Th、Conn.D、BV/TV均显著高于对照组，BS/BV水平显著低于对照组，差异有统计学意义(均P<0.05)，其中实验组2 TB.Sp显著高于对照组和实验组1，实验组2 Tb.N、Conn.D、BV/TV显著低于实验组1，BS/BV水平显著高于实验组1。实验6 w和12 w，实验组骨痂最大弯曲载荷和位移及骨痂的弹性模量和硬度均显著高于对照组，实验组1和实验组2之间差异也有统计学意义(P<0.05)。结论唑来膦酸能够有效促进骨质疏松大鼠骨折早期愈合，增加骨痂强度，并且尽早给药有助于断端骨痂恢复至更高力学强度。

骨质疏松；骨折；唑来膦酸

美国国立卫生研究院(NIH)将骨质疏松(OP)定义为一种以骨强度受损、骨折危险增加的骨骼疾病，骨折是OP的主要并发症〔1〕，临床上以椎骨、腕骨和髋骨常见，女性绝经和高龄是导致OP的重要原因〔2〕。研究资料显示，60岁以上女性发生骨折的例数约占5%～7%〔3〕。OP患者发生骨折后愈合慢，易导致内固定松动和再骨折，致残率极高〔4〕。本研究拟分析唑来膦酸对骨折局部力学强度的影响。

1　材料与方法

1.1动物雌性SD大鼠36只，20周龄，体重230～250 g，购自上海史莱克实验动物有限公司，动物许可证号：SYXK(沪)2007-2002，SPF级，饲养于我院动物实验中心，适应性饲喂1 w后随机分为对照组、实验组1和实验组2。所有动物自由饮水，控制饮食，调节12 h昼夜节律。

1.2试剂和仪器医用慢速电钻(美国史塞克医疗器械公司)，万能材料试验机(Instron-8874，美国)，显微CT(SCANCO microCT-μ80，瑞士)，纳米压痕仪(MTS Nano Indenter XP，美国)。唑来膦酸(瑞士诺华制药有限公司)，10%水合氯醛(上海朝晖药业)。

1.3造模方法所有动物饲养1 w后，行卵巢摘除手术(OVX)构建绝经后OP模型，10%水合氯醛4 ml/kg腹腔注射麻醉，常规准备中下腹部皮肤，横向切开腹部皮肤，分离肌肉和组织，暴露腹腔，沿子宫和输卵管寻找卵巢，大鼠卵巢呈桑葚状、粉红色，完整切除双侧卵巢，结扎子宫残端。逐层缝合并关闭腹腔，术后给予大鼠肌注青霉素10万单位/d，连续3 d。造模3个月后，对所有动物行骨折术，构建大鼠OP骨折模型，10%水合氯醛腹腔麻醉后，沿大鼠左下肢髌骨内侧皮肤纵行切开，分离部分四头肌肌腱组织，牵拉髌骨使之脱位，暴露股骨踝间凹。插入1 mm直径的克氏针，从大转子处穿出皮肤，远端固定于股骨踝间骨皮质下，近端紧贴大转子弯折，多余部分剪断后闭合切口，用医用慢速电转锯断股骨中段，固定断端，逐层缝合切口，完成骨折术。实验组1和实验组2分别于术后第1天和第1周给予唑来膦酸0.1 mg/kg腹腔注射对照组在术后第1天仅给予同等剂量的生理盐水。在术后第6、12周分两批处死各组动物，每批6只，取右侧股骨待检。

1.4检查方法

1.4.1骨痂显微形态分析采用显微CT对股骨标本进行断层扫描和三维重建，以骨折断端为中心，扫描上下800断层。利用系统自带软件分析骨痂显微结构，参数包括骨小梁数(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁分离度(TB.Sp)、连接密度(Conn.D)、骨体积分数(BV/TV)和骨表面积体积比(BS/BV)。

1.4.2骨痂宏观力学测量完成显微CT扫描后，采用万能材料试验机对股骨标本进行三点弯曲试验，以骨折处为受力点，测量股骨断裂的最大弯曲载荷(N)和最大弯曲位移(mm)。

1.4.3骨质微纳米力学强度测量用甲基丙烯酸甲酯包埋股骨标本，并切割成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm立方体，经打磨、抛光和超声清洗，使材料满足纳米力学测试要求，采用金刚石压头，应用连续刚度测量法测量骨小梁在加载过程中的载荷和位移，由系统计算出硬度和弹性模量等微观力学强度指标。

1.5统计学方法应用SPSS17.0软件，多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用SNK检验。

2　结　果

2.1骨痂显微形态分析骨折术后6 w，实验组Tb.N、Tb.Th、Conn.D、BV/TV均显著高于对照组，BS/BV水平显著低于对照组，差异有统计学意义(均P<0.05)，其中实验组2 Tb.N、Conn.D、BV/TV显著低于实验组1，BS/BV水平显著高于实验组1。术后12 w，实验组1Tb.N、Tb.Th、Conn.D、BV/TV均显著高于对照组，BS/BV水平显著低于对照组(均P<0.05)，其中实验组2 TB.Sp显著高于对照组和实验组1。实验组2 Tb.N、Conn.D、BV/TV显著低于实验组1，BS/BV水平显著高于实验组1。见表1。

2.2骨痂宏观力学测量结果骨折术后6 w，实验组骨痂宏观力学指标载荷和最大位移都显著高于对照组(均P<0.05)，实验组2的最大弯曲载荷和最大弯曲位移均显著低于实验组1(均P<0.05)。术后第12周，对照组和实验组骨痂的宏观力学指标相比第6周水平显著升高，实验组仍显著高于对照组，实验组2显著低于实验组1(均P<0.05)。见表2。

2.3骨质微纳米力学强度测量骨折术后第6周和第12周，实验组骨痂的弹性模量和硬度均显著高于对照组(均P<0.05)，第6周两实验组之间指标未见统计学差异，第12周时实验组1的弹性模量和硬度显著高于实验组2(均P<0.05)。见表2。

表1　骨痂显微结构参数指标

与对照组比较:1)P<0.05;与实验组1比较:2)P<0.05

表2　骨痂宏观力学指标及骨质微纳米力学强度变化±s，n=6)

3　讨　论

唑来膦酸是第三代含氮双磷酸盐，具有抑制破骨细胞增殖、降低血钙的作用。临床上用于治疗恶性高钙血症和绝经后OP，并能抑制肿瘤骨转移，有效降低骨相关事件的发生率，改善骨痛症状，少有不良反应发生〔5〕。唑来膦酸治疗OP的机制主要表现为诱导破骨细胞凋亡：①诱导破骨细胞凋亡；②促进细胞分泌作用于破骨细胞前体的抑制因子，阻碍破骨细胞成熟；③抑制成熟破骨细胞的功能，减少骨吸收；④抑制破骨细胞修复〔6～7〕。骨折愈合是连续而复杂的生物学过程，骨折愈合后期需要破骨细胞参与骨重建，因此双膦酸盐对骨折愈合的作用长期以来存在争议，临床上对于OP骨折患者是否使用双膦酸盐保持谨慎态度〔8〕。

正常动物骨折模型的研究结果显示，双膦酸盐对于骨折愈合的影响分两类，一是认为该类药物会延迟骨折愈合，但对骨痂强度无影响〔9〕；二是认为双膦酸盐抑制骨吸收，促进断端骨痂生长，增强骨折强度〔10〕。然而OP不同于正常生理状态，OP骨折也不同于外力所致的骨质，OP症患者骨密度低，骨微结构如骨小梁缺损、骨皮质变薄、骨髓腔面积增大，骨折后难以恢复〔11〕。本研究显示，给予唑来膦酸后大鼠骨骼内形成了更多的骨小梁，骨连接也显著增加；与此同时，骨痂的材料力学检测结果显示唑来膦酸显著促进了OP模型大鼠骨折愈合和骨质钙化。而在12周时，实验组与对照组的差异保持不变。由此可认为对于OP大鼠，在骨折愈合早期，唑来膦酸并不影响骨折断端软骨痂转化为编织骨，即抑制OP状态下的异常骨吸收，因此净作用表现为促进成骨作用〔12〕，而非直接促进成骨作用。

延迟给药虽也能改善OP大鼠骨折愈合的程度，但是愈合程度和骨痂强度不如立刻给药效果。综上所述，唑来膦酸能够有效促进OP大鼠骨折早期愈合，增加骨痂强度，并且尽早给药有助于断端骨痂恢复至更高力学强度。

1 赵鹏飞.以聚乳酸膜为药物载体研究唑来膦酸局部治疗对去势大鼠骨质疏松骨折愈合的影响〔D〕.太原：山西医科大学,2012.

2 柳维,陶周善,贺行文,等.唑来膦酸对骨质疏松性大鼠骨缺损修复的实验研究〔J〕.中国骨与关节损伤杂志,2015；30(7):736-9.

3袁元杏，李青，张非，等.唑来膦酸钠应用近期安全性观察〔J〕.中国骨质疏松杂志，2012；18(10)：921-4.

4 宋延云,辛健.注射型唑来膦酸盐治疗绝经后骨质疏松症临床观察〔J〕.中国医药导报,2012；9(3):73-4.

5 范俊,郭洪佩,徐瑛,等.老年女性类风湿关节炎合并骨质疏松症的代谢特点分析〔J〕.现代生物医学进展,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陈越.唑来膦酸对鼠骨质疏松性骨折愈合及TGF-β表达影响的实验研究〔D〕.太原：山西医科大学,2013.

8杨璐铭,胡静,肖迪,等.甲状旁腺激素(1-34)与唑来膦酸联合治疗对骨质疏松大鼠骨折愈合的影响〔J〕.中国骨质疏松杂志,2014；(4):431-5.

9李剑平,高学舸,李可来,等.系统应用唑来膦酸对骨质疏松时自体髂骨移植内种植体骨结合影响的影像学及生物力学研究〔J〕.河北医科大学学报,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曹鲁宁,崔敏,于灵芝,等.1型糖尿病模型大鼠股骨骨代谢紊乱及唑来膦酸的影响〔J〕.中国组织工程研究,2015；29(40):6402-7.

〔2015-07-15修回〕

(编辑袁左鸣)

马文泽(1977-)，男，副主任医师，主要从事骨科方面的研究。

R68

A

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