多种药物干预老龄骨质疏松实验大鼠股骨冲击力学特性分析

李 锐，白 宇，季 红

(吉林大学中日联谊医院 药学部，吉林 长春130033)

多种药物干预老龄骨质疏松实验大鼠股骨冲击力学特性分析

李 锐，白 宇，季 红*

(吉林大学中日联谊医院 药学部，吉林 长春130033)

研究骨在外部载荷作用下的生物力学性能和生物学效应，是评定骨质量的可靠方法之一。骨密度测定对骨脆性和骨折危险性进行预测是一种重要的方法，但大量的动物实验和临床研究表明，骨矿盐含量的增加，骨质量不一定相应的增加，有时反而降低，所以对骨组织进行生物力学性能的研究，可直接对骨质量进行评价，骨组织进行生物力学性能实验是评定对抗骨丢失措施的重要方法之一[1]。由绝经引起的骨质疏松症 是老年女性的多发病、常见病，骨质疏松症的预防、诊断、治疗是一个世界性医学课题[2]。关于骨质疏松实验大鼠骨和骨质疏松实验大鼠以1-2种药物干预治疗后，实验大鼠骨的力学性能研究已见报道[3-6]。王成学[7]等对去卵巢所致骨质疏松实验大鼠骨的压缩与冲击力学性能进行了测试，结果表明，骨质疏松实验动物模型组大鼠股骨压缩最大应变、最大载荷、最大应力，胫骨最大冲击韧性功、最大冲击功均小于正常对照组，差异显著(P<0.05)，得出了骨质疏松实验大鼠骨冲击和压缩力学性能指标均降低的结论。别海洲[8]对比分析了去势骨质疏松大鼠骨和正常大鼠骨的拉伸与冲击力学特性,结果表明，骨质疏松实验大鼠骨冲击、拉伸实验各项生物力学指标显著低于正常对照组，差异显著(P<0.05)，得出了骨质疏松实验大鼠骨冲击、拉伸生物力学指标发生了改变的结论。

以往骨质疏松模型动物骨的冲击生物力学性能实验以正常大鼠骨和骨质疏松实验大鼠骨居多，以αD3、结合型结合型雌激素(倍美力)、丹杞颗粒、依普拉芬分别干预治疗去卵巢雌性大鼠骨质疏松模型实验大鼠骨的冲击生物力学特性对比分析鲜有报道。鉴于预防和治疗老龄骨质疏松症的需要，作者建立骨质疏松动物实验大鼠模型后分别以依普拉芬、αD3、丹杞颗粒、结合型雌激素进行干预治疗，于各组大鼠饲养18周后，处死大鼠，取各组大鼠股骨进行冲击力学性能测试，以冲击力学性能指标对比分析以依普拉芬、αD3、丹杞颗粒、结合型雌激素干预治疗骨质疏松实验大鼠的效果。为预防和治疗老龄女性骨质疏松症提供冲击生物力学特性基础。

1 材料与方法

1.1 实验大鼠

6月龄wistar雌性大鼠60只作为测试大鼠，由长春高新医学实验动物实验中心提供。许可证：scxk(吉)2003-00040。大鼠体质量292 g-307 g。

1.2 实验用药物

上海榕柏生物技术有限公司生产的甲状旁腺激素(3-34)， 昆明贝克若顿制药有限公司生产的αD3，武汉制药厂生产的依普拉芬邯郸摩罗丹制药有限公司生产的丹杞颗粒。

1.3 实验动物分组

60只wistar雌性大鼠分别设为骨质疏松动物模型以甲状旁腺激素(3-34).牛干预治疗组10只、骨质疏松动物模型组10只、正常组对照组10只、骨质疏松动物模型以αD3干预治疗组10只，骨质疏松动物模型以丹杞颗粒干预治疗组10只，骨质疏松动物模型以依普拉芬干预治疗组10只。各组大鼠均在鼠笼中饲养。

1.4 骨质疏松动物模型建立和药物干预方法

于大鼠购入饲养3天后，以摘除大鼠双侧卵巢的方法建立骨质疏松动物模型，之后对骨质疏松动物模型以依普拉芬治疗组动物每日给服依普拉芬1 mg/kg，治疗20周。对骨质疏松动物模型大鼠以甲状旁腺激素(3-34).牛治疗组大鼠每日以40 μg/kg甲状旁腺激素(3-34).牛+2%大鼠血清的双蒸水溶解，皮下注射，治疗20周。对骨质疏松动物模型以αD3治疗组大鼠每日给服αD30.1 mg/ka，治疗20周，对骨质疏松动物模型以丹杞颗粒治疗组大鼠每日给服0.9 g/kg，治疗20周。骨质疏松动物模型组大鼠不做任何处理，20周后骨质疏松动物模型建成。建模20周后以腹主动脉放血法处死各组大鼠，分别取各组大鼠双侧股骨，以生理盐水将纱布后浸湿后包裹股骨试样，置于-20℃冰箱内存放。2天后，取出各组股骨试样，自然解冻。股骨试样的长度、直径以游标卡尺进行测量，股骨试样长31.7-32.0 mm，直径1.97-2.13 mm。分别将每个股骨试样两端置于外径为8 mm、内径为6 mm、深为4 mm的模具内，之后向装有试样模具内填充稀释的快干胶和义齿聚合物；固化后待用。

1.5 测试仪器与设备

德国莱比锡试验机厂生产的小量程冲击试验机，长春市第三光学仪器厂生产的测量显微镜。

1.6 各组大鼠股骨冲击测试方法

大鼠股骨为生物粘弹性体，实验前必须对股骨试样进行预调，本测试按参考文献[9-13]的方法对每个大鼠股骨试样进行预调处理后进行冲击测试。将股骨试样放在试验机的支坐上，之后将试验机的摆锤摆到最高位置，之后使试验机的摆锤自由释放，冲断试样，通过试验机的度盘，读取股骨试样的冲击功，通过材料力学公式分别计算出每个股骨试样的冲击韧性，计算公式如下[13]:

αk=W/K

式中αk为冲击韧性、W为冲击功、K为试样横截面积。

1.7 各组大鼠股骨冲击测试断口宏观观察

对各组大鼠股骨冲击测试破坏后的试样断口进行宏观观察.发现，多数股骨试样断口为粉碎性断口，少数股骨试样为横形或斜形。

1.8 统计学分析

2 结果

2.1 各组大鼠股骨冲击测试结果

各组大鼠股骨冲击测试冲击功、冲击韧性数据见表1。

表1 各组大鼠股骨冲击功、冲击韧性数据

测试结果表明，骨质疏松动物模型组大鼠股骨最大冲击韧性、最大冲击功显著小于骨质疏松动物模型以甲状旁腺激素(3-34).牛治疗组、以丹杞颗粒、依普拉芬治疗组、正常对照组(P<0.05)，αD3治疗组最大冲击韧性、最大冲击功与模型组最大冲击韧性、最大冲击功差异不显著(P>0.05)。

2.2 各组大鼠股骨冲击实验断口大体观察结果

各组大鼠股骨冲击试样多数为粉碎性破坏断口形貌，少数为斜断口或横断口破坏形貌。

3 讨论

骨生物力学性能指标是反映骨量、骨形态、骨结构完整程度的综合指标,可直接反映骨抗骨折能力和骨强度,对评价骨骼强度、韧性和各组药物抗骨质疏作用不可缺少的重要指标之一[15]。研究骨质疏松，动物体内动验使用广泛，评价新药干预治疗骨质疏松是否有效，都要进行动物体内实验，通过观察药物对实验动物的生化指标、生理功能、药物对病理等的影响，以判断药物干预治疗动物骨质疏松的效果；当药物的作用主要是减少骨质疏松的骨折倾向和骨脆性时，难于以人在体实验考察药物的效果，而通过动物的骨组织等的生物力学测试分析则能对药物干预治疗效果进行评价[1]。冲击测试是研究动物骨暴力损伤的重要方法之一。动物骨不能像金属材料等可以加工成标准试样。为了实现对大鼠股骨进行冲击测试，本测试采用自制的模具，将大鼠股骨试样两端放入自制的模具内，向模具内填充快干胶和义齿聚合物进行固定，使试样的长度加长了，使大鼠股骨能安放在冲击试验机的摆放试样的支座上。本实验使用的冲击试验机量程小，冲击测试前分别对各组股骨试样进行了预调处理，由于采取了以上各项干预措施，使大鼠股骨试样冲击测试能够实现。

冲击测试结果表明，骨质疏松动物模型组股骨冲击韧性、冲击功、显著低于以丹杞颗粒治疗组，以依普拉芬治疗组，正常对照组，差异显著(P<0.05)。αD3组冲击韧性、冲击功与模型组差异不显著(P>0.05)。宏观观察各组大鼠股骨冲击测试试样的断口形貌，大鼠股骨冲击测试试样呈粉碎形状破坏断口居多，斜形断口或横形断口较少。正常对照组大鼠股骨骨皮质较厚。模型组大鼠股骨骨皮质较薄，具有骨质疏松的表现形式。有研究表明，切除动物卵巢后导致雌激素水平的降低,骨吸收与骨形成之间的相对平衡关系被打乱,骨吸收大于骨形成，降低了骨密度，产生骨质疏松,降低了骨的生物力学性能[16,17]。本实验支持参考文献[16,17]的观点。骨质疏松动物模型大鼠骨质疏松后由于骨的显微结构发生了改变使骨韧性和强度降低生物力学特性发生了改变。股骨骨折大致可表现为较高能量骨折、低能量骨折、高能量骨折，由于大鼠股骨冲击测试的速度很高，高测试速度造成的骨损伤具有重要的临床意义。大鼠股骨为坚硬组织,只有在承受高能量撞击时才会受到损伤。损伤的表现形式主要为骨折出现裂纹和爆裂性损伤,骨折出现裂纹系由缓慢运动速度的钝器造成,形成一条骨折线。当相对速度较高撞击物撞击骨时,则会产生生爆裂性骨折。当发生骨折时使贮存于骨内的能量释放，当低载荷时，骨内贮存的能量释放由骨组织的单一的裂隙完成，这种情况下产生很小的移位或不产生移位，软组织与骨可具有完整性，当测试速度高时，由于单一的裂隙满足不了较大能量的释放，从而造成大面积的软组织损伤和爆裂性骨损伤。

有研究表明[18]，依普拉芬的主要作用机理为：作用于骨基质的细胞能够使骨密度增加；促进基质的矿化和胶原合成；增殖成骨细胞；可以起到释放白细胞介素一6，抑制成熟破骨细胞的募集，减少破骨细胞前体的分化和增殖， 成为治疗低骨量的一种药物,由于价格较贵，未能得到广泛的应用。过量的服用维生素D可引起骨丢失加重，骨吸收增加,还可引起肾结石,体内适量的维生素D 是足量钙被体内利用的条件，肠道钙吸收的唯一激素是维生素D,肠道钙的缺乏是骨质疏松症的发病原因之一，联合应用钙剂、甲状旁腺激素、维生素D能起到相辅相成的作用[19]。动物实验和临床应用表明，甲状旁腺素是治疗骨质疏松的有效药物之一,甲状旁腺素作为一种肤类激素,具有促进骨形成的良好的作用,甲状旁腺素还具有促进成骨细胞生长的作用,但其有诱导骨肿瘤发生的可能,因此限制了其在临床应用[20]。

中成药丹杞颗粒系根据中医肾主骨的理论，研究开发出来的治疗骨质疏松的中成药，具有强筋健骨提高骨密度的作用。本实验结果表明，甲状旁腺激素(3-34).牛、依普拉芬干预治疗骨质疏松动物模型大鼠都具有一定的效果，αD3治疗效果不明显，丹杞颗粒对恢复实验大鼠骨的冲击功和冲击韧性具有很好的作用。

本实验与以往研究不同的是以多种药物对骨质疏松实验大鼠进行干预治疗，以大鼠股骨的冲击韧性指标研判各种药物的治疗骨质疏松实验大鼠的效果更具有理论意义和临床意义。

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吉林省科技发展计划资助项目(20110492)

1007-4287(2016)12-1987-03

2016-04-17)

*通讯作者